太平矿业采矿方法优化研究.pdf

第6 1 卷 第3 期 有 色 金属 矿山部分 2 0 0 9 年5 月 太平矿业采矿方法优化研究 滕永清 ， 朱志彬 ， 刘成平 1 ． 四川平武中金矿业有限公司， 四川 平武 6 2 2 5 5 0 ； 2 ． 湖北三鑫金铜股份有限公司， 湖北 大冶 4 3 5 1 0 0 摘要 太平矿业拟扩建到3 k t ／ d的生产规模， 通过开展采矿方法优化研究， 根据矿床开采技术条件及地表 不允许塌陷和崩落的特点， 推荐采用嗣后充填采矿法作为矿山开采方法， 同时设计了三种嗣后充填采矿方法， 采 用模糊数学方法对采矿矿方法进行综合比较， 得出适合矿山自身特点的采矿方法。 关键词 优化； 模 糊综合评 判； 嗣后充填 中图分类号 T D 8 5 3 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 4 1 7 2 2 0 0 9 0 3 0 0 1 2 0 4 S t ud y o n Opt i mi z i n g o f M i ni ng M e t h o d o f Ta i p i ng M i ning T ENG Yo n g qi n g ， Zh u Z h i b i n ，L I U Ch e n g pi ng 1 ． S i c h u a n P i n g w u Mi n i n g C o ． ， L t d ． o f C N G C， P i n g w u ， 6 2 2 5 5 0 ， C h i n a ； 2 ． H u b e i S a n x i n G o l d c o p p e r C o ． ，L t d ． ， D a y e 4 3 5 1 0 0， C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o mi n i n g c o n d i t i o n s a n d g r o u n d s u r f a c ec t o m ， t h e s u b s e q u e n t fi l l i n g mi n i n g me t h o d a r e r e c o mme n d e d t o b e u s e d f o r e x p a n d i n g mi n i n g s c ale t o 3 k t ／ d i n T a i p i n g mi n i n g b a s e d o n s t u d y o f o p t i mi z i n g o f mi n i n g me t h o d ．T h e n t h r e e a f t e r w a r d s b a c k fi l l i n g me t h o d s a r e d e s i g n e d ，t o w h i c h a f t e r g e n e r a l c o mp a rin g b y u s i n g f u z z y ma t h e ma t i c s ，t h e mi n i n g me t h o d s u i t e d t o Ta i p i n g mi n i n g i t s e l f i s p u t f o rw a r d ． Ke y wo r ds o p t i mi z i n g；f u z z y g e n e r al c o mp a rin g；s u b s e q ue n t fill i n g 0 引言 安徽太平矿业有限公司前常铜铁矿是合钢的铁矿石原 料基地之一。