無底柱分段崩落法與大型無軌設備的應用實踐

孫毅民,郭海龍

(長春黃金設計院, 吉林長春 130012)

無底柱分段崩落法與大型無軌設備的應用實踐

孫毅民,郭海龍

(長春黃金設計院, 吉林長春 130012)

針對某金礦采礦裝備落后、技術水平低下,影響生產能力的現狀,改變原有的采礦工藝,對比選擇采用無底柱分段崩落法,并采用大型無軌設備,采礦能力提高到 2300 t/d,多采黃金 31.63 kg/a,并降低生產成本,提高企業綜合效益。

采礦工藝;無軌設備;無底柱分段崩落法

1 礦床開采技術條件

礦體基本賦存于含金角礫巖中,體走向 112°,走向長 1000余 m,傾向北北東,傾角 78°～85°。礦體最大厚度 53 m,平均厚度 30～50 m,厚度變化穩定。礦山已開拓的 3個中段巷道中除局部有小斷裂外,均無片幫、冒頂現象,較穩固。礦區開采范圍內水文地質條件簡單,礦體屬裂隙充水巖帶,富水性弱。頂、底板圍巖屬隔水巖層。地形極有利于地表水的排泄,故地下水對巖礦石的穩固性影響甚微。

該金礦采用平硐——盲豎井開拓,主要提升設施為罐籠井,罐籠井井筒直徑Φ5.5 m,采用雙層雙罐提升,提升設備采用 2JK—2.5/20型雙卷筒單繩纏繞式提升機。該豎井負責提升全礦的礦石、廢石、人員、材料及設備的提升任務。目前,1250 m標高以下為礦山的主要生產采區,采用分段鑿巖階段礦房法和階段崩落法回采,井下采礦能力可達 2000 t/d。

礦山投產至今一直使用 1950年代的出礦設備(電耙),設備落后、效率低、工人作業環境惡劣,與社會發展不相適應。該礦山屬低品位的大型黃金礦山,入選品位在 1.5 g/t左右,借鑒國內外開采技術條件相似的冶金礦山的先進經驗,企業增加經濟效益的主要途徑是對采礦工藝進行技術改造,降低采礦損失率、礦石貧化率,且采用大型無軌設備,提高勞動生產率,減少井下工作人員,降低發生安全事故的概率。

2 采礦方法的選擇

礦山投產后的相當一段時間,一直采用分段空場法的采礦工藝,近年來采用了分段鑿巖階段崩落采礦法,使用比例逐年提高。礦山多年的生產實踐證明,采用空場法,礦柱所占比例較大,回收困難,回收時損失、貧化指標較高,大塊多,二次破碎工作量較大,采空處理也較困難。而礦山目前采用的分段鑿巖階段崩落法,由于采用電耙出礦,效率低,工人做業環境惡劣,出礦能力有限。

無底柱分段崩落法采用無軌設備出礦,采礦作業條件好,出礦能力大,較為適合礦床的開采技術條件,可大幅度提高礦山的生產能力。

2.1 2種采礦方法技術經濟比較

2種采礦方法經濟比較詳見表1。

從表1可以看出,采用無底柱分段崩落法雖然需增加井巷工程和設備投資,但無軌出礦設備的使用可提高勞動生產效率,降低采礦成本,降低損失率、貧化率指標,提高出礦品位,從而提高企業的綜合經濟效益。

2.2 采礦方法技術分析

根據礦山的實際情況,采用無底柱分段崩落法采礦,比采用分段鑿巖階段崩落采礦法具有更多的優越性。主要表現在以下幾個方面:

(1)無底柱分段崩落法沒有底部結構,采場結構十分簡單。而分段鑿巖階段崩落采礦法有復雜的底部結構,施工較困難;

(2)無底柱分段崩落法的采準布置簡單,在豎向上各個分段從上往下回采,只要建成上部 1～2個分段就可以投入生產,故基建工程量小。而分段鑿巖階段崩落采礦法的采準布置較復雜,落礦在上部,出礦在下部,在豎向上各個落礦鑿巖分段及下部出礦底部結構以及各個分段的聯絡工程都必須建成,才能生產,故基建工程量大;

(3)無底柱分段崩落法的回采和出礦工藝簡單,易于掌握,而分段鑿巖階段崩落采礦法上下分段之間、落礦與放礦之間、放礦各進路之間的相互牽制關系多,工藝較復雜,如掌握不好,則不易實現均勻放礦和達到預期的出礦能力及損失貧化指標。

