點柱式分層充填采礦法在海下礦床開采中的應用

張小剛,劉 超,彭 康,陶曉杰,于常先,王德全,李 陽

(1.山東黃金集團三山島金礦, 山東萊州市 261442;2.中南大學資源與安全工程學院, 湖南長沙 410083)

點柱式分層充填采礦法在海下礦床開采中的應用

張小剛1,劉 超2,彭 康2,陶曉杰1,于常先1,王德全1,李 陽1

(1.山東黃金集團三山島金礦, 山東萊州市 261442;2.中南大學資源與安全工程學院, 湖南長沙 410083)

三山島新立礦區屬于海底礦床開采,開采的關鍵是開采過程中海底不產生非均勻沉降、裂縫和塌陷。在安全開采的前提下實現強化開采,必須選擇合適的采礦方法。根據新立礦區開采技術條件,采用脈外采準點柱式分層充填采礦法,采場生產能力達到 108.7 t/d(盤區為 800～900 t/d),采礦損失率為 19.3%,采礦貧化率為 6%,實現了新立礦區的高效安全生產。

海底開采;脈外采準;海底金礦床;點柱式分層充填采礦法

隨著黃金價格的不斷上漲,山東黃金集團三山島金礦決定擴大三山島金礦生產規模。新立礦區礦體位于海下,原有采場效率低、勞動強度大,企業投資大并難以獲得好的經濟效益。為了提高礦山的生產能力,本文提出了新的采礦方法——脈外采準點柱式分層充填采礦法。

1 礦床開采技術條件

礦區的工程地質條件較好,主斷裂帶上盤只有部分石門,由于巷道的巖石較破碎,施工中采用了水泥噴漿支護,主裂面附近巖石破碎,有坍塌、掉塊現象,其余絕大多數施工在斷裂帶下盤中的巷道均不需任何支護,穩固性良好。

礦床勘探范圍內共圈出 5個礦體,其中①號礦體又分為 6個支礦體,①-1號為礦床內主礦體,其儲量占礦床總儲量的 90%。①-2號次之,占總儲量的 0.6%。①-1號礦體總體走向 62°,傾向南東,傾角 33°～67°,多在 40°～50°之間變化,平均46°,由北向南傾角有逐漸變陡趨勢。礦體厚 0.48～28.96 m,厚度分級以 2～10 m居多,占 22%,14～16 m占 10%,8～10 m占 9%,厚度變化系數78.27%,屬厚度較穩定礦體。沿走向最大長度1145 m,沿傾斜最大長度 900 m,沿傾斜已基本尖滅,沿走向其北東側基本尖滅,南西側尚未封閉。

2 脈外采準點柱式分層充填法

盤區尺寸為 300 m×80 m,盤區長 300 m,中段高度為 80 m。根據新立礦區開采技術條件,該采礦方法分段高度為 13～15 m,分段之間與脈外斜坡道相連,一個盤區可布置 5個分段。每個分段服務 4～5個分層,分層回采高度為 2.5～3.5 m。采場垂直礦體走向布置,長為 30～40 m,寬為 15～20 m,采場內留 4 m×4 m點柱,點柱中心點網度為(15～20)m×15 m。一個盤區分三個區段,每個區段沿走向長度 100 m,區段留 5 m連續間柱。區段中采場回采順序為:最中央的采場首先回采,開采高度達到 3～4 m后相鄰采場開采,采場間留 2 m礦皮,且使開采工作面形成一自然平衡拱形。

該方法采用脈外采準方式(見圖1),盤區斜坡道形成后,在高度方向上每隔 15 m掘進脈外出礦橫巷,而后沿礦體下盤布置脈外出礦巷,在脈外出礦巷每隔 15～20 m向礦體掘進聯絡巷,而后在礦體中央掘進脈內通風充填井。鏟運機進入采場出礦,運至中段溜井,每個采場布置一個泄水井。

圖1 脈外采準點柱式分層充填采礦法

2.1 采準工程布置

主要的采切工程有:盤區斜坡道,脈外出礦橫巷,分段平巷,分層聯絡道,充填回風井及溜礦井。盤區斜坡道在礦體下盤布置,坡度 15%,在每個分段與分段平巷連通。分層聯絡道垂直礦體布置,長度 10～12 m;溜井布置在脈外,傾角 55°左右;濾水井在澆注人工底柱時預留,以后上采時順路架設,采用鋼板焊接成圓形結構;充填回風井采用矩形斷面。

采準順序為:盤區斜坡道-出礦橫巷-溜礦井-脈外分段巷-分層聯絡巷-充填回風井。

該采礦方法的采切工程量如下:一個盤區布置一條斜坡道,10條脈外出礦橫巷,5條脈外鑿巖運輸巷,2條溜礦井,75條聯絡巷和 15條通風充填天井,巷道總長 35635.7標準 m。礦體水平厚度按 30 m計算,一個盤區可采出礦石量 172.5萬 t,采切比為82.6 m3/kt。