1 9 9 7年由安徽太平矿业有限公司接手重建， 1 9 9 8年开始施工， 到目前为止矿山已达到 3 0 0 t ／ d生产能力， 形成 一1 2 0 m、 一 1 8 0 m、 一 2 1 0 m、 一 2 2 0 m、 一 2 4 0 m、 一 3 0 0 m、 一 3 3 0 m七个中段。矿山主要采矿方法为浅孔房柱法电耙和 装载机联合出矿。2 0 0 7年公司通过资产重组， 由中国黄金集 团公司等单位共同投资开发前常铜铁矿， 并拟扩建至 3 k t ／ d 规模。原有采矿方法将无法满足扩建后的生产能力要求， 必 须针对矿山现有实际情况 ， 确定适用的经济合理的高效采矿 方法。 1 开采技术条件 矿区属于岩溶化岩层为主的非层状矿床类型， 其工程地 质条件属中等至复杂类型。矿体较为稳固， 矿体顶底板受矽 卡岩的影响， 稳固性较差 ， 矽卡岩暴露后， 遇水易崩、 碎化，、 膨 胀， 在无淋水的条件下， 矽卡岩吸收空气中的水份， 也不断崩 解 、 膨胀、 完全失去强度， 岩体稳固性极差。矿体为缓倾斜及 倾斜矿体， 倾角变化较大， 西部矿体倾角一般为 5 。～ 2 5 。 ， 东 部矿体倾角为2 5 。 ～ 4 5 。 ， 一般为3 0 。～ 3 5 。 。矿体厚度为中厚 至厚大矿体， 厚度变化为不稳定型 ～ 极不稳定型。 矿体的工程地质条件与矿石的 自然类型有关。方解石 白云石 磁铁矿石、 透辉石磁铁矿石、 蛇纹石磁铁矿石和硅 镁石磁铁矿石， 完整坚硬， 裂隙不发育， 仅有时局部地段方解 石充填裂隙发育， 其工程地质条件较好。绿泥石金云母磁铁 作者简介 滕永清 1 9 6 7一 ， 男 ， 采矿 工程师 矿石多松、 软、 碎， 且闭合裂隙发育， 其工程地质条件较差。 矿体顶底板岩石的工程地质条件与其岩石的岩性、 蚀变 类型及蚀变程度有关。组成矿体顶底板岩石的岩性变化较 大， 其中主要有 各种矽卡岩、 大理岩 条带状大理岩、 白云质 大理岩等 、 碳酸盐化绿泥石 金云母 化石英正长闪长 玢 岩和其它各种蚀变石英正长闪和 玢 岩、 石英闪长玢岩等。 其中大理岩和石榴子石透辉石矽卡岩， 岩石较完整， 裂隙不 发育， 其工程地质条件良好。碳酸盐化绿泥石 金云母 化石 英正长闪长 玢 岩， 岩石多呈松、 软、 碎状态 ， 其破碎程度较 严重， 常构成 3 O一 5 0 m的破碎带， 且破碎带的产状常与矿石 产状一致。如 I号和Ⅵ号矿带， 所以工程地持条件应为极 差。其它各种蚀变石英正长闪长 玢 岩、 石英闪长玢岩， 岩 石较破碎， 其工程地质条件一般较差。蚀变愈强， 岩石愈破 碎 ， 工程地质条件即愈差。 2 采矿方 法优 化选择 对矿体倾角 1 5 。 一3 5 。 、 中厚至厚大矿体的开采， 国内外 一 直是一个难题。据对国内缓倾斜中厚矿体矿山的统计， 采 用房柱采矿法的占5 0 ％， 采用底盘漏斗采矿法占3 5 ％， 其余 的主要采用分层充填法及浅孔 留矿法。在黄金矿山， 后者比 例略大， 可达 2 5 ％以上。而国外这类型的矿体则主要采用房 柱法， 其比例达 6 l ％， 另外采用充填采矿法的占2 3 ％； 其余 的主要采用爆力运矿采矿法。 2 ． 1 采矿方法的方案选择 根据前常铁矿的地质情况与开采技术条件， 矿体赋存特 点， 通过对崩落法、 空场法和充填法三种采矿方法的主要技 术经济指标分析 ， 得出嗣后充填法相对于崩落法和空场法总 回收资源量最多， 可比收益最佳。