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二里河铅锌矿采矿方法的综合应用
2019-04-25
二里河铅锌矿Ⅱ1矿体呈马鞍状向东侧伏,鞍部、翼部矿体开采技术条件复杂,最初 矿山主要采用分段空场法进行开采,但一直存在损失率、贫化率高,安全系数低等问题。为总结该 矿采矿方法的综合应用,介绍了该矿在 20余年生产实践中,矿山逐步对采矿工艺进行优化研究,最 终矿山根据不同开采技术条件综合采用分段空场法、浅孔留矿法、房柱法的典型方案及其变形方案 进行矿石开采,使采矿回收率达到 87%、贫化率 9.3%,而且有效提高了作业安全性。另外,矿山总 结了 6类开采技术条件及优选采矿方法原则,对类似开采技术条件的矿山具有借鉴和指导意义。
Serial No. 599 March. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 599期 2019 年 3 月第 3 期 二里河铅锌矿采矿方法的综合应用 赵林海ꢀ 李宗利ꢀ 张ꢀ 磊ꢀ 张敏哲 ( 宝鸡西北有色七一七总队有限公司) ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 二里河铅锌矿Ⅱ1 矿体呈马鞍状向东侧伏,鞍部、翼部矿体开采技术条件复杂,最初 矿山主要采用分段空场法进行开采,但一直存在损失率、贫化率高,安全系数低等问题。 为总结该 矿采矿方法的综合应用,介绍了该矿在 20 余年生产实践中,矿山逐步对采矿工艺进行优化研究,最 终矿山根据不同开采技术条件综合采用分段空场法、浅孔留矿法、房柱法的典型方案及其变形方案 进行矿石开采,使采矿回收率达到 87% 、贫化率 9. 3% ,而且有效提高了作业安全性。 另外,矿山总 结了 6 类开采技术条件及优选采矿方法原则,对类似开采技术条件的矿山具有借鉴和指导意义。 关键词ꢀ 马鞍状矿体ꢀ 采矿方法ꢀ 变形方案ꢀ 开采技术条件ꢀ 回收率ꢀ 贫化率 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 03. 016 Composite Application of Mining Methods for Erli River Zinc-lead Mine Zhao Linhaiꢀ Li Zongliꢀ Zhang Leiꢀ Zhang Minzhe ( Baoji Northwest Non-ferrous 717 General Co. ,Ltd. ) Abstractꢀ II1 ore body of the Erlihe Lead-zinc Mine is saddle-shaped to the east side,and the min- ing conditions of the saddle and wing ore bodies are complicated. The initial mining mainly used the seg- mental empty field method for mining,but the loss rate and the depletion rate were always high,low safety factor and other issues. In order to summarize the comprehensive application of the mining method, the mine was introduced in the production practice for more than 20 years,the mine gradually optimized the mining process. Finally,the mine used the segmental empty field