瑯琊山銅礦上向水平分層尾砂充填采礦法及其優化

王德洲

(安徽省瑯琊山礦業總公司, 安徽滁州市 239000)

瑯琊山銅礦上向水平分層尾砂充填采礦法及其優化

王德洲

(安徽省瑯琊山礦業總公司, 安徽滁州市 239000)

據瑯琊山銅礦生產現狀,對上向水平分層尾砂充填采礦法進行了優化。采用廢石與尾砂充填相結合,降低充填成本,節約尾砂約 1.5萬m3,緩解了尾砂不足問題。采用傾斜孔微差延時爆破,有效提高出礦效率,減少支護,僅火工成本一項則節約 10.5萬元 /a,取得了顯著的社會與經濟效益。

上向水平尾砂充填采礦法;廢石充填;尾砂充填;微差延時爆破

0 前 言

瑯琊山銅礦始建于 1958年 4月,建礦初期只有日處理礦石 100 t的生產能力,現已發展成為年采掘總量 30余萬 t,日處理量近 1000 t,年產精砂含銅3500～4000 t的中小型地下礦山。近年來礦山生產穩定,安全狀況良好,但也逐漸暴露出一些問題,主要是多中段作業,生產效率較低、勞動強度大、采充失調、進入頂柱回采的采場增多等。然而目前礦山工程緊、任務重、資金缺,不允許投入較高的資金更換高效率的采礦方法。因此,隨著開采深度的增加,需要研究對現有的采礦方法和充填工藝進行創新優化,降低生產成本,提高生產效率。

1 礦山開采技術條件概況

瑯琊山銅礦床為典型的矽卡巖型富銅礦床,礦體形態一般為不規則透鏡狀、囊狀、脈狀和豆莢狀,礦體多分布在石英閃長玢巖與上寒武紀瑯琊山群上段蠕蟲狀灰巖,薄層條帶狀之接觸帶和其附近?，樼鹕姐~礦床由大小不等的 117個礦體所組成,礦體大多為不連續的小型孤立礦體,單個礦體的形狀亦不規則,礦體的分支、復合現象比較嚴重。礦體一般為接觸帶成礦,與圍巖界線較清晰,上盤圍巖以石英閃長玢巖為主,下盤以灰巖為主。礦體傾角為 30°～60°,一般延深幾十米至幾百米,厚度一般為 1～3 m,最大厚度約 20 m,平均厚度 11 m。礦石類型主要有含銅矽卡巖、少量含銅閃長玢巖及含銅大理巖,呈致密塊狀、浸染狀、脈狀、條狀及星散狀構造。主要礦物為黃銅礦、斑銅礦、黃鐵礦、磁鐵礦等,并伴生有鉬、金、銀等。

2 上向水平分層尾砂充填法

2.1 礦塊構成要素

礦塊沿走向布置,長 50 m(一般為礦體走向長度),不留底柱,頂柱高度為 6 m,頂柱由下中段回收。中段高度 40 m。

2.2 采準布置

一般情況下,每個礦體作一套采準,階段高度40 m。采準工程由階段運輸平巷垂直于礦體走向布置,然后沿脈內運輸道向兩翼施工拉底巷道。礦體拉底后,鋪設 0.5 m的鋼筋混凝土底板作為下階段回收頂柱的假底,每個采場設置 2條人行通風天井(1.8 m ×1.8 m)、2個漏斗 (2.0 m ×2.0 m)和 1條濾水井、1條充填井 (2.0 m×2.0 m)。如果底板運輸道穿過礦體,拉底后立模板澆灌混凝土假巷工程,如圖1所示。

2.3 落礦

回采工作自下而上按水平分層進行,第一分層以切割巷道為自由面進行擴幫挑頂,上下盤擴至圍巖邊界,挑頂高度 3.5～4.0 m,拉底層采高 6.5 m,充 4.0 m,留 2.5 m左右的補償空間,以后每分層采3.0 m,充 3.0 m,順路上升脈內工程。采場采至 6 m頂柱時,需對最后一層的采空區進行膠結體充填,并有效接頂,再通過進路回采礦柱,礦柱的回收率為95%。鑿巖使用 7655型氣腿式鑿巖機。采用傾斜孔逐排落礦的布置方式,炮孔直徑 40～42 mm,深度4 m,炮孔排距 1.2 m,間距 0.8～1.2 m。采用 2#巖石乳化炸藥,非電導爆管電子起爆器起爆。

