多分段嗣后膠結充填采礦法的應用研究

楊秀明

(貴州開磷集團礦肥有限責任公司, 貴州開陽縣 550302)

多分段嗣后膠結充填采礦法的應用研究

楊秀明

(貴州開磷集團礦肥有限責任公司, 貴州開陽縣 550302)

針對礦肥公司礦山采用錨桿護頂分段空場法時,礦石回收率低、采場地壓大、地表開裂、下沉等問題,提出了多分段脈內連續退采嗣后充填采礦法,并詳細介紹了該法的采場布置、回采工藝等。采用該法能顯著提高礦石回收率,且井下掘進廢石不出坑直接用于磷石膏膠結充填,實現無廢開采,獲得了較好的經濟效益和社會效益。

充填采礦;磷石膏;采場結構;回采工藝;無廢開采

0 前 言

貴州開磷集團礦肥有限責任公司所屬礦山的礦石品位高,不經選礦便可直接作為生產優質磷肥的原料。目前采用空場法開采,礦石回收率低,僅為70%,且采后未對空區進行有效處理,經過多年開采,形成了大量的采空區,致使礦區局部地段空區頂板冒落,給礦山的安全生產和地表設施帶來了極大威脅。另外貴州開磷集團礦肥有限責任公司化工廠已建成,每年因生產磷酸產生的工業廢棄物——磷石膏將達 300萬 t左右,因此化工廠不得不投巨資建設磷石膏庫堆放磷石膏,不僅占用了大量的耕地,而且對周圍的環境產生嚴重的污染。

采用磷石膏和廢石膠結充填可提高礦石回收率、顯著減少磷石膏庫的庫存量、節約耕地,能減少磷石膏對周圍環境產生的嚴重污染,且將井下掘進廢石直接用于充填,降低充填成本,其經濟效益和社會效益顯著。

1 礦床開采技術條件

貴州開磷集團礦肥有限責任公司所屬礦山為濱海、淺海相沉積磷塊巖礦床,產于震旦系上統陡山沱組上部,與上覆燈影組白云巖呈假整合接觸。礦層呈層狀產出,與地層產狀一致,為整體呈東傾的單斜構造,產出穩定。礦石以凝膠結構為主,碎屑結構次之。水文地質條件簡單,為一單斜佇水構造,屬以溶蝕裂隙為主、頂板直接進水的巖溶充水礦床,水源為大氣降水。

礦床為單一沉積型磷礦床,成礦后受構造運動影響,被 F41、F44、F403逆斷層錯切,推移成 4個礦塊。礦山主要開采對象為 F44斷層的上、下盤礦,俗稱南礦塊、北礦塊,南礦塊在 E38～E48線之間與北礦塊疊加,兩礦層水平間距 200～300 m。開采區域內構造簡單,斷層較少,一般以北北東向為主,局部呈北東。

礦層為緩傾斜 -傾斜中厚層狀礦體,礦體傾角16°～39°,南陡北緩 ,淺部陡、深部緩 ,厚度 1～10 m,平均厚度 5 m。礦層鑿巖爆破性好,屬中穩 -不穩固,礦石平均品位 35.45%。頂板為白云巖、硅質巖,中等穩固。直接底板為中厚層石英砂巖或含礫砂巖,厚 1.35～17 m,較穩固,其下為紫紅色砂頁巖、頁巖,致密,鑿爆性較好,但暴露后易風化垮塌,不穩固。

2 原有采礦方法及存在的問題

現用采礦方法為錨桿護頂分段空場法。中段高度為 60 m,分段高度為 10 m,礦房尺寸為 16 m×12.5 m,頂柱、間柱尺寸分別為 2.5,1.5 m,礦塊長度 200 m,盤區走向長 600～800 m。采準工程由盤區斜坡道、溜井、分段聯絡巷、沿脈分段平巷組成。除沿脈分段平巷外,均布置于礦體下盤。溜井底部安裝振動放礦機,與中段大巷通過裝礦石門聯結;井筒距礦體最小水平距離為 12 m,通過石門與盤區斜坡道、沿脈分段平巷聯結。

回采工藝為先進行分段平巷刷幫取底、切割上山取底、礦房回采,采用 SI MBAH357深孔鑿巖臺車鑿巖,導爆管和非電毫秒雷管、復式起爆網絡起爆;采用電動鏟運機或柴油鏟運機鏟運至溜礦井;新鮮風流利用盤區斜坡道,經分段平巷至采掘作業面,在作業面布置局扇輔助通風,污風經溜井、回風聯絡巷進入上中段大巷,從回風斜井排出地表。脈內采切巷道采用金屬樹脂錨桿掛金屬網支護。其主要技術經濟指標為:回收率 65%～68%,貧化率 6%～8%,采場生產能力 400～500 t/d。空區頂板自然崩落。

實踐證明,錨桿護頂分段空場法存在以下問題:

(1)回收率低,僅為 65%～68%;

(2)開采后遺留的空間未處理,在安全采深以上范圍給地表帶來崩塌、開裂、沉降等隱患;

(3)采場地壓不能很好的控制,給采礦安全帶來威脅;