method,the shallow hole retention meth- od,the typical method of the room and column method and its deformation scheme to carry out ore mining according to different mining technical conditions. The mining recovery rate is 87% ,the depletion rate is 9 . 3% ,and the safety of the operation was effectively improved. In addition,the technical conditions of 6 types of mining and the principles of preferred mining methods were summarized in the mine. It has refer- ence and guiding significance for mines with similar mining technical conditions. Keywordsꢀ Saddle-shaped ore body,Mining method,Deformation scheme,Mining technical condi- tions,Recovery rate,Depletion rate ꢀ ꢀ 采矿方法的优劣对矿山开采的安全性、经济性 术条件与采矿方法综合应用实例。 起到决定性作用。 但在生产实际中每个矿山,甚至 每个矿块的开采技术条件不尽相同,所以采矿方法 的选择与应用也应灵活调整,实现矿产资源的合理 开发。 本研究以二里河铅锌矿为例,总结矿山 20 余 年生产过程中采矿方法的更新与优化经验,并列举 1 ꢀ 矿山概况 二里河铅锌矿隶属于宝鸡西北有色七一七总队 有限公司,位于陕西省宝鸡市凤县境内,是以铅锌采 [ 1-4] 。 矿山于 1994 年建成 选为主的中小型国有企业 投产,是陕西省计委批准的九五期间兴陕工程之一, 也是全国地勘行业创办的第一家规范化矿山企业, # 现阶段主要生产区 3 斜井Ⅱ1 矿体典型矿块开采技 2 016 年被授予国家级绿色矿山荣誉称号。 矿山采 2 矿证面积 0. 514 8 km ,开采方式为地下开采,平 硐—盲斜井联合开拓,现已开拓至 1 200 m 标高。 ꢀ ꢀ 赵林海(1988—),男,工程师,721706 陕西省宝鸡市凤县河口 镇。 6 0 ꢀ ꢀ 赵林海ꢀ 李宗利等:二里河铅锌矿采矿方法的综合应用ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 3 月第 3 期 采用中央并列抽出式通风系统。 共设有 5 条盲斜 井,二级斜井串车提升,二里河铅锌矿三维数字模型 详见图 1。 田中部偏北。 Ⅱ1 号矿体是本矿床的主矿体,分布 2 于古道岭组上段(D2 g )灰岩与星红铺组(D3 X)千枚 岩接触带偏灰岩一侧,含矿岩性为硅化灰岩。 矿体 总体以 110°方位向东延展,规律性明显,其形态与 背斜构造完全吻合。 鞍部矿体向东倾伏,顶部埋深 标高,由 137 线的 1 510 m 到 169 线下降到 1 200 m, 高差 310 m,平均倾伏角 21°,图 2 为二里河铅锌矿 垂直纵投影图。 矿体形态呈不规则的马鞍状,鞍部 矿体厚大,两翼变薄,图 3 为该矿体 154、157 线典型 剖面图。 矿体在地表未出露,属隐伏矿体,埋深 165 图 1ꢀ 二里河铅锌矿三维数字模型 ① —地表;②—Ⅱ1 矿体;③—断层;④—地表钻孔; —坑内钻孔;⑥—斜井;⑦—1 400 m 主巷;⑧—主平硐; 9—T12 坑;⑩—主回风井 ~ 540 m,赋存标高 1 716 ~ 1 200 m,二里河矿区控 ⑤ ⑨ 制矿体长 1 250 m。 