铜镍矿富矿采矿方法的生产与实践.pdf

1 4 新疆有色金属 2 0 0 3年 铜镍矿富矿采矿方法的生产与实践 王 兵 新疆喀拉通克铜镍矿 富蕴县 8 3 6 1 0 7 摘 要 详细介绍r 喀拉通克l f j 镍矿采矿方法的试验应川现状， 具体分析r富矿采矿办法在生产实践中存在钓问题， 并对存在的问题 从采矿方法选择、 采场结构参数、 圊采工艺、 充填上艺及生产管 等 蹰， 提出 厂功实埘行的改进措施 ， 较好的完善了采矿工艺 ，为矿山优化栗 ． 矿方法， 提I岚生产篦力， 奠定了良好基础。 关键词采矿_方法应用问题研究措施 1 简述 新疆喀拉通克铜镍矿是新疆有色金属公司骨干 矿山企业。矿区位于阿勒泰地区东部富蕴县境内， 处 在阿勒泰内生矿产成矿带的铬 、 铜镍及贵金属铂族元 素成矿带上。矿区内共有 l 0 个含矿岩体 ， 其中一期 工程开采的对象为 I 号岩体的特富矿部分， 矿山于 1 9 8 8 年建成投产， 一期工程只采特富矿， 采用上向水 平分层胶结充填采矿法， 分矿房矿柱两步回采， 采场 充填采用地表制备的戈壁集料混凝土， 由钻孔下放到 井下， 经电耙耙入采场充填； 二期技改扩建工程于 1 9 9 8 年开工， 2 0 0 1 年 4月建成投产。二期工程的开 采对象主要为富矿体。富矿回采采用盘区进路水平 分层胶结充填采矿法， 设计年开采特富矿3万 t ， 富矿 2 7万 t 。经过近一年多的试生产， 采矿逐步形成规模 生产， 回采富矿8万 t ， 部分盘区实现转层回采， 采矿 方法得到实践。现就采矿方法在生产实践中存在的 问题及改进措施， 作一论述。 2 矿床地质概况 2 ． 1 地质简介 矿体与中基性岩体紧密共生， 主要与黑云母橄榄 辉长岩相及黑云母辉长岩相有关。富矿蛰组主要由 橄榄辉岩、 辉绿长岩和苏长岩组成。工业类型为中等 一 稠密浸染状富铜镍矿石 、 稀疏浸染状贫矿石、 稀疏 浸染状表外矿石， 其中以富铜镍矿石 Ⅱ1 为主， 位 于l 岩体膨胀部位的中下部， 特富矿体与贫矿体之 间， 总体呈脉状展布， 有分枝， 走向北西， 倾向北东， 倾 角 7 O 。 左右。 2 ． 2 开采技术条件 按照工程地质岩组分为致密块状岩组、 Y 1基性 杂岩组 、 碳质沉凝灰岩组以及以富矿为主的碎裂岩 组。碳质沉凝灰岩组稳定性最好， 其次是特富矿岩 组 ， 以富矿岩组最差 。 而构造破碎蚀变带对工程稳定 性影响很大。富矿岩体整 体强 度低 ， 自稳 时问短 ， 特 别是上盘直接裂隙充水， 更加恶化了其工程地质条 件。矿床工程地质条件属中等到复杂型之问。 影响开采稳定性的不利因素是一些不利结构面， 特别是 4条n f4 Ⅲ级断裂面内含较厚的软弱夹层， 将直接制约富矿 开采 过程中采 矿工程 的稳定性。它 与 Ⅳ级结构 面组合切割 ， 造 成采场 以及巷道 冒顶 、 片 帮。由于一期工程特富矿的开采， 使岩体的完整性得 到破坏， 富矿岩体所受地压更为集中， 特别是 7 7 0 水 平主井附近的岩体稳定状况较差， 布置工程时应采取 相应控制措施。 根据岩体 C S I R分类 的 R M R评分值， 认为在富 矿岩组掘进工程 3 5 m跨度， 不支护， 稳定期仅5～ 2 0 d 。从现场已揭露情况分析， 富矿岩组在下盘与特 富矿接触处 ， 受构造断裂挤压破碎带影响 ， 遇水膨胀 ， 出现过严重塌方 。 矿岩物理机械性质 富矿 体重 3 ． 1 1 t ／ ， r n 3 ， f 1 1 ～ 1 3 ， 松散系数 1 ． 6 3 。 