2013, Vol. 4引用本文 |
| 某铜矿不同厚度矿体采矿方法与工艺优化研究 |  [PDF全文] |
2. 江西稀有稀土金属钨业集团有限公司，南昌 330046
2. Jiangxi Rare Earth and Rare Metals Tungsten Group Co. Ltd., Nanchang 330046 , China
某铜矿经过40 余年开采，矿山已步入老龄化时期，矿山年产铜量3 000 t, 日产矿石量1 000 t/d.矿区多为第四系覆盖，露头较少，为松散堆积物、砾石及红褐色黏土，厚度0~35 m.矿体顶板为二迭系下统栖霞组大理岩和二迭系弧峰组大理岩，厚度分别为150~200 m 和100 m； 矿体底板为泥盆系上统五通组石英砂岩和花岗闪长斑岩.矿床为层控矽卡岩矿床.主矿体分布于12 线~17 线之间，赋存标高+22.5~-179 m, 矿体上部尖端埋藏14 线以西较浅，一般在+9.25~+22.5 m, 以东埋藏较深，在+14.5~-16 m 之间；矿体下部埋藏14 线最深，为-179 m, 向西逐渐变浅.矿体沿走向的东部和中部稍厚，沿倾向上部较厚，向下逐渐变薄，一般在5.42~11.76 m 之间.矿体形态较简单，为透镜状~似层状矿体.矿体走向NE~SW，矿体倾角35°~45°.
矿石自然类型为含铜黄铁矿、含铜角砾状大理岩、含铜花岗闪长斑岩等.矿体平均含铜品位1.08 %，含硫品位27.14 %，最高达46.38 %，具有黏结性和自燃性.矿段以溶洞、裂隙充水为主，孔隙充水次之，矿体位于当地侵蚀基准面以下，矿体顶板直接进水，地质构造较为复杂，顶底板岩层一般稳定，无大的地表水体，水文地质条件为中等类型.矿体上部地表有农庄且两者相距深度小，坑采时，要求不能影响到地表的下沉和移动.
2 方案优化设计原则及结果根据矿山地质条件和开采技术条件及矿山实际生产情况，对矿山开采方案优化选择提出以下原则[1-4]：
（1）矿山采场的生产能力要大，实现矿山日产矿石量1 000 t/d, 必须要切实提高矿山生产能力.
（2） 提高矿山的采矿工效，降低矿山的流动密集程度，是提高矿山经济效益和降低生产成本的主要途径之一.
（3）采切比要尽量小.降低矿山采切比，可使矿山在回采同样的矿石量情况下，节约矿山生产成本，缩短矿山生产周期，增加矿山企业的经济效益.
（4）矿山采矿贫化率和损失率低.尽量降低矿山采矿贫化率和减少矿石损失率，采矿贫化率和矿石损失率是矿山企业重要的技术经济指标.
（5） 降低采矿成本，使其达到最小化.一个矿山企业的经营管理水平如何，经济效益是否良好，最主要看它的采矿成本，矿山的采矿成本越低，矿山企业经济效益越好.
（6） 安全程度高.所选采矿方法要考虑采场高温高硫的实际情况，要充分保证采场人员和设备的安全，同时为保护地表工业设施和民宅，地表不允许陷落和移动.
（7）采矿工艺要易于工人掌握，有利于工人施工操作.在矿山推广一种简单实用的方法和工艺，将对矿山生产效率和管理水平的提高极为有利.
（8）要最大程度的利用矿山已有的工程和生产设备.
根据以上的原则及要求，适合矿山开采的方法有上向分层充填法、分段嗣后充填法及下向分层充填法等.它们的主要技术指标如表 1 所示.
| 表1 主要技术指标表 |
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经过综合技术经济比较，优化选择中厚以上及急倾斜矿体采用分段空场嗣后充填采矿法，中厚以下倾斜矿体采用爆力运矿空场嗣后充填法.
3 分段空场嗣后充填采矿法工艺（1）采场结构参数[5-9]：垂直矿体走向布置矿块，每个矿块划分为矿柱和矿房，分两步骤回采，先回采矿柱，再回采矿房.矿柱宽度8~10 m, 矿房宽度12~16 m, 矿块长等于矿体的水平厚度，阶段高45 m, 分成4 个分段.最下部分段为堑沟拉底凿岩分段，分段底柱高8~11 m, 最上分段留4 m 顶柱．矿房和矿柱均采用分段凿岩和阶段出矿的方式，嗣后进行一次性充填.
