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脉内采准上向机械化进路采矿法在武平紫金的应用
2019-02-18
针对武平紫金矿业有限公司(简称武平紫金) 资源整合后的状况,该矿需求一种生产 能力高、资源回收能力强、作业安全的采矿方法,提出了脉内采准上向机械化进路采矿法。经该矿 实际生产应用后证明,使用该方法后,经济技术指标得到显著改善,贫化损失率降到5%,采矿生产 能力提高到250 t/ d,掘进、采矿断面减小,每米巷道可省869. 9 元。
Serial No. 597 January. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 597期 2019 年 1 月第 1 期 脉内采准上向机械化进路采矿法在武平紫金的应用 江书旺 武平紫金矿业有限公司 ) ( ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 针对武平紫金矿业有限公司(简称武平紫金)资源整合后的状况,该矿需求一种生产 能力高、资源回收能力强、作业安全的采矿方法,提出了脉内采准上向机械化进路采矿法。 经该矿 实际生产应用后证明,使用该方法后,经济技术指标得到显著改善,贫化损失率降到 5% ,采矿生产 能力提高到 250 t/ d,掘进、采矿断面减小,每米巷道可省 869. 9 元。 关键词ꢀ 采矿方法ꢀ 脉内采准ꢀ 机械化采矿 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 01. 019 ꢀ ꢀ 武平紫金矿业有限公司位于福建省武平县与上 芯采取率近 60% ;局部地段为 10% ~ 20% 。 当Ⅲ、 Ⅳ级裂隙发育带在遇到裂隙发育带、蚀变带与人工 开采产生的临空面组合时,会产生局部不良工程地 质问题。 在蚀变带附近含有构造泥,构造泥为极软 弱面,特别是遇到水时极易发生顶板冒落事件,对安 全生产带来不利影响。 因此,在采矿工程中,预防顶 板冒落极为重要。 杭县交界处,矿区交通状况良好。 矿区地处著名的 紫金山金铜矿西南部,与紫金山金铜矿一江之隔,距 离仅 3 km,该区域金、银、铜等金属矿物资源储量丰 富。 该矿在资源整合之前隶属民采,矿区规划混乱, 开采方式多以“掏洞式”采富弃贫开采,采矿方法不 规范,生产能力低,采矿效率差,资源贫化、损失严 [ 1-4] 重,给企业安全生产带来安全隐患多 。 矿床为裂隙含水层充水矿床,矿体埋藏于弱径 流带内,主要充水含水层富水程度弱且不均匀,与地 表水水力联系弱,主要靠大气降水补给,补给源远, 补给量有限,含水层渗透系数小,且地下水季节动态 变化较小。 总体来说,矿区内水文地质条件、工程地 质条件简单,属于简单偏中等的地质工程。 自紫金矿业将该矿进行资源整合后,对其进行技 术改造,提高生产效率,采用斜坡道+竖井联合开拓。 矿山采用龙工 LG850 装载机、25 t 自卸汽车运输至矿 石溜井的方式完成井下开采。 井下开拓、采准巷道断 面均为 4 m×3. 9 m,断面较大、巷道稳定性较差、增加 了日常安全维护费用、增加废石运输量、缩短排土场 服务年限、增加排土场后期运行成本。 矿体呈似层状,透镜状,脉状和扁豆状走向近东 西,倾向 NE—SW,倾角在 0° ~ 15°。 矿体稍平缓,矿 体形态上的变化,矿体形态变复杂,分枝复合现象增 为改善资源损失率、贫化率,提高回收率,确保 安全生产。 因此,急需一种生产能力大、资源回收 多、作业方式安全的采矿方法。 依据矿体情况、岩性 情况,经多次讨论研究采用脉内采准上向机械化进 路采矿法对较破碎、节理面发育的矿层进行回采。 加。 在其中试验采场位于武平紫金ꢁ100 m 中段 63- # 采场东南部,采场北至 63 线,南至 59 线,属Ⅰ 矿 3 体。 经估算,本次试验采场从 59 ~ 63 线矿体 122b 1 ꢀ 地质工程概况 矿区内矿体围岩主要以花岗岩为主,属坚硬岩 资源量矿石量 24. 79 万 t,金金属量 40. 016 kg,银金 属量 21. 503 t,铜金属量 403. 951 t。 组,根据矿床工程地质条件可被划分为坚硬半坚硬 为主的非层状矿床。 