有色金属矿山上行式开采方法可行性研究.pdf

I S S N 1 6 7 1 2 9 0 0 C N 4 3 1 3 4 7 ／ T D 采矿技 术 第 1 2卷 第 3期 M i n i fi g Te c h n o l o g y ，Vo 1 ． 1 2， No ． 3 2 O 1 2年 5月 M av 2 01 2 有 色 金 属 矿 山 上 行 式 开 采 方 法 可 行 性 研 究 王 海 瑞 中铁资源集 团金港矿业管理有限公司， 北京1 0 0 0 3 9 摘 要 从安全生产 、 环境保护以及投资经济效益等方面分析 了地下矿 山上行式开采的诸 多优 点 ， 提 出 了在 目前 的技 术 经 济 条 件 下 该 法 的适 用条 件 及 标 准 方 案 。该 法 对 安 全 、 经 济 、 高效 回收 矿产 资 源 ， 实现 可持 续发展 具 有重要 意 义 。 关键 词 上行 式 开采 ； 无废 开采 ； 深 部 开采 ； 标 准 方案 0 引 言 传统意义上 ， 井 田阶段的开采顺序有 2种方式 上行式开采和下行式开采 。下行式 即自上而下进行 开采 ， 先采上阶段 ， 而后 开采下 阶段 ， 也可以同时开 采几个阶段。而上行式与下行式恰恰相反 。由于下 行式开采具有可以节省初期投资、 缩短基定时间， 在 逐步向下的开采过程中 ， 能进一步探清深部矿体 ， 避 免浪费 ， 生产安全条件好等优点 ， 在生产实际 中， 一 般多被采用。但下行式开采对环境造成的破坏也是 巨大的。而上行式开采在环境保护、 节 约用地等方 面显现出很大的优势 ， 这恰恰是环保与矿业可持续 发展所要求的[ 1 ] 。但上行式开采 ， 前期投资大 ， 见效 较慢 ， 国内外很少采用真正意义上 的上行式开采方 式 ， 因而难 以充分 发 挥 上 行 式开 采 所 带 来 的经 济 效 益 和 环境方 面 的优 越 性 。 目前 ， 越 来 越 多 的资 源 危 机 型 矿 山在周 边或 深 部 找到 新 的矿 产 ， 同 时世 界 经 济复苏引起 的矿产 品价格上涨 ， 使得矿 区周边原有 的低品位矿体开采成为可 能， 矿 山依赖原有深部井 巷工程实现大规模上行式开采条件成熟[ 2 ] 。 为 了能 推 动 上行 式 开 采 方 法 的实 施 ， 本 文 探 讨 其对生态与环境保护、 矿山可持续发展、 生产安全与 经济效 益等方 面 的影 响， 并 提 出 了具 体 的标准 方 案 。 1 生态与环境 影响 1 ． 1对地 表破 坏 与沉 降影 响 上 行式 开 采可 将本 阶段 的开拓 或采 准 的废石 就 近倒入下一阶段的采空区内， 减少废石排 出量 ， 实现 废石不 出坑 的愿 望 ， 减少 了废石 场对环境 的破坏。 而下行式开采 的废石需 经过提升之后 ， 才能转入某 个 中段 内倒入采空区， 这中间的倒运工作繁琐 、 效率 低 ， 且增 加 了提 升运输 难度 ， 降低 了矿石 等 的提升运 输效率 ， 费用也较高。 下行式最先开采近地表的矿体 ， 对地表的影响 最大 ， 并且贯穿于矿井生产的始终 。上行式最先开 采远地表的矿体 ， 回采之后用废石 、 尾砂甚至是胶结 料等充填空区， 随着充填 的进行及上采 ， 充填体依靠 外压 及 自身重 力逐 渐 被 压 实 ， 强 度会 一 直保 持 着 增 长， 避免了岩体发生大规模的移动和整体破坏， 地表 破坏 相对 要小 得多 。2种形 式 采 空 区上 方 的岩 体 和 充填体还是有差别 的， 传统 的移动带和崩落带 的概 念就要进行补充修正。 1 ． 