獅子山鉛鋅礦采礦方法優(yōu)化選擇

張東煒，劉明榮

(1.中科院武漢巖土力學(xué)研究所CO2地質(zhì)封存組, 湖北武漢 430071；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司, 湖南長沙 410012)

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獅子山鉛鋅礦采礦方法優(yōu)化選擇

張東煒1，劉明榮2

(1.中科院武漢巖土力學(xué)研究所CO2地質(zhì)封存組, 湖北武漢 430071；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司, 湖南長沙 410012)

針對獅子山鉛鋅銀礦Ⅰ號礦體開采技術(shù)條件，及目前采用的崩落采礦法帶來的技術(shù)難點(diǎn)和問題，提出了上向進(jìn)路充填采礦法和中深孔留礦嗣后充填采礦法兩種可行的開采方案，通過兩種開采方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及優(yōu)缺點(diǎn)的對比，最終選擇上向進(jìn)路充填采礦法為Ⅰ號礦體首選采礦法，并對其回采工藝進(jìn)行了探討。

上向進(jìn)路充填采礦法；中深孔留礦嗣后充填采礦法；回采工藝

0 引 言

獅子山鉛鋅銀礦2011年8月開始試生產(chǎn),2012年投產(chǎn),2013年達(dá)成。目前該礦采選規(guī)模已穩(wěn)產(chǎn)2000 t/d。開采對象主要有Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ號3個(gè)礦體,Ⅰ號礦體屬礦區(qū)主礦體。礦區(qū)劃分1300,1250,1200, 1150,1100,1050,1000 m共7個(gè)中段。可研報(bào)告推薦采用上向水平分層充填采礦法,由于實(shí)際礦體及接近礦體的圍巖節(jié)理裂隙十分發(fā)育,頂板破碎,穩(wěn)固性差,人員設(shè)備無法進(jìn)入采場內(nèi)作業(yè),因此目前礦山在首采1200 m中段采用水平中深孔分層崩礦留礦采礦法回采。然而也產(chǎn)生了采礦貧化損失指標(biāo)不夠理想,礦柱未回采等問題。因此,尋求合理的采礦方法,確定合理的工藝參數(shù),提高礦山綜合經(jīng)濟(jì)效益成為當(dāng)務(wù)之急。

1 開采技術(shù)條件

礦體特征,I號礦體為主礦體,其資源量占礦區(qū)總資源量的80%以上,其余皆為小礦體。I號礦體總體走向北東,傾向北西,平均傾角59°,平均厚度約30.00 m。礦石價(jià)值較高,屬于富礦,該礦體有用組分分布較均勻,厚度變化較穩(wěn)定。

礦區(qū)多數(shù)礦體產(chǎn)于泥質(zhì)巖、砂巖與白云巖的層間構(gòu)造內(nèi),頂、底板圍巖以白云巖、大理巖為主,有少量砂巖、泥質(zhì)巖?？碧綀?bào)告資料顯示礦體及頂?shù)装鍨檩^堅(jiān)硬巖組,穩(wěn)固性中等。井下實(shí)際工程揭露后,采場內(nèi)近礦圍巖及礦體均為淺變質(zhì)石灰?guī)r、大理巖、白云巖等。圍巖及礦體節(jié)理裂隙發(fā)育(目估平均間距≤50～80 mm),巖石硬度f＝6～8(中等或中等偏下),頂板破碎,屬不穩(wěn)固礦巖類型。

礦區(qū)水文地質(zhì)屬于以溶蝕裂隙充水為主的中等類型。地質(zhì)環(huán)境條件中等,現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育弱。

2 礦山開采技術(shù)難點(diǎn)

采礦方法選擇主要針對Ⅰ號主礦體,該礦體屬于急傾斜中厚～厚大礦體,品位高,礦石價(jià)值高,礦巖節(jié)理裂隙發(fā)育,礦巖穩(wěn)固較差,僅從采礦技術(shù)角度考慮,比較適宜采用崩落法開采,該方法具有生產(chǎn)工藝簡單,生產(chǎn)能力大,成本低的優(yōu)點(diǎn),但考慮到該礦的實(shí)際情況和開采技術(shù)條件等,崩落法也存在較多缺點(diǎn)和技術(shù)難題,具體如下。