并且相对于其他方法可有 第3期 朱志彬等 太平矿业采矿方法优化研究 l 3 效保护地表环境 ， 保护耕地， 减少地面废弃物的排放， 社会效 益显著。空场法收益最差 ， 且大量的永久矿柱损失造成巨大 的资源浪费。崩落法虽然生产能力大， 开采成本低， 但由于 矿区地表为农 田和村镇， 不允许 冒落。因此， 对前常铜铁矿 而言 ， 嗣后充填法为最佳采矿方法 。 根据前常铜铁矿的开采技术条件 ， 提出了三种嗣后充填 法开采技术方案 两步骤分段中深孔 回采嗣后充填采矿法 方案一 、 中深孔连续回采嗣后充填采矿法 方案二 、 分条 中深孔 或浅孔 连续回采嗣后充填采矿法 方案三 。 2 ． 2 采矿方法的技术经济比较与模糊综合评判 在采矿方法方案选择时， 要考虑的影响因素很多 ， 为简 化优化模型， 按照安全、 经济、 高效和资源利用率高的基本原 则， 以采矿方法方案的生产能力、 采矿工效、 矿石损失率、 贫 化率、 采切比、 采充成本、 安全程度 、 工艺简单程度、 对矿体适 应程度及矿山对方案熟悉程度十项指标作为方案 比较因素。 其优化选择过程如图 1 所示。 图 1 模糊 综合评判终选采矿方法过程图 F i g ． 1 P r o c e s s o f mi n i n g me t h o d c h o i c e b y f u z z y g e n e r a l c o m p a r i n g 1 定量指标隶属度的计算 参与比较的定量指标包括 生产能力、 采矿工效、 矿石损 失率、 贫化率 、 采切比、 采充成本。根据所提出的采矿方法方 案特点， 以及矿山对采矿方法方案的技术经济指标的要求， 并参考国内外同类矿山的实际指标， 推算出各采矿方法方案 的技术经济指标值如表 1 所示。 表 1 采矿方法方案主要技术经济指标 1 模糊矩阵的形成T a b l e 1 Ma i n p a r a me t e r s o f t h r e e mi n i n g me t h o d s ～ ～ 标 名 称 生产能 采矿工 矿石损 矿石贫 采切 比 采充成 一 h 一 力／ t／ d 效／ t ／ p 失率／ ％ 化率／ ％ ／ m ／ k t 本／ t ， J C 1 、 两 步骤分段 中深孔 回采嗣后充填采矿法 方案一 6 o o～ 8 0 0 5 2～ 7 2 1 5 7 6 ． 1 l 5 7 ． 7 中深孑 L 连续 回采嗣后充填采矿法 方案二 5 o o～ 6 o o 5 2～7 2 1 5～2 O 7 5 ． 4 3 5 7 ． 7 分条中深孔 或浅孔 连续回采充填采矿法 主案四 1 0 o～ 2 0 o 3 0 ～ 5 O 1 5 2 0 6 1 O ． 3 2 5 9 ． 7 2 定性指标隶属度计算 参与比较的定性指标为 安全程度、 工艺简单程度、 对矿 体适应程度及矿山对方案熟悉程度。 首先对定性指标赋以模糊定量值， 然后用二元对比排序 法求其隶属度。 2 权矩阵的形成 对上述十个因素对采矿方法影响的权重 ， 按五级评分规 则打分， 由此构造判断矩阵， 并计算各因素权重值 ， 经归一化 处理得 出权矩 阵。 3 模糊综合评判 通过计算分析， 最适合安徽太平矿业有限公司前常铜铁 矿采矿方法依次是 1 两步骤分段中深孔回采嗣后充填采矿法 2 中深孔连续回采嗣后充填采矿法 3 分条中深孔 或浅孔 连续回采嗣后充填采矿法 经过模糊数学综合评判推荐安微太平矿业有限公司前 常铜铁矿主要采矿方法为 “ 两步骤分段中深孔 回采嗣后充 填采矿法” 。 