2.2 人工底柱

每個中段第一分層在全面拉底結束,將礦石清理干凈后,首先進行鋼筋混凝土層的鋪設工作:按250 mm×250 mm鋪設鋼筋網,主筋Φ12 mm,垂直礦體走向鋪設;副筋Φ8 mm,沿走向鋪設。節點用鐵絲捆扎結實并焊牢。然后把整個鋼筋網抬高 100 mm,再將主副筋與礦體上下盤及間(點)柱用錨桿連結(錨桿長 1.5～2 m,水平方向間距 0.5 m),用C20混凝土澆注,厚度 400 mm。鋼筋混凝土層澆注前,在采場底板上輔設塑料布,以防灰漿滲入底板的裂縫內。人工底柱高 3 m,其中鋼筋混凝土層厚 0.4 m,灰砂比 1∶5的膠結充填體厚度 2.6 m。

2.3 回采工藝

(1)落礦。分層回采高度 2.6 m,MERCURY14單臂式鑿巖臺車為主 7655為輔進行鑿巖,炮孔水平布置,孔深 3.0～3.5 m,孔徑 Φ43～45 mm,孔網0.8 m×1.0 m,水平落礦。考慮上盤巖石穩固性差,留 1.5～2 m護頂礦。最上一個采場開采不留礦柱,相鄰采場回采時,留 2 m左右礦皮,礦皮可在最后少部分回收。

(2)出礦。采場礦石由鏟運機運到各中段的溜礦卸礦站,經溜井集中下放到-400 m主要運輸中段,裝入 2 m3的礦車用 10 t架線電機車運到主豎井附近的集中溜井內,礦石經粗碎由豎井提升到地表。

(3)通風。新鮮風流由副井、措施井和輔助斜坡道進入,經分段平巷、采場分層聯絡道進入采場。污風由采場回風天井排至上中段回風巷。通風困難地段應安裝局扇強制通風。

(4)采場支護。每分層回采結束后,視礦體和圍巖的穩固情況進行支護,采用長錨索與短錨桿聯合支護。錨桿長度 2 m左右,網度(0.8～1.5)m×(0.8～1.5)m。長錨索長 9～16 m,網度 3 m×2.5 m。

(5)采場充填。采場支護完畢后即進行采場充填工作。相鄰采場回采時,留 2 m左右礦皮,可以防止相鄰采場回采時未膠結尾砂垮落而造成礦石貧化。充填管線從措施井經斜坡道進入各分段巷道,經分層聯絡道進入采場,充填工作分兩次進行,首先用鏟運機將附近巷道的掘進廢石鏟裝到采場,并架設泄水井,繼而進行尾砂充填,充填高度為 2.2 m。剩下 0.4 m用灰砂比 1∶4的膠結充填料充填,作為回采上一分層的底板。充填體中的水由順路泄水天井(或波紋泄水管)排出。

(6)頂底柱回采。當采礦回采到上中段采場的人工假底時,為保證人工假底的安全,使用進路法回采其人工假底下邊一分層的礦體,進路垂直礦體走向布置,進路寬 3 m,分二步進行回采,一步進路隔一采一,采用灰砂比1∶8的充填料膠結充填,并接頂。二步進路采用尾砂充填。

2.4 主要經濟技術指標

(1)采場生產能力。根據新立礦區開采技術條件,參考國內外采礦技術指標,用于生產能力計算的主要指標如下。MERCURY14單臂式鑿巖臺車:150 m/臺班;鏟運機出礦工效:528 t/臺班;充填站充填能力 80 m3/h;采場(30 m×20 m)開采一個分段礦石量為 3696 t(已扣除點柱礦量 224 t);回采一個分段的采礦循環周期為 34 d;采場生產能力為 108.7 t/d。

(2)采礦工效。完成一個循環周期所需的工班數為:鑿巖爆破 165工班、出礦 40工班、充填準備10工班,合計 215工班,采礦工效為 17.2 t/工班。

(3)采礦主要技術經濟指標。采場生產能力:108.7 t/d;盤區生產能力:800～900 t/d;采礦工效:17.2 t/工班;采礦損失率:19.3%;采礦貧化率:6%;采切比:82.6 m3/kt;采礦直接成本:57.72元 /t。

3 結 論

脈外采準點柱式分層充填采礦法在自然平衡拱內采礦,有利于地壓控制,采準工程布置脈外,有利于提高盤區生產能力,而且留點柱有利于降低礦石損失率,但采準廢石量較多,各采場開采必須在高度和順序上加以控制,生產管理難度增加。因此,加強礦山科學管理,該采礦方法可以實現三山島金礦新立礦區的高效安全生成。

[1] 古德生,李夕兵.現代金屬礦床開采科學技術[M].冶金工業出版社,2006:125～158.

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2009-07-20)

張小剛(1976-),男,四川廣安人,工程師,主要從事巷道掘進和采礦管理等技術工作。