上向分层充填采矿法在赣州铀矿的应用及展望.pdf

SuPPI . N ovem b e r 200 9 金属矿 山 M ETALM INE 增 刊 20 为年11月 上向 舍层充镇采矿 孩在瀚州铂矿的应用众展蟹 施祖远吴建明 中核赣州金瑞抽业有限公司 摘要从技术应用 和工艺改进等方面介绍了上向分层充填采矿法在赣州铀矿生产实践中的成功经验 , 指出 了今后的发展方向 “ 关键词采犷方 法上向分层充填法袖矿 A P P lic a柱on o f theCu t 皿M i刘面gM ethod n i G a Z n ho u U r a n i u. M玩e an dis i ShiZ uU y n a W u Jim n a ing h c in a刀拉ee la r 浇心彻 “ J i n 成 U由n i,介以山t叮 C o . , 及d . A bst川C t nic a l P a Pl i e a t i on The s u e e es s fi l ix e伴r i enee o f PD d r u c tin oP a c r t ie e inGn a zho u U m u a r um M in e a e r inr td o u e c d加m thete c h - n ad p吹 eos i哪 o v e r m e nt,e c t . , n ad h e t u f t毗 die c rt i on o f d ev e o fpm e n t15p oin te d u o t . M in i n g metho d , U妙耐ba ck e u t 一 f il l m e thd e , U r n aim u min e 我国已探明的铀矿床大多数埋藏在地面以下 20 0m 至 so om , 个别超过 so om , 只有少数出露或 接近地表 , 所以开采方式以地下为主 “ 铀矿床规模 较小 , 厚度较薄 , 地质构造复杂 , 矿体形态多变 , 连续 性差 , 加上铀是贵金属 , 为了充分回收宝贵铀资源 , 需尽可能减少回采中的损失与贫化 , 所以在地下开 采中 , 凡矿石中等稳固以上 围岩中等稳固以上以至 不稳固的矿体 , 多采用上 向分层 充 填 采 矿法回 采川 “ 赣州铀矿具有 4 0年的开采历史 , 先后在鹿井 草桃背 高昔矿床采用上向分层 干式充填法采矿 , 是 我国成功应用干式充填采矿法 的铀矿山之一 “ 多年 来 , 对上向分层干式充填采矿法的采准切割 回采工 艺 顶柱回采进行许多改进 , 积累了一定经验 “ 下面 以草桃背矿床应用上向分层充 填采矿法为例 , 进行 简要介绍 “ 1 矿床地质条件 草桃背矿床是在早期基底构造形成的中 一 低温 热液铀矿化基础上 , 继火山活动补源 , 古地下水淋积 叠加而形成的复杂成因火山 口中低温热液 水 铀 矿床 “ 矿体主要集 中在火山 口地段 , 该地段的储量 为整个矿床金属量的 . 6 “ 矿体富集地段在6 0 一 7 5 勘探线之间 标高为2 7 0 一 咒o m “ 矿体埋藏深 度一般为5 0 一 25 0 m , 最大埋深为 45 0 m “ 矿体围绕 火山颈呈环状 半环状和放射状分布 “ 大部分矿体 赋存在火山震碎带的紫色带与绿色带界面 0 一 6 0 m 范围内的绿色带中 “ 地质队认为该矿床矿体形态多为似层状 脉状 , 倾向多变 , 倾角以缓倾为主 , 矿体厚度 1 一 s m , 品位 0 一 0 . 3 , 平均厚度 3 . 