岩石 体重 2 ． 7 2 t ／ ， 。 f 1 1 ～ 1 5 ， 松散系数 1 ． 5 。 ． 2 ． 3 地质储量 故验地段为 7 1 0 7 7 0／ ／ 1 中段 2 9～ 3 3线之间， 划 分为两个矿 块 ， 即矿块 7 1 0 2 、 7 1 0 3 。矿 块沿 走 向布 置， 长5 0 m、 高6 0 m， 宽为矿体厚度。矿体走向3 3 0 。 ． 倾角 6 5 。 ～ 8 5 。 。2 9 3 l 勘探线间为7 1 0 3 矿块， 平均 厚度为 5 7 ． 2 m， 3 13 3线间为 7 1 0 2矿块 ， 平均厚度 为 3 3 ． 2 m。 试验地段地质储量为 7 4 ． 4 2万 t ， 地质品位为 1 ． 3 6 ％／ 0 ． 7 0 ％ C u ／ N i ， 金属量为 C u 1 0 1 4 3 ． 0 3 t ； N i 维普资讯 2 0 0 3年 新疆有色金属 1 5 5 2 3 5 ． 4 8 t ； N i ／ C u O ． 5 1 6 2 。 2 ． 4 风井保安矿柱的划分 原风井位于 3 3线 ， 距 富矿 最近为 1 12 0 n l ， 现 已改造为箕斗井， 服务年限为 5年。根据其用途， 可 划为 Ⅱ 级保护对象， 保护安全距离为 1 5 m， 开采过程 中予以注意。 3 采矿方案选择 根据矿体赋存条件、 矿山开采现状， 利用现有井 巷工程及地表设施不允许陷落等条件限制， 考虑到西 部矿体厚度较大， 开采中地应力较为集中。为了安全 可行 ， 经论证选择 ， 富矿开采采用盘 区进路式胶结充 填法， 并决定 2 7线以西采用下向式进路开采， 1 9线 以东采用上向式进路开采。 采矿方案有以下主要特点 1 进路上下分层间交错布置， 有利于充填体顶 板的整体安全稳定。 2 进路采场尺寸小， 采场顶板暴露面积小， 顶板 整体安全稳定。 3 矿块不留间柱和底柱， 第一分层仅留 6 IT I 厚 的顶板， 并于上中段下向回采时加以回收， 有利于富 矿的回采 。 4 采准方式为上下盘脉外天井， 有力于通风出 矿等生产管理。 5 采取隔一采一的方式， 最大限度地增加同时 工作面数量。 6 设备为 C C , 一 1 2型装运机， 提高出矿效率， 同 时为了保证生产能力， 有利于矿块内两个水平同时回 采。 但此种采矿方法也有以下主要缺点 1 采矿工艺比较复杂， 采切工程量大， 采矿强度 低， 出矿能力低。 2 采矿成本高， 劳动生产率低。 矿山现有出矿设备为电耙， 适用于上向分层充填 法以及空场法等大放矿条件， 而进路式采场 、 撑子面 每个循环矿量小， 且无法储存矿量， 劳动强度大， 矿块 需设置数台电耙， 出矿效率低。 为解决这些问题， 就必须从优化采矿方法、 提高 出矿设备机械化水平 、 降低充填成本等方面人手， 提 高采矿生产效率， 降低采矿生产成本， 因此， 试验选择 出矿设备为机动灵活、 操作方便、 维修简单的 C Gl 2 型装运机， 以提高出矿效率。 4 采切工程 4 ． 1 采准工程 采准方式为脉外天井采准方式。采准工程包括 上盘运输平巷 、 中段出矿穿脉、 上盘溜矿井、 下盘人材 井。试验地段采准工程量为 3 8 8 ． 3 m， 采场总量为 8 6 3 ． 3 m。 7 1 0中段为环形 出矿 运输水平， 断面形状 为 2 ． 6 2 ． 6 m 三心拱， 出矿穿脉位于3 2 线和3 0 线上， 断 面形状为2 ． 0 2 ． 