2 ． 3 两步骤分段中深孔回采嗣后充填采矿法 1 采场构成要素 沿矿体倾斜方向每隔一段距离划分第一步骤和第二步 骤采场 ， 即沿矿体走向方向布置 采场长度方向沿矿体走 向 方向 ， 当矿体倾角小于 1 2 。 时， 也可沿矿体倾斜方向布置采 场。矿体分二步骤开采 ， 第一、 第二步骤均为采场长 5 0～5 2 m、 宽 1 2～1 5 m， 采场顶板 留23 m厚 的护顶矿层不予 回 采， 沿矿体倾斜方向间隔开采， 在采场端部留 8～1 0 m宽的 间柱。第一步骤回采完毕后 ， 采空区嗣后全尾砂胶结充填， 第二步骤采场待两侧采场充填完毕并待充填体养护至一定 时间后 3 0～ 9 0 d ， 再开始第二步骤采场的采准切割及回采 工作， 回采完毕后亦嗣后全尾砂胶结充填。回采时采用分段 中深孔凿岩落矿， 分段高度 1 2～1 5 m， 各分段崩下矿石集中 于采场底部结构出矿。最后进行间柱的回收， 间柱回收后的 采空 区用全尾砂胶 结充 填。 2 采准切割工程 因矿体顶底板围岩的稳固性差 ， 而矿体的稳固性好， 因 此， 所有采准切割工程均布置在矿体内 见图2 。 利用坡度较缓 倾角小于 1 2 。 的底板上山作为铲运机 和其它 自行行走设备上下的斜坡道。或另外掘进矿体底板 斜坡道， 通过调节各采场的先后回采次序或留矿柱来保护斜 坡道， 或利用卷扬通过上山将自行行走设备送到作业地点而 不另外掘进斜坡道 。 第一步骤回采的每一出矿水平再掘一条出矿穿脉平巷 联通出矿溜矿井 可几个采场共用一条 ， 便于铲运机出矿， 该出矿平巷布置在间柱内， 在有中段运输平巷的地方同样在 间柱位置内掘进出矿溜矿井。 在矿体内沿底板布置底板上山， 上山沿矿体倾斜方向布 置并与中段巷道连接， 从上山开始掘进采场的拉底平巷和出 矿平巷 ， 再掘进联通拉底平巷和出矿平巷的出矿联络巷。 在矿体顶板相应位置的矿体内布置顶板上山， 该上山连 接中段平巷， 从顶板上山开始布置与采场长度方向一致的充 填平巷。因矿体顶板应留下 2～3 m厚的护顶矿层不予 回 采， 作为永久性矿量损失， 以保护采场上部的井巷工程和采 场 的稳定 。因此 ， 顶板 上 山和充填 平 巷顶 板均应 有 2～3 m 厚的矿体。充填平巷尽可能位于采场较高的位置 ， 便于采场 充填接顶。 从底板上山向顶部上山掘进人行、 通风天井 可几个采场共 用一条天井 ， 在天井内开始， 于各分段水平掘进分段凿岩平巷。 第一步骤切割 在拉底平巷的采场端部掘进垂直拉底平 巷的切割平巷 ， 从切割平巷的端部开始向上掘进上下垂直的 切割天井至上分段凿岩平巷高度， 再在切割平巷内钻凿上向 1 4 有 色 金属 矿山部分 第6 l 卷 平行 中深孔向切割天井 爆破形 成采场 最下分段 切割槽 。以 上各分段亦用同样方式形成各分段切割槽。最下部的上向 扇形 中深孑 L 爆破后形成 的空间与 出矿平巷 和 出矿联 络巷组 成堑沟底部结构。 第二步骤切割 两侧第一步骤采场回采完毕并胶结充填 后， 方可进行第二步骤采场的切割工作。先在矿体底板掘进 脉内拉底平巷、 出矿平巷和出矿联络巷。分别在拉底平巷和 第一步骤回采的出矿平巷 上部 的端部掘进拉底平巷 两拉 底巷可连通成一条沿倾斜方向的斜巷 ， 再从斜巷的高处开始 向上掘进上下垂 直的切割天井 至上分段 凿岩平巷高度 ， 在切 割巷内钻凿上向平行中深孔向切割天井爆破形成采场最下分 段切割槽。以上各分段用与第一步骤上部分段相同样方式形 成各分段切割槽。