淺談永平銅礦露轉坑工程設計的一些認識

朱貴波

(江西銅業集團公司永平銅礦,江西鉛山 334506)

淺談永平銅礦露轉坑工程設計的一些認識

朱貴波

(江西銅業集團公司永平銅礦,江西鉛山 334506)

本文對露轉坑工程的設計進行分析,介紹了設計的優點及不足,提出了露轉坑工程投產后需要繼續完善的一些工作,為今后的工作提供參考。

工程;露轉坑;設計

1 前言

永平銅礦是一個日處理量為10000t的大型生產企業,采用露天開采已20余年。2002年實施延深擴幫工程后,新增礦石量1400萬t,延長服務年限5年,預計2015年閉坑。

礦床為矽卡巖型銅礦床,自上而下,由東而西有Ⅵ、Ⅰ、Ⅶ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ號等7個礦帶。每個礦帶由1個或多個礦體組成。各礦帶走向與區內地層走向基本一致,近于南北,傾向東或北東東。露天境界外保有表內儲量9407萬t,平均銅品位0.63%,硫品位12.64%,銅金屬量591351t,硫11892236t,此外礦石中伴生有金、銀等有用成分。

除近地表的淺部礦巖外,各礦帶及頂底板圍巖主要由堅硬穩固～半堅硬穩固的混合巖組成;礦石主要為原生礦,不結塊不自燃。礦區主要屬裂隙含水,但富水性弱,地表無大的地表水體,礦坑充水來源主要為大氣降水及露天坑的匯集水。

露采境界外地質資源雖然豐富,但含銅品位較低,開采條件存在先天不足的因素,必須打破常規思維方式,尋求一種高效率、技術可行、經濟合理、安全可靠,適應現場實際的采礦技術工藝以及管理模式進行露天轉地下開采。

經過多年的研究,露轉坑工程設計采用了國內外先進的工藝理念與技術,研究取得了突破,項目終于在2006年底開工建設,工程投資約3.8億元,建設工期三年,可采礦石量3017萬t,可延長萬噸服務年限7年,坑采服務年限至2026年。露轉坑設計有許多值得推廣的經驗,同時也由于條件的限制,一些設施需要在今后的工作中補充完善,本文就露轉坑工程的設計談一些認識。

2 合理確定邊界品位

對一個要進行地下開采的銅礦來說,0.63%的含銅品位是較低的,存在先天不足的因素,必須采取高效和低耗的開采工藝,實行規模效應,適當的提高出礦品位,才能使開采具有經濟效益。提高合理的銅邊界品位,使礦石品位有所提高,露轉坑工程有顯著的經濟效益。

露轉坑設計確定坑采的合理銅邊界品位為0.4%。按照銅邊界品位0.4%計算,已探明的C+D級地質儲量約5021萬t,含銅平均品位0.668%,銅金屬量約33萬t;含硫品位平均12.35%,含硫量620萬t;礦石中還伴生有金、銀等貴金屬。此外,還可根據銅市場情況,及時調整邊界品位,最大效率的回收礦產資源。

確定邊界品位,要結合本礦的生產實際情況、各項技術經濟指標全面衡量。要與生產成本、產品價格、管理水平、采礦工藝、產值相配套,堅持貧富、大小、難易兼采,這樣才能有利于資源的綜合利用,為礦山延長服務年限。這個指標是一個動態的指標,隨著市場價格的變化、開采技術水平的提高,品位指標需跟隨著變化調整,從而正確指導礦山生產。

根據目前的銅價及資源情況,適當調整邊界品位,加強井下與露天生產的配礦管理,多回收0.2%～0.4%品位的礦石,可最大限度的利用資源,對礦山的可持續發展具有重要意義。

3 露坑聯合開采

隨著露采的不斷延深,爬坡及運距越來越長,工作面越來越窄,加上設備不斷老化原因,露采保持10000t/d的出礦能力越來越困難,提前進行地下開采可以補充露采出礦能力下降的問題。如果露采結束以后才轉入坑采,對于坑采要達到10000t/d的規模困難很大,選廠兩個系統,每個系統5000t/d,如果坑采規模在5000t/d,系統只能開一個,方案體現不了規模效應,效益差。如果規模在7000t/d,選廠要進行大規模的改造,投資將大大增加。

