塔礦項目無底柱分段崩落法損失及貧化率控制

辜 禹 峰, 彭 磊

(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 成都 610036)

1 概 述

塔中礦業井巷工程項目(簡稱塔礦項目)位于塔吉克斯坦卡拉庫姆市阿爾登-托普坎塔中礦業有限公司鉛鋅礦區,距離塔國首都杜尚別約400 km,距離塔國第二大城市胡占德(苦盞)約100 km。礦區是前蘇聯時期塔吉克斯坦的一座大型鉛鋅礦,擁有派布拉克、阿爾登-托普坎、北阿爾登-托普坎、恰拉塔等4個鉛鋅多金屬礦采礦權,以及巴雅爾別克、別列瓦爾、烏茨卡特雷3個鉛鋅多金屬礦探礦權,保有礦石資源儲量約1.1億t。礦區于2006年由塔中礦業開始恢復生產,對阿爾登-托普坎、派布拉克、北阿爾登-托普坎3個鉛鋅礦區進行開采,其采選能力已達400萬t/a,至今已采出礦石超3 000萬t。

項目施工的阿爾登-托普坎鉛鋅礦區Ⅶ中段1 220分層以上的中厚、急傾斜礦體主要采用無底柱分段崩落法回采,其中Ⅵ中段1 295分層至1 351分層已采礦完畢,Ⅶ中段1 220分層至1 276分層礦體正在采礦。Ⅵ中段1 295分層回采的實際情況表明:現有無底柱分段崩落采礦法的礦石損失率約為23%、貧化率約為24%,造成項目出礦品位低、采礦運輸成本高等問題。筆者主要從阿爾登-托普坎礦區Ⅵ中段1 295分層Ⅷ-1礦體回采過程中的生產探礦程度、采場結構參數、采場回采施工以及出礦管理等方面出發系統地分析了造成損失、貧化的影響因素,并采取了各種類別的方式方法、優化采場結構參數等措施[1]將其損失及貧化率得到了一定程度的控制,提高了項目生產效益。

2 地質情況及生產探礦現狀

2.1 地質情況

阿爾登-托普坎礦區工程地質條件復雜,礦體以中厚、急傾斜礦體為主,賦存于中-上泥盆統碳酸鹽巖沉積物地層內,屬矽卡巖型鉛鋅礦床,接觸帶構造以似層狀和透鏡狀礦體為主,產狀與圍巖層理基本一致,礦體上、下盤圍巖及含礦巖石一般屬中等穩固巖石,在局部構造帶上巖石的穩固性較差;同時,受礦山地壓影響,Ⅵ中段1 295分層至1 351分層內巷道和空區坍塌、冒頂、片幫及變形嚴重,對Ⅶ中段1 220分層至1 276分層的施工安全、施工進度、損失及貧化控制存在較大影響。

2.2 探礦現狀

阿爾登-托普坎礦床從系統勘探到補充勘探均以第Ⅲ勘探類型布置工作,以30 m×30 m網度探求了B級儲量,以60 m×60 m網度探求了C1級儲量。采用以上網度控制的礦體形態及產狀變化特征大,容易造成采場結構參數缺陷,對探礦、采切巷道的布置影響較大。

Ⅵ中段1 295分層至1 351分層Ⅷ礦帶位于Ⅵ礦帶的東部,與其呈雁行分布,靠近主礦帶下盤和東側的中央部分,沿走向長1 200～1 400 m,厚度為幾十米到130 m之間,沿傾向長650 m。礦石儲量占礦床整體儲量的25.23%,約為729.4萬t。Ⅷ礦帶礦體主要信息一覽表見表1。

表1 Ⅷ礦帶礦體主要信息一覽表

3 項目開采現狀分析

3.1 現狀采礦方法

根據礦區地質構造、開發狀況、開拓方式等條件,Ⅵ中段1 295分層至1 351分層主要采用無底柱分段崩落法采礦[2]。2022年,項目施工的Ⅵ中段1 295分層通過采取強制放頂的方式形成了現有采空區高度不小于40 m、覆蓋層厚度不小于20 m,因空區、覆蓋層厚度大而導致放礦過程中出現礦石損失、貧化率高的情況。2022年采場損失、貧化率統計情況見表2。

表2 2022年采場損失、貧化率統計表

3.2 采場結構參數

無底柱分段崩落法的采場結構參數主要包括分層高度、出礦進路間距與爆破排距,三者相互影響、相互制約且各自受到不同因素和條件的限制。采場結構參數決定著開采強度并影響到損失貧化指標[3]。而且當采場結構參數確定后,再次進行調整比較困難,同時,亦會對回采指標造成影響。這一點在Ⅵ中段1 295分層回采過程中表現的比較明顯:在分層高度大于20 m、出礦進路間距大于10 m時嚴重影響到采場邊角礦石的回收,導致損失率增高;落礦時因崩落礦石涌入鑿巖巷道將臨近排面炮孔損壞、不能正常崩礦,導致必須增大爆破排距,這也是增大礦石損失貧化的原因之一。