0 m的1 ／ 3 B圆弧拱 7 7 o中段 为充填水平， 运 输平巷规格 为2 ． 6 2 ． 0 IT I ， 运输穿脉规格为 2 ． 0 2 ． 0 m， 形状为I ／ 3 B 圆弧 拱， 采准工程视具体情况分另 q 采用锚、 网、 喷等支护形 式。 溜矿井和人材井均采用 啦 ． 0 m圆形井 ， 倾角 7 O 。 一 9 O 。 ， 溜矿井在上盘兼作设备、 回风井； 人材井在 下盘， 兼用进风、 充填、 泄水井之用。 4 ． 2 切割工程 切割工程即分层平巷， 脉外部分为 2 ． 0 2 ． 0 m， 脉内为 3 ． 0 3 ． 0 m， 断面形状第一分层为 1 ／ 5圆弧 拱， 其它分层脉内为矩形。脉外断面形状均为 1 ／ 3圆 弧拱。当进路沿走向布置时， 分层平巷为连通上下盘 开进的转层穿脉巷道； 当进路垂直走向布置， 还应在 矿块中央增加一条沿脉平巷。 4 ． 3采切 比 ． 。 采龇K I T 三0 5 5 m／ k t I 2 3 ． 2 4 m3 ／ k t 删比 TE L -3 8 5 m ／ k t I 2 2 6 ． 0 3 m3 ／ k t 采切比K I ” K I Ⅺ 0 ． 5 5 3 ． 8 5 4 ． 4 0m／ k t K 2 “ K 2 ， 3 ． 3 4 簋 ∞ 2 4 l 【 t 4 ． 4采切工程改进 由于第一分层平巷是沿地质堪探线布置， 使分层 进路采场开口与进路斜交， 使开口段容易造成塌方， 支护困难， 对此我们决定转层时， 将分层平巷改为垂 直矿体走向布置， 以减少进路开口段支护量。 5 回采工艺 5 ． 1 回采顺序 回采顺序自上而下逐层进行， 分层内实行隔一采 维普资讯 1 6 王兵 铜镍矿富矿采矿方法的生产与实践 第4期 一 ，顶柱厚度为6 ． 0 m。第一分层沿走向布置， 圆采进 路长2 5 m左右； 第二分层垂直走向布置进路， 以此循 环， 上下分层交错布置。进路规格为 3 3 ． 5 3 m， 断面形状第一分层为 I ／ S B三心拱， 其它分层为矩形， 分层高度为3 ． 0 m。 5 ． 2 凿岩 凿岩采用 Y T一 2 8型凿岩机， 孔径 m m， 孔深 2 ． 0 m。光爆孔间距为5 0 0 6 0 0 I 11／ I1 ， 内装 O 2 2 I 11／ I1 小 直径2 j；}岩石药卷； 边孔距充填体为4 0 0 I 11／ I1 左右， 既可 以防止充填体混入， 又防止留下矿皮。进路掘进采用 光面爆破技术， 每炮炮孔在 2 2 3 0个之间， 出矿采用 C G l 2 型装运机出矿， 支护以锚网支护为主。 由于试验地段中夹有特富矿 I 3 规模小， 可进行 分采。富矿内含有贫矿夹石， 可根据具体情况加以剔 除， 或缩小进路规格， 减小贫化。富矿边界布置进路 时， 可降低损失率在 4 ％以内， 使贫矿混入率控制在 5 ％以内。 5 ． 3 爆破 爆破采用非电导爆管正向起爆 2 嚣 岩石炸药， 采 场爆破应采用光面爆破技术， 以保护顶板充填体及两 帮围岩稳定性。装药结构为连续柱状形式， 采用孔底 正向起爆方式， 孔口必须用“ 炮泥” 堵塞。起爆网络 采用 火雷管传爆雷管微差毫秒雷管一孔 内炸 药。顶板及两帮炮孔炸药为 I2 2 m ／n 小直径药卷， 其 余孔为 ∞ 2 m ／l l 普通药卷。 5 ． 4通风 采场采用 自然通风方式， 新鲜风流由下中段平巷 经人材井进入分层平巷， 污风由充填井排至上中段回 风平巷， 通风时间为4 h 。 5 ． 5 支护 矿块支护分为两部分 一是分层平巷支护； 二是进 路支护。