銅山口礦邊深部礦體開采利用方案探討

余建國

(大冶有色金屬股份有限公司銅山口銅礦, 湖北大冶市 435122)

銅山口礦邊深部礦體開采利用方案探討

余建國

(大冶有色金屬股份有限公司銅山口銅礦, 湖北大冶市 435122)

針對銅山口銅礦深部及露天境界外保有礦產資源儲量情況,根據礦區地質特點、礦床賦存特征、開采技術條件等實際情況,對該礦區地下開拓方案、采礦方法、生產規模、服務年限等進行了初步探討,為銅山口礦邊深部礦體開采提供參考。

銅山口銅礦;邊深部礦體;開拓系統;分段空場嗣后充填采礦法

0 前 言

銅山口銅礦位于湖北省大冶市南西 18 km,是大冶有色金屬股份有限公司下屬的主要生產礦山之一。該銅礦于 1980年代中期建成投產,至今已有20多年的開采歷史,經過近幾年對選礦碎礦、浮選設備技術改造,目前礦山實際采選生產能力達 130萬 t/a,現為露天開采。

目前,礦山露天境界內保有儲量按現有生產規模僅能維持 6 a左右,礦山面臨生產接替的問題,但是銅山口礦深部和露天境界外保有資源儲量豐富,安全有效地對礦區邊深部礦產資源進行開采,不僅對大冶有色公司發展具有重要而深遠的戰略意義,而且能延長礦山生產服務年限,大大促進礦山與當地經濟發展。

1 礦體特征及開采技術條件

銅山口銅礦床賦存于花崗閃長斑巖巖株與圍巖的接觸帶及層間構造帶中,礦體互相聯結,嚴格受接觸帶和層間構造控制。礦床由規模不等、形態各異、產狀多變的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ號礦體組成,東西長約 1400 m,南北寬約 1200 m。礦體之間幾乎彼此牽連互結生長,厚度、品位中等,埋深不大,分布較集中,另在巖株體內局部地段見有斑巖型小銅礦體。根據礦石中的礦物成份、巖性及結構、構造等特點,礦區內的銅礦石劃分為 3大類,分別為含銅火成巖礦石、含銅矽卡巖礦石和含銅矽卡巖化大理巖礦石。

本次設計開采礦體主要是Ⅰ、Ⅵ和部分Ⅱ號礦體。Ⅰ號礦體位于花崗閃長斑巖巖株與碳酸鹽巖層接觸帶中,是受巖株控制的“筒形”礦體。在平面上呈一直徑 500～600 m的“環狀”,局部呈 S形。礦體走向長 2100 m,傾向延伸 300～500 m;厚度 10～30 m,最大達 60 m。Ⅱ號礦體為層間盲礦體。由上下 2層組成,以下層為主,上層斷續出現,兩層相距10～50 m,在巖體東、北、西 3面與Ⅰ號礦體相連。平面上似一不對稱的無頂“帽沿”,水平延伸 100～300 m;剖面延深至 -100～-200 m標高,傾角各段不一,北段幾乎水平,南段傾角較陡;厚度在近接觸帶最大,遠離接觸帶變薄,一般 5～10 m,平均 8 m。Ⅵ號礦體為一隱伏的大理巖、矽卡巖角礫巖的巖體,礦體埋深 -190～-250 m,呈似層狀,產狀平緩,走向近東西,向北傾,傾角 8°～22°,在 22線南北兩端與Ⅰ號礦體相連,礦體厚大,中間有夾石層。

銅山口銅礦床儲量較大,品位較低,邊深部-58～-400m及 -58m以上南部 (包括露天掛幫礦)控制以上地質儲量 56000 kt,銅平均品位 0.70%。

2 采礦方法研究

根據礦體的開采技術條件,考慮到礦石品位較低,所以適合本礦的采礦方法主要有崩落法和空場法。但由于該礦山露天和坑內同時開采,而崩落法造成的圍巖移動將對露天開采產生影響,因此不應選擇崩落法。空場法中較適合的采礦方法有房柱法和分段空場法,但這 2種方法回采后會留有較大的采空區,如不進行處理,采空區仍存在冒落的危險,對露天和坑內的生產安全都有不利影響。為消除采空區冒落的危險,可以采用嗣后充填的方式處理采空區。另外,由于Ⅵ號礦體產狀為緩傾斜厚大礦體,適于上向分層點柱充填法。因此,本次設計可供選擇的采礦方法主要有分段空場嗣后充填采礦法、房柱法和上向分層點柱充填采礦法。研究確定的分段空場嗣后充填采礦法采場布置見圖1。

圖1 分段空場嗣后充填采礦法

由于礦體走向較長,礦體厚度變化較大,當礦體厚度小于 15 m時,礦塊沿走向布置,長 50 m,間柱寬 4 m,礦房長 46 m,采場寬為礦體厚度;當礦體厚度大于 15 m時,礦塊垂直礦體走向布置,寬 22 m,礦房寬為 10 m,礦柱寬為 12 m,長為礦體厚度,留15 m底柱,采場高度 45 m,分 3個分段。

3 開拓方案選擇

根據礦體及圍巖力學特性、開采技術條件,以及所選采礦方法確定地表開采移動范圍,礦體上、下盤及側翼移動角均為 70°。地下的主要開拓工程布置需要考慮露天開采的范圍,應布置在露天生產爆破影響范圍之外,同時,也應布置在地下開采的地表移動范圍之外。