露轉坑設計采用露坑聯合開采方案,即露天與井下同時開采、形成露坑并舉的開采模式,在露天坑底留有20～40m的底柱,井下開采首采中段為-100m中段,露天與井下開采均向下,坑采的生產中段始終與露天坑保持100m以上的安全距離, -50m以上中段礦體、露天坑底柱及邊幫的礦體待露采結束后,用坑采方式進行回采。

露坑聯采方案露采規模逐漸減少,坑采逐步增加產量,仍保持10000t/d的出礦量,延長了露天礦服務年限,使萬噸生產規模時間延長了7年,可服務至2019年。

優點是:

(1)可使永平銅礦現有10000t/d的生產規模延長7年,充分利用現有的選礦廠等資產充分發揮其效益;

(2)由于提前采用分級尾砂充填采空區,使尾礦庫節省了庫容,不用再擴建改造尾礦庫;

(3)有利于保持礦山生產和職工隊伍的穩定;

(4)可保證江銅公司各大硫酸廠的硫原料供應;

(5)有利于永平銅礦露天采礦設備的有效利用。

缺點是:

(1)露天礦需要減產;

(2)采礦成本稍有增加,對近期效益有一定影響;

(3)露天及地下開采相互影響。

綜合來看,露坑聯合開采要較露天結束后再轉地下開采有優勢。

4 采用新工藝、新技術和高效率的設備

露轉坑設計采用膠帶斜坡道和輔助斜坡道開拓、開拓系統簡單靈活,自動化程度較高。

輔助斜坡道主要運輸廢石、材料和設備,坑內生產工人亦從該斜坡道通過人車運往坑內各工作面。礦石采用皮帶運輸,連續性好,通過能力大,運行成本低。

中段全無軌開采,采用高效率的大型無軌設備為主,引進國外先進采礦設備,有S imba H1354鑿巖鉆機, B00mer281鑿巖臺車,Atlascopco ST-1020(4.6m3)大噸位柴油鏟運機、VOLVO(A25D)坑內卡車、BoltecMC錨桿臺車、及裝藥臺車、破碎機等。

膠帶斜坡道由于距離長、坡度陡,膠帶運輸機主要部件采用進口。運礦長膠帶與坑內破碎站采用一個控制系統,控制系統安裝在坑內破碎站控制室?？刂葡到y采用PLC控制。運礦長膠帶設置膠帶防撕裂保護裝置、防膠帶跑偏保護裝置、緊急停車用拉繩開關等。長膠帶的調速裝置,工藝專業選用CST機械調速裝置。皮帶全程配備了電視監控系統。

主要采用中深孔房柱嗣后充填采礦法,礦塊沿走向布置,分為礦房和間柱,礦塊長度100m,礦房寬度為15m,礦房與礦房之間留2～5m壁柱,礦塊與礦塊之間留10m間柱,并留5～8m底柱。礦塊高度50m(即中段高度),在50m高度的中段內礦塊斜長為100～146m。

采用SimbaH1354鑿巖臺車,在鑿巖巷道內鑿上向扇型炮孔,炮孔排距為1.5～2m,孔底距為1.5～2m。采用裝藥車裝藥,炸藥為乳化炸藥,微差爆破,非電導爆系統起爆。每次爆2～3排炮孔,側向崩礦。爆破落礦后進行通風,排出炮煙。然后對鑿巖巷道進行撬毛,對不穩固處作支護處理。

爆下的礦石通過ST-1020型柴油鏟運機(斗容4.6m3)出礦,將礦石卸到采場礦石溜井中。礦塊綜合生產能力確定為850～900t/d,生產能力大。

井下通訊采用移動通訊與有線通訊并用的方式,主要巷道及硐室均可與外界保證聯絡,有利于生產的組織與調度。

5 用尾砂充填采空區,減少了尾礦庫尾砂排放量,保證露坑聯合開采的安全

露轉坑設計采用尾砂分級,粗尾砂做采空區充填料,減少尾礦庫的尾砂排放量,可不建新尾礦庫。永平銅礦現有的燕倉尾礦庫原設計最終尾礦堆積標高150.0m,僅滿足堆放露天礦的尾砂排放要求。