2 上行 式 开采 降低 地 表破 坏 与沉 降措 施 对于井下低品位矿石及地表有价值 的尾砂 ， 可 就近倒入下个中段空 区进行筑堆处理 ， 温度等条件 很好控制 ， 溶液也容易回收， 对后续开采影响小 ， 安 全性好 ， 并且溶浸完可直接将其充填到采空区， 既回 收了资源 ， 又增加了经济效益 。 2 安全 生产 2 ． 1生产 作 业安全 上行式的绝大部分矿石都是在上部矿岩没有采 动影响下 回采的 ， 上部岩层未受到完全破坏 ， 空区之 下已完全充填 ， 开采作业 安全性好 ， 主要开拓、 采准 井巷工程可以更靠近矿体布置， 不用担心因回采工 作使井巷工程受 到威 胁， 可减少 开拓、 采 切的工程 量⋯ 。而下行 式 开采是 在 上 部矿 岩 受 到采 动 破坏 ， 岩石的节理裂隙都 比较多 的情况下进行 的， 即使采 用充填法充填 了采空区， 但 由于不是天然的岩石 ， 其 强度大大降低 ， 随着开采的进行会逐步下沉， 充填体 无形 中成 了井下生产作业的危险源。 1 6 采矿技术 2 ． 2通 风安 全 根 据熵 增 原 理 ， 井 下 风流 是 往 阻力 最 小 地 方流 动 。由于管理等原因， 造成了下行式开采时的污风 串联 、 风流短路等问题。而上行式 开采最先开采的 是深部 中段 ， 不同开采时期的风路都比较简单， 漏风 少 ， 不 会 出现下 行式 开采 那样 巨大 的能 源浪 费 ， 危 及 井下 生产 作业 安全 。 对 于独 头 巷道 的掘 进 问题 ， 下行 式 开 采 比较 难 解决 ， 而上行式开采就可以恰 当地解决这些问题 ， 在 巷道掘进之前就可以根据巷道位置在适当地方掘进 天井 ， 掘 进 时的岩 渣 通 过 这些 天井 下 放 到 下 中段 充 填 ， 风 流也 可 以在 清洗 工作 面 之后从 天井 回风 ， 构成 完 整 的风路 。 2 ． 3“ 三 下” 及 深部 开采 安全 上行式开采为充填采矿法 回采“ 三下” 矿体提供 了较好的解决办法 ， 其最先开采下部 ， 即使影响到地 表 ， 那也是很小的 ， 并且到近地表时已是开采末期 ， 影 响 时间 范 围都 较 小 【 5 ] 。在 开 采 倾 斜 、 急 倾 斜 矿 体 时 ， 下 部 阶段地 压增 加取 决 于 2个 因 素 上覆 岩层 厚 度增 加 开采深 度 和采 空 区的 扩 大 ， 在 达到 一 定 深 度之 后 ， 后 者起 决 定性作 用 。 自上而下 开采 ， 决 定地 压的 2个 因素影响作用都增加了 ， 这是最不利 的开 采条件， 而 自下而上开采矿床时 ， 只有一个因素的影 响增大了， 这给采矿工作提供 了有利条件 。深部开 采一个 重 要 问题就 是 高地 应 力 ， 以及 一 系列 地 压 显 现及巷道维护难题 ， 采用下行式 比较难解决 ， 而上行 式开采 条 件下 对 于采 区上部 某些 区段 的应力 分 布可 通过下部采动来改 变， 也可通过人工预先爆 破卸压 来改 变 。 3 投 资经济效益 对于 竖井 开拓 ， 即使 是 下行 式开 采 ， 其 井筒 等也 必须一次掘进到全 深， 包括设备安装等也必 须同时 做好 ， 在这个时间内， 风井也可以完成 掘砌安工作 ， 其他供水 、 排水等工程基本也可 以在竖井施 工完毕 一 起交付使用 。基建工期是 由关键工程即竖井控制 的 ， 其 他工 程在 这 期 间 完 成 ， 就 不会 影 响总 的工 期 ， 所 以在 相 同 的施 工 技术水 平 条件 下 可 比条 件下 ， 2 种方式都要施工竖井 ， 则基建期两方案是一样 的。 