大紅山銅礦銅鐵合采礦柱廢石膠結(jié)充填工藝技術(shù)研究

吳東旭,曾慶田,魏仁旭

(玉溪礦業(yè)有限公司,云南玉溪 653100)

充分利用低品位礦產(chǎn)資源,實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源綜合利用,已成為我國(guó)礦業(yè)進(jìn)入新世紀(jì)發(fā)展的必由之路[1]。經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的大規(guī)模開(kāi)發(fā),我國(guó)礦產(chǎn)資源中大量的優(yōu)質(zhì)資源已開(kāi)采完畢,留下的主要是一些低品位資源[2]。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展,對(duì)資源的需求呈現(xiàn)不斷增加的趨勢(shì),可見(jiàn),開(kāi)采低品位礦產(chǎn)資源將是我國(guó)采礦工業(yè)必須長(zhǎng)期面臨的客觀現(xiàn)實(shí)[3]。

銅鐵合采就是為了解決低品位銅資源和鐵資源的回收利用問(wèn)題,銅鐵合采后,礦石品位下降,但是,礦體的厚度增大,使得開(kāi)采具備大型化、規(guī)?；_(kāi)采的基礎(chǔ)條件,是回收利用低品位銅資源和鐵資源的一種有效方法[4,5]。

1 銅鐵合采工藝技術(shù)

1.1 概 述

大紅山銅礦為緩傾斜、多層、中厚銅鐵共生礦床,共有三層銅礦體,四層鐵礦體,礦區(qū)內(nèi)Ι號(hào)礦體群含礦地層,屬大紅山群曼崗河組第三巖性段(Ptdm3)中上部地層,礦區(qū)范圍東起B(yǎng)2(A192)線,西至F3(B75線)斷層連續(xù)分布,呈緩傾斜產(chǎn)出,傾角22°～35°。依據(jù)其含礦特性,I號(hào)礦帶主要含礦層大致可劃分Ic、I3、Ib、I2、Ia、I1、Io等7個(gè)層位。含鐵銅礦層與含銅鐵礦層交錯(cuò)產(chǎn)出,由上到下分為Ic含銅鐵礦體、I3含鐵銅礦體、Ib含銅鐵礦體、I2含鐵銅礦體、Ia含銅鐵礦體、I1含鐵銅礦體、Io含銅鐵礦體等7個(gè)主要層位。I3、I2、I1以富銅礦為主,Ic、Ib、Ia、Io以貧鐵礦為主。

但是,長(zhǎng)期以來(lái)由于礦山建設(shè)初期受投資、設(shè)備、技術(shù),特別是銅金屬市場(chǎng)價(jià)格低迷的限制,設(shè)計(jì)只回采其中的I3和I2兩層富銅礦(伴生有鐵),其中留下的4層鐵礦及1層低品位銅礦未考慮回采。銅資源綜合利用率僅為43.2%,鐵資源僅利用了伴生在銅礦體中的部分,由于資源利用程度很低,開(kāi)采強(qiáng)度的增加,礦山資源緊張的狀態(tài)已逐漸顯現(xiàn)。

根據(jù)礦山礦體賦存特點(diǎn),要提高資源利用率,采用銅鐵合采工藝,將過(guò)去的單層礦體開(kāi)采變?yōu)槎鄬鱼~鐵礦體一次性開(kāi)采,無(wú)疑是唯一能從根本上提高資源利用率,延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限的有效辦法。

1.2 采場(chǎng)布置及其結(jié)構(gòu)參數(shù)

銅鐵合采擯棄了傳統(tǒng)單層礦體分別開(kāi)采的理念,將大紅山銅礦的多層緩傾斜中厚礦體,看作一層緩傾斜極厚礦體來(lái)開(kāi)采。也就是將礦床內(nèi)的多層低品位銅鐵資源一次性回采,使得大紅山銅礦床的所有銅鐵資源都能夠一次性回收。

采礦方法具體布置方式如圖1所示,為提高礦石的回收率應(yīng)不留或少留礦柱,采礦方案中僅留一條10 m寬的中段隔離礦柱。盤區(qū)(礦房、礦柱)沿礦體走向布置,礦房寬36 m,礦柱寬5 m,礦房長(zhǎng)軸垂直礦體走向布置。

圖1 銅鐵合采采礦方法圖1-385中段下礦柱;2-塹溝鑿巖巷道;3-裝礦進(jìn)路;4-出礦運(yùn)輸巷道;5-中段隔離礦柱;6-435中段充填體;7-切頂巷道;8-聯(lián)絡(luò)道;9 -尾砂充填體;10-未采礦體;11-膠結(jié)充填體;12-已崩礦體;13-切割槽;14-切頂?shù)V柱;15-充填聯(lián)絡(luò)道

