某铜矿马头山矿体采矿方法优化选择.pdf

I S S N 1 6 712 9 0 0 C N 4 31 3 4 7 ／ T D 采矿技术 第1 1 卷第6期 Mi n i n g T e c h n o l o g y ，o 1 ． 1 1 ， No ． 6 2 0 1 1年 1 1月 NO V．2 0l1 某 铜 矿 马 头 山 矿 体 采 矿 方 法 优 化 选 择 苏伟 ， 唐 绍辉 长沙矿山研究院 金属矿山安全技术国家重点实验室， 湖南 长沙4 1 0 0 1 2 摘要 马头山矿床属接触交代矽卡岩型透镜状的铜铁矿床， 矿体赋存条件和水文地质条 件较为复杂， 围岩构造破碎 发育严重 ， 均有较 大程度的泥化现 象， 整体稳 定性差。为提 高 资源利用率， 在对现用采矿方法和试验采场数据进行总结的基础上 ， 研究并提 出适合该矿 体的采矿方法 上向进路充填采矿法。叙述 了该采矿方法的特点、 采场布置及结构参数、 回采顺序和通风系统。 关键词 上向进路充填采矿法； 充填 系统； 回采工艺； 采场支护 1 概 况 某铜矿是 1 9 8 0年代兴建的一座大型地下矿山， 设计采选能力 3 5 0 0 t ／ d ， 现开采矿体资源储量逐渐 枯竭， 为使矿山生产稳定、 连续， 新开采了马头山矿 体 。马头山矿体为一 自东 向西倾伏型矿体 ， 其地质 矿量 5 5 0 ． 7 8万 t ， 铜品位 0 ． 5 6 ％ ， 铁平均品位 3 5 ％ 。 马头山矿体前期设计生产能力 1 0 0 0 t ／ d ， 采 用 侧翼斜坡 道开 拓 ， 主要 开 拓 中段有 一4 0 0，一4 6 0 ， 一 5 1 0 ， 一 5 7 0 ， 一 5 8 0 1T I 中段。采用大直径深孔采矿 法 回采 ， 采场垂直矿体走向布置 ， 宽度为 1 5 1T I ， 长度 为矿体厚度 ， 高度为矿体 的埋藏深度。由于马头山 矿体的工程地质条件复杂多变， 开采过程中发生了 显著的地压活动 ， 两采场在生产过程 中均 出现 了严 重的围岩跨 冒、 矿体 自然崩落现象。为此 ， 2 0 1 0年 初 ， 在马头山矿体设计并施 工了 1 0个 工程地质钻 孔 ， 根据前期研究成果和工程地质钻探揭露 的矿岩 情况 ， 在总结前期开采经验的基础上， 进一步综合分 析了马头山矿体的开采技术条件 ， 对马头山矿体采 矿方法进行了优化选择 。 2 开采技术条件 2 ． 1 矿体赋存条件 马头山矿体为接触交代型铜 铁 矿体， 总体走 向约 2 9 7 。 ， 局部有小幅度变化。矿体倾向 上部倾 向北东， 下部倾 向南西 ， 倾 向随走 向变化有较 小偏 转， 倾角变化较大， 最大5 2 。 ， 最小 1 7 。 。矿体侧伏角 沿走向有一 定变化 ， 侧伏角度 变化范 围 1 0 。～4 5 。 。 矿体连续 ， 沿走向有分叉复合现象 ， 总长 1 2 5 0 n q ， 工 程控制长度 1 1 5 0 r n 。沿倾 向斜 深 5 0 ． 2 7～1 5 9 ． 2 2 r n ， 平均斜深 1 4 2 n l ， 矿体中间厚， 两端薄， 为一向西 侧伏的似层状透镜体， 最大厚度 1 0 5 ． 2 9 m， 最小厚 度 0 ． 6 1 m， 平均厚度 1 O ． 8 9 m， 属厚度不稳定型。矿 体 埋 深 6 3 9 m，矿 体 赋 存 标 高 为 一 3 6 0 ． 3 4～ 一 6 3 7 ． 7 1 m， 东高西低 ， 相对高差 2 7 7 ． 4 7 m。 2 ． 2 水文地质条件 马头山矿床直接充水含水体主要是接触构造破 碎带含水体。属成岩前、 成岩后多期构造及热液活 动迭加 ， 形成的规模较大 、 性质复杂的接触构造破碎 带含水体 ， 含水带厚度小于 2 0 m。井下涌水特征是 水平分布水点多且分散 ， 各孔涌水量相差不大 ， 断层 附近和洪塘沟一带略大。