其稳定性主要受断裂和蚀变带 的控制,岩体总体完整性较好,岩芯一般呈短柱状、 柱状,仅在构造破碎带呈碎块状。 本次试验采场岩 2 ꢀ 脉内采准上向机械化进路采矿法 采矿方法是直接影响矿山生产规模、矿石损失 贫化、劳动生产率、生产成本、综合经济效益与作业 安全等问题的关键。 综合考虑到武平紫金矿山采矿 实际条件和现有的设备装备等因素影响,在该采场 ꢀ ꢀ 江书旺(1988—),男,工程师,364300 福建省武平县中堡镇悦洋 主要施行的采矿方法是脉内采准上向机械化进路采 村。 [5-8] 矿法,同时对采准巷道进行优化 。 8 6 ꢀ ꢀ 江书旺:脉内采准上向机械化进路采矿法在武平紫金的应用ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 1 月第 1 期 该方法适用于矿岩中等稳固以上或中等稳固偏 块,矿块划分为 7 个矿房如图 1 所示。 下矿体的回采。 其工艺实质是沿矿体走向布置矿 房,矿房间距为 8 ~ 12 m。 采场回采工作两步骤进 行:一步回采单数矿房,二步回采偶数矿房。 在回采 时采取隔一采一、后退式回采矿房,强采强出(当天 爆破,当天出矿) 方式。 遇到顶板较破碎时预留点 柱,矿房回采结束后立即对采空区进行胶结充填。 在回采过程中管理人员每天跟踪采面的生产情 况,及时采用红色喷漆对矿岩进行标注,如是矿石就 进行回采,围岩就当矿柱。 所以,可依据现场实际情 况对矿岩可采取“选别回采”。 “选别回采” 更适应 矿体特征,采准工程量小,充填水泥消耗量少,能有 效降低开采成本,提高出矿品位的优点就显现出来。 设计以整个构造带为开采对象,通过选别回采,可剔 除矿体的夹石,也可采出围岩内的矿石,回采过程中 图 1ꢀ 采场布置 首先在位于矿体端部施工 1 条联络斜坡道;其 次位于脉外施工运输巷道及通往上中段安全通道。 沿依据划分的矿块在矿块中间施工 1 条采准巷道, 采准巷道施工到矿体边界,后以采准巷道为自由面 采用后退式回采。 铲运机进入采场装矿后直接装入 汽车,由汽车运至中段溜井出矿,由溜井装入汽车, 溜井规格为 ϕ1. 8 m。 在采场端部间柱中掘上山作 为回风充填巷,并从上中段运输平巷掘穿脉至采场 两侧的间柱中,与回风上山贯通构成采场回风、充填 系统。 [ 9-11] 大大地控制贫化率、损失率 。 根据巷道的不同用途和服务年限合理确定断面 尺寸,在满足安全、通风、运输需要的前提下,尽可能 缩小主巷、采准(切割)巷道断面规格。 通过对标学 习采用临工 LG936L 装载机、20 t 自卸汽车,最小断 面为 3 m×3 m 即可满足要求,但主巷规格保持 4 m× 采切工程根据方案图 1、图 2 计算,采切工程量 3 见表 1。 矿 石 体 重 按 2. 71 t/ m 考 虑、 松 散 系 数 1. 69、取修正系数为 1. 25。 则修正后的千吨采切比 3 为 0. 893 m/ kt,7. 94 m / kt。 3 . 9 m,采准、切割巷道优化成 3 m×3 m。 . 1ꢀ 矿房结构尺寸 2 根据矿山开拓系统,阶段高度为 15 m。 在矿房 布置时,考虑到矿体因素( 厚度、倾角、走向) 等因 素,本 次 沿 走 向 布 置 矿 房, 相 邻 矿 房 间 距 取 8 ~ 12 m,具体间隔长度视工程情况灵活变动。 2 . 2ꢀ 采准切割工程 采准工程主要包括阶段间溜矿井、阶段运输平 巷、充填回风井等脉内采准工作必不可少的巷道。 考虑到为充分利用武平紫金现有巷道工程、采场岩 图 2ꢀ 采矿方法三视图 性质量以及工程地质和水文地质条件,将武平紫金 1 —顶柱;2—充填体;3—脉内分段平巷;4—一步回采进路; # 100 m 中 段63 ~ 59 线 Ⅰ 矿 体 作 为 本 次 试 验 矿 ꢁ 5 —溜井;6—通风巷道;7—分段联络巷;8—阶段运输巷 表 1ꢀ 采准切割工程量 出矿联络道及扩刷 采场联络道及扩刷 回风穿脉 3 3 3 工程量/ m 规格/ m 长度 / m 42 工程量/ m 规格/ m 长度/ m 工程量/ m 868. 4 千吨采切比 规格/ m 长度/ m 3 . 0×3. 0 350. 7 3. 0×3. 0 104 2. 0×2. 0 48 192. 