表1 采礦方法技術經濟比較

(4)用無底柱分段崩落法,因是分段和進路回采出礦,靈活性大,易于調整和適應礦體產狀、厚度、傾角的變化,而分段鑿巖階段崩落采礦法是下部底部結構集中出礦,不易適應礦體傾角和厚度的變化,致使巷道數目多,損失貧化不易控制;

(5)無底柱分段崩落法系分段回采,上下分段的下降距離不大,而且各礦塊間也較容易實現均勻下降,故要求的一次放頂量不大,而分段鑿巖階段崩落采礦法由于豎向上垂高大,在放礦中形成的空間大,要求的一次放頂量大,也導致基建工程量增大;

(6)無底柱分段崩落法采用無軌設備出礦,大大提高了采場的生產能力和采礦功效,減輕了工人的勞動強度。無軌設備選用電動鏟運機,較之柴油鏟運機具有故障少、維修工作簡單、所需風量及通風費用少、能見度高、噪音小、采場作業環境好等一系列優點。

通過上述技術經濟比較與分析,礦山采用高端壁無底柱分段崩落法為主要的開采方法是適宜的。

3 無底柱分段崩落法的應用

3.1 礦塊布置與構成要素

根據礦體產狀的變化特點,礦塊垂直走向布置,長 50 m劃分為 1個礦塊,階段高度 50 m,分段高度10 m,1個階段共計 5個分段,2個分段為 1個回采分段,礦塊在每個分段上布置 4～5條出礦進路,出礦進路間距 10～12.5 m。每個礦塊布置 1條脈外礦石溜井,每 2～3個礦塊布置 1條脈外專用廢石溜井,如圖1所示。

3.2 采掘設備選擇

根據礦山現有鑿巖設備的使用情況,技術改造后礦山仍可使用已有的中深孔鑿巖設備 YGZ—90型鑿巖機。由于無底柱分段崩落法的出礦作業是在獨頭進路中進行,通風條件較差。為了減少廢氣污染,改善作業環境,確保實現高效出礦,采用電動鏟運機作為主要出礦設備。出礦采用斗容 2.0 m3電動鏟運機。該鏟運機為目前國內金屬礦山中使用最多的一種類型。

3.3 回采出礦工藝

(1)形成覆蓋巖層。無底柱分段崩落采礦法要求崩落礦石在覆蓋巖層下進行出礦。由于近幾年礦山逐步采用分段鑿巖階段崩落采礦法代替原有的空場法,在礦體走向上逐步形成覆蓋層,這就為無底柱分段崩落法的采用創造了條件。

(2)采礦切割槽的形成。開掘各分段的切割槽時先在礦體上盤布置 1條切割平巷和切割天井,在切割平巷內鉆鑿上向平行炮孔,炮孔排距 1.2～1.5 m,平行炮孔間距 1.0 m,炮孔完成后以切割天井為自由面爆破可形成切割槽。

(3)鑿巖、爆破。最小抵抗線 (炮孔排距)W=1.5 m,孔底距 a=1.8 m,密集系數 m=1.20,排面傾角 90°,邊孔角 45°～55°,每排 9～11個炮孔。鑿巖設備選用 YGZ—90外回轉重型鑿巖機,在各分段出礦進路中鉆鑿上向垂直扇形炮孔,向先行開鑿的切割槽崩落礦石。上下分段每排跑孔應盡可能對齊。

裝藥采用國產風動裝藥器,炸藥為 2#巖石粒狀炸藥,每次爆破 2排炮孔,崩礦步距 3 m,每個礦塊4～5條回采進路同時組織爆破,爆破時先爆上分段,后爆下分段,嚴禁先下后上。上下 2個分段要呈

直端壁后退式回采。起爆采用全非電起爆系統。

圖1 無底柱分段崩落采礦法(圖中尺寸單位:m)

(4)采場出礦。采場出礦一般采用單分段 (2個分段鑿巖,1個分段出礦)出礦方式,特殊情況需采用上下分段同時出礦時,為了出礦安全,在平面上分段應超前下分段 20 m以上,并盡量避免 2個分段同時使用 1條礦石溜井。每個礦塊同一分段的所有出礦進路應全部完成上向扇形深孔鑿巖工作后,才能進行爆破落礦及采場出礦工作。1個礦塊有 4～5條出礦進路供 1臺鏟運機作業,4～5條出礦進路可以保證鏟運機出礦效率和時間得到充分發揮。

