瑯琊山銅礦上向水平分層尾砂充填采礦法及其優(yōu)化

王德洲

(安徽省瑯琊山礦業(yè)總公司, 安徽滁州市 239000)

瑯琊山銅礦上向水平分層尾砂充填采礦法及其優(yōu)化

王德洲

(安徽省瑯琊山礦業(yè)總公司, 安徽滁州市 239000)

據(jù)瑯琊山銅礦生產(chǎn)現(xiàn)狀,對上向水平分層尾砂充填采礦法進(jìn)行了優(yōu)化。采用廢石與尾砂充填相結(jié)合,降低充填成本,節(jié)約尾砂約 1.5萬m3,緩解了尾砂不足問題。采用傾斜孔微差延時(shí)爆破,有效提高出礦效率,減少支護(hù),僅火工成本一項(xiàng)則節(jié)約 10.5萬元 /a,取得了顯著的社會與經(jīng)濟(jì)效益。

上向水平尾砂充填采礦法;廢石充填;尾砂充填;微差延時(shí)爆破

0 前 言

瑯琊山銅礦始建于 1958年 4月,建礦初期只有日處理礦石 100 t的生產(chǎn)能力,現(xiàn)已發(fā)展成為年采掘總量 30余萬 t,日處理量近 1000 t,年產(chǎn)精砂含銅3500～4000 t的中小型地下礦山。近年來礦山生產(chǎn)穩(wěn)定,安全狀況良好,但也逐漸暴露出一些問題,主要是多中段作業(yè),生產(chǎn)效率較低、勞動強(qiáng)度大、采充失調(diào)、進(jìn)入頂柱回采的采場增多等。然而目前礦山工程緊、任務(wù)重、資金缺,不允許投入較高的資金更換高效率的采礦方法。因此,隨著開采深度的增加,需要研究對現(xiàn)有的采礦方法和充填工藝進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化,降低生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)效率。

1 礦山開采技術(shù)條件概況

瑯琊山銅礦床為典型的矽卡巖型富銅礦床,礦體形態(tài)一般為不規(guī)則透鏡狀、囊狀、脈狀和豆莢狀,礦體多分布在石英閃長玢巖與上寒武紀(jì)瑯琊山群上段蠕蟲狀灰?guī)r,薄層條帶狀之接觸帶和其附近?，樼鹕姐~礦床由大小不等的 117個(gè)礦體所組成,礦體大多為不連續(xù)的小型孤立礦體,單個(gè)礦體的形狀亦不規(guī)則,礦體的分支、復(fù)合現(xiàn)象比較嚴(yán)重。礦體一般為接觸帶成礦,與圍巖界線較清晰,上盤圍巖以石英閃長玢巖為主,下盤以灰?guī)r為主。礦體傾角為 30°～60°,一般延深幾十米至幾百米,厚度一般為 1～3 m,最大厚度約 20 m,平均厚度 11 m。礦石類型主要有含銅矽卡巖、少量含銅閃長玢巖及含銅大理巖,呈致密塊狀、浸染狀、脈狀、條狀及星散狀構(gòu)造。主要礦物為黃銅礦、斑銅礦、黃鐵礦、磁鐵礦等,并伴生有鉬、金、銀等。

2 上向水平分層尾砂充填法

2.1 礦塊構(gòu)成要素

礦塊沿走向布置,長 50 m(一般為礦體走向長度),不留底柱,頂柱高度為 6 m,頂柱由下中段回收。中段高度 40 m。

2.2 采準(zhǔn)布置

一般情況下,每個(gè)礦體作一套采準(zhǔn),階段高度40 m。采準(zhǔn)工程由階段運(yùn)輸平巷垂直于礦體走向布置,然后沿脈內(nèi)運(yùn)輸?shù)老騼梢硎┕だ紫锏馈５V體拉底后,鋪設(shè) 0.5 m的鋼筋混凝土底板作為下階段回收頂柱的假底,每個(gè)采場設(shè)置 2條人行通風(fēng)天井(1.8 m ×1.8 m)、2個(gè)漏斗 (2.0 m ×2.0 m)和 1條濾水井、1條充填井 (2.0 m×2.0 m)。如果底板運(yùn)輸?shù)来┻^礦體,拉底后立模板澆灌混凝土假巷工程,如圖1所示。

2.3 落礦

回采工作自下而上按水平分層進(jìn)行,第一分層以切割巷道為自由面進(jìn)行擴(kuò)幫挑頂,上下盤擴(kuò)至圍巖邊界,挑頂高度 3.5～4.0 m,拉底層采高 6.5 m,充 4.0 m,留 2.5 m左右的補(bǔ)償空間,以后每分層采3.0 m,充 3.0 m,順路上升脈內(nèi)工程。采場采至 6 m頂柱時(shí),需對最后一層的采空區(qū)進(jìn)行膠結(jié)體充填,并有效接頂,再通過進(jìn)路回采礦柱,礦柱的回收率為95%。鑿巖使用 7655型氣腿式鑿巖機(jī)。采用傾斜孔逐排落礦的布置方式,炮孔直徑 40～42 mm,深度4 m,炮孔排距 1.2 m,間距 0.8～1.2 m。采用 2#巖石乳化炸藥,非電導(dǎo)爆管電子起爆器起爆。

2.4 出礦

采場主要使用 ZDPJ-15型電耙 (CG-12風(fēng)動裝運(yùn)機(jī))出礦至漏斗,在底板運(yùn)輸巷中裝車運(yùn)走。

圖1 沿走向布置上向水平分層尾砂充填法

2.5 通風(fēng)