根據露天開采境界范圍和地表移動范圍,以及礦體賦存條件,適合坑內礦體開采的開拓方案有主副井開拓、混合井開拓和斜坡道開拓,運輸方案有有軌運輸和無軌運輸。其中斜坡道無軌運輸開拓方案由于基建工程量較大,所以本次設計不作重點考察,而主要進行主副井開拓方案和混合井開拓方案的分析比較。

(1)方案一:主副井方案。主井直徑Φ4.5 m,井口標高 +60 m,井底標高 -540 m,擔負礦石和廢石的提升任務。礦石主溜井和廢石主溜井聯通-160～-400 m中段,最低卸載中段為 -400 m,中段高為 120 m,中間隔 60 m設一無軌副中段。副井直徑Φ5 m,井口標高 +60 m,井底標高 -575 m,擔負人員、材料、設備和粉礦的提升任務。中段礦石運輸采用 10 t電機車雙機牽引 4 m3底側卸式礦車運至主井車場,卸入主井旁側礦石主溜井。廢石則用7 t電機車牽引 0.7 m3翻轉式礦車運至主井車場,卸入主井旁側廢石主溜井。粉礦利用副井內罐籠回收。在礦區東側設Φ5 m回風井,井口標高 +110 m,井底標高 -160 m,構成由副井和已有金獅礦斜井進風、回風井回風的對角抽出式通風系統。

(2)方案二:混合井方案。混合井直徑Φ5.5 m,井口標高 +60 m,井底標高 -530 m,擔負礦石和廢石的提升任務。礦石主溜井聯通 -160～-400 m中段,最低卸載中段為 -400 m,中段高為 120 m,中間隔 60 m設一無軌副中段。中段礦石和廢石運輸設備與方案一相同。粉礦利用電梯井回收。在礦區東側設Φ5 m回風井,井口標高 +110 m,井底標高-160 m,構成由混合井和已有金獅礦斜井進風、回風井回風的對角抽出式通風系統。

方案一與方案二進行比較,方案一具有主、副井分開布置,提升能力較大,使用性好;副井進風質量好、通風條件好;管理方便、提升干擾少、生產安全可靠性好等優點。但基建工程量、投資比方案二多,工業場地占地范圍略大;方案二雖然基建工程量、投資比方案一少,便于集中管理,但每年的運營成本比方案一多,礦石和廢石提升有一定干擾,管理相對復雜,通風條件差。綜合考慮礦山生產管理及礦山的持續發展等各方面因素,推薦采用方案一,即主副井開拓方案。

4 礦山生產能力

確定坑內礦山生產規模主要從合理服務年限、礦塊布置以及開采下降速度等方面進行論證。考慮銅山口銅礦目前現狀以及維持礦山總規模的穩定發展,經綜合分析,確定地采前期生產規模為 3500 t/a,生產后期 (露天開采結束后)其生產規模達到4000 t/a。

按照美國《采礦工程手冊》推薦的確定礦山最優生產能力的經驗公式計算:

T=4.88×(T1×b)0.75/330×b=5388 t/d (1)

式中:T——礦山最優生產能力,t/a;

T1——設計利用儲量,本次設計 T1=26880000 t;

b——短噸和公噸的換算系數,b=1.10231。

式 (1)的計算結果表明,若僅從礦山可利用儲量的角度考慮,與本礦相應的生產能力約為 5300 t/d,相應的服務年限約為 15 a。

按中段可布礦塊數 (見表1)驗證,+2,-58,-100和 -160 m單中段生產能力基本上可以達到3500 t/d,-160 m以下需 2個以上中段同時生產才可以達到 3500 t/d。

表1 各中段可布礦塊數及生產能力

5 結束語

銅山口銅礦在目前深部和露天境界外保有資源較豐富的情況下,用露天井下聯合開采方案,最大限度地合理開發利用礦產資源。針對礦體開采技術條件,本次設計主要采用分段空場嗣后充填采礦法,選擇主副井開拓方案,并對該礦區生產規模、服務年限進行了初步探討,為礦山深邊部開采提供了技術依據。該方案將在下一步的設計和建設實踐中作進一步的研究和論證。

[1]黃鐵平,韓仕權,謝世強.云浮硫鐵礦尖山區段開發利用方案初探[J].采礦技術,2010,10(2):9-10,16.

[2]楊光毅,等.銅山口礦露天采選工程可行性研究[R].長沙:長沙有色冶金設計研究院,2007.

[3]李 鈞,等.銅山口礦儲量結算報告[R].大冶:湖北大冶鄂東南地質大隊,2006.

[4]吳德權,郭忠林,孫國詳.分段空場嗣后塊石膠結充填采礦法在老廠錫礦的應用[J].采礦技術,2009,9(2):1-2,7.

[5]于潤滄,等.采礦工程師手冊 [M].北京:冶金工業出版社,2009.

[6]周冬冬,高 謙,余偉健,等.司家營鐵礦階段充填法開采流固耦合數值模擬[J].礦業研究與開發,2010,30(2):19-22.

2010-10-14)

;余建國 (1976-),男,湖北黃石人,助理工程師,主要從事礦山采礦工程技術及管理工作,Email:yujianguo-888@163.com。