劉 濱,姬 濤,由 偉

(山東黃金礦業(yè)股份公司新城金礦, 山東萊州市 261438)

新城金礦厚大礦體開(kāi)采方法研究

劉 濱,姬 濤,由 偉

(山東黃金礦業(yè)股份公司新城金礦, 山東萊州市 261438)

新城金礦5號(hào)礦體厚度大,礦巖破碎,現(xiàn)有上向水平分層充填采礦法難以開(kāi)采深部礦體,為此,針對(duì)礦山現(xiàn)有采礦方法存在的技術(shù)難題,提出了應(yīng)力拱連續(xù)開(kāi)采上向水平分層充填采礦法,實(shí)現(xiàn)了新城金礦5號(hào)礦體的安全開(kāi)采,工業(yè)試驗(yàn)取得了盤(pán)區(qū)生產(chǎn)能力477.45t/d,貧化損失率均為8%的良好效果。

厚大破碎礦體;應(yīng)力拱連續(xù)開(kāi)采;充填采礦法

山東黃金礦業(yè)股份有限公司新城金礦70%以上產(chǎn)量是由V#礦體開(kāi)采所得,V#礦體上盤(pán)為焦家破碎帶,礦體厚度大,平均水平厚57m,礦巖穩(wěn)固性一般,局部地段礦巖破碎、裂隙發(fā)育,給礦山生產(chǎn)帶來(lái)安全隱患。針對(duì)V#礦體開(kāi)采技術(shù)條件,礦山采用了上向水平分層尾砂(膠結(jié))充填采礦法,采場(chǎng)垂直礦體走向布置,一步采寬8m、二步采寬7m,分層高度3.3～3.4m,分段高度10.0m,中段高度50m。目前礦山主要回采一步礦房,開(kāi)采高度從-580m已采至-550m,二步采礦房有部分剛剛揭露。由于V#礦體厚大,中部采場(chǎng)長(zhǎng)達(dá)130m以上,且礦體傾角較緩,約30°左右,二步采場(chǎng)作為一步采場(chǎng)回采時(shí)的礦柱,對(duì)一步采場(chǎng)安全高效回采發(fā)揮了重要作用。但隨著一步采場(chǎng)的回采,二步采礦的安全問(wèn)題開(kāi)始顯現(xiàn),不僅影響到礦山的可持續(xù)生產(chǎn),而且可能導(dǎo)致重大安全事故或造成較大損失,因此,針對(duì)深部開(kāi)采技術(shù)條件的采礦方法變革勢(shì)在必行。

1 國(guó)內(nèi)外深部厚大破碎礦體開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)

縱觀國(guó)內(nèi)外地下礦山高價(jià)值破碎復(fù)雜礦體采礦方法[1],由于充填采礦具有礦石回收率高,特別適合于不穩(wěn)固礦巖條件下的高價(jià)值礦體開(kāi)采的特點(diǎn)[2],自然成為高價(jià)值破碎復(fù)雜礦體的首選采礦方法。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展,充填采礦法實(shí)現(xiàn)了采場(chǎng)機(jī)械化回采和充填,原來(lái)的低產(chǎn)、低效、勞動(dòng)強(qiáng)度大的弱點(diǎn)已逐漸演變成高產(chǎn)、高效和勞動(dòng)強(qiáng)度低的現(xiàn)代化開(kāi)采方法[3]。目前充填采礦法已形成了分層充填、分段充填和階段充填的完整體系。針對(duì)不同的適用條件與開(kāi)采技術(shù)特點(diǎn),選擇不同的充填采礦方法,對(duì)降低貧化損失與保障采礦安全具有重要意義[4]。

在所有使用充填采礦法開(kāi)采高價(jià)值軟破復(fù)雜礦體的礦山中,主要考慮的問(wèn)題是礦體開(kāi)采的安全性,即考慮礦巖的穩(wěn)固程度、礦巖的頂板暴露面積與暴露時(shí)間、礦巖對(duì)作業(yè)人員與設(shè)備的安全影響與危害、礦巖的自穩(wěn)與貧化損失。因此,正是由于礦體的不穩(wěn)固性,從而使目前使用的充填采礦法主要集中在上向分層充填采礦法、上向進(jìn)路充填采礦法以及下向進(jìn)路充填采礦法3種形式。

1.1 上向分層充填采礦法

上向分層充填采礦法在瑞典、加拿大、美國(guó)、澳大利亞、意大利及其他國(guó)家廣泛用于開(kāi)采礦石穩(wěn)固、圍巖破碎的急傾斜薄礦脈和中厚礦體[5],比較典型的礦山有瑞典的湯普森礦、斯特拉思科納礦等[6]。在加拿大,每年用充填法開(kāi)采的礦石量達(dá)到2700～3200萬(wàn)t,占地下開(kāi)采礦石總量的35%～40%,其中87%是用各種不同形式的分層充填法方案開(kāi)采出來(lái)的。在日本約有43%的有色金屬礦石是用充填法開(kāi)采出來(lái)的。對(duì)于埋藏條件很復(fù)雜的礦體,主要是采用機(jī)械化上向分層充填采礦法進(jìn)行開(kāi)采,在瑞典的45個(gè)礦山中近乎一半以上的礦山采用該方法。但由于充填體強(qiáng)度等原因,出礦過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)礦石混入充填料的現(xiàn)象,從而導(dǎo)致礦石的二次貧化與損失,個(gè)別情況不好時(shí)甚至?xí)?dǎo)致二次貧損超過(guò)一次貧化與損失。