采场下部分别于拉底平巷和第一步骤的出 矿平巷凿上向扇形中深孑 L ， 向切割槽爆破形成最下部集矿堑 沟， 并与出矿平巷和出矿联络巷组成堑沟底部结构。 T I ① ] Ⅲ ② ③ ④ Ⅲ 一 Ⅲ ① 一中深孔 ② 一出矿侧巷③ 一出矿巷道 ④ 一 受矿巷道⑤ 一 人行井⑥ 一 充填体 图2 两步骤分段中深孔回采嗣后充填采矿法 F i g ． 2 Two s t e p s ， s u b l e v e l me d i u m l e n g t h h o l e 。 a nd s ubs e que nt fil l i n g mi ni n g me t ho d 3 凿岩爆破 各分段凿岩巷用 Y G z 9 O型凿岩机钻凿上向扇形中深 孔 ， 孔径 6 5 m m， 孔底距 2～ 2 ． 5 m， 孔排距 1 ． 2～1 ． 5 in 。或 根据所采用的炸药类型及其特性、 凿岩炮孔孔径、 炮孔布置 形式、 装药结构、 爆破方式等因素， 通过系列爆破试验并通过 计算分析来确定凿岩爆破参数及炮孔布置参数。炮孔凿完 后， 用装药器向炮孔内装填 2 } } 岩石炸药， 向切割槽依次分段 爆破崩矿。崩矿时 自上分段向下分段依次进行， 即上分段崩 矿超前下分段， 上下分段之间崩矿后形成台阶。 崩下矿石用2 m 电动铲运机出矿， 铲运机通过出矿平 巷 ， 进入 出矿联络巷铲矿后 ， 将矿石倒人出矿 溜井 。 4 通 风与 出矿 采场爆破之后 ， 利用主风流通风。每次爆破后采场通风 时间一般需要 1 2 h 。采场出矿使用 WJ D一1 ． 5型电动铲运 机出矿， 铲运机通过出矿平巷， 进入出矿联络巷铲矿后， 将矿 石倒入出矿溜井。在中段水平使用 7 ． 0 t 电机车牵引 1 ． 2 I n 侧卸式矿车， 把矿石卸人中段主溜矿井。 5 采场充填 采场 回采完 毕后 ， 采 空 区嗣 后全 尾砂 胶 结充 填。充填 前， 先将通往采空区的各通道 口封闭， 通过构筑封闭墙进行 封闭。全尾砂胶结充填一般不需要脱水， 不需要滤水设施。 采场分多次充填， 第一次充填高度 2～ 3 m， 待充填体养 护至一定强度后进行第二次充填， 本次充填高度亦为 2～3 n l ， 充填体养护后进行第三次连续充填， 充填高度至上分段凿 岩平巷的底板位置。以上各分段采用同样的充填方法。最 后一次充填是采空区顶端的接顶充填 ， 将采场顶部的充填平 巷通往采空区的通道口用封闭墙封闭， 并将充填管道架设于 巷道顶端 ， 充填管道的出口应位于采空区的最高处 ， 本次充 填尽可能做到充填接顶。 充填灰砂比根据所要求的充填体强度和自立高度， 并考 虑所采用的尾砂特性 、 水泥类型及特性等因素， 通过试验室 试验和现场实际情况来综合确定。第一步骤采空区充填所 要求的灰砂比一般为 1 81 1 0， 第二步骤采空区充填灰砂 比一般为 1 1 5～1 2 0 。 3 结论 1 根据安徽太平矿业有限公司前常铜铁矿矿岩条件及 地表不允许塌陷和崩落， 分析比较空场法、 崩落法、 充填法的 特点及技术经济指标， 推荐采用嗣后充填采矿法作为矿山开 采方法 。 2 根据矿山现况及矿床条件， 设计了三个采矿方法分别 为 两步骤分段中深孔回采嗣后充填采矿法、 中深孔连续 回 采嗣后充填采矿法、 分条中深孑 L 或浅孔 连续回采嗣后充填 采矿法。采用模糊数学方法对采矿矿方法进行综合比较， 得 出适合的采矿方法依次为两步骤分段中深 孔回采嗣后充填采矿法、 中深孔连续回采嗣后充填采矿 法、 分条中深孔 或浅孔 连续回采嗣后充填采矿法。 3 由于矿体上下盘不稳固的特性 ， 回采采场根据矿体厚 度及方法预 留不同厚度的护顶层 ， 保证 矿体安全 回采 。 