4 采礦損失及貧化率影響因素分析

4.1 地質勘探

(1)以30 m×30 m的網度探求礦體的B級儲量,以60 m×60 m的網度探求礦體的C1級儲量,導致對礦體的圈定不夠精準、采切巷道布置的不合理,從根本上造成了礦石的損失及貧化[4];

(2)地質人員對礦體平剖面的更新不及時,現場二次圈定礦體時存在偏差。

4.2 采礦設計

(1)所設計的礦塊長度為60～70 m,導致空區收縮嚴重,礦體回收不完全;

(2)所設計的出礦進路間距為10～15 m因其間距過大,導致進路之間的礦石無法回收;

(3)所設計的切割井布置于圍巖中,其中深孔排面或炮孔設計超過礦體邊界區域,導致圍巖混入,貧化率增大;

(4)所設計的上向扇形孔布置參數不合理,邊孔角度設置為10°～30°,導致采場邊緣礦石無法自流;

(5)單段爆破震動大,極易引起上盤圍巖崩落,臨近排面炮孔損壞。

4.3 現場實際情況

(1)放礦生產管理局限于對每天放礦總量和整體指標的管理,對多個分層總體回采指標的變化關系缺乏系統的管理;

(2)中深孔施工偏斜率大,施工質量差,巖粉取樣、編錄不及時,進而影響到爆破效果[5]。

4.4 其他因素

(1)裝藥炮孔受空區地壓、爆破震動等因素影響導致炮孔變形,出現炸藥裝不進去的情況而造成炮孔出現無藥段,導致單次爆破后出礦口大塊較多、爆破效果差;

(2)上分層空區處理不及時,導致覆蓋巖混入礦石等。

綜上所述,以上各方面因素導致無底柱分段崩落法的應用存在大塊率高、采場空區收縮嚴重、爆破中的各項單耗指標較高、爆破后出礦進路的安全無法得到保證、采場出礦能力下降、生產成本提高、出礦品味低、采礦貧化率和損失率高等問題。

5 降低采礦損失及貧化率采取的措施

5.1 增加地質勘探的密度

(1)對主礦帶實施15 m×15 m網度加密鉆探,對鉆探、采切工程掘進成果及時進行現場取樣編錄,根據化驗品位結果及時更新礦體平面和剖面圖,對礦體實施精確二次圈定,為項目編制進度計劃、采礦單體設計、計算損失貧化率提供精準、可靠的地質資料[6]。

5.2 優化采礦設計

(1)將礦塊長度調整為50 m,分層高度調整為15 m;

(2)將出礦進路布置于礦體下盤,間距調整為8～10 m,根據圍巖情況及時進行支護;

(3)將切割天井布置于礦體厚度大的地方或礦房兩端,切割井角度采用90°;

(4)上向扇形孔采取小抵抗線、大孔底距孔網參數和排、孔之間微差起爆的措施以控制爆破效果,將邊孔角度調整為35°～45°[7];

(5)將上向扇形孔的垂直排位調整為傾斜排位,即將礦房排位向切割槽方向傾斜5°;

(6)將裝藥系數控制在85%～90%范圍內并降低大塊率;

(7)爆破設計中的單段炸藥量不大于280 kg,以減小爆破震動。

5.3 加強現場管理的力度

(1)加強對副產礦石的管理。探礦巷道根據見礦情況及時劃定礦巖界限,回收副產礦石;

(2)中深孔鑿巖作業前,要求測量技術員在鑿巖巷道兩幫及頂板上標出鑿巖機的中心位置及排面傾斜方位;

(3)中深孔鑿巖作業過程中,查看鉆進炮孔的返水情況,對巖粉實施隔段取樣,以此判斷礦巖界限;

(4)中深孔鑿巖結束后,對炮孔方位、傾角、孔深進行驗收,對于達不到設計要求的鉆孔需補充鑿巖作業[8];

(5)提高出礦作業效率,對覆蓋層巖石及時進行分出,同時避免長時間擱置而導致空區圍巖垮塌。

6 結 語

阿爾登-托普坎礦區Ⅵ中段1 295分層Ⅷ-1礦體經采取加密地質鉆探、優化采礦設計、調整爆破參數以及改善現場管理等措施,在2023年施工過程中,1 295-3 202采場的損失及貧化率得到了一定程度的控制,達到了設計指標要求。2023年采場損失、貧化率統計情況見表3。

表3 2023年采場損失、貧化率統計表