分层平巷由于服务时间长， 必须采用锚网加 强支护， 锚杆为管锲式锚杆 ， 长1 ． 6 m， 网度为0 ． 8 1 ． 0 m 。金属网为钢丝编制而成， 网度3 0 3 0 r n m。 下向式进路转层采场顶板为高强度尾砂胶体， 一 般不用支护， 局部采用锚网支护。 5 ． 6 出矿 矿块出矿采用 C G一1 2型装运机出矿。矿石经 溜井漏斗装入矿车， 在7 1 0 m中段倒人风井箕斗装矿 硐室． 由箕斗井提升至地表， 但由于采矿外包后， 采矿 队采用手推车出矿， 未能实现设计要求， 这对提高出 矿效率十分不利。 5 ． 7回采工艺的改进 第一 水 平进 路 采用 减 小 进 路 断 面 尺 寸 为 2 2 m， 开口段预先支护。采取强采强充的方法， 减 小采场暴露时间， 尽快通过第一分层水平进路回采， 同时， 加强对破碎段喷锚网的支护。 6 充填工艺 采场充填采用管道自流输送充填技术， 充填工艺 为尾砂胶结充填工艺 。充填之前 ， 每条进路需构筑钢 筋桁架假底结构， 并在分层内、 分层问构成一个整体。 采场端部构筑木挡墙， 并在顶部架设充填管路。采矿 工艺要求充填体底部为 4 M P a ， 其它部位为 l一 2 M P a ， 充填中确保充填浓度， 提高充填质量， 控制胶结 材料单耗在 2 0 0 k g ／ m 左右。 6 ． 1 充填材料 胶结剂 试验期以4 2 5 普通硅酸盐水泥为主， 以 快凝胶结材料试验为辅。 骨料 以新建选厂的分级尾砂为主， 加河砂和戈 壁风化砂 粒径小于 5 m m 。 6 ． 2 充填 系统 充填系统由两部分组成， 即地表制备站和井下充 填管路。 地表制备站在原有的基础上改建 而成 ， 原水泥浆 制备系统 、 筛砂输送系统和搅拌系统不变 ， 仅增加一 套尾砂砂浆制备系统， 制备出合格的浆料后经管道 自 流输送到充填采场。 井下充填系统由充填钻孔 、 充填平巷、 充填天井 以及充填管道组成。充填钻孔直径 I 8 7 I11 ／I 1 ， 孔深 2 2 5 m。 各中段充填管道采用 1 0 o m m加厚钢管， 进 路内允填管道为 l 0 o m i ll 普通塑料管道。 7 1 0 2 矿块充填管道总长 3 3 0 m， 充填倍线 2 ． 8 7 ； 7 1 0 3矿块充填 管道总长 2 6 5 m， 充填 倍线 2 ． 3 O 。尾 砂胶结充填工艺如图 l所示。 童 『- ， 旦 l墼 i星 董 鋈 鎏 水 砂石仓 立式砂仓厂 水泥仓 I 涡阶 皮带运输机 胶管阕 2 水泥搅拌机J T一丁．_下一I 流量计 鎏玉 熟丁 滚 筒 式 搅 拌 机 l 图 1 尾砂胶结充填工艺 维普资讯 2 0 0 3年 新疆有色金属 1 7 6 ． 3 充填参数 对于下向进路式充填采矿法采场 ， 采场底部强度 为4 M P a ， 其它部位 12 M P a ， 其 中腰线 以下为4 MP a ， 腰线 以上为 l 一2 MP a 。 充填参数为 充填流量 8 0～1 0 0 m ／ h ； 充填浓度 6 5 ％ 一 7 0 ％。采场充填配比如表 l 所示。 表 l 采场充填配比 充填 灰砂 部位 比 砂浆 充填 单位材料J { 】 量 k g ／ m 3 浓度 浓度 4 2 5水泥 分级尾砂河砂 水 6 ． 4 充填准备工作 采场充填准备工作分为三部分 一是假底铺设； 二是挡墙架设； 三是充填管道架设。 假底铺设首先将最后两炮矿石均匀铺设在采场 底板上 ， 厚为 2 5 0 11 1 1 1 1 。