（2）采准、切割工作：如图 1 所示，采准工作主要从上盘阶段运输平巷向矿柱、矿房分别各掘进一条运搬横巷，均匀分布于房、柱交界处，在运搬横巷内每隔6~8 m 左右分别向矿柱、矿房掘3 至4 条装矿斜巷，于运搬横巷斜交，再由装矿斜巷分别向矿房、矿柱掘堑沟拉底凿岩横巷，矿房中央布置两条，矿柱中央一条，中心距约为6 m, 由此最终形成堑沟拉底底部结构.将矿房专用运搬横巷末端延掘到矿体下盘，掘下盘铲运机运搬平巷、阶段溜矿井（矿块下盘中央处）、人行天井（矿块下盘），再掘分段凿岩横巷、分段凿岩联络平巷.切割工作主要是在采准工程结束后，在各分段凿岩横巷靠近上盘处上掘切割天井.
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| 1.底板运输巷道；2.切割横巷；3.顶柱；4.充填联络道；5.炮孔排线；6.切割天井；7.凿岩巷道；8.人行井 图 1 分段空场嗣后充填采矿法 |
（3）回采工作：回采工作包括落矿、采场通风、出矿等.①落矿： 从堑沟拉底凿岩分段上一分段开始，先崩落切割立槽和靠近下盘的三角矿带，然后由铲运机出矿，出矿形成补偿空间后，再崩落本分段余下部分矿体，崩落完本分段后继续崩落上分段的切割立槽和靠近下盘的三角矿带.依此进行，直到崩完本阶段中最后分段的全部矿体；②采场通风：新鲜风流通过从阶段运输平巷流入，流经拉底凿岩横巷、运搬横巷、装矿斜巷等到达采场，清洗工作面后，污风经分段凿岩横巷、分段联络平巷、充填井排至上一个中段的回风巷道.铲运机出矿时，一部分通风风路与采场的通风风路相同，另一部分风路由阶段运输平巷流入，经人行天井、充填井排至上一个中段的回风巷道；③出矿：各个分段每次爆破崩落的矿石全部集结到的底部V 形堑沟内，由T4G 型铲运机进行出矿.T4G 型铲运机由运搬横巷进入装矿斜巷进行装矿，装矿由原路退回，再经铲运机运搬联络平巷后将矿石倒入溜矿井，矿石在下一中段进行统一装车提升；④嗣后充填：各分段出矿完毕后，对矿房和矿柱进行阶段嗣后一次充填，矿房采用尾砂充填，矿柱采用尾砂胶结充填，充填应尽可能接顶[10].
4 爆力运矿空场嗣后充填法工艺（1）矿块结构参数[11-14]：矿块垂直走向布置，划分矿柱、矿房；先采矿柱，后采矿房；采用中深孔凿岩，分次爆破，爆力运矿，电耙出矿；矿块布置如图 2 所示，主要结构参数如下： 采场宽度10~12 m, 分段高度20~25 m, 底柱高度6~8 m.矿房回采长度32 m, 漏斗间距6 m, 切割槽宽3 m, 高12.5 m, 长7 m.矿柱回采后采用尾砂胶结充填，矿房回采后采用尾砂充填[15].
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| 1.中段运输巷道（2.4 m×2.65 m）；2.凿岩巷道（2.8 m×2.8 m）；3.炮孔排线；4.电耙硐室（2 m×2 m）；5.人行风井（1.5 m×2 m）；6.联络道（1.5 m×1.8 m）；7.电耙道（2 m×2 m） 图 2 爆力运矿嗣后充填采矿法 |
（2）采准切割工作.采准切割工作由切割平巷、电耙道、绞车硐室、凿岩上山、人行通风井等组成.电耙道布置在中段运输水平以上2 m 处，沿矿体走向布置，电耙道布置在矿体内靠近矿体下盘的位置，以保证电耙道的安全，同时可以减少其支护工程量； 中段运输平巷水平以上6~8 m 处掘切割平巷，沿矿体走向布置，电耙道与切割平巷之间设有两漏斗连通，漏斗间距6 m； 在切割平巷中央，于矿岩交界处以上矿体内，沿矿体倾斜方向向上掘凿岩上山；通过绞车硐室、凿岩上山联络道使凿岩上山在上部与川脉巷道相贯通，通过在绞车硐室一侧掘进与上中段贯通；同时人行通风井作为矿块回采后的嗣后充填井.