(4)各系統均布置于礦體下盤紫紅色頁巖內,由于該頁巖暴露后易風化、崩解,井巷支護困難,在帶來安全隱患的同時,增大井巷支護和維護的費用和難度;

(5)礦井出坑廢石量大,增加廢石運輸和碴場建設、管理成本,除占用土地外,還增大了碴場安全隱患;

(6)采礦后遺留的空間沒有充分的利用,是空間資源的浪費。

3 采礦方法的改進

貴州開磷集團礦肥有限責任公司所屬礦山,礦體傾角小于 20°的礦體占礦段總儲量的 12.8%,礦體傾角為 20°～30°的礦體占礦段總儲量的 35.5%。因此,在礦體傾角較小條件下,探討無廢開采工藝具有重要的實際意義。本文以礦體傾角 20°、真厚度3.5 m進行設計。

由于礦體傾角較小,礦體水平厚度增大,在實現疏水條件下,利于在適宜地段取消分段脈外平巷和脈外出礦進路,布置脈內沿脈平巷,按設計的礦房尺寸布置礦房,采取多分段脈內連續退采嗣后充填采礦法,如圖1所示。

圖1 多分段脈內連續退采嗣后充填采礦法示意

(1)采場結構參數。中段高度為 60 m,分段高度為 7.5 m,礦房尺寸為 15.3 m×20 m,礦柱尺寸(頂柱斜長)為 2.1 m;盤區走向長度 400～600 m,比原有采礦方法參數減少 200 m,目的是利于減少分段沿脈平巷準備和服務、維護時間,同時增加盤區數量和采場數量。分段高度 7.5 m,隨礦體傾角和今后采掘設備的變化而變化,以滿足鑿巖和出礦工藝要求、減少底板留礦。

(2)采準系統 (除分段沿脈平巷外)均布置于礦體上盤白云巖內,利于井巷支護,掘進廢石用于配合磷石膏就近充填,盡可能做到廢石不出坑。溜井及井筒采用石門與中段運輸大巷、盤區斜坡道、分段沿脈平巷聯結。由于傾角和分段高度小,為避免分段聯絡巷 (分段石門)重疊,上下相鄰分段聯絡巷中心線相錯 1個礦房間距 (20 m)。只布置中央溜井。

(3)礦房布置。分段內以石門為中心,按 20 m走向長度向兩翼均等劃分礦房。當遇構造破碎地段或頂板穩固性變化時,視情況調整,或局部留設間柱,以保障作業安全。礦房傾斜長度為礦體斜長,分段上部在本分層回采時留設水平厚度為 2 m的頂柱,該頂柱在上分段回采時予以回收。

(4)回采順序。盤區內從下往上、分段內由兩翼向中央退采。相鄰上下分段之間,下分段超前 2個礦房。最上分段采用現應用的錨桿護頂空場法回采。

(5)礦房回采工藝。第一步采用 BOOMER 281淺孔鑿巖臺車施工切割上山;第二步,采用 Sandvik DL330-5中深孔臺車打中深孔;第三步,爆破、通風、處理安全;第四步使用 TORO-400,ST-6鏟運機出礦;第五步,臥底取底板三角礦和回收下分段頂柱。

(6)采場充填:在鑿巖巷道 (分段平巷)中砌筑充填擋墻,從上分段平巷向空區進行磷石膏膠結充填,同時可把掘進廢石添加到充填體中。

(7)支護。分段平巷、切割上山采用金屬樹脂錨桿和金屬網支護,交岔點和分段平巷 (兼回采鑿巖巷)視情況采用錨索加固支護。

(8)主要技術經濟指標為:回收率 90%,貧化率 2%,采場能力 141 t/d,盤區能力 1046 t/d(按布置 6個采場,和 200 t/d采切附產礦量計算)。

4 結 論

(1)多分段脈內連續退采嗣后充填采礦法,采場中不留間柱,從而能顯著提高礦石回收率,且廢石不出坑,直接用于充填,與傳統的脈外采準充填法相比,能大量減少廢石產出,向無廢礦山建設目標推進。從而節省成本,為磷石膏廢碴排放提供空間,創造良好的社會效益和經濟效益。

(2)每立方米充填體能消耗 1.2 t磷石膏,顯著減少了化工廠磷石膏庫的庫存量,節約耕地,并能減少磷石膏對周圍環境產生的嚴重污染。

(3)在生產能力方面,由于礦體傾角較小,在目前采礦技術裝備情況下,只要精心布置、合理安排,實現多中段、多盤區、多采場生產,是可以達到目標要求的。

(4)無廢開采是礦山走可持續發展道路、實現綠色礦山的必然之路。作為磷資源開采與深加工的企業,既要努力實現井下生產廢石不出坑,又要使加工產生的磷石膏用于井下充填開采,在磷石膏充填采礦法取得突破性進展的同時,仍將是一項較為長期的艱巨任務。目前,該礦井下產出的頂板白云巖廢石,除少量應用外,其他仍存放于地表排碴場,需對廢石膠結充填工藝進行研究。

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2011-03-28)

楊秀明 (1965-),男,貴州湄潭人,工程師,主要從事礦山開采設計與管理,Email:Yang7588989@sina.com。