0 回风充填上山 修正后千吨采切比 3 矿量/ m 3 3 3 规格/ m 长度 / m 工程量/ m 长度/ (m/ kt) 工程量/ (m / kt) 长度 / (m/ kt) 工程量/ (m / kt) 2 . 0×2. 0 41 164. 0 247 900 0. 78 6. 35 0. 983 7. 94 2 . 3ꢀ 回采工艺 1)回采顺序。 中段内从矿体底部自下而上按 层回采都采取隔一采一的方式。 如图 1 所示,具体 采矿方法三视图如图 2 所示。 ( 照 4. 5 m 一个分层回采,每层回采时先回采一步矿 房(①,③,⑤,⑦),后回采一步矿房(②,④,⑥) 每 (2)凿岩。 采用浅眼凿岩。 凿岩工具使用 YT- 27 或 7655 型风动气腿式凿岩机凿眼,选用适应岩 8 7 总第 597 期 现代矿业 2019 年 1 月第 1 期 性的钎头和钎杆,钎杆长 1. 8 ~ 3 m,钎头为 ϕ38 mm 的梅花型或一字型钎头。 架高滤水井,用全尾砂和废石充填底部 2. 8 m,表层 0. 5 m 采用胶结充填,作为上分层作业底板。 因采 场面积较大,可用砂袋设堰分块充填采场,采场内废 石可直接用于充填,掘进废石用汽车运至采场进行 充填,尾砂充填管路经由通风充填天井进入采场,表 层胶结充填灰砂比 1 ∶4。 保证胶结面有足够的强 度,减少爆破和无轨设备铲运对胶结面的破坏是控 制回采贫化的关键,根据之前回采、充填实践,只要 铲运机司机操作方法正确得当,胶结面采用 1 ∶6 的 灰砂比即可。 另外采场边界铲运机较少走的地方可 减少胶结充填层灰沙比,降低充填成本。 ( 3)爆破。 场爆破可采用平行布孔“Λ” 型起爆 的落矿方案,提高爆破效果,减少大块和爆破对作业 底板的冲击,压顶及点柱周边矿体回采可采用间隔 装药的光面爆破技术,减小对顶板和点柱的破坏。 在施工时顶板应该施工成弧形,以便回采后应力重 新分布,有利于顶板后期维护。 使用煤矿二级许用乳化炸药,采用非电半秒差 导爆管组成浅孔爆破网络。 抵抗线为 1. 2 m,炮孔 间距 1. 2 ~ 1. 5 m。 回采第一分层时,以采场下盘拉 底巷道为自由面进行浅孔扩帮回采;回采第二分层 时,以未充填高 1. 2m 为压顶崩矿自由面方向进行 压顶回采。 为保证在充填体上安全作业、增加充填体强度、 采场的快速周转,该矿采用胶结料为 P. O. 42. 5 级 普通硅酸盐水泥,添加干砂系统,通过混凝土输送泵 进行加 压 充 填, 充 填 浓 度 由 58% ~ 60% 提 高 至 68. 5% ,这样可以在相同时间内提高充填强度、节约 周转时间。 ( 4)通风。 新鲜风流由脉外运输道通过采场人 行天井进入采场,冲刷工作面,污风由采场切割上山 排至上中段脉外运输道。 人行天井与矿石溜井距离 较近,因此人行天井布置在近风口处,并且装矿硐室 采取喷雾洒水等降尘措施,减少对新鲜风流的污染。 采场全部分层回采结束后,砌筑充填挡墙,进行 采场接顶充填。 等待养护期过后充填强度达 2. 5 ~ 3. 5 MPa 后,人员、设备作业强度后方可上一层作 业。 ( 5)顶板支护。 在采矿工程中,预防顶板冒落 极为重要。 由于顶板的稳固性受断裂和蚀变两个因 素的控制,而蚀变岩石遇水极易崩解,断裂带有一定 透水透浆能力,因此应视具体情况作不同支护处理, 对采空区应及时进行回填,预防顶板大范围冒落。 采场崩矿完毕业后,采场内采用撬毛台车或服务台 车保证顶板的安全性,并根据矿岩稳固程度,在回采 过程中必须同时进行合理有效的支护工作。 (8)回采工作组织。 设专门的凿岩爆破工作队 和出矿工作队,分别完成凿岩爆破和采场出矿工作。 凿岩爆破每个作业面安排 2 ~ 3 人,1 ~ 2 台凿岩机 作业,一般情况下每个矿块可安排 3 个作业面,每天 安排 1 个班凿岩;铲运机装矿每班安排 1 ~ 2 人,汽 车运输每台班 1 ~ 2 人,每天安排 1 个班作业。 每月 生产 27 d 考虑,平均生产能力为 6 750 t/ 月,每月同 时回采采场 3 个,完成生产能力 20 250 t/ 月。 支护方式以锚杆支护为主,辅之以其他支护形 式如穿带等。 锚杆应交错呈梅花网状布置,锚杆网 度根据岩石破碎程度现场确定。 锚杆孔轴线与构造 面夹角不得小于 60°,锚杆不得沿构造面或裂隙布 置,托盘安装应凹面向里并紧靠岩体,不得将托盘反 装或挤压变形。 