在碎矿石堆表面上 ， 铺没钢筋 桁架。桁架之间为钢筋网， 每一桁架用两根吊筋固定 在采场顶板上。钢筋假底还必须在 同一分层连成一 个整体， 一步进路用锚杆固定在采场两帮， 二步进路 与相邻进路桁架连接。 挡墙架设是铺设假底之后进行， 试验初期采用木 材构筑， 最终用空心砖代替。木挡墙结构由立柱 、 横 撑 、 斜撑、 木板、 草袋组成， 最后用砂浆将挡墙与岩壁 之间的缝隙堵塞严实。 充填管道架设是将充填管道用管接头连接好， 并 悬吊在充填平巷顶板和采场顶板上。 充填平巷顶板每隔 5 I l l 用锚杆 固定 ， 采场可固定 在钢筋桁架上。 6 ． 5 充填作业 管道自流输送料浆充填时， 先放清水引流， 当井下 见到清水后， 用充填专用电话通知制备站下料。充填 时， 砂浆浓度慢慢升高， 约5 1 0 m i n 后稳定在充填指 令范围内， 即充填浓度稳定在7 0 ％左右。充填结束后， 必须用清水冲洗管道， 防止管道内料浆沉积堵塞。 充填过程中， 采场应派专人观察充填情况， 若发生 跑浆事故， 及时停止充填， 处理后再重新充填。充填作 业必须有充填指令方能进行。充填前后的引流水和冲 洗水不能进入采场， 用三通阀排至人材井下沉淀池内。 下向充填采场， 一步进路充填体养护期采厢快凝 材料为 l 天， 采用水泥时为7天； 下一分层在充填体 下作业 ， 采用水泥快凝不少于 2 8天， 采用快凝材料 为 7天 。 6 ． 6采场排水、 排泥设施 各中段平巷及运输穿脉必须施工成 3 ％ o 的坡 度， 在巷道一侧设水沟， 断面形状为矩形， 规格为 2 5 0 2 9 0 IT I IT I 。各矿块在人材井一侧脉外设一沉淀池， 规 格为4 ． 2 X 2 ． 0 X 1 ． 5 m ， 充填后可安排人工清理， 以 减轻各中段水仓清理工作量。 6 ． 7 作业循环 年工作日3 0 1 天， 实行--J k 制工作制度， 保证一 个作业面一天掘进一炮 ， 实行一天一个作业循环， 同 时回采作业盘区 4个 ， 每个作业盘区进路采场 3个。 6 ． 8 充填工艺的优化 ． 1 改水平进路充填为倾斜进路充填。在水平进 路充填中， 充填管下料 口应放置在进路采场挡墙 口 中， 以便观察是否下料不均， 充填离析， 接顶效率低， 特别是采场靠掌子面部分。为了解决这一问题， 我们 改水平进路为倾斜上山进路， 采用预留充填道， 从倾 斜进路最高点充填， 以提高充填解决接顶率， 同时， 在 充填操作上采用多点放料和多次充填方法， 以便解决 这一问题 。 2 改分层平巷垂直矿体布置。原分层平巷是沿 3 0 ／ 3 2线布置和矿体斜交， 进路采场开 口掘进时， 容 易造成开 口塌 方， 并且 不易 支护 ， 因此 ， 在 分层转层 中， 改分层平巷垂直矿体布置， 以解决开 口塌方支护 及采场不好布置这一问题 。 7 采场生产管理措施 1 施工队应严格按设计要求进行施工， 由于采 用隔一采一的方式， 进路不得随意改变方向， 不要超 采或欠采， 加强贫损管理。 2 地采人员经常到现场指导施工， 搞好分层编 录工作。 3 测量人员测绘进路空问形态， 为采场二次圈 定提供资料。 4 每一分层建立生产台帐， 计算每一分层贫损 指标 ， 加强现场生产管理 。 5 每条进路充填前 ， 地 、 测 、 采三方人员 同时验 收合格后 ， 方能进行充填作业。 6 进路假底铺设工作要认真负责， 确保假底铺 设质量， 应把检查假底铺设质量作为充填前验收的一 项 主要内容。 