壁式爆力分采全面采礦法在摩天嶺礦區的應用研究

黃傳寶,盛 佳,周慧霞

(1.嵩縣前河礦業有限責任公司, 河南嵩縣 471433;2.長沙礦山研究院有限責任公司,湖南長沙 410012;3.國家金屬采礦工程技術研究中心, 湖南長沙 410012)

壁式爆力分采全面采礦法在摩天嶺礦區的應用研究

黃傳寶1,盛 佳2,3,周慧霞1

(1.嵩縣前河礦業有限責任公司, 河南嵩縣 471433;2.長沙礦山研究院有限責任公司,湖南長沙 410012;3.國家金屬采礦工程技術研究中心, 湖南長沙 410012)

針對摩天嶺礦區F658緩傾斜極薄礦脈原采礦方法開采時貧化率大、出礦品位低等問題,為了充分有效利用這部分高品位資源,根據開采技術條件開展壁式爆力分采全面采礦法的應用研究,并且對具體回采工藝進行了優化計算,回采實踐表明,分爆分采、分裝分運回采降低一次貧化率近41個百分點,取得了良好的技術經濟指標,壁式爆力分采全面采礦法在礦區類似條件下具有推廣應用價值。

緩傾斜極薄礦脈;全面法;壁式爆力分采;分裝分運

緩傾斜極薄礦體開采時,往往會受到作業空間、出礦方式等方面的限制而導致出現高貧化率和大量礦石損失等問題[1-7]。摩天嶺礦區經過多年開采, F707和F101主采金礦體采用淺孔留礦法是合適的,但是對于新探出的F658金礦體,由于其礦體賦存條件和產狀發生較大的變化,淺孔留礦法無法滿足回采需要。同時,礦山通過多次采礦方法比較論證,需要將開采F658緩傾斜極薄礦體的采礦方法變更為全面法,但若采用普通的全面法回采,其貧化率將超過52%,最終出礦品位也將低于盈虧平衡點,因此有必要結合礦體開采技術條件和實際開采需要,對開采工藝進行深入的優化研究,以降低貧化率,提高出礦品位,充分回收利用資源。

1 緩傾斜極薄礦脈開采技術條件

摩天嶺礦區F658礦脈分布于七號角礫巖體中,破碎帶蝕變巖型礦脈,帶內主要由石英多金屬脈及礦化蝕變巖組成,多數地段礦化角礫巖含金。已控制礦脈長度154m,礦體傾角18°～43°,平均傾角25°,礦體厚度為0.50～1.73m,平均厚度為0.72m,厚度變化不穩定,變化系數為23.21%,總體而言屬緩傾斜極薄礦脈。礦體規模為中型,控制最大長度為154m,控制最大斜深77m,下部礦體沒有封閉,礦體呈薄板狀,平面形態呈長條狀,無分支復合現象。金礦石平均品位約為3.51g/t,品位分布均勻,變化系數83.16%。

蝕變破碎帶圍巖多為片麻巖,少數石英斑巖,界線明顯。其中片麻巖抗壓強度為88.7～103.3 MPa,抗剪強度為15.6～35.2MPa,抗壓、抗剪特性均較好,可形成較大采礦空間,井下實際回采過程中一般不需支護,工程地質條件良好。區內含金構造帶,由于硅化作用普遍,構造巖一般變得致密堅硬完整性好,與圍巖接觸緊密,不易坍落。總體而言,開采技術條件良好。

基于礦體賦存狀況和開采技術條件,針對普通全面采礦法開采此類緩傾斜極薄礦脈時存在的問題,經過多次比較論證,礦山決定選取典型礦塊進行壁式爆力分采全面采礦法試驗研究。

2 壁式爆力分采全面法回采工藝

2.1 礦塊布置及采場結構參數

壁式爆力分采全面法(見圖1),其實質是在普通全面法的回采工藝基礎上,在崩落圍巖過程中采用了爆力拋擲技術[8-9],并且在崩落圍巖與落礦時分兩步實施,因此壁式爆力分采全面法是普通全面采礦法的變形方案,是對全面采礦法的進一步優化[10]。采場沿礦體走向布置,長40～60m,寬為礦體厚度,高為中段高度,中段斜長40～60m,相鄰中段之間留設2～3m礦柱。

2.2 采切工程及回采工藝

(1)采切工程:壁式爆力分采全面采礦法的主要采切工程包括中段運輸巷道、切割上山、切割巷、電耙硐室等。首先利用原沿脈探礦巷道作為中段巷道,在中段水平掘進1～2個上山作為自由面;在所留設的底柱中每隔5～7m開一個漏斗口;在切割巷另一側每隔7m布置一個電耙絞車硐室。

(2)回采工藝:回采工作由切割上山開始,沿壁式工作面向兩側推進,分條寬度為1.7m(見圖1)。先采圍巖,圍巖炮孔布置見圖2,圍巖拋擲孔與工作面夾角為45°,采用秒差拋擲爆破法,將圍巖拋至采空區,在工作面形成一巖槽,用電耙清理殘留在底板上的廢石。廢石清理干凈后施工水平炮眼,向下爆破頂板上礦石。落下的礦石用電耙沿壁式工作面耙運至漏斗,最后運輸到硐外礦石料場。