(5)采場通風。新鮮風流經采區進風天井進入各分段平巷,再通過局扇引風進入工作面,廢風通過采區回風天井至最上一個分段的主回風道。

3.4 放礦管理

低貧化放礦方式是近些年提出的一種放礦方式,介于截止品位放礦和無貧化放礦之間。在無底柱分段崩落法中,隨著礦石被放出,放出體不斷擴大,廢石漏斗不斷下移,當放出體的頂點達到礦巖接觸面的原始位置時,廢石漏斗最低點恰好到達放出口,此時純礦石放出量達到最大值。再繼續放出,放出體伸入覆蓋巖中,廢石漏斗頂點被放出,成為破裂漏斗。廢石漏斗一旦破裂就停止放礦 (或見到廢石漏斗為止)。

礦山的生產實踐證明,采用低貧化放礦方式時,隨著開采分段的下降,由于上部未放出礦量的下移,下分段的礦石回收率進一步提高,即體現出無底柱分段崩落法“上面丟,下面揀”的特點,其總的回收指標將明顯改善。

4 配套設施

采礦工藝改造后,井下出礦設備采用 2.0 m3電動鏟運機。根據礦山的開拓現狀,現有的開拓系統基本上不需要改造。2.0 m3電動鏟運機在地表經解體后,可通過現有的罐籠豎井下放到井下主要運輸水平,再經過組裝,通過輔助斜坡道到達個生產分段。

采礦工藝改造后新增的井巷工程最主要的為輔助斜坡道,它是主要運輸中段與各生產分段聯絡的通道,是電動鏟運機及人員、材料、設備進出各生產水平的通道。輔助斜坡道沿礦體下盤布置,通過聯絡道與各分段相通,斜坡道坡度為 20%,凈斷面11.93 m2。其它主要工程有:斜坡道聯絡道、礦石溜井、廢石溜井、進風天井、溜井聯絡道、風井聯絡道、分段脈外平巷、無軌設備修理硐室等。采礦工藝改造工程量見表2。

5 投資估算

本工程建設投資估算1533.00萬元,工程費用1164.00萬元。其中:建筑工程 373.20萬元,占投資額的 24.35%;設備購置 781.40萬元,占投資額的 50.97%;安裝工程 5.50萬元,占投資額的0.36%;工器具費 3.90萬元,占投資額的 0.25%;其他費用 369.00萬元,占投資額的 24.07%。

表2 采礦工藝改造工程量

6 結 論

某礦山采用新的采礦方法,采礦生產能力明顯提高,由目前的 2000 t/d提高到 2300 t/d,增幅15%。損失、貧化指標降低,每年可多產黃金 31.63 kg。由于采用了大型無軌設備,井下采礦作業人員減少,作業條件改善,勞動生產率提高,采礦成本降低。采礦工藝改造投資 1533萬元,改造后比改造前每年可以多獲得稅后利潤 576.5萬元。技改投資返本期 2.7 a,返本后利潤可達 5073萬元。

[1] 孫凱年.礦山企業設計基礎 [M].北京:冶金工業出版社,1990.

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

[3] 黃 澤,盛建龍,李 迅.無底柱分段崩落法高分段與大間距結構參數分析[J].采礦技術,2011,11(1):11-13.

[4] 宋世勇,眀世祥,張志軍.放礦步距與端部放礦放出體的合理的匹配關系研究[J].采礦技術,2007,7(4):5-7.

[5] 俞勝健.無底柱分段崩落法結構參數的計算與選取[J].采礦技術,2006,6(1):9-12.

[6] 郭 雷,熊靚輝.無底柱分段崩落法現狀與發展趨勢[J].中國礦山工程,2010,(6):44-48.

[7] 張晉軍.謙比希銅礦主礦體無底柱分段崩落法的改進途徑[J].中國礦山工程,2009,(5):10-12.

[8] 陳龍興.無底柱分段崩落法進路布置研究[J].有色金屬設計,2010,(3):1-2.

[9] 余 鍵,楊正松.端部放礦貧化損失的預測研究[J].金屬礦山,2009,(10):70-72.

2011-06-08)

孫毅民 (1958-),男,山東人,高級工程師,主要從事采礦工程設計,Email:sym1732@sohu.com。