1 2 m “ 经过矿山近2 0年 的 开采证实 , 矿体产状 形态 规模 矿化特征和控制因 素上有较大的变化 “ 特别是矿体在水平方向上连续 性变差 , 在竖向上连续性变好 , 矿体倾向多变 , 主要 以陡倾斜为主;矿体形态复杂多变 , 主要呈囊状 团 块状 树莞状 不规则柱状等 , 矿体厚度一般 2 一 2 0 m , 最大厚度达 o s m ; 矿体主要由构造及岩性双重控 制 , 如在猫尖米构造上下盘的隐爆角砾岩和震碎花 岗岩交接的构造裂隙带部位为成矿的有利地段 “ 该 矿床矿石类型为硅酸盐型 单铀矿石 “ 根据赋存岩 性 , 矿石类型可分为隐爆角砾岩型 花岗岩型和安山 岩型 , 其中隐爆角砾岩型为矿床的主要矿石类型 , 占 矿床总储量的 9 5以上 “ 隐爆砾岩 震碎花岗斑岩 的坚固性系数f 7 一 9 , 松散系数 1 . 2 7 一 1 . 6 0 , 矿石 密度为 2 . 5 5 口扩 , 湿度为 5 , 自然安息角 38 0 - 4 0 0“ 该矿井采用平铜盲斜井开拓方式 , 通风系统现 施祖远196 2一 , 男 , 中核赣 州金瑞铀业有限公司 , 高级工 程 师 , 3 4 10 01江西省赣州开发区 “ 170 施祖远等 上向分层充填采矿法在赣州袖矿的应用及展望 20 9年11月 为分区对角抽出式 “ 2 工艺技术特点 2 . 1 适用条件及优缺点 上向分层充填法一般适用于开采矿石稳固 , 围 岩稳固性较差 , 围岩或地表需要保护的急倾斜的稀 有 贵重金属矿床或高品位矿床 “ 它能很好地适应 矿体形态的变化 , 安全性较高 , 矿石损失贫化率小 , 对充填材料及其粒度组成要求不严 , 且充填材料来 源广泛 , 工艺较简单 , 充填系统不需要很多的设备和 投资 “ 上向分层充填法的主要优点还包括 能够有 效维护围岩 , 减少围岩的移动和防止其大量冒落 ; 灵 活性大 , 可以实现选择性开采 ; 可以防止矿床开采的 内因火灾 “ 其主要缺点是 回采工艺和充填工艺比 较复杂 ; 采矿作业受充填时间和充填体强度影响较 大 ; 充填材料和充填作业增加了采矿成本川 “ 根据 草桃背矿床矿岩稳定程度 矿体赋存要素 矿化情 况 矿石价值等条件 , 选择采用上向水平分层干式充 填法 “ 2 . 2 开采顺序与采区划分 上向分层充填法一般采用水平分层自下而上逐 分层回采 , 每分层回采结束后 , 即时对分层进 行充 填 , 以支撑采矿区边帮 , 并作为下一个作业循环的作 业平台 1.]“ 根据草桃背矿床矿体规模不大 零星分 散和岩石稳固程度等情况 , 一般将一个或几个矿体 作为一个采场 , 一次性回采矿体 , 矿体之间以联络道 相连 ; 大矿体分两个采场先后回采 , 采场沿矿体走向 布置 , 不留间柱 , 中间砌混凝土隔离墙 “ 采场构成要 素 采场高度以中段高度 为准 , 3 5 一 5 0 m ; 采场长度 1 0 一 50 m , 采场宽度 2 一 2 0 m ; 一般不留间柱 , 少数 采场有混凝土隔离墙 ; 顶柱 4 一 sm ; 底柱5 . 5 一 6 . 0 m 为混凝土假底假巷 “ 2 . 3 采准切割 因为矿体赋存条件比较复杂 , 所以采准工作的 布置比较灵活 “ 一般结合原有工程 , 保证一个采场 至少有两个安全出口 一个放矿井 一个充填通风 井 , 在保证安全 通风 贫损指标和一定工作效率等 前提下 , 能简则简 “ 根据矿体在 中段之间的赋存状 态 , 分以下几种情况 l当矿体从中段平面开始出露时 , 一般不留 矿石底柱 “ 采准切割工程较为简单 , 可利用探矿天 井作充填通风井 , 或者新掘充填通风井 , 从穿脉中切 开矿体到边界 , 上挑两分层 , 保证 5 . 