垂直向上 8 0 ％的涌水量 分布在 ⋯ 3 8 0 4 6 0 m之问， 位于矿体顶板， 直接 影响矿体开采 。井下 2 3个出水孔 ， 单个孔最大涌水 量9 5 0 in ／ d ， 矿床实际平均涌水量为 1 2 4 7 m ／ d 。 2 ． 3 矿体上、 下盘围岩及夹石特征 主矿体顶板 围岩 主要是 白云石大理岩及大理 岩 、 透辉石矽卡岩 ， 个别矿层顶板为角砾大理岩及闪 长岩 ； 矿体底板 围岩为闪长岩 、 透辉石化 闪长岩 、 方 柱石透辉石矽卡岩。小矿体顶底板围岩均为透辉石 化 闪长岩或 闪长岩。 主矿体近矿围岩蚀变是透辉石化 ， 围绕矿体接 触带， 闪长岩透辉石化， 形成一个大的高温蚀变圈， 蚀变带中有黄铜矿化 、 磁黄铁矿化 、 黄铁矿化。 主矿体较为完整， 仅在矿体中段在倾向上呈分 叉尖灭 ， 从钻孔中可见 ， 透辉石矽卡岩 、 透辉石化 闪 长岩在矿体枝叉间形成“ 夹层” ， 实际上是矿体每一 分枝的顶底板， 有弱的黄铜矿化 、 黄铁矿化。小矿体 1 2 朱带枝朱 为完整的薄层状矿体。 通过对马头山矿体岩石力学性质及结构的研 究， 各岩性总体 R Q D值 1 0 ％ 一 3 0 ％ 均很低， 均属 于Ⅳ和V级的岩体。总体上 ， 马头山矿体是一个产 状十分复杂 ， 矿岩破碎泥化严重 ， 稳 固性条件很差的 矿体。 3 采矿方法选择 马头山矿体原采用大直径深孔采矿法回采， 采 场垂直矿体走 向布置 ， 宽度为 1 5 i n ， 长度为矿体厚 度， 高度为矿体的埋藏深度。开采过程中发生了显 著的地压活动， 出现了严重的围岩跨冒、 矿体自 然崩 落现象， 造成硐室、 巷道多次支护， 采场大范围的垮 落， 大量矿石无法采出， 严重影响到采场安全回采。 综合考虑前期生产 的实践经验和矿体地质条 件， 本设计采用以下采矿方法 对于矿围岩稳固性条 件较好的部位 ， 则继续采用大直径深孔采矿法 回采 ， 单个采场结构参数长度应控制在 3 0 m以内， 宽度为 1 5 m， 高度控制在6 0 m以内， 同时采用天井钻机进 行拉槽 ， 周边孑 L 控制爆破 ， 留矿堆爆破以及强化充填 已形 等系列技术手段确保采场回采的安全、 顺利进行； 对 于矿围岩条件很差 的部位 ， 则采用上向进路尾砂胶 结充填采矿法。 3 ． 1 采场布置及结构参数 采场垂直走向布置， 长度为矿体厚度， 采场宽度 除第一个采场 2 0 采场 为 1 2 1T I 外， 其余均为 l 5 m。分段高度为 l 0 ． 5 i n ， 一个分段控制 3个分层 。 回采进路结构参数是上向进路尾砂胶结充填采 矿法的关键参数 ， 是影 响采场稳定性 、 采 矿生产能 力、 采充成本、 劳动生产率、 贫化率和损失率等的重 要因素。根据工程地质 、 前期岩体力学分析以及试 验采场的采矿经验分析 ， 综合考虑该采矿方法改造 的技术要求， 设计初步选择回采进路参数为 采场进 路宽度为 3 ． 5～ 4 m， 高度为 3 ． 5～4 IT I ， 进路垂直矿 体走向布置， 进路长度为矿体水平厚度， 一般情况下 进路断面采用矩形结构 ， 为有利于最后一个进路充 填接顶， 提高进路接顶率， 最后一个进路断面采用拱 形结构 ， 采场进路结构参数 可以依据揭露后 的矿岩 稳 固性条件随时进行调整。 采场布置及各结构参数见图 1 。 X9 j 0 { X9 0 7 5 0 1 4 ／ l 4 a 1 5 12 M ＼ r 4 一{ ⋯一 l 2 ＼ 1 n 1 1 1 ■ 一 1 回 ／ 风 井 彝 一 一 ⋯ F e G 7 ＼ 、 癣 1 9 1 8 鬓 采 采 l ～ ～ 一 { 。一’ 场 场 一 T n r r一 。 牛 , ． -5 3 2 一 7 矿 ～5 ； n 月 } ． ；通斟垃薹 ⋯、 4 F e c ＼ 。 ，／ 一 5 A 硒A 1 ＼ 6 ⋯ _1 ． 一 一 一一 S K d u A l ／ 一 2 一 层 内矿体 道 4 一出矿中段主运输巷道 道 6 一中段主运输巷 8 一原2 P采场出矿进路 1 O 一分段联络巷 L 2 一 一 5 1 0 m中段主运输巷遭 l 4 一充填钻孔 l 6 一分层平巷 风巷遭 图1 上向进路尾砂胶结充填采矿法方案 苏伟， 等 某铜矿马头山矿体采矿方法优化选择 l 3 3 ． 2采 准工 程 目前整个马头山矿体的斜坡道一环形脉外平巷 开拓系统已经形成， 而根据矿体的产状对每个盘区 设置下盘人行设施井进行联合采准布置。 根据设计的采场、 各分层和分段高度， 分别在 一 5 5 3 ， 一 5 4 1 ， 一5 3 2 ， 一5 2 2 ， 一5 1 1 m和 一5 0 2 n l 水 平共布置 6条分段平巷 ， 各分段平巷通过分段联络 道与矿体分层平巷相通 ； 每盘区设一条矿石溜井 ， 将 盘区矿石溜井设置在矿体下盘围岩 中， 位 于盘 区中 部分段平巷 与分层联络道相交处 ， 溜井倾 角与矿体 倾角尽量要求一致 ； 在采场上部穿脉巷道内布置 3 个充填大孑 L ， 同时可以作为采场的回风路线； 在采场 靠矿体上盘的中问位置处采用钢筋水泥架设一条上 行泄水井。 3 ． 3回采 工作 1 进路回采顺序。采用上行分层分条开采。 为了充填和排水的需要， 每个分层进路底板坡度为 2 ％ ～3 ％。每个采场布置 3条采矿进路 ， 先采 1 和 3 进路， 同时同层但可以不同步上行回采， 2 进路 中间条 次于 1 和 3 进路一个分层回采 ， 单条进路 内采矿顺序为从下盘至上盘， 对于特别厚大的矿体， 为提高出矿效率 ， 可以采用两端对采 。 2 凿岩爆破。设计采用 Me r c u r y一1 4型全液 压单 臂 凿岩 台车 进行凿 岩 ， 炮孔孔 径 为 14 4 m m， 孔深 2 ． 8 m， 孑 L 间距 0 ． 7～1 m， 排距 0 ． 6 0 ． 7 m。设计选用 N o r m e t 生产 的 N T 3 0 ／ N B B 1 5 0型装 药 车装药 ， 采用 2号粉状乳化炸药 ， 非电毫秒微差导爆 管雷管爆破。为减小爆破振动对矿岩和充填体受的 破坏， 保持其自身的支承能力， 形成较规整的断面形 状 ， 进路回采应采用光面爆破。回采进路两侧 和底 板是充填体， 为降低矿石贫化， 炮孔与充填体的间距 应适 当加大 ， 一般为 0 ． 3 0 ． 5 m。 3 采场出矿。采用 L E一 4 ． 1 E型电动铲运机 将崩落矿石运至采区溜井 。 4 采场通风。新鲜风流 由中段运输巷 、 下 盘 人行材料天井进入采场工作面 ， 采用局扇配塑料柔 性风筒压人式通风方法加强通风 。 3 ． 4 采场充填与支护 设计采用矿山现有的尾砂胶结充填系统 ， 充填 料在地表充填站制备后， 经管道输送至采场内进行 充填。一期进路充填材料的灰砂比要求较高， 二期 进路充填材料的灰砂比则可以适当降低。但每条进 路顶部 0 ． 4～ 0 ． 5 IT I 的空间用灰砂 比为 1 4～1 5的 胶结充填料进行充填 ， 设计要求充填体的强度 7 d 龄期 为 1 ． 5 2 ． 5 MP a ， 浇面层厚度大于 0 ． 5 I T I ， 胶 面层的灰砂 比不得小 于 l 4 ， 以利 于上分层回采的 无轨设备的运行和降低矿石损失与贫化。 在分层进路联络巷 内充填采用柔性挡墙密封 ， 既可 以起 到稳定 的封堵 作 用， 也有 较好 的脱 水 效果。 在进路充填之前 ， 必须先清理进路 中的残留块 矿和粉矿 ， 撤 出风水管线 ； 采用分次充填 ， 一般可分 3次 ， 前两次每次的充填高度约为 1 ． 3～1 ． 8 1T I ， 最后 一 次为浇面充填， 高度约为 0 ． 5 Ill 。