坑采時用尾砂對采空區進行充填處理,剩余尾礦排入量為3020萬t,需要的尾礦庫庫容為1888萬m3,尾礦庫從133m標高至150m標高間尚有2600萬m3的容積,完全可以堆放礦山全部服務期內的尾礦量,不用再對現有尾礦庫進行加高或新建尾礦庫。且尾礦庫輸送設施仍沿用現有的系統,節約了工程投資。

露轉坑尾砂充填至采空區,使采空區不會有大的塌陷,有利于露坑同時開采。

6 采礦方法及充填

根據礦體的賦存條件及礦巖穩固性特性,Ⅱ號礦體屬緩傾斜中厚礦體,Ⅳ號礦體屬急傾斜中厚礦體,穩固性屬中等穩固到穩固。設計中Ⅱ號礦體采用房柱采礦法嗣后充填,Ⅳ號礦體采用分段空場法嗣后充填。從經濟效益角度考慮,為了降低采礦成本,均是分級尾砂充填。

采礦方法所占的比例(按回采礦量計算)為:中深孔房柱嗣后充填采礦法占70%,淺孔房柱嗣后充填采礦法10%,分段空場采礦法嗣后充填占20%。

地下開采平均出礦品位為:銅0.599%,硫11.787%,由于礦石品位偏低,設計中充填采用分級尾砂充填,將導致房柱法中礦柱回采一是可能會影響礦房的正?；夭?二是回采安全得不到保證,礦柱不能回采。底柱、間柱和壁柱的回采安全也得不到保證。分段空場嗣后充填法采場的間柱、頂柱的回采也同樣如此。全尾砂充填采礦法,礦石損失率、貧化率偏高,資源得不到有效回收。

目前基建在尾砂充填系統中預留了膠結充填接口,也是考慮到今后若為了多回收資源,充填工藝改造的方便。

充填是否采用全尾砂或膠結充填,取決于銅價、生產成本、礦產政策等諸方面的因素。

充填料制備站原設于露天礦西北部已剝離靠幫的寬平臺上,標高約320余米,對于南部礦體-50m中段、-100 m中段的回采,雖然平巷長度有近1000m,但有足夠的充填倍線。

由于清華大學做的流體力學試驗表明,永銅分級尾礦是一種細顆粒含量少,粗顆粒含量多的尾礦砂,與其他尾礦差別較大,管道輸送必須采用大流速輸送,且由于含有大量粗顆粒,礦漿沉降呈典型分選沉降,沉積砂形成硬底,很難插入。根據輸送濃度、流速、水力損失、管徑和輸送壓力的關系,為避免事故返砂和事故停泵淤堵,敷設坡度不小于4%,不大于35%。

充填管路至該充填料制備站,要跨過運輸公路,敷設坡度得不到保證。且該位置高差大,生產水池位于230m標高,為節省工程投資,充填料制備站改在北風井工業場地,標高為180m。這導致對南部礦體的開采,充填倍線可能不夠,要配置加壓泵,特別是對于南部-50m以上如0m、50m中段礦體的回采充填,壓力更不夠。目前基建主要考慮到北部礦體的充填,今后南部礦體的回采充填,要對充填系統改造完善。

7 達產達標與穩產年限

露轉坑工程投產后,可使永平銅礦10000t/d規模的生產時間延長。因此露轉坑工程達產達標必須抓緊進行,越早達產越有利。由于露采保有儲量較少,截至2008年底,露采區保有礦量為1658萬t,露天開采調節余地不大,如果坑采能力受限,只有露天多生產,將減少萬噸穩產規模時間,萬噸規模生產時間可能縮短1～2年,對露轉坑工程效益產生極大的影響。

對于井下礦山來說,5000t/d的生產能力比較大,永平銅礦多年從事露天開采,井下開采經驗及人員技術力量都顯得不足,早日達產達標,延長萬噸規模生產能力,延長露天服務年限,顯得頗為重要。