5 一 6 . o m的空 顶高度后 , 施工混凝土假底假巷和顺路井 , 然后充 填 打砂浆垫板 , 即形成备采 “ 以前采用过混凝土预 制块砌筑假巷墙体和顺路井 , 采用松圆木架设顺路 井 “ 但这几种方式存在整体性较差 不能有效抑制 氛及其子体析出 , 尤其是松圆木架设的顺路井易腐 烂 , 对今后下部 中段的开采易造成隐患 , 因此后来弃 用 , 全部改为混凝土现浇假底假巷和顺路井 “ 2当矿体下尖灭 端在本中段平面以上1 5 m 之内时 , 留有自然废石底柱 “ 一般可在下中段穿脉 或沿脉巷道中用普通法向上掘人行井 放矿井至矿 体下尖灭端拉切割巷 , 用 吊罐法掘充填通风井 , 切开 矿体后即形成备采 “ 3当矿体下尖灭端在上 中段平面以下1 5 m 之内时 , 也留有 自然废石底柱 “ 一般可先用吊罐法 上掘一个天井下部放矿 上部 充填通风兼行人 , 然后形成切割巷 , 再在切割巷中用普通法向上中段 开掘人行天井 , 在每个人行井中 , 架设梯子平台和软 梯两套人行设施 “ 采场通风可在上 中段设置风 门 , 使两个人行井之间呈现系统负压风流 , 即采用 / U 0 形通风 , 切开矿体后即形成备采 “ 4当矿体下尖灭端离上 , 下中段平面都在1 5 m 之外 , 亦留有自然废石底柱 “ 这时 , 一般用吊罐法 上掘两个充填通风天井 , 在两个天井 之间掘进切割 巷 , 再将两个天井的下部扩修 砌成双格顺路井 , 切 开矿体后即形成备采 “ 2 . 4 回采工艺 根据采场面积 跨度 矿岩稳固程度和矿化情况 来确定采用 / 一采一充 0 或 / 两 采一充 0 回采工艺 “ 下面以 / 一采一充 0 为例 , 介绍回采工艺 “ 上向分层 充填法为工作面循环作业 , 对铀矿而言 , 有横采找 边 上采落矿 采场通风 顶板管理 采场出矿和充填 浇灌 , 完成一个循环后进行下一个循环作业 “ 2 . 4 . 1 横采找边 由于矿体形态大多不规则 , 每上采一分层 , 常常 出现扩大或变小现象 , 因此必须按照地质物探人员 的指导进行横采找边 , 一直到矿体边界为止 “ 这是 减少损失的一项极为重要的措施 “ 采场每一分层编 录 上采前 , 都必须打围壁探矿孔探明矿体边界 “ 使 用 765 5 型气腿式凿岩机打围壁孔 , 围壁孔水平间距 Zm , 孔深 Z m , 经物探测孔后 , 地质物探人员给定横 采找边界线 “ 在见矿部位横采找边 Z m 深后 , 再在 找边面上补加围壁孔 , 继续横采找边 , 直到无矿 “ 根 据以前补勘或生探资料 , 在可能见矿的部位适当地 布置 s m 深物探孔探矿 , 见矿后再次找边 , 直至矿体 17 1 增刊金属矿 山20 09年11月 边界 “ 由于该矿床矿体形态复杂多变 , 常有分枝复 合 膨胀收缩现象 , 因此 , 采场每一分层找边量有时 往往较大 , 找边时间也较长 “ 2 . 4 . 2 上采落矿 采场每分层一般都分两次凿岩爆破 , 分层高度 1 . 8 一 2 . O m “ 使用 Y s P 一 4 5型上向式凿岩机打上 采孔 “ 以前上采凿岩利用天井的自由面作为掏槽 , 造成天井口经常冒顶 “ 后来我们采取在采场长轴方 向形成楔形掏槽 , 微差爆 破 , 并 一 串 一 并联电爆网 路 , 一次放炮 “ 曾经一次起爆过 120 0 多发电雷管 “ 楔形掏槽 微差爆破的落矿方法的优点是 , 爆破效率 高 , 大块 率低 , 二次破碎工作量小 ; 顶板平整 , 松石 少 , 作业安全 ; 爆破后矿堆集中 , 为加速出矿 , 快速回 采创造有利条件 “ 2 . 4 . 3 采场通风 采场通风采用贯穿风流通风 , 一般采用上行式 通风 , 即新鲜风流由顺路井的人行井进人采场工作 面 , 污风通过采场通风井进人上中段回风巷 , 集中由 矿用通风机抽出地表 “ 2 . 4 . 