断层、裂隙以及次级构造发育地段, 锚杆难以达到支护效果时必须采用诸如木棚、混凝 土墙等更为有效的支护方式。 混凝土及木棚支护必 须将顶帮填实,平时做好检查工作。 施工过程中,施 工人员必须配备好相应的撬棍,做好敲帮问顶工作, 禁止带浮石作业,必须施工锚杆支护,网度 1. 0 m× 3 ꢀ 主要技术经济指标 经应用,得到的主要技术经济指标如下。 ꢁ100 ~ ꢁ85 m 采出 122b 资源量矿石量:24. 79 万 t;浅孔凿岩台效:35. 0 m/ 台班;盘区生产能力: 250 t/ d;采场采矿贫化率:5% ;采场采矿损失率: 3 3 5% ;采切比:6. 35 m / kt;充填水泥消耗:50 kg / m ; 3 充填成本:36. 25 元/ m ;采矿成本:69. 27 元/ t。 4ꢀ 结ꢀ 论 武平紫金通过使用脉内采准上向机械化进路法 取得了良好的经济技术指标,截止到目前为止,已采 出 122b 资源矿石量 24. 79 万 t,采场采矿贫化率、损 失率指标下降到 5% ,盘区内生产能力提高 250 t/ d。 采用混合充填(废石、全尾充填),可使充填成本大 概节约 26. 25% 以上,但工序较复杂。 1 . 0 m,遇岩石特别破碎时网度密至 1. 0 m×0. 5 m。 6)出矿。 采用装载机出矿,由装载机将矿石 ( 铲装至无轨汽车运输设备,无轨汽车将矿石运到主 溜井中,如矿石块度过大在安全地方二次解小,其他 可在溜井井口采用破碎锤进行二次解小。 ( 7)充填。 采场控顶高度为 4. 5 m,充填分层高 将大断面改为小断面可产生直接经济效益,年 节约掘进成本约 180 万元,小断面不仅可产生直接 经济效益,同时也可提高巷道稳定性,减少废石运输 度为 4. 5 m。 每个采场回采完毕后,立即进行架设 充填管路,封闭充填墙,进行充填作业,充填前必须 8 8 ꢀ ꢀ 江书旺:脉内采准上向机械化进路采矿法在武平紫金的应用ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 1 月第 1 期 [ [ [ [ [ [ [ 5]ꢀ 刘武团,郭生茂. 小铁山矿西部矿体脉内采准方式研究[J]. 金 属矿山,2003(11):5-7. 量、后续充填挡墙制作费用,断面减小在破碎岩层中 减少 支 护 量, 有 利 于 安 全 生 产。 原 断 面 (4. 0 m 6]ꢀ 梁宗霍,彭联合,朱志华. 康家湾矿缓倾斜难采薄矿体采矿方 法研究[J]. 中国有色冶金,2016(6):13-15. × 3. 9 m)每米单价约 2 932 元,新断面(3. 0 m×3. 0 m) 每米单价约 2 062. 28 元,断面减小每米可省 69. 9 元;综合效益明显。 7]ꢀ 杨尚欢,王瑞星,王ꢀ 平,等. 脉内联络巷在盘区式采场回采中 的应用[J]. 现代矿业,2015(8):11-13. 8 8]ꢀ 刘ꢀ 哲,金晓刚,刘培正. 缓倾斜中厚至厚矿体采矿方法探讨 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [ J]. 现代矿业,2014(4):20-21. 9]ꢀ 杨庆雨,梅日新,郭树林,等. 铲运机脉内转层出矿工艺在上向 [ [ [ [ 1]ꢀ 杨尚欢,王瑞星,王ꢀ 平,等. 脉内联络巷在盘区式采场回采中 的应用[J]. 现代矿业,2015(8):11-13. 水平分层充填采矿中的应用[J]. 现代矿业,2011(11):65-67. # 10]ꢀ 刘卫东. 金川二矿区 2 矿体 F17 以东矿山开拓系统及采矿工 2]ꢀ 姚金蕊,廖九波,范文录. 复杂环境下脉内巷道的支护[J]. 现 代矿业,2012(7):118-119. 艺优化[D]. 昆明:昆明理工大学,2005. 11]ꢀ 胡道喜. 上向进路与上向分层充填法在李官集铁矿的应用 3]ꢀ 陈发吉,龙秀才,彭ꢀ 康. 脉内采准中深孔落矿嗣后充填法在 沙坝土矿的应用[J]. 现代矿业,2011(5):62-63. 4]ꢀ 彭ꢀ 康. 中厚倾斜破碎磷矿体开采方法研究与应用[ D]. 长 沙:中南大学,2011. 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