(1)貧化、損失指標(biāo)大,一般達(dá)到損失率20%～28%、貧化率18%～25%。該方法開采造成資源浪費(fèi),另外采礦過程中大量混入廢石,也會(huì)在采礦、選礦過程中增加處理成本。該礦礦石品位高,礦石價(jià)值高,不適宜采用崩落法開采。

(2)崩落法開采將導(dǎo)致地表塌陷,同時(shí)破壞塌陷區(qū)的植被和建構(gòu)筑物,對環(huán)境造成一定程度的破壞,有悖于環(huán)保,需投入征地費(fèi)用和復(fù)墾費(fèi)用。由于該礦地處云南盈江縣,雨量充沛,而且礦體上部山高坡陡,地表有大量覆土,地面崩落后隨著開采發(fā)展,將會(huì)有大量覆土和泥水涌入采區(qū),惡化井下作業(yè)環(huán)境。

(3)礦山在1200 m中段開采Ⅰ號礦體的1～5采場,V號礦體的6～9采場,均是開采礦房。根據(jù)2011年8月～2014年7月采礦儲(chǔ)量消耗臺(tái)賬,共采出104萬t礦石,形成了約27×104 m3空區(qū)。根據(jù)開采現(xiàn)狀,現(xiàn)在采用中深孔分層崩礦留礦采礦法開采,若再改用崩落法開采,首采地段難以選擇,而且崩落后將造成1200 m以上中段的礦石難以回采。

(4)崩落法無法將尾砂充填至井下,選廠產(chǎn)出尾砂全部排至尾礦庫,將導(dǎo)致尾礦庫庫存壓力大,增大尾礦庫的安全風(fēng)險(xiǎn)。礦山閉坑后,還需要對尾礦庫水處理、固體廢物處理、復(fù)墾等環(huán)保進(jìn)行投入。

3 采礦方法選擇

根據(jù)該礦礦巖穩(wěn)固性較差的條件,該礦也不適合采用要求礦巖中等穩(wěn)固及以上條件的階段充填法和上向水平分層充填采礦法,針對開采礦巖不穩(wěn)固及價(jià)值高的礦石適合采用上向進(jìn)路充填采礦法(方案Ⅱ),并將該采礦法與礦山現(xiàn)有的水平中深孔留礦嗣后充填采礦法(方案Ⅰ)做進(jìn)一步的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較以確定最優(yōu)的采礦法方案。各采礦方法的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。

表1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比

根據(jù)表1可以看出,上向進(jìn)路充填采礦法(方案Ⅱ)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)明顯優(yōu)于中深孔留礦嗣后充填法(方案Ⅰ),此外,并對該兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較:

(1)方案Ⅰ雖然在生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本指標(biāo)上優(yōu)于方案Ⅱ,但隨著地下開采揭露礦巖條件變?yōu)椴环€(wěn)固,使得該采礦方案存在一定程度的不適應(yīng)性。方案Ⅰ頂板及上下盤暴露面積大,容易造成圍巖塌落,貧化損失大,如塌落嚴(yán)重,有可能會(huì)造成采場礦石難以放出。相反,方案Ⅱ暴露面積小,能很好的控制地壓及貧化損失。

(2)方案Ⅱ貧化率低,相對于方案Ⅰ貧化指標(biāo)低9%,從而減少了廢石運(yùn)輸、選礦成本,在某種程度上降低了生產(chǎn)成本。

(3)經(jīng)濟(jì)效益好。方案Ⅱ礦石回采率高,金屬回收率也高,從而增加了經(jīng)濟(jì)效益。

綜上所述,方案Ⅱ在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上都要優(yōu)于方案Ⅰ開采,因此,Ⅰ號主礦體和Ⅴ號礦體推薦采用上向進(jìn)路充填采礦法。

4 回采工藝

4.1 礦塊布置參數(shù)

采場沿礦體走向布置,長40 m,寬為礦體厚度,中段高50 m,分段高12.5 m。每個(gè)采場沿切割橫巷及礦體走向布置進(jìn)路,進(jìn)路規(guī)格寬×高＝(3.5～4)m ×(3～4)m。采用脈外采準(zhǔn),脈外溜井規(guī)格為Φ3.0 m,充填回風(fēng)井規(guī)格為2.0 m×2.0 m。