2 ꢀ 矿体地质 矿区地处秦岭泥盆系多金属矿带中段,凤太矿 图 2ꢀ 二里河铅锌矿垂直纵投影 图 3ꢀ 二里河铅锌矿 154、157 线剖面 ꢀ ꢀ 矿体厚度 0. 49 ~ 26. 96 m,平均厚度 10. 23 m。 265 m,逐渐变薄。 翼部矿体倾角 60 ~ 84°,厚度 2. 3 Pb 品位一般 0. 5% ~ 2. 65% ,最高 28. 88% ,平均 ~ 13. 6 m,属急倾斜、薄—中厚矿体。 1 4 . 48% ; Zn 品 位 一 般 0. 9% ~ 20. 52% , 最 高 8. 85% ,平均 7. 38% 。 鞍部矿体厚度 8 ~ 15. 5 m, 3ꢀ 工程地质条件 矿体上盘岩性为铁白云质粉砂质千枚岩的硬质 倾伏角 18 ~ 23°,属缓倾斜中厚矿体;两翼延伸 75 ~ 岩石为主,千枚理发育地段偶有层间滑动。 岩体遇 6 1 总第 599 期 现代矿业 2019 年 3 月第 3 期 水易软化,长期裸露易碎片化。 整体层间结合较好, 岩体稳定性一般。 岩石抗压强 度 33. 20 ~ 38. 38 MPa,饱和抗压强度 24. 39 ~ 28. 48 MPa。 RQD 值 时,规范了矿块结构参数:矿块沿矿体走向布置,阶 段高度 30 m,选取 10 m 分段高度,间柱宽 8 m,每段 预留 3 ~ 5 m 分段矿柱,行人井、溜矿井均布置于间 柱内,回收率提高至 73% ,但矿块内分段矿柱仍无 法大量回收,而且人员需进入矿房进行二次破碎、挂 7 8. 20% ~ 95. 50% ;矿体下盘岩性为古道岭组中厚 层状灰岩,层理不发育,节理一般为 2 组。 炭质发育 时偶有层间滑动,整体层间结合较好。 灰岩抗压强 度 41. 09 ~ 60. 18 MPa。 饱 和 抗 压 强 度 27. 91 ~ # 电 耙 滑 轮, 作 业 安 全 性 不 高。 3 斜 井 ( 1 400 ~ 1 200 m)应用过程中,每 10 m 段高间柱内增加了 4 7. 48 MPa。 RQD 值 70. 11% ~ 100. 00% ,岩石质量 好的,岩体完整。 矿体岩性为硅化灰岩,发育 3 组节理,后期发生 一层联络道,使矿块形成分段留矿法模型,各分段回 采时兼顾分段矿柱的回收,使回收率达到 82% ,作 业安全性也得到了保障。 硅化及方解石石英脉填充,坚硬且稳定性好,无不良 地质现象。 矿岩抗压强度 51. 36 ~ 56. 06 MPa,饱和 抗压强度 40. 01 ~ 42. 22 MPa。 RQD 值 80. 97% ~ [5-6] 5 . 2ꢀ 房柱法 # 在 1 斜井 1 516 ~ 1 400 m 鞍部矿体开采中开 始应用典型房柱法。 为了利用两翼分层工程,矿块 建设不规范。 2010 年企业与西安建筑科技大学合 作,进行了采矿方法优化的专题研究,确定了鞍部缓 倾斜中厚矿体采用预控顶爆力运搬房柱采矿法的方 9 6. 11% 。 矿体及围岩质量分级见表 1。 表 1ꢀ 矿体及围岩质量分级 位置 地层岩性 坚硬程度 完整程度 质量分级 上泥盆统星红铺组铁 白云质粉砂质千枚岩 矿层上盘 矿体 较硬岩 较硬岩 完整 完整 Ⅱ Ⅱ 2 # 案,并于 3 斜井 1 360 m 中段鞍部矿体得到了成功 中泥盆统古道岭组统 硅化灰岩 应用。 该方案通过锚网预控顶控制上盘千枚岩冒 落,减少贫化、提高顶板安全性。 利用中深孔抛掷爆 破,避免了人员进入矿房进行二次破碎,也使贫化 率、回 收 率 达 到 了 预 期 目 标。 2012 年 在 1 320 m、1 280 m 中段应用中,进一步对矿块结构进行了 优化,单一矿块可减少中部采准工程 115 m。 另外, 由于鞍部矿体宽度增加,将原方案中单一矿块变更 为 2 平行矿块,实现共用部分采切工程,从而降低了 整体采切比。 