（3）回采工作.采用分段矿房回采的方法，先回采上一分段矿体，回采结束后进行充填，充填完再进行下一分段的回采；在矿房内，先形成一条切割槽，切割槽垂直矿体走向布置，以切割槽为自由面，向切割槽两侧依次进行爆破，通过爆破形成切割堑沟和补偿空间，然后进行矿石的回采.拉底工程是在切割平巷内垂直矿体布置扇形中深孔，以切割槽为自由面，依次向两侧爆破，最终形成堑沟和崩矿补偿空间.
采用堑沟集矿，电耙出矿的出矿方式，电耙有效耙距即为矿块的宽度，约为10~12 m, 耙矿效率得到了极大的提高.
采场通风： 新鲜风流首先由中段运输平巷进入，然后经川脉巷道到达电耙道，再流经斗川、斗颈和人行天井，最后进入采场，清洗作业面后，污风从凿岩上山进入上一中段的回风巷道排走.
5 技术经济指标现场的试验结果表明：不同的矿体采用不同的采矿方法，均取得了较好的技术经济指标，分段空场嗣后充填采矿法和爆力运矿空场嗣后充填采矿法的技术经济指标见表 2.
| 表2 技术经济指标表 |
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6 结论
（1）某铜矿矿体属于高温高硫矿体，应严格按照高温高硫矿体防自爆安全技术规程要求施工，加强通风防尘管理，改善采场现场作业环境，预防矿山火灾事故.
（2）通过对矿体的赋存状态的深入研究，针对矿体的具体情况选用不同的分段空场嗣后充填采矿法和爆力运矿空场嗣后充填采矿法，试验研究获得了成功，取得了较好的技术经济效果，为企业带来可观的经济效益，而且为国内外类似矿体的开采提供了成功的经验.
| [1] | 吴金荣, 吴贤振. 某铜矿上向水平分层尾砂充填采矿法工艺优化研究[J]. 矿业快报, 2005(5): 32–33. |
| [2] | 马毅敏, 连民杰. 倾斜中厚低品位铁矿采矿方法选择与优化研究[J]. 金属矿山, 2011(9): 12–15. |
| [3] | 王燕. 关于缓倾斜中厚矿体两种采矿方法的比对分析[J]. 现代矿业, 2013(2): 9–11. |
| [4] | 赵奎, 许振华, 吴贤振. 某钼矿采矿方法的优化设计[J]. 江西理工大学学报, 2006, 27(1): 16–18. |
| [5] | 解世俊. 金属矿床地下开桌[M]. 北京: 冶金工业出版社 , 1979. |
| [6] | 吴贤振, 饶运章, 熊正明. 铜山铜矿分段凿岩阶段矿房嗣后充填采矿法工艺优化研究[J]. 南方冶金学院学报, 2003, 24(4): 1–4. |
| [7] | 王惠庆, 王文茂, 周述峰, 等. 九仗沟金矿下盘破碎矿体开采技术研究[J]. 有色矿冶, 2013, 29(2): 16–18. |
| [8] | 吴贤振, 饶运章, 潘建平. 电耙漏斗分段凿岩阶段矿房嗣后充填法工艺改进的研究[J]. 矿业工程, 2004, 2(4): 16–17. |
| [9] | 蔡泽山. 中深孔分段空场法在赛什塘铜矿的应用[J]. 现代矿业, 2011(3): 69–71. |
| [10] | 谢永生. 分段空场嗣后充填采矿法在巴基斯坦杜达铅锌矿的研究与应用[J]. 有色金属工程, 2012(1): 39–42. |
| [11] | 古德生, 李夕兵. 现代金属矿床开采科学技术[M]. 北京: 冶金工业出版社 , 2009. |
| [12] | 袁世伦. 爆力运搬分段空场采矿法在铜山铜矿的研究与应用[J]. 中国矿山工程, 2004, 33(6): 13–15. |
| [13] | 王锐. 爆力运搬分段空场采矿法倾斜上山的施工技术与工艺[J]. 现代矿业, 2010(3): 103–105. |
| [14] | 许荣勇. 爆力运搬采矿技术在倾斜中厚矿体中的运用[J]. 矿业工程, 2005, 3(3): 12–15. |
| [15] | 王杰, 颜士荣, 简云林, 等. 中深孔房柱式爆力运搬嗣后充填法在用沙坝的应用[J]. 现代矿业, 2010(5): 82–84. |