上行式开采大的基建投资保证 了其设备的运行 效 率 问题 ， 在下 行式 开采 情况 下 ， 新 设备 是用 于工 作 条件最有利 的时候 ， 设备效率没有充分发挥 因为设 备都是按最不利或者最难的工作条件设计的 ， 随着 开采进行 ， 设备的工作条件越来越恶劣 ， 而设备 的性 能也越来越差 ， 导致生产管理等一系列难题 。上行 式开采的新设备是用于工作条件最差的时候， 而随 着设备的性能的降低 ， 对其工作要求也越来越低 ， 也 能保证正常的工作 。 4 标 准 方 案 从 地 表 开拓 至 矿 山探 明开 采深 度 ， 风 井 掘进 到 相应作业中段 ， 然后进行回采 ， 不 同矿山采用不同充 填方式 ， 井下掘进的废石可通过天 溜 井等溜放到 下个 中段 空 区进 行 充填 ， 这 里 的天 溜 井 可 以是 独 头巷 道掘 进时 的通 风 井 ， 也 可 以是其 他 服 务 于 下 中 段 的天 溜 井 。 对 于矿岩 条件 较好 的矿 山 ， 可 不 留顶柱 ， 对 于底 柱和间柱也可 以少 留甚至不 留， 一步骤先采矿房 ， 胶 结充填 ， 二步骤回采间柱 ， 非胶结充填 ， 可减少矿柱 矿量 ， 也降低了矿 柱回采时的危险。留底 柱主要是 为 了保 护下部 巷 道 ， 否 则底 柱也 可 以 回采 ， 因 为下部 已经采完， 充填料会越压越实， 充填体 的强度会越来 越 高 ， 所 以顶 柱可 以不要 。 普通上行式开采方案如图 1 所示。在一定条件 下可采用组合阶段开拓方式 ， 如图 2所示 ， 这里的组 合阶段可达到 2 0 0 3 0 0 m， 传统下行式开采不可能 达到这样的阶段高度 ， 所 以其意义已经根本不同于 传统的阶段 了， 开采过程大大简化 ， 尤其适用于无轨 开采 ， 效率高， 生产能力大 。 图 1 上行 式 开 采 标 准 开 采 方 粟 组合阶段开采具体实施办法是 主井采用大功 率掘进机组掘进 ， 梯段高 3 0 0 5 0 0 m， 甚至更大， 以 下 向顺 序每 隔 3 ～5个 分段 形成 1 个 集矿 水平 ， 并 配 备大功率的运输设备和破碎机 ， 然后从集矿水 平掘 进斜坡道和天井 ， 进行 回采准备 ， 中间水平 分段 与 王海瑞 有 色金属矿 山上行 式开采方 法可行性研 究 l 7 主井 之 间用 联络 巷道 贯通 ， 而 不设 复杂 的车场 ， 必要 时可 以每 隔 1 ～2个 阶段 用联 络巷 道 与通 风井 贯通 ， 如果开采形态复杂的矿体 和缓倾斜矿脉时 ， 可开掘 局部辅助阶段 。开采 的时候 ， 首先应 当准备和开采 直接与集矿水平相通 的那个分段 ， 在 回采第一分段 的同时， 从中间水平以相似的顺序进行第二分段 的 准备工作 ， 掘进工作 面的废石和表外矿石直接送到 下分段第二个矿房而无需运 出地表， 矿石通过主溜 井放到集矿水平。集矿水平 以上几个分段都是在天 然顶板下进行开采 ， 而只有最后一个阶段 ， 即位于上 个集矿水平下 矿体上界 的那个分段是在胶结充填 体下开采 ， 在此之前， 充填料可以达到很高的强度 。 在上一集矿水平 回采 的同时， 开始 切割上 下 一组 合阶段或者其他组合阶段的集矿水平 ， 整个循环再 次重 复进 行 ， 必要 时 可 在 2个 集 矿 水 平 同 时进 行 满 负荷开采 ] 。 