1 中泥盆统古道岭组中 厚层状灰岩 矿层下盘 局部 较硬岩 较硬岩 完整 松散 Ⅱ Ⅲ 1 3 断层破碎带 4 ꢀ 开采沿革 二里河铅锌矿已生产 20 余 a,随着开拓系统向 深部的延伸,采矿工艺也在不断优化。 根据主要开 采范围及采矿方法的应用情况,二里河的主要生产 历程可大致分为 3 个阶段,见表 2。 表 2ꢀ 二里河铅锌矿各阶段生产情况汇总 [7-8] 5 . 3ꢀ 浅孔留矿法 主要开采区 标高/ m 主要采矿 方法 产能 / (t/ d) 时间 开拓方式 由于矿体向深部有逐步收缩的趋势。 矿山自 # 第一阶段 1994—1996) 2014 年开采 3 斜井 1 240 m 中段时才正式使用该方 法。 1 240 m 中段北翼 153 ~ 155 线、155 ~ 157 线 2 矿块均采用了底部漏斗结构留矿法。 矿房回采过程 中严格控制局部出矿量、回采边界,安全系数较高。 但矿块出矿过程中,矿块上盘千枚岩出现局部垮塌, 采矿贫化达 21% ,而且影响了矿柱回收。 为了减少 底柱前期压矿,提高间柱回收率,在 1 200 m 中段北 翼 157 ~ 159 线开采中选择了平底结构留矿法,有效 避免了上述问题,而且出矿时随着矿堆下降,对 6 m 1 516 以上 平硐+溜井 分段空场法 230 450 ( ( 平硐 一级斜井 + 溜井 # 第二阶段 1997—2010) (1 516 ~ 1 400) 1 斜井 分段空场法、 房柱法 + + 平硐 二级斜井 分段空场法、 留矿法、 # 第三阶段 2011—2018) (1 400 ~ 1 200) 3 斜井 500 ( + 溜井 房柱法 5 ꢀ 采矿方法优化概况 矿山主要采用分段空场法、留矿法、房柱法 3 类 采矿方法进行开采,在实际应用中根据不同矿块开 采技术条件制定了不同变形方案。 间柱进行了间隔回收,使矿块采矿回收率达 87% 。 # 5 . 1ꢀ 分段空场法 6ꢀ 3 斜井Ⅱ 1 矿体采矿方法的综合应用 # 建矿之初,矿山主要采用该方法进行回采。 受 3 斜井是现阶段主要生产区域,鞍部及两翼矿 块开采技术条件复杂,基本涵盖了矿山各类开采技 术条件,其采矿方法与技术指标也代表了现阶段的 整体水平。 当时技术经济条件限制,预留矿柱直径约 8 ~ 10 m, 而且在两帮留有贫矿层(Pb+Zn 品位<7% ),采矿回 # 收率仅 65% 。 在进入 1 斜井(1 516 ~ 1 400 m)开采 6 2 ꢀ ꢀ 赵林海ꢀ 李宗利等:二里河铅锌矿采矿方法的综合应用ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 3 月第 3 期 6 . 1ꢀ 开采技术条件与矿块布置 35. 43% , 平 均 7. 20% 。 鞍 部 矿 体 厚 度 4. 5 ~ 15. 5 m,倾伏角 18 ~ 23°,属缓倾斜中厚矿体;两 翼延伸 37 ~ 263 m,逐渐变薄。 翼部矿体倾角 52 ~ 矿体上盘围岩为铁白云质千枚岩,少量薄层灰 岩和含碳千枚岩,坚固性系数为 5 ~ 11,下盘为灰 岩,坚固性系数 12 ~ 22,均属坚硬—半坚硬岩石。 矿区岩石一般致密坚硬,层理不发育,但千枚岩劈理 较发育,裂隙率小于 0. 84% ,岩石质量等级为Ⅱ级, 工程地质条件属简单偏中等类型。 8 4°,厚度 0. 85 ~ 13. 6 m,属急倾斜、薄—中厚矿体。 # 3 斜井(1 400 ~ 1 200 m)以 40 m 段高设有 5 个 中段,各中段以 25 m 间距施工有探矿穿脉。 为了利 用现 有 工 程, 翼 部 矿 块 均 沿 走 向 布 置, 宽 50 m, 高 40 m。 鞍部缓倾斜矿体独立划分矿块。 矿块开 采技术条件分类,详见表 3。 矿体厚度 0. 85 ~ 15. 5 m,平均厚度 8. 23 m。 Pb 品位 一 般 0. 5% ~ 2. 65% , 最 高 24. 35% , 平 均 1 . 50% ; Zn 品 位 一 般 0. 75% ~ 18. 