1.3 采準(zhǔn)切割及回采工藝

回采順序是先采礦柱后采礦房,由于礦柱寬度小且沿傾斜布置,可利用現(xiàn)有底部結(jié)構(gòu)采用留礦法開(kāi)采?；夭赏戤吅?用廢石膠結(jié)充填并用長(zhǎng)錨索與頂板巖層錨固,形成廢石鋼筋混凝土隔離礦柱。

礦房回采分兩步進(jìn)行,先留下12 m作為臨時(shí)礦柱與塊石膠結(jié)充填體一起支撐采空區(qū)頂板,為余下的24 m礦房回采提供安全保障,使其能夠盡可能多而且是安全地回收崩下的礦石。

切割槽沿傾向布置寬4 m,將預(yù)留礦柱與先回采的礦體分離開(kāi)。礦房采用下向大直徑深孔崩礦,鏟運(yùn)機(jī)出礦底部結(jié)構(gòu)與原有方案布置形式相同,只是由過(guò)去的多層布置改為單層布置了,大大節(jié)省了采切工程量。

當(dāng)回采工作面到達(dá)相臨礦房的廢石膠結(jié)充填礦柱時(shí),第一步礦房就回采完畢,余下就是回采12 m臨時(shí)礦柱,此時(shí)要求在鋼筋廢石膠結(jié)充填礦柱,與另一邊的鋼筋廢石膠結(jié)充填礦柱和原生礦體的共同支護(hù)下,快速將崩下的礦石運(yùn)出。臨時(shí)礦柱回采完畢(礦房全部采完)用全尾砂充填采空區(qū)。

通過(guò)研究分析可以得出,決定本銅鐵合采方案是否能夠順利實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)就是高隔離礦柱的充填工藝。一要通過(guò)充填工藝,保證礦柱充填體的充填質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求;二要通過(guò)充填工藝實(shí)現(xiàn)礦柱充填料漿的連續(xù)高效輸送,實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度充填,滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求。

2 礦柱廢石膠結(jié)充填工藝

2.1 不同輸送充填工藝對(duì)比分析

通過(guò)對(duì)充填工藝技術(shù)的分析研究,提出了如下一些不同輸送和充填方式的工藝技術(shù):

方案一:混凝土攪拌車運(yùn)輸水泥漿,鏟運(yùn)機(jī)攪拌充填。這種充填方案的基本思路是不使用攪拌機(jī)對(duì)廢石膠結(jié)充填料進(jìn)行攪拌,而是利用鏟運(yùn)機(jī)反復(fù)裝卸使水泥漿與廢石進(jìn)行充分混合,然后再卸入采空區(qū)充填。具體做法是,首先在待充空區(qū)附近建設(shè)廢石儲(chǔ)存場(chǎng)地,外地運(yùn)來(lái)的廢石集中堆放在廢石儲(chǔ)存場(chǎng)內(nèi),然后利用混凝土攪拌運(yùn)輸車,從地表膠結(jié)充填站運(yùn)送水泥漿到充填現(xiàn)場(chǎng),將水泥漿按預(yù)先計(jì)算好的量撒在廢石堆上,利用鏟運(yùn)機(jī)反復(fù)裝卸使廢石與水泥漿充分混合,隨后將攪拌好的廢石膠結(jié)充填料鏟裝到空區(qū)進(jìn)行充填。多次重復(fù)上述作業(yè),直到一車水泥漿用完為止。之后,下一車水泥漿運(yùn)到,再次重復(fù)上述作業(yè),直到廢石儲(chǔ)存場(chǎng)內(nèi)的廢石用完,就完成了一次廢石膠結(jié)充填工作。下一次外地運(yùn)來(lái)的廢石再次堆放在廢石儲(chǔ)存場(chǎng)內(nèi),又重復(fù)上述的作業(yè)循環(huán),直到最后將采空區(qū)充滿為止。

方案二:建立井下攪拌站,汽車運(yùn)輸混凝土到充填現(xiàn)場(chǎng)卸入采空區(qū)充填方案。該方案的基本思路是,在井下建立一個(gè)能力較大的混凝土攪拌站,將攪拌好的混凝土用混凝土攪拌車送入采空區(qū)充填。這樣既可保障廢石與水泥漿充分混合,保障廢石膠充填體的質(zhì)量,又可減少混凝土攪拌站數(shù)量,以達(dá)到節(jié)省混凝土攪拌站建設(shè)費(fèi)用的目的?；炷翑嚢枵局饕Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 混凝土充填攪拌站示意圖

方案三:建立井下攪拌站,利用混凝土輸送泵將混凝土輸送到采空區(qū)進(jìn)行充填方案。為了提高充填效率,降低混凝土充填料的輸送成本,采用泵送混凝土是一個(gè)全新的充填工藝方案。