4 顶板安全管理 上向分层充填法 , 人员 设备是在暴露的顶板下 作业 , 因此控制顶板的安全是非常重要的 , 根据顶板 的稳固性 , 有的要采取必要的支护措施 “ 顶板的稳 固性与顶板暴露面积及暴露时间有关 “ 经过多年的 回采工作实践表 明 , 采场冒顶具有以下特征 l基本在两条近平行陡倾斜断裂之间所产生 的缓倾斜节理部位或原陡倾斜断裂派生的缓倾斜节 理部位 , 及后期又有构造活动的节理面 , 易产生大面 积冒顶 ; 2 在两条交叉断裂形成的 / 倒三角 0 构造区处 也易产生冒顶 ; 3 在采场围壁 , 有较大张 扭性构造存在 时 , 易产生片邦现象 ; 4临近地表的采场 , 在汛期或久旱逢暴雨的 气候条件下 , 容易造成冒顶 “ 要特别注重地压管理 l控制采矿空间的几何形状 , 使其周围应力 最小 , 例如有意识地使采场顶板保持周围低 中间高 的类似拱形 ; 2用矿石柱 废石柱 人工支柱 充 填体或者 联合法支撑采矿空间 ; 3崩落矿岩 , 使采矿空间一些 部位的应力重 新分布和降低 , 例如有意识地崩落危险性较大的可 能冒落的顶板突出岩石和围壁 ; 4采矿时尽量采用上采 , 少用或不用压采 ; 上 采时采用微差爆破 , 尽量减少爆破次数 ; 5提高采矿强度 , 强采强充 , 缩短采场空顶时 间 “ 2 . 4 . 5 采场出矿 采场矿石运搬使用 ZD P J 一 3 0型电耙绞车 “ 电 耙操作方便 , 也便于管理和维修 , 还可以用于充填料 平场 “ 在使用电耙时 , 正确选择电耙绞车位置 , 对合 理调节耙运线路至关重要 , 调整绞车位置可以巧妙 地利用绞车本身的牵引力来移动绞车 “ 2 . 4 . 6 充填浇灌 采场矿石全部出完后 , 接着开始加高混凝土顺 路井 充填和铺设水泥砂浆垫板 “ 充填浇灌作业是 一项很繁重的工作 , 约占一个循环 时间 的4 0左 右 , 因此 , 它是能否保持稳产高产的关键性环节 “ 加 高混凝土顺路井过去曾经采用混凝土预制块或松圆 木结构 , 存在整体性较差 不能有效抑制氧及其子体 析出的缺点 , 后来全部改为混凝土现浇顺路井 “ 砂 浆 混凝土则是在各 中段平铜 口地表设搅拌站 , 用 0 . 5 5扩翻斗式矿车运输 , 倒人下中段各采场 “ 在 生产实践中还采取了一些灵活的做法 , 浇灌混凝土 顺路井时 , 人行井 放矿井可分可合 , 分开 为单独布 置 , 合起来为双格顺路井 “ 回采过程中 , 人行井可根 据矿体的变化情 况拐弯砌设 , 以减少 上采废石量 “ 在保证安全出口 放矿和通风的情况下 , 回采中可根 据地质情况适当减少放矿井或人行井 “ 采场回采接 近上中段时 , 可利用天井作安全出口而减少下部的 人行井 “ 加高完混凝土顺路井 , 材料 机械设备搬移到安 全地点后 , 即可下料进行充填 “ 使用干式充填 , 充填 料来源于井下掘进废石和堆浸场尾渣 “ 废石和堆浸 场尾渣采用汽车运输 铲运机装人主充填井 “ 井下 用 0 . 5 5扩翻斗式矿车运输充填料 , 倒人下部中段 各采场充填井 “ 部分掘进废石经检测后直接充填至 下部中段采场 “ 当采场充填到所需高度时 , 使用电耙对充填料 进行平场 , 在充填料上浇灌一层水泥砂浆垫板 “ 这 样 , 采下矿石不与充填料相混 , 并便于矿石运搬 “ 2 . 