新鮮風(fēng)流由中段運(yùn)輸平巷經(jīng)行人通風(fēng)天井進(jìn)入采場內(nèi),污風(fēng)經(jīng)由充填井進(jìn)入上部中段回風(fēng)系統(tǒng)排至地表。

2.6 充填

選廠處理的尾礦經(jīng)水力旋流器分級后,經(jīng)充填攪拌站,輸送到井下用于采場充填。對于礦體圍巖復(fù)雜的采場,局部采用尾砂膠結(jié)充填可以提高作業(yè)面的安全性,但尾砂量不足容易導(dǎo)致采充失調(diào)。

3 采礦方法優(yōu)化

該礦山已經(jīng)開采了五十余年,進(jìn)入了礦山的中年期。頂部礦柱的回采數(shù)量今后將逐年增加,原有的采礦方法及作業(yè)方式很難滿足礦山年處理礦量30萬 t的要求,必須對采礦方法的作業(yè)方式進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化主要考慮以下幾方面:一是對頂?shù)字Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化;二是對充填方式進(jìn)行優(yōu)化,主要是采用全尾充填和廢石充填解決充填料不足的問題;三是從頂板管理的角度優(yōu)化,改變現(xiàn)有的普通鑿巖爆破法,采用傾斜孔微差延時(shí)爆破和光面爆破控頂技術(shù),維護(hù)頂板圍巖的穩(wěn)定。

3.1 頂?shù)字Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化

通過分析,留底柱不留頂柱 (回采方式不變)對采出沒有大的影響,但可以減少混凝土假巷的澆筑,在降低生產(chǎn)成本的同時(shí),為充填工作贏得了時(shí)間。礦山已經(jīng)在 -365中段 23#5采場試行此方法,效果良好,下一步將在 -365中段推廣。

3.2 充填方法優(yōu)化

該礦起初用分級尾砂充填,但由于所需尾砂量較大,分級后的尾砂量不能滿足充填生產(chǎn)要求。且經(jīng)過 2次攪拌、輸送,充填成本高。自 2010年開始改為全尾砂充填,充填效果較好,提高了充填效率,進(jìn)一步降低了充填成本。

建立廢石不出井系統(tǒng),合理利用井巷開拓工程的廢石來充填采空區(qū)。采場每個(gè)分層結(jié)束后,先進(jìn)行一半的廢石充填,后一半用尾砂充填,尾砂充填方式基本不變,大大緩解了尾砂量不足的問題,同時(shí)井下的廢料得到相應(yīng)的利用,不僅節(jié)省了廢石的提運(yùn)費(fèi)用,同時(shí)減少了地表廢石堆積和場地占用,改善了自然環(huán)境,代替了部分尾砂充填,降低了充填總成本。

3.3 爆破方式的優(yōu)化

由于礦山開采重心的下移,地壓逐漸增大,礦體的頂板圍巖穩(wěn)固性變差,普通爆破法產(chǎn)生的浮石較多,施工安全性差,影響采場的施工進(jìn)度。2008年,礦山傾斜孔非電雷管毫秒微差延時(shí)爆破試驗(yàn)取得了成功,減小了對礦塊圍巖的破壞,降低了大塊率,提高了出礦安全系數(shù)和生產(chǎn)效率。光面爆破控制頂板和幫壁,可以避免或減少浮石的產(chǎn)生。同時(shí),爆破后成形規(guī)整,減少了爆震裂隙,巖壁平整,通風(fēng)阻力小,減少應(yīng)力集中。

4 結(jié) 論

(1)通過頂?shù)字Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化,每個(gè)采場可省去至少 2條混凝土假巷,節(jié)約混凝土約 220 m3,同時(shí)節(jié)約了混凝土澆筑的時(shí)間,在節(jié)約成本的同時(shí)有效的緩解了采充矛盾。

(2)全尾充填效果較好,提高充填效率的同時(shí)還進(jìn)一步降低了充填成本。廢石充填每年可少提運(yùn)廢石 4萬 t,節(jié)約尾砂量約 1.5萬 m3。雖然采場投入 1條廢石充填井,但節(jié)省了部分廢石提升費(fèi)用。通過這 2種方法的運(yùn)用,緩解了尾砂量不足問題,同時(shí)調(diào)節(jié)了采充平衡。

(3)采用傾斜孔微差延時(shí)爆破,取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。采礦火工成本每噸節(jié)省 0.35元,每年可節(jié)約 10.5萬元。同時(shí)大塊率降至 9.6%,出礦效率得到有效提高,采出環(huán)節(jié)銜接有序,加快了采場循環(huán),有利于采出任務(wù)的按時(shí)完成。光面爆破法對圍巖相對破壞較小,頂板巖壁成形較好,我礦自采用此方法修整采場頂幫后,采用的其他支護(hù)相對減少,排險(xiǎn)時(shí)間大大減少,同時(shí)節(jié)省了木材、錨桿等支護(hù)費(fèi)用。

[1] 鐘義旆.金屬礦床開采[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1990.

[2] 《采礦手冊》編委會.采礦手冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1988.

[3] 馬正位,喬登攀,魏學(xué)松,等.上向水平分層廢石充填法在東大山鐵礦的應(yīng)用[J].有色金屬 (礦山部分),2009,61(3):3-5.

[4] 馮明武.非電多段微差起爆網(wǎng)路在地下礦擠壓爆破中的應(yīng)用[J].工程爆破,2002,8(4):74-77.

2011-03-25)

王德洲 (1962-),男,安徽來安人,工程師,主要從事采礦技術(shù)管理、安全生產(chǎn)管理和研究工作。