每次充填待初 凝后 ， 再进行下一 次充填 ， 以利于整体强度 的实现。 充填下料点的位置和数量应根据 回采进路 的长度 ， 采用多点下料。 3 ． 5 顶板管理 为保证矿体安全回采， 回采过程中应加强进路 顶板管理 ， 除采后及时充填以外 ， 还应根据现场顶板 稳固情况 ， 进路 支护一般 采用锚 杆或锚 杆钢 丝 网 或双簸钢条 ， 当顶板破碎时 ， 则采用锚杆预加 固 和喷锚网联合支护， 同时遇到砂状和泥状的岩层时 ， 则可以采用锚杆加钢构预加固， 以维护 回采进路在 回采期间的稳 固完整， 并采取应力 、 应变 、 位移等观 测手段， 对回采过程中矿柱顶板压力显现进行监测， 掌握规律 ， 做 出安全预报。 3 ． 6 设备配置 每一盘区同时回采的进路数为 3条， 配备凿岩 台车 1 ～ 2台， 2 n l 铲运机 l台， 装药台车、 锚杆台车 和顶板服务车各 1台。 4 结 论 本设计选用采矿方法时， 总结和分析了前期生 产和试验采场的开采技术经验 ， 尽 可能地利用 了矿 区现有的探采工程和充填 系统 、 矿 山现有 的人员技 术力量和装备水平， 充分考虑矿体、 围岩十分破碎且 泥化的条件 ， 借鉴了采场结构参数和爆破参数， 特别 是采空区顶板允许暴露面积和垮塌崩落的情况。采 用上向进路尾砂胶结充填采矿法有效地控制了开采 地压活动， 防止矿围岩垮冒和冲击地压等引发重大 安全事故。在安全的前提下， 达到了矿山的设计生 产能力 1 0 0 0 t ／ d ， 同时， 矿石 回采率提高至 9 3 ％ 以 上， 贫化率控制在 5 ％以下， 降低了采矿成本， 改善 了生产条件， 创造了较好的经济效益。 下转第 1 9页 吕和建 里伍铜矿 2 5 8 02 5 5 2 I l l A 2矿体 回采方案探讨 1 9 1 采场布置和结构 参数 。矿块沿走 向布置 ， 长 6 0 7 0 n l ， 斜长 8 0 m左右 ， 中段 高 2 0 1T I ， 矿块 间 暂留3 m间柱， 顶底柱 3 IT I ， 待相邻矿块回采完后， 将问柱 回采成点柱 ， 采空区留3 m 3 m点柱或不规 则矿柱 。 2 采准切割。脉内开凿阶段运输平巷， 探采 结合， 按6 0 IT I 间距布置切割上山作为开采自由面和 通风用 ， 人员 、 矿用铲运机 、 矿用 四轮车直接从脉 内 开拓巷进入矿房 ， 局部地段施工折返式斜坡道 ， 便于 车辆运行。 3 回采工作。回采工作从切割上山开始， 沿 走 向由东 向西推进 ， 布置 2～3个梯段 ， 梯段 长 8～ 1 0 IT I ， 下梯段超前 上梯段距离 5 m。梯段工作面利 于出矿和凿岩 ， 避免相互干扰 ； 产状变陡时 ， 施工采 用折返式斜坡道便于车辆运行。采用 Y T 2 7气腿式 凿岩机凿岩 ， 孔深 1 ． 21 ． 5 I n ， 孔距 0 ． 6～1 ． 0 m， 排 距 0 ． 5 0 ． 8 m， 一次推进 1 ． 21 ． 4 m， 矿体全厚一 次回采。对于局部贫化率较高的问题， 通过加强手 选废石管理， 以控制总体采矿贫化。 4 通风。通风采用在2 5 8 0中段修筑风门， 从 2 5 8 0地表出口抽出污风 ， 以免污风对其它 中段产生 影响。 5 地压管理。根据矿山生产经验 ， A 2允许空 区暴露面积可超过 1 0 0 0 0 i n ， 但 2 5 8 0～ 2 5 5 2 m中段 距离地表近 ， 围岩局部风化 、 较 为发育 ， 采矿过程中 可能出现冒顶现象， 设计采用 S Z I 一1 3 2 0型液压支 架或缝管式锚杆护顶。 6 运输及计 量。2 5 5 2硐 口至选 厂原矿仓运 输距离 7 2 0 m， 采矿点至 2 5 5 2硐 口2 5 0 m， 合计 9 7 0 1T I ， 有简易公路相通 ， 基本不需要维修。如对硐 口民 工棚区路基进行维护， 将进一步减少运距。