8 安全環保

地下開采引起周邊應力改變與巖層變形,鑒于地采與露采的空間關系,露天高邊坡均處于地采的移動境界內,必然對邊坡的維護與加固帶來嚴重影響。處理不當,有可能導致大面積滑坡,影響露天礦開采和地下采礦,并造成重大人員財產損失。因此,分析與觀測地采對露天境界的位移與變形,尋找露天礦邊坡維護與安全技術措施尤其緊迫。同時地采與露采同時進行,露采在地采的直接上方,兩者的相互干擾與影響是必然,其中以爆破震動影響很大。減少露天開采對地下開采的影響,對保證安全生產十分重要。

由于從空間位置來說,露天開采位置正處于地下開采上部,一次生產爆破的炸藥量達15～30t,爆破震動很大。它對井巷工程的影響程度如何,需進行專題研究,研究爆破地震效應的破壞規律,找出減小爆破震動的方法和確定爆破安全距離,控制爆破震動帶來的危害。

露坑聯合開采,雖然井下采空區用尾砂充填,露采與坑采有一定的間隔厚度,但露天作業仍是在地下開采的移動帶內進行。監測地下開采的巖體位移和應變,坑內開采可能產生的少量巖體移動對露天開采和露天邊坡穩定性的影響,及時預報可能發生的地壓災害。

根據水文地質條件,坑內正常涌水量10000m3/d,最大涌水量30000m3/d;充填回水約530m3/d,采礦鑿巖、防塵回水約750m3/d。

井下水泵房設在北進風管纜井-200m中段石門旁側,泵房負責將所有坑內廢水通過北進風內的管道排出地表。由于礦石中含硫較高,礦井涌水受其影響呈強酸性,pH值為2.5～6.5。目前在東風井-100m、-50m巷道掘進遇水,水量超過100m3/h,排水已有1年仍未排干,西風井-100m、輔助斜坡道0m中段也遇水,均說明露轉坑工程地下水豐富。對于我礦生產來說,露天生產的水文地質條件相對簡單,而對于地下開采,水文地質調查仍要做一定的工作,以保證井下開采的安全。

井下礦體采礦后,采空區用分級尾砂進行充填,不可避免地溢出一定量的泥砂。在-200m中段水泵房附近設排泥硐室,通過泥漿泵直接將泥漿排出地表。

目前設計中僅考慮排水、排泥引至北風井地表,投產前需接管路把污水引至污水庫或尾礦庫,或至污水處理站。

9 其它

西廂嶺排土場對露轉坑工程顯得較為重要,要盡早建成,可做為坑采的排土場,運輸距離近,且排土時不需再經過采礦場單身職工宿舍與辦公樓附近,消除安全隱患。

采礦方法中需在充填體內重新開掘出礦平巷和出礦進路,對充填體有破壞,且充填體堅硬強度不均,掘進難度大,在采礦試驗中要予以解決。

-100m主溜井車場設計采用倒卸式卸車,卸車時間長,車輛相互影響,且是獨頭巷道不通風,粉塵大。根據測算,達產5000t/d時,平均4.32min一車礦石到達-100m主溜井,在-150m未開拓、沒有采場或副產礦石到達主溜井的情況下,卸礦卡車的密度相當大。需改造成環形車場,提高卸礦效率,并解決通風防塵問題。

永平銅礦露轉坑工程年底就要投產,對露轉坑工程設計做一個小結,找出設計的關鍵點,分析長處,指出不足,并逐步完善,為今后的井下生產提供參考,以保證露轉坑工程創造良好的經濟效益與社會效益。

REFERENCES

[1] 中國恩菲工程技術有限公司.永平銅礦露天轉地下開采技術改造初步設計書.

[2] 徐長佑.露天轉地下開采.

[3] 中南工業大學、永平銅礦.永平銅礦露采延伸擴幫新境界邊坡穩定性分析及合理邊坡角確定研究報告.

Some Understand ings on Project Engineering of Transition from Open-cut into UndergroundM in ing I n Yongping CopperM ine

ZHU Gui-bo
(Jiangxi Copper Corporation Yongping CopperMine,Yanshan 334506,Jiangxi,China)

This article analyzes the engineering of the transit project of Yongping CopperMine from open-cut into underground mining,describes the good points and deficiency of the engineering,and puts forward to some improvements to be done after commissioning of the transit project.

BZproject;transition from open-cut into underground mining;Engineering

TD21

:B

:1009-3842(2010)01-0021-04

2009-12-28