37% , 最 高 # 表 3ꢀ 3 斜井矿块开采技术条件分类汇总 开采技术条件 厚度/ m 矿块位置 典型矿块编号 倾角 / (°) 其他特征 编号 Ⅰ -北翼东西侧 中段间矿体不连续,西侧矿体逐渐尖灭, 矿体边界变化系数大 Ⅰ -1 60 ~ 78 0. 85 ~ 6. 5 1240-N1 ( 图 1-例 8 所示) Ⅱ Ⅱ Ⅱ -1 -2 -3 73 ~ 84 73 ~ 84 局部≤55 18 ~ 23 18ꢁ23 6. 5 ~ 13. 6 3. 5 ~ 8. 4 5. 5 ~ 10. 7 8 ~ 15. 5 倾角变化不大,厚度稳定 倾角变化不大,上宽下窄呈“V”型薄矿 局部矿体倾角过缓 1240-N3 1200-N2 1200-N4 1360-A5 1240-A6 Ⅱ -北翼中部 ( ( 图 1ꢁ例 9 所示) Ⅲ -鞍部 Ⅲ-1 Ⅲ-2 矿块宽度 12 ~ 25 m 图 1-例 10 所示) 4. 5 ~ 7. 2 矿块宽度 6 ~ 12 m 6 . 2ꢀ 采矿方法的选择与应用 1) 北翼部西侧矿块。 由表 2 可知,中段西侧 (2)北翼中部矿块。 在表 2 中将该部分矿块又 进一步划分为 3 类开采技术条件。 Ⅱ-1 类,属中 厚、急倾斜矿体,选择底部漏斗结构留矿法,可根据 矿块底部厚度灵活布置 1 排或 2 排漏斗,利于采场 出矿(典型采场 1240-N3)。 Ⅱ-2 类,属薄—中厚且 剖面上呈“V”字形态,选择平底结构留矿法,利于底 部出矿 进 路 受 矿 及 回 采 工 作 面 平 场 ( 典 型 采 场 1200-N2)。 上述 2 种方法均为常用的典型方案,矿 块结构参数为间柱宽 8 m,顶柱厚 3 ~ 5 m,行人井每 5 m 段高设置联络道,底部部漏斗或出矿进路间距 6 ~ 7 m。 漏斗结构采用 15 kW 电耙及 6 m 短溜井出 矿,平底结构则利用 Z-20 型电动装岩机出矿。 为了 便于后期回收间柱,行人井一般布置于下盘灰岩一 侧。 向上回采过程中如局部千枚岩滑面暴露,需及 时进行锚网支护,避免出矿过程中造成贫化。 Ⅱ-3 类,总体呈急倾斜、中厚矿体,但局部倾角小于 55°, 无论分段法还是留矿法,倾角变缓均影响上部出矿, 所以应用了分段法与留矿法的结合方案,图 5 为 ( 矿块属急倾斜、薄矿体,矿山最初采用沿矿体西界施 工斜上山的留矿法进行开采,利用电耙及装矿平台 在中段出矿。 但在 1 360 m 中段南翼 144 ~ 149 线 进行工业试验时,出现上山无法准确追索矿界掘进、 倾斜矿堆不利于平场凿岩等问题。 为了探采结合, 选用了分段空场法的变形方案,1240-N1 矿块采矿 方法示意图见图 4。 采场结构参数为间柱宽 8 m,顶 柱厚 3 m,分段高度 10 m。 出矿选用 15 kW 电耙。 施工中首先于矿体下盘 3 ~ 5 m 向上掘进行人天井, 在分段标高施工探矿穿脉,进一步控制矿体形态。 再向各分层矿体中心掘进溜井,向西掘进的凿岩平 巷可兼顾探明矿体西界,从而为西侧 153 线采准工 程提供可靠依据。 但回采时应严格按涉及选择钻爆 参数,控制采场大块率,避免人员进入矿房进行二次 破碎。 1 200-N4 矿块采矿方法示意图。 采场共分为 3 段, 每段均为留矿法原型。 两侧间柱宽 8 m,顶柱高 3 m,出矿进路间距 7 m,每 5 m 分层布置联络道。 采 场回采整体次序自上而下,各分段内自下而上留矿 法回采。 为保证采场作业安全并控制贫化,随矿堆 上升利用 2. 2 m 的 ϕ18 mm 螺纹钢锚杆对上盘千枚 岩进行支护,间、排距均为 1 m。 待回采中部分段 时,根据顶板稳固性,将上分段底板一并回收,或将 图 4ꢀ 1240-N1 矿块采矿方法 1 —行人井;2—溜矿井;3—间柱;4—联络道; 5 —分段凿岩平巷;6—分层穿脉;7—顶柱 6 3 总第 599 期 现代矿业 2019 年 3 月第 3 期 条形矿柱切割为点柱。 