2.4 出礦

采場主要使用 ZDPJ-15型電耙 (CG-12風動裝運機)出礦至漏斗,在底板運輸巷中裝車運走。

圖1 沿走向布置上向水平分層尾砂充填法

2.5 通風

新鮮風流由中段運輸平巷經行人通風天井進入采場內,污風經由充填井進入上部中段回風系統排至地表。

2.6 充填

選廠處理的尾礦經水力旋流器分級后,經充填攪拌站,輸送到井下用于采場充填。對于礦體圍巖復雜的采場,局部采用尾砂膠結充填可以提高作業面的安全性,但尾砂量不足容易導致采充失調。

3 采礦方法優化

該礦山已經開采了五十余年,進入了礦山的中年期。頂部礦柱的回采數量今后將逐年增加,原有的采礦方法及作業方式很難滿足礦山年處理礦量30萬 t的要求,必須對采礦方法的作業方式進行優化。優化主要考慮以下幾方面:一是對頂底柱結構進行優化;二是對充填方式進行優化,主要是采用全尾充填和廢石充填解決充填料不足的問題;三是從頂板管理的角度優化,改變現有的普通鑿巖爆破法,采用傾斜孔微差延時爆破和光面爆破控頂技術,維護頂板圍巖的穩定。

3.1 頂底柱結構的優化

通過分析,留底柱不留頂柱 (回采方式不變)對采出沒有大的影響,但可以減少混凝土假巷的澆筑,在降低生產成本的同時,為充填工作贏得了時間。礦山已經在 -365中段 23#5采場試行此方法,效果良好,下一步將在 -365中段推廣。

3.2 充填方法優化

該礦起初用分級尾砂充填,但由于所需尾砂量較大,分級后的尾砂量不能滿足充填生產要求。且經過 2次攪拌、輸送,充填成本高。自 2010年開始改為全尾砂充填,充填效果較好,提高了充填效率,進一步降低了充填成本。

建立廢石不出井系統,合理利用井巷開拓工程的廢石來充填采空區。采場每個分層結束后,先進行一半的廢石充填,后一半用尾砂充填,尾砂充填方式基本不變,大大緩解了尾砂量不足的問題,同時井下的廢料得到相應的利用,不僅節省了廢石的提運費用,同時減少了地表廢石堆積和場地占用,改善了自然環境,代替了部分尾砂充填,降低了充填總成本。

3.3 爆破方式的優化

由于礦山開采重心的下移,地壓逐漸增大,礦體的頂板圍巖穩固性變差,普通爆破法產生的浮石較多,施工安全性差,影響采場的施工進度。2008年,礦山傾斜孔非電雷管毫秒微差延時爆破試驗取得了成功,減小了對礦塊圍巖的破壞,降低了大塊率,提高了出礦安全系數和生產效率。光面爆破控制頂板和幫壁,可以避免或減少浮石的產生。同時,爆破后成形規整,減少了爆震裂隙,巖壁平整,通風阻力小,減少應力集中。

4 結 論

(1)通過頂底柱結構的優化,每個采場可省去至少 2條混凝土假巷,節約混凝土約 220 m3,同時節約了混凝土澆筑的時間,在節約成本的同時有效的緩解了采充矛盾。

(2)全尾充填效果較好,提高充填效率的同時還進一步降低了充填成本。廢石充填每年可少提運廢石 4萬 t,節約尾砂量約 1.5萬 m3。雖然采場投入 1條廢石充填井,但節省了部分廢石提升費用。通過這 2種方法的運用,緩解了尾砂量不足問題,同時調節了采充平衡。

(3)采用傾斜孔微差延時爆破,取得了可觀的經濟效益。采礦火工成本每噸節省 0.35元,每年可節約 10.5萬元。同時大塊率降至 9.6%,出礦效率得到有效提高,采出環節銜接有序,加快了采場循環,有利于采出任務的按時完成。光面爆破法對圍巖相對破壞較小,頂板巖壁成形較好,我礦自采用此方法修整采場頂幫后,采用的其他支護相對減少,排險時間大大減少,同時節省了木材、錨桿等支護費用。

[1] 鐘義旆.金屬礦床開采[M].北京:冶金工業出版社,1990.

[2] 《采礦手冊》編委會.采礦手冊[M].北京:冶金工業出版社,1988.

[3] 馬正位,喬登攀,魏學松,等.上向水平分層廢石充填法在東大山鐵礦的應用[J].有色金屬 (礦山部分),2009,61(3):3-5.

[4] 馮明武.非電多段微差起爆網路在地下礦擠壓爆破中的應用[J].工程爆破,2002,8(4):74-77.

2011-03-25)

王德洲 (1962-),男,安徽來安人,工程師,主要從事采礦技術管理、安全生產管理和研究工作。