7 定期充填体取样测试强度， 保证安全生产。 下转 2 1页 4 4 4 们 4 7 叭 伽 昭豁 昭 獬 4 0 5 m m j 均 榔螂 平 维普资讯 2 0 0 3年 新疆有色金属 化率的难选矿石， 人选后导致铜回收率大幅度下降， 但增产了 3 0 0 k g左右的黄金。 鉴于上述现状 ， 建议从 以下几方 面加强伴生金的 回收 1 弁去生产 经营决策 以铜 为主 的“ 单打 一” 思 想， 建立铜、 钼、 金 、 银、 硫 、 铼、 A元素等系统经济数学 模型， 以系统效益最大化为生产决策依据。 2 改善金矿物与脉石矿物的解离， 降低金在尾矿 中的损失， 一段磨矿由于侧重照顾铜矿物与脉石的解 离， 细粒金的解离度低， 而二段磨矿是粗精再磨， 即考 虑铜矿物与硫矿物的解离， 实际上， 原矿中 1 ／ 3 左右的 金损失在尾矿 中， 这是提高金回收率的潜力所在。 3 研制和应用新药剂， 减少或不用石灰， 实行低 碱度下的铜硫分离， 大量的石灰会造成金进入尾矿。 4 强化粗粒金的回收， 一是采用 闪速浮选技术 ， 早收快收铜、 金矿物， 二是添加强力捕收剂和起泡剂， 如 Y一 8 9系列黄药等。 上接 l 7页 8 采矿生产的几点认识 1 进路回采顺序的确定。矿块分层 内， 进路回 采顺序采用从中央向两翼推进， 有利于矿块地压管 理， 但在软弱结构面时， 优先回采软弱结构面附近进 路， 同时进路规格取小值， 并加强支护。 2 进路结构尺寸的控制。进路长度控制在2 0 3 0 m范围内， 减少矿岩暴露时间和暴露面积有利于 实行快采快充。 3 转层布置的确定。矿块第一分层采用 ， 从穿 脉向两翼沿走向进路布设， 第二分层交错走向布设进 路 ， 提高充填体顶板整体稳定性。 4 进路回采实行光面爆破技术， 减少爆破对两 帮矿岩和顶板充填体的破坏， 维护岩体自身稳定性。 5 提高充填质量。充填时应注意提高充填体浓 度， 从而保证充填质量。采取多次充填等措施提高采 5 氧化矿的处理。采矿、 运输 、 储存 、 选矿能否 单独处理这样可采用不 同于现有的 、 适宜于氧化矿 的工艺药剂条件 ， 达到同时提高铜和金的回收率的目 的 。 6 结语 德兴铜矿伴生金的回收 7 0多年来开展了近 l O 项科研， 取得了不同程度的成果 ， 有些已应用于生产 中， 发挥了很大的作用， 伴生金的产量也持续稳步增 长， 1 9 9 8年已超过4 t ， 但仍有许多工作要做， 非常有 必要总结科研成果与生产实践经验， 寻找继续提高伴 生金的回收的有效途径。 参考文献 [ 1 ] 胡熙庚． 有色金属硫化矿选矿． 北京 冶金工业出版 社 ， 1 9 9 2 ， 1 6 2～1 6 5 ． 收 稿 2 0 0 20 3一l 4 场充填接顶率， 减小充填体下沉率。 6 分层平巷 的开 口位置在溜矿井内相互交错 ， 严禁开口位置集中在同一剖面上。 7 详细调查矿块附近的断层面分布情况， 并将 断层分布落实到分层回采设计中来， 设计中合理布置 进路的方位， 转扭不利因素， 并采取综合支护措施， 确 保安全。 9 结束语 富矿回采盘区进路胶结充填采矿法， 在我矿是第 一 次应用， 虽然取得富矿充填采矿法应用的成功， 但 还存在着许多技术问题， 如提高爆破效率， 提高生产 能力， 降低充填成本， 确保充填质量等。这需要我们 在富矿生产实践研究中， 不断提出切实可行的改进措 施， 优化采矿方法， 完善采矿工艺， 为提高生产能力， 奠定好技术基础。 收 稿 2 0 0 20 4一l 0 维普资讯