从井下 采矿点经 2 5 5 2平 巷至选 厂原矿仓运距 1 2 0 0 m， 并 对下一步四期工程运输会产生一定影响。矿房内采 用 Z L 2 0 D铲运机及矿用 四轮车运输 ， 铲运机卸载高 度 1 ． 9 2 ． 4 m， 转弯半径 4 I n ， 爬坡度 3 0 ％ ， 额定斗 容 0 ． 7 5～1 ． 0 m ； 矿用四轮车规格为 4 ． 6 m1 ． 5 1T I 1 ． 7 m， 不需要改变 目前巷道 的规格 ， 重车爬坡度 2 0 ％； 矿块内产状较陡处可采用折返式斜坡道辅助 运输。矿量 以测量验收为准， 或通过磅称计量 。 4 结 语 里伍铜矿 A 2矿体 在 2 5 5 2 m 以下 ， 倾斜 长约 5 0 0 m， 走向长 3 0～9 0 m， 尚有表 内矿量 2 9 3 0 0 ． 5 4 t ， 表外矿 1 2 2 1 8 ． 8 4 t ， 表 内未列矿 1 6 2 3 2 5 ． 3 5 t ， 合计 2 0 ． 3 8万 t ； 铜品位0 ． 8 7 ％ ～1 ． 3 l ％ ， 金属量 2 4 0 8 ． 5 8 t 。由于此部分 A 2矿体规模小 ， 走向短 ， 延伸深 ， 矿 体控制程度低， 离里伍铜矿主开拓系统远， 没有合适 的方法 回采 ， 矿L L l 一直没有计划回采。 探讨 的2 5 5 2～ 2 5 8 0 m A 2矿体 回采方案的主要 目的是增加井下供矿量 ， 力争完成矿 山年度的生产 任务 ； 同时收集相关数据， 积累经验 ， 对下一步采用 折返式斜坡道脉 内开拓 ， 无轨运输 ， 回收利用下部 A 2 矿体， 延长里伍铜矿服务年限等有重要的意义。 参考文献 [ 1 ] 采矿手册 编委会． 采矿手册 第 四卷 [ M] ． 北 京 冶金工业 出版社 ， 1 9 9 0 ． [ 2 ] 贺美姣 ， 刘 维华 ， 李心一． 云『轲省岩金矿 采矿方法与研 究[ J ] ． 昆明理工大学学报 ， 1 9 9 4， 5 ． [ 3 ] 曹志丰， 冯壹． 水压支柱伞面法回采深井缓倾斜复杂矿体的 实践 [ J ] ． 江西有色金属 ， 2 0 0 3 ， 1 7 4 ． [ 4 ] 刘德强， 吴仲雄． 留矿全面法在德保铜矿的应用[ J ] ． 广西大 学学报 自然科学版 ， 2 0 0 4， 3 ． 收稿 日期 2 0 1 1 0 8 3 0 作者 简介 吕和建 1 9 7 5一 ， 男， 河 南 南阳人 ， 工程 师 ， 长期 从事矿山地质、 采矿技术工作 ， E m a i l 1 8 2 4 6 2 9 5 5 q q ． e o m。 上接第 1 3页 [ 4 ]于润沧． 我国 胶结充 填工艺发展的技术创新[ J ] 中国 矿山工 参考文献 [ 1 ] 郭金 峰． 分段空场 嗣后充填采矿 方法的试验 研究 [ J ] ． 江 西有 色金属 ， 2 0 0 0 ， 1 4 3 81 0 ． [ 2 ] 崔栋 梁 ， 等． 新城 金矿 采矿方法 和 充填 接顶 工 艺探 讨 [ J ] ． 金 属矿 山， 2 0 0 6， 3 ． [ 3 ] 卢栋． L 向分条进路充填采矿法在望儿L Ⅱ 金矿的应用[ J ] ． 金属矿 山， 2 0 0 5， 1 ． 程 ， 2 0 1 0 ， 5 ． [ 5 ] 古德生 ， 李 夕兵， 等． 现代金属矿 床开采科学技 术 [ M] ． 北京 冶金 工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． 收稿 日期 2 0 1 1 0 9 0 8 作者简介 苏 伟 1 9 8 2一 ， 男， 安徽太和人， 硕士研 究生， 主要 从 事矿 山岩石 力 学及地 压监 控技 术研 究， E m a i l 9 4 0 7 0 8 1 5 q q ． e o m 。