5 顶柱回采 一般应 随着采 场的回采及 时地顺采上部的顶 柱 “ 由于回采上 中段采场时都构筑了混凝土假底假 巷 , 为回采下部顶柱创造了有利条件 “ 顶柱回采方 17 2 施祖远等 上向分层充填采矿法在赣州袖矿的应用及展望 2X 9年1 1月 法我们一般还是采用上向水平分层充填法 “ 顶柱回 采是一项比较复杂 难度较 大的工作 , 应该慎重对 待 “ 通过多年的探索和实践 , 对顶柱回采主要有以 下几点体会 l 采场上一中段的混凝土假底质量的好坏直 接影响顶柱回采的安全 “ 为保证安全 , 适 当保留矿 石柱 废石柱或砌混凝土支柱 架木支柱支撑采场顶 板 , 以控制顶板暴露面积 “ 2多年的顶柱回采工作 , 我们都成立了顶柱 回采领导小组 “ 施工队伍要求精干 , 并有顶柱回采 经验的人员参加 “ 安排好力量 , 快采 快出矿 快充 填 , 尽量缩短回采作业时间 “ 3技术方案要 切实可行 , 并根据回采过程 中 的变化 , 及时调整方 案 , 要制订具体的安全技术措 施 “ 充分发挥地质 物探 测量 采矿和安防人员的 指导 监督 保证作用 “ 及时收集资料 , 及时指导 , 有 关人员要经常深人现场 , 高标准 , 严要求 , 危险的时 候派专人去现场蹲点 , 把好安全关 “ 2 . 6 主要技术经济指标 草桃背矿井近 5年的主要技术 经济指标见表 l “ 3 今后发展方向 l 铀矿床的矿体较小 , 只能采用体积小的先 进适宜的采掘设备 “ 为改善作业条件 , 提高机械化 作业水平 , 采场凿岩由普通凿岩机改进为采场小型 凿岩台车或液压凿岩机 “ 采场出矿由电耙运搬改进 为电耙加无轨铲运机组合运矿 “ 用电耙出矿 , 边角 地区有 5 一 0 J 的矿石耙不到 , 而这部分矿石用 无轨铲运机清理 , 效果良好 “ 2横采找边工序多且繁锁 工作量大 占用时 间长 , 横采找边 时间约占一个循环 时 间的o r - 2 0 , 有的甚至更多 “ 因此 , 采取多个找边面同时作 业 , 加快找边速度 , 提高采矿强度 “ 表 1 主要技术经济指标 指标名称 2X 科 年 2X 5年20 拓年20 07年20 08年 千吨采准t口 耐执 4一9一5 84 . 706 . 2 32 . 83 采 场综合生产能力/口 d 3 0 . 832 . 63 6 . 23 6 . 63 8 . 3 采矿工效//工班 3 . 3一3 . 5 94 . 174 . 2 24 . 5 0 采矿损失率/ 2 . 93 . 02 . 92 . 82 . 7 采矿贫化率/ 14 . 914 . 814 . 914 . 914 . 4 主要材料 消耗 炸药/k9 kt5 21 4 5 43 8 533 33 3 1 雷管/发/ k t 5 2 0 4 7 5 4 4 93 8 93 62 钎头/ 个/ k t 4 8 . 9 4 5 . 9 2 4 . 1 4 0 . 8 2 9 . 5 钎钢/k以kt 79 . 585 . 53 8 . 2 6 . 0 4 7 . 6 水泥/口 k t 2 . 9 55 . 5 22 . 9 7 4 . 419 . 57 木材 / 澎/ k t 0 . 9 5 1 . 9 4 0 . 720 . 2 6 .04 4 3 采场支护从木支护 混凝土支护改进为锚 杆 锚喷和长锚索支护 “ 4干式充填法虽然适应性强 , 不需很多设备 与投资 , 容易实现 , 但本身存在着劳动条件不好 劳 动强度较大 充填体致密性较差 沉降系数较大 难 以充填接顶等缺点 “ 根据矿山已实现全堆浸和破矿 粒径小于 1 0 , 浸出后粒径更小 , 因此 , 可以将干 式充填改进为堆浸尾渣充填并实现管道化输送 “ 参考 文 献 ] l 王鉴 . 中国铀矿开采M2 . 北京 原子能出版社 , 199 7 2 1 - 双 . 2 ] 于润沧 . 采矿工 程师 手册下 1M] . 北京 冶金工 业出版社 , 20 9 1 1一14 . 138 田维军 , 李小双 , 邵强 . 我 国充填 采矿法的研究现状与展 望 C8/ / 2创为全国采矿新技术前沿论坛论文集 , 20 为 9 1狈 . 收稿日期 20 09 一 10一2