圖1 壁式爆力分采全面法

圖2 圍巖與礦脈炮眼布置

2.3 采幅及圍巖炮孔與工作面夾角優化

(1)采幅的確定。為保證作業人員正常的作業空間,所需的最小采幅可根據公式(1)計算確定。

式中,a為采幅寬度,m;b為人體身高,按中國男子平均身高1.7m計;α為礦體平均傾角,取25°。

通過計算可知,適合礦山緩傾斜極薄礦脈開采的采幅寬度為1.5m。

(2)圍巖炮孔與工作面夾角優化計算。壁式爆力分采法關鍵是利用爆力作用將圍巖拋至采空區,為下一步爆破上盤礦石提供落礦空間,實現礦巖分爆分采,其主要影響因素是炮孔與工作面的夾角β。若夾角過小,爆破側向分力大,圍巖拋擲距離太遠,炸藥消耗量大,同時分條寬度小,鑿巖頻繁,工作效率低;若夾角過大,爆破側向分力小,圍巖拋擲距離太近,清理殘留工作面廢石工作量大,且易造成一定貧化。圍巖炮孔與工作面夾角關系見圖3。

圖3 圍巖炮孔與工作面夾角關系

爆破作用導致的圍巖拋擲距離根據公式(2)進行測算。

式中,Lp為圍巖拋擲距離,m;m為礦體平均厚度,取0.72m;n為爆破作用指數,取1.3;w為最小抵抗線,取1m;β為圍巖炮孔與工作面夾角,(°)。

當β分別取30°、45°、60°時,Lp計算結果見表1。

表1 Lp與β的對應關系計算結果

對比分析表1可知:當圍巖炮孔與工作面夾角β為30°時,圍巖拋擲最遠距離達6m多,平均可達3m,但由于分條寬度b僅有1.2m,鑿巖頻繁,炸藥消耗量大,明顯不經濟;當β為45°時,圍巖拋擲平均距離為2m,分條寬度b為1.7m,利用電耙清理廢石工作量不大;當β為60°時,雖然分條寬度b能達到2.1m,但圍巖拋擲平均距離不足1m,充入采空區的廢石非常少,僅僅只有10%左右,如果再用人工轉運廢石充填采空區,不僅勞動強度大,而且效率低,安全性差,影響了落礦效率,增加了作業成本。綜合經濟技術等方面因素,確定β選取45°較優,此時既能滿足分條寬度的要求,又能保證清底工作量較小,充入采空區廢石達60%～80%以上。

3 現場工業試驗結果

基于所提出的壁式爆力分采全面采礦法回采工藝及優化參數,在摩天嶺礦區F658緩傾斜極薄礦脈選取典型位置進行了現場回采工業試驗,并對主要的技術經濟指標和材料消耗等參數進行了統計,其結果如表2所示。根據現場工業試驗結果可知,壁式爆力分采全面采礦法的回采工藝和優化計算得到的參數能夠滿足礦山安全高效回采需要,試驗期間,共回采礦量約5萬t,與原設計方法相比降低貧化率約41個百分比,礦石的貧化、損失得到了有效控制,經濟效益得到顯著提高,總體而言現場試驗效果良好。

表2 現場工業試驗主要技術經濟指標及材料消耗統計結果

4 結 論

基于礦山緩傾斜極薄礦脈的開采技術條件,在普通全面法的基礎上,提出了變形優化后的壁式爆力分采全面法,并進行了回采工藝優化和現場回采實踐,取得了較好的效果。

(1)現場試驗結果表明,礦塊生產能力可達15～25t/d,礦石損失率為7%,貧化率為11%,壁式爆力分采法有效地解決了極薄礦體因混采造成的礦石貧化問題,實現了礦巖分爆分采,保證了礦巖能夠分裝分運,降低一次貧化率近41個百分點,取得了良好的技術經濟指標。

(2)在該回采工藝中,一方面圍巖通過爆力拋擲作用,70%以上被充填到了采空區,減少了廢石的運輸費用;另一方面,少量殘留在工作面的廢石通過電耙耙到漏斗,運至地表,減少了征地面積,從而保護了環境。

壁式爆力分采全面采礦法在摩天嶺礦區的成功回采實踐,能夠有效解決礦區范圍內類似緩傾斜極薄礦脈的開采技術難題,壁式爆力分采全面采礦法的應用不僅可有效降低礦石貧化率,充分回收利用礦山低品位資源,而且絕大部分廢石充填到了采空區,從而保護了環境,對于礦山企業的可持續發展具有重要意義,在礦區范圍內和國內類似條件礦山具有推廣應用價值和借鑒意義。

[1]周吉謙,劉 評,周建華.緩傾斜極薄礦體采礦法探討[J].有色金屬:礦山部分,2012,64(3):15-16.

[2]郭燕忠.緩傾斜極薄礦體采礦方法對比分析[J].現代礦業, 2016(6):27-28.

[3]姜德福.緩傾斜極薄礦體采礦方法研究[J].有色礦冶,2016, 32(1):14-16.

[4]李朝良,李應武.近距離復雜薄礦脈群開采巖層移動規律研究[J].采礦技術,2016,16(03):46-49.

[5]孫學森,范文濤.南非緩傾斜薄礦脈機械化回采技術現狀及展望[J].采礦技術,2015,15(04):9-12.

[6]褚亦功,劉 云,蒙紅榮.緩傾斜極薄礦脈采礦方法新突破[J].中國礦山工程,2015(02):1-5,14.

[7]楊官濤,袁梅芳.緩傾斜薄礦脈機械化開采新技術及工程實踐[J].礦業研究與開發,2013(03):1-3,25.

[8]趙明亮.緩傾斜極薄礦體后退式拋擲爆破淺孔房柱采礦法的實踐[J].有色礦冶,2014,30(4):24-26.

[9]李劍宇,余榮炳.緩傾斜極薄礦體開采的爆破技術試驗研究[J].礦業研究與開發,2003,23(4):55-57.

[10]寇生歧,李 煒.壁式爆力分采全面采礦法的研究[J].黃金, 1991,12(12):14-19.

2017-05-14)

黃傳寶(1971－),男,安徽安慶人,采礦工程師,主要從事礦山采礦技術及現場管理工作,Email:2684404287＠qq.com。