4.2 采準(zhǔn)切割

采用脈外采準(zhǔn)方式,采準(zhǔn)切割工程主要有分段平巷、分層聯(lián)絡(luò)道、切割橫巷、充填回風(fēng)井、脈外溜井等。

4.3 回采工藝

上向進(jìn)路充填采礦法采場內(nèi)進(jìn)路采用隔一采一的回采方式,礦塊內(nèi)按進(jìn)路寬度3.5～4 m劃分成若干條進(jìn)路。一步驟隔一采一回采進(jìn)路,進(jìn)路回采后,隨之進(jìn)行充填,待一步驟回采進(jìn)路充填強(qiáng)度達(dá)到要求后,再二步驟回采充填體間進(jìn)路礦體,回采后充填進(jìn)路。

(1)鑿巖爆破:鑿巖用Atlas Copco的Boomer281單臂鑿巖臺(tái)車,打水平鉆孔,孔深3.5～4.0 m,孔徑43～45 mm,每循環(huán)進(jìn)尺3.3 m。二步驟進(jìn)路周邊眼到充填體距離0.5 m左右,以保護(hù)一步驟充填體,減少貧化。采用筒狀改性銨油炸藥裝藥,非電導(dǎo)爆起爆系統(tǒng)起爆。

(2)采場通風(fēng):新鮮風(fēng)流從中段運(yùn)輸巷→斜坡道→分段平巷→分層聯(lián)絡(luò)道→切割橫巷→進(jìn)路工作面。污風(fēng)自采場→充填回風(fēng)井→上中段回風(fēng)平巷。由于進(jìn)路回采為獨(dú)頭掘進(jìn)工作面,需采用局扇輔助通風(fēng),爆破后一般通風(fēng)45～60min后方可進(jìn)入,待檢測炮煙排凈后,方可進(jìn)入工作面作業(yè)。

(3)頂板管理:采場通風(fēng)后,檢查頂板及兩幫礦巖情況,撬掉松石,再進(jìn)行出礦及平場工作,對頂板不穩(wěn)固地段進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)加固。

(4)采場出礦:采用2 m3的鏟運(yùn)機(jī),將崩落礦石由進(jìn)路工作面經(jīng)切割橫巷→分層聯(lián)絡(luò)道→分段平巷,倒入脈外溜井,出礦效率約為200 t/臺(tái)班。

(5)充填:一步驟進(jìn)路下部2.5～3.5 m采用灰砂比為1∶6的充填體充填,上部0.5 m空間采用灰砂比為1∶4的充填料澆面并接頂充填；二步驟進(jìn)路及分層聯(lián)絡(luò)道下部2.5～3.5 m采用灰砂比為1∶15充填料膠結(jié)充填,上部0.5 m空間采用灰砂比1∶4的充填料澆面,便于無軌設(shè)備的行走。

(6)轉(zhuǎn)層:每一分層回采完畢,最后一次進(jìn)路充填前,將切割橫巷與分層聯(lián)絡(luò)道挑高1.5 m,然后進(jìn)行充填。待充填體達(dá)到養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度后,繼續(xù)將分層聯(lián)絡(luò)道與切割平巷挑高至一個(gè)分層高度即完成該分層的轉(zhuǎn)層工作。

5 結(jié) 論

獅子山鉛鋅銀礦Ⅰ號礦體屬于急傾斜中厚～厚大礦體,品位高,礦石價(jià)值高,礦巖節(jié)理裂隙發(fā)育,礦巖穩(wěn)固較差,僅從采礦技術(shù)角度考慮,比較適宜采用崩落法開采,但考慮到該礦的實(shí)際情況和開采技術(shù)條件等,選用中深孔留礦嗣后充填法和上向進(jìn)路充填采礦法,通過綜合比較該兩種采礦方法的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及優(yōu)缺點(diǎn),上向進(jìn)路充填采礦法更優(yōu)、更適合Ⅰ號礦體的開采。研究和優(yōu)化獅子山鉛鋅礦采礦方法及相關(guān)回采工藝,對其他礦山類似礦體的回采具有很好的借鑒意義。

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2015-05-28)

張東煒(1985-)，男，江西上饒人，助理工程師，主要從事采礦和巖土工程方面研究，Email:liu_mingrong＠163. com。