图 2组合 阶段 开采开采方案 其主要特点为 1 每个分段 、 集矿水平和整个矿床 的开采 工 作高度集 中和强化 ； 2 掘进和回采工作线长 ， 减少了矿柱 的损失 ， 作业集中， 安全性好 ； 3 为有效利用大功率现代化设备 、 振动技术 和 自行设备创造了有利条件 ； 4 矿床 大部 分 矿石 还是 和 普通 上 行 式开 采 一 样 在天 然顶 板 下开 采 ； 5 由于在回采和充填下部矿房过程 中可以形 成底柱 ， 所以使矿块底 柱的形成 和回收费用降到最 低 程度 ； 6 基 建 时 间短 ， 矿 床 基 建 投 资 费 用 和第 一 阶 段投 产初 期 费用最 少 ； 7 能 够在 几 个 中段 首 先 开 采 富 矿 ， 提 高初 期 经济效益 。 5 结 论 采用上行式开采方式有一定局限性 ， 其适用条 件如 下 1 不适用于采取崩落法的条件 ， 适用于空场 法 以及充填法等， 对于空场法嗣后充填效果很好 ； 2 对于矿体在 垂直方 向上有 明显 的分带 现 象 ， 并且矿体厚大 ， 使用组合 阶段上行开采效果 很 好 ， 尤其 是采 用机 械 化 之 后 ， 其 生 产 能 力 大 ， 大量 现 代化设备的使用 ， 提高 了效率 ， 降低了成本； 3 对 于“ 三下 ” 及深 部 矿体 比较 适 合 采用 上 行 式开采 ， 尤其适合于在矿岩稳固的条件下 ， 整个矿床 开采顺序可以和阶段 开采顺序保持一致， 生产管理 方便。 上 行 式 开采 完 全 是一 个 新 的理 论 ， 过去 的生 产 中很少采用 ， 但是随着开采深度 的增加和品位的降 低 ， 其突出的优点会得到体现， 因此加强上行式开采 的理论 研究 是很 有必 要 的 。 参 考文献 [ 1 ] 解世俊 ， 李元 辉． 矿床地下 开采新工艺新技 术口] ． 中国矿业 ， 1 9 9 4， 3 2 1 4 1 7 ． [ 2 ] M． H． 斯刊蕾佐 夫． 有 色 和稀 有金 属矿 床地 下开 采 [ M] ． 沈 阳 东北工学院出版社 ， 1 9 9 1 ． [ 3 ] 邓建 ， 古德生 ， 等． 基于可持续 发展观 的地 下矿 山阶段开采 新模式口] ． 金属矿 山， 2 0 0 0 ， 2 8 5 3 1 7 1 9 ． [ 4 ] 徐世年 ， 李志 国． 群脉 型铀 矿开采 的改 进 与环保 [ J ] ． 矿 业快 报 ， 2 0 0 1 Z 1 6 3 1 6 6 ． r 5 ] 王文聪． 通过上行开采的实践 略论其可 行性及优越 性[ J ] ． 有 色矿冶 ， 1 9 9 2 5 7 - 1 0 ． [ 6 3 李元辉 ， 解世俊． 阶段充 填采矿方 法口] ． 金属矿 山 ， 2 0 0 6 ， 3 6 0 ’ 6 1 3 - 1 5 ． 收 稿 日期 2 O 1 2 0 2 2 8 作 者 简介 王 海瑞 1 9 8 4 一 ， 男 ， 北 京人 ， 助 理 工 程 师 ， 硕 士研 究生 ， 长期从 事采矿 工艺与技 术研究 。 柿 竹 园 一 W- 度 生 产 经 营 指 标 同 比 翻 番 湖南柿竹 园有 色金属公 司一季度生产经 营在原矿 品住 下降 、 气温低迷 以及春 节放假 等诸 多因素影响下 ， 通过抓现 场 管理 ， 有效调 配资源 ， 2 0 1 2年一季度生产经 营势 头良好 。1 3月 出矿量共 3 7 ． 6 6； b - t ， 同比增 长 1 0 0 ． 6 0 ， 选矿 处理量 为 3 7 ． 4 2万 t ， 同比增 长 1 0 1 ． 0 8 ； 主产品钨精矿 折合量 为 1 3 4 5 t ， 为上年 同期 的 1 1 O ． 7 2 ％， 其 中 3月份创 下历史 同期主 产 品单 月产量的新 高， 共产钨精矿折合量 5 4 6 t ； 一季度该公 司共 实现 主营收入 1 ． 9 1 亿元 ， 为上年 同期的 1 1 3 ． 1 3 ； 实现 利 润总额 3 2 5 9万元， 为上年 同期 的 1 0 9 ． 8 0 。