4 矿山地表 为工业建筑 、 村庄 、 农田 ， 开采 区域 内地表不 允沉降、 位移， 因此开采时必需进行动态位移及沉降观测， 为 安全回采矿体提供技术保证。 下转第 1 8页 l 8 有 色 金属 矿山部 分 第6 1 卷 4 ． 2 减小冲击载荷对溜井的破坏 1 严格按照 二矿区溜井管理办法 ， 要求井下铲运机 司机在井 口倒矿 时 ， 不能 快速 一次 性倒人 矿石 。应 采 取慢 速、 多次、 少量倒矿的方法， 以此来减小倒矿时产生的冲击破 坏载荷 。 2 减小大块矿石倒入井筒的几率。现场调查表明， 采矿 未经二次爆破产生的大块矿石 块度超过 9 0 0 m i l l ， 井口未安 装溜井格筛 一次性倒入井筒的现象时有发生。因此， 必须 要做到大块度矿石在采场内二次爆破后， 才可倒人溜井。 3 可考虑在溜井井壁破坏范围 2 O一 4 0 m 区段 ， 采用加 强井壁抗冲击破坏的措施 ， 如在该区段采用加装钢衬轨。 4 ． 3 降低爆破作业对溜井破 坏的影响 1 严格执行光面爆破施工技术或采用预裂爆破新技术， 减小爆破炮轰波对井壁的影响和岩体松动圈估计值。 2 加强溜井倒矿管理， 杜绝湿矿、 粉矿和灰浆混合矿倒 入井筒， 减少溜井堵塞事故发生的几率， 降低火箭弹处理井 筒对溜井破 坏的影响 。 4 ． 4 加强溜井日常管理。 减小人为因素对溜井的破坏 1 进一步完善溜井管理制度， 加大对工区管理溜井的考 核力度， 杜绝空井放矿、 深井放矿、 大块倒矿、 快速倒矿及充 填灰浆与矿石混放而是溜井堵塞等现象的发生， 从而减小人 为 因素对溜井的破坏 。 2 及时更换和安装溜井井口格筛， 切实保证溜井格筛的 完好率， 且应考虑现行井口溜井格筛尺寸是否符合二矿区实 际生产要求。 5 工程 实践 2 0 0 7年， 二矿区 1 1 7 8分段 4 、 1 0 9 8分段 1 、 5 盘区脉 e s s 习s 寻 外溜矿井均发生垮塌和井壁衬板脱落事故， 直接造成这三个 盘区不能正常生产． 为此根据上述所述的方法， 对这几条井 筒进行了返修维护。通过这近一年的放矿实践， 证实了这种 维护技术的可靠性和有效性。目前这种井筒维护技术又被 应用于 1 0 9 8分段 2 、 6 盘区脉外溜矿井的维护返修工作中。 6 结 语 1 尽早研发一种“ 溜井断层 此“ 断层” 非地质学所描述 的地质断层 ， 笔者认为是井筒钢衬板脱落处与完好处形成的 所谓“ 断层” 扫描仪” 的检查仪器。及时检查井筒井壁是否 有伤 。 2 有关文献记载， 目前国内外正在尝试一种性能能够超 越钢体结构的耐磨橡胶衬板， 建议在新材料应用方面做一些 有益尝试 。 参 考 文 献 北京有色冶金设计总 院． 金川有色金属公司矿山改扩建工程初 步设计书 [ R ] ．2 0 0 1 ． 北京有色冶金设计总 院． 金川有色金属公司矿山二期工程初步 设计 书[ R] ．1 9 8 4 ． 金川镍钴研究设计 院， 煤炭科学研究 总院北 京开采研究所 ， 金 川集 团有限公司二矿 区， 金川集 团有 限公 司矿山工程分公 司． 金川高应力蠕变破碎岩体与受采动影响 区域巷道支护工艺研 究 暨金川 二矿 区深部 巷道稳 定性与 支护技术 研究成 果报告 [ R] ．2 0 0 6 ． 张增 贵， 安建英． 采用橡胶衬板加 固主溜井 的可行性探讨 [ J ] ． 有 色矿 山， 2 0 0 2 ， 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