通過(guò)對(duì)上述三種充填工藝對(duì)比分析后,可以得出如下結(jié)論:方案一充填工藝最大的問(wèn)題是無(wú)法保障廢石與水泥漿的均勻混合;由于鏟運(yùn)機(jī)是運(yùn)載礦石的設(shè)備,而非專業(yè)的攪拌設(shè)備,因此,希望利用鏟運(yùn)機(jī)實(shí)現(xiàn)廢石與水泥漿的均勻混合是很困難的,如果廢石與水泥漿不能均勻混合,將嚴(yán)重影響到廢石膠結(jié)充填體的質(zhì)量。

方案二優(yōu)點(diǎn)在于混凝土充填料輸送方式靈活,適用于充填點(diǎn)距離充填攪拌站較遠(yuǎn),充填量小,充填點(diǎn)分散的情況。但是,混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸混凝土方式,在井下道路狹窄、視線差的條件下,車速必然較低,加上采空區(qū)邊上混凝土攪拌運(yùn)輸車的卸載條件差等問(wèn)題,都將嚴(yán)重影響混凝土充填料的輸送能力,因此,采用車送混凝土方案的充填能力有限。此外,汽車運(yùn)輸方式成本高,根據(jù)大紅山銅礦2011年的承包單價(jià),井下汽車運(yùn)輸2 km范圍內(nèi)就達(dá)到7.7元/t,這在一定程度也上限制了這種充填方式的使用范圍。

方案三根據(jù)相關(guān)廠家提供的數(shù)據(jù),在300 m的輸送范圍內(nèi)采用泵送混凝土,其輸送成本僅為2.17元/t。由于泵送混凝土可采用垂直向上輸送方式,這樣就大節(jié)省了輸送距離,混凝土的輸送距離往往只是車送方式的1/3到1/4。此外,泵送混凝土輸送方式是連續(xù)的,輸送能力很大,根據(jù)某廠提供的數(shù)據(jù),采用HBT60C-1816Ⅲ型電動(dòng)拖泵,其混凝土的輸送能力也能達(dá)到45～70m3/h。因此,方案三為最適合大紅山銅礦礦柱廢石膠結(jié)充填的工藝技術(shù)方案。

2.2 泵送廢石膠結(jié)料充填工藝

2.2.1 充填能力分析

在泵送混凝土充填方案中,振動(dòng)給料機(jī)的生產(chǎn)能力在40～100 t/h之間;鄂式破碎機(jī)的生產(chǎn)能力在40～100 t/h之間;反擊式破碎機(jī)的生產(chǎn)能力在50～80 t/h之間;JS1000型雙臥軸式攪拌機(jī)生產(chǎn)能力大于50 m3/h;混凝土拖泵生產(chǎn)能力也在45～70 m3/h左右。從系統(tǒng)的配置上看,采用泵送混凝土充填系統(tǒng),能夠保證45 m3/h的充填能力。每天只要4.4 h的純工作時(shí)間,就能夠完成200 m3充填量,如果每天有6.6 h的純作業(yè)時(shí)間,就能夠完成300 m3的充填量,具備工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的條件。

2.2.2 充填成本及經(jīng)濟(jì)效益分析

采用泵送混凝土充填,直接成本為5 230 425.45元,每立方充填體直接成本為209.81元/m3,采出礦石充填直接成本66.38元/t?？紤]管理費(fèi)、稅收及承包單位應(yīng)得利潤(rùn)等費(fèi)用,充填的綜合成本為6 969 018.87元,按立方量計(jì)算的充填綜合成本為279.55元/m3,單位礦石綜合成本88.43元/t。礦柱開(kāi)采銷售收入合計(jì)2 321.36萬(wàn)元,采選綜合加充填綜合成本為 1 959.69萬(wàn)元。兩項(xiàng)費(fèi)用相抵盈利361.67萬(wàn)元,采出1 t礦柱礦石盈利45.90元。

3 結(jié) 論

提高資源綜合利用率,開(kāi)展低品位資源的利用,越來(lái)越成為一種趨勢(shì),通過(guò)對(duì)大紅山銅礦礦體賦存條件等開(kāi)采技術(shù)條件分析,開(kāi)展銅鐵合采具有十分重要的意義。

將建筑行業(yè)的混凝土輸送工藝技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用到井下礦柱充填作業(yè),滿足礦柱充填對(duì)充填體質(zhì)量、充填能力、充填成本和安全性的要求,能夠?qū)崿F(xiàn)井下礦柱充填的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn),為銅鐵合采的順利實(shí)施提供保障。

[1] 馬洪志,楊莉莉.低品位礦石資源回收利用研究[J].中國(guó)資源綜合利用,2011,(8):14-16.

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