二、三分段均使用 15 kW 电 耙出矿,一层利用 Z-20 型电动装岩机出矿。 图 5ꢀ 1200-N4 矿块采矿方法 1 —运输平巷;2—出矿进路;3—通风行人井;4—分段出矿平巷; 5 —联络道;6—二分段溜井;7—三分段溜井;8—间柱;9—顶柱 图 6ꢀ 1360-A5 矿块采矿方法 1 —运输平巷;2—溜矿井;3—通风行人井;4—电耙道;5—出矿漏斗; —凿岩巷道;7—控顶锚杆;8—中深孔;9—切顶巷道; 46 —勘探线号 ( 3)鞍部矿块。 该部分矿块分为两类开采技术 6 条件。 表 2 可见,Ⅲ-1 类,属缓倾斜、厚矿体。 矿山 在前期开采中一直未规范此类矿块的采矿方法, 1 全性。 2 010 年通过校企合作进行了专项研究,确定了预控 Ⅲ -2 类,属缓倾斜、中厚矿体。 随着矿体向深 顶爆力运搬房柱采矿法,并于 1 360 m、1 320 m 成功 进行了工业试验,1 360 m 中段 A5 矿块采矿方法示 意图详见图 6。 该方法通过在矿体下盘脉外 3 / 5 掘 进凿岩巷道,上盘施工切顶巷道实现矿体与上下盘 围岩分离,有效控制贫化。 在切顶巷内对上盘千枚 岩进行锚网+锚索联合支护,提高顶板稳定性。 利 用 YGZ-90 型凿岩机进行中深孔凿岩,BQF-100 型装 药器装药,实现矿石的爆力运搬,提高采场出矿的安 部延伸鞍部矿体厚度、宽度均逐步收缩,不再适用预 控顶房柱采矿法,1240-A6 采场选择了普通房柱法 进行开采,矿房沿走向斜长约 75 m,矿房下部设有 行人井、溜矿井、两个漏斗及电耙道,采场两侧与翼 部矿体过度范围,按 15 m 间距预留有 ϕ5 m 矿柱。 6 . 3ꢀ 技术经济指标 上述各典型矿块采矿方法技术经济指标见表 4。 表 4ꢀ 典型矿块采矿方法技术经济指标汇总 主要技术经济指标 典型矿块 编号 采矿方法 地质储量 Pb+Zn 地质 采出矿量 Pb+Zn 出矿 贫化率 损失率 采切工程量 千吨采切比 生产能力 / t 品位/ % / t 品位/ % / % / % / m / (m/ kt) / (t/ 班) 分段空场 法 变形方案 1 1 1 1 1 240-N1 240-N3 200-N2 200-N4 360-A5 23 427 57 416 37 818 49 866 7. 98 21 970 7. 24 10. 2 6. 5 14. 9 220 10. 01 40 ~ 50 100 ~ 120 60 ~ 80 底部漏斗 结 构留矿法 11. 52 10. 36 8. 83 52 893 35 876 48 674 10. 82 9. 61 7. 78 13. 5 12 458 420 615 8. 65 11. 1 平底结构 留 矿法 7. 8 分段与留 矿 法结合方案 13. 5 14 12. 64 40 ~ 60 中深孔爆 力 运搬房柱法 41 470 23 319 8. 03 4. 51 39 519 23 432 7. 63 3. 9 5. 3 9. 5 13 805 205 20. 37 8. 75 80 ~ 100 60 ~ 80 房柱法 1240-A6 15. 5 7 ꢀ 结ꢀ 论 矿回收率达到 87% ,贫化率 9. 3% 。 ( 1)二里河铅锌矿马鞍状向东侧伏的Ⅱ1 矿体, (3)Ⅱ1 矿体翼部和鞍部所选用的各类采矿方 法与实际生产技术指标对类似开采条件的矿山具有 推广和借鉴意义。 根据翼部和鞍部的不同开采技术条件使用分段法、 留矿法和房柱法及其变形方案进行开采能够满足现 阶段安全生产、技术规范要求。 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 ( 2)目前矿山采用的采矿方法优选原则,使采 [ 1]ꢀ 西北有色地质二里河铅锌矿. 陕西省凤县二里河铅锌矿床深 6 4
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