1.2 上向進(jìn)路式充填采礦法

上向進(jìn)路式充填采礦法是在分層充填采礦法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,該法用于礦巖更加破碎、穩(wěn)固性較差的礦體。這種采礦方法的主要特征是在礦塊劃分分層后按一定規(guī)律劃分進(jìn)路,類(lèi)似于巷道掘進(jìn),逐條進(jìn)路進(jìn)行回采,采完后進(jìn)行進(jìn)路充填并接頂,直到分層回采結(jié)束,然后轉(zhuǎn)向上一分層的回采,直到礦塊回采完畢。采用上向進(jìn)路充填采礦法,主要存在采場(chǎng)生產(chǎn)能力小、充填接頂困難、管理復(fù)雜等缺點(diǎn)。

1.3 下向進(jìn)路充填采礦法

下向進(jìn)路充填采礦法是20世紀(jì)50年代末發(fā)展起來(lái)的一種采礦方法,該法最先在瑞典加彭貝里鉛鋅礦使用,主要用于取代傳統(tǒng)的分層崩落法。該方法適用于埋藏深,地應(yīng)力大,有地?zé)岣邷嘏c巖爆的可能性和礦巖很不穩(wěn)固的礦床。其后,下向進(jìn)路充填采礦法在德國(guó)、美國(guó)、日本、加拿大得到廣泛應(yīng)用。但下向進(jìn)路充填采礦法受巖層條件的限制,采礦方法技術(shù)與工藝等方面要求較為苛刻。

2 五號(hào)深部厚大破碎礦體開(kāi)采方法研究

新城金礦采礦方法選擇中,礦山優(yōu)先考慮的關(guān)鍵問(wèn)題是在生產(chǎn)安全的前提下,充分利用礦山現(xiàn)有開(kāi)拓與設(shè)備,盡可能與新城金礦現(xiàn)有生產(chǎn)能力接軌,保證礦山產(chǎn)量穩(wěn)定、生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展,同時(shí)降低開(kāi)采成本,提高資源回收率和降低貧化率。

根據(jù)采礦方法選擇原則,結(jié)合新城金礦5號(hào)礦體的開(kāi)采技術(shù)條件,選擇了4個(gè)具有代表性的采礦方案,分別為:應(yīng)力拱連續(xù)開(kāi)采上向水平分層充填采礦法、盤(pán)區(qū)交錯(cuò)式無(wú)間柱上向分層充填采礦法、棋盤(pán)式預(yù)護(hù)頂中深孔上向鑿巖分段充填法、人工再造環(huán)境下的混合充填采礦法。經(jīng)綜合分析,選擇應(yīng)力拱連續(xù)開(kāi)采上向水平分層充填采礦法開(kāi)采新城金礦破碎厚大礦體(見(jiàn)圖1)。

2.1 盤(pán)區(qū)布置與采場(chǎng)回采順序

盤(pán)區(qū)沿走向劃分,尺寸為38m×50m,即盤(pán)區(qū)長(zhǎng)38m,高度為50m,分段高度為10m。連續(xù)礦房寬度為31m,劃分為5個(gè)礦房,1～5號(hào)礦房寬度依次為6,6,7,6,6m,礦柱寬度為7m。一個(gè)盤(pán)區(qū)內(nèi)的5個(gè)礦房,3號(hào)礦房超前2,4號(hào)礦房3個(gè)分層,即10 m,2,4號(hào)礦房超前1,5號(hào)礦房3個(gè)分層的高度回采,使5個(gè)礦房在空間上形成一個(gè)免壓拱(見(jiàn)圖1)。

圖1 應(yīng)力拱連續(xù)開(kāi)采上向水平分層充填采礦法

2.2 采準(zhǔn)與回采工藝

盤(pán)區(qū)采用下盤(pán)脈外分段平巷和集中溜井出礦的無(wú)軌采準(zhǔn)方式。平行礦體下盤(pán)邊界布置分段運(yùn)輸平巷,各分段運(yùn)輸平巷通過(guò)聯(lián)絡(luò)道與主斜坡道相通。采場(chǎng)分層聯(lián)絡(luò)道將分段運(yùn)輸平巷與采場(chǎng)相連,溜井聯(lián)絡(luò)巷與中段集中出礦溜井相聯(lián),從而構(gòu)成盤(pán)區(qū)下盤(pán)脈外無(wú)軌采準(zhǔn)系統(tǒng)。分段高10m,分層高度3.3～3.4m,即一個(gè)分段控制3個(gè)分層礦體的回采?？紤]到用無(wú)軌設(shè)備鑿巖、出礦,重車(chē)出礦上坡的坡度不超過(guò)15%,重車(chē)下坡的坡度不超過(guò)21%,以此為依據(jù)進(jìn)行分段平巷設(shè)計(jì)和采準(zhǔn)工程優(yōu)化。每分段有3條分層聯(lián)絡(luò)巷通達(dá)礦體,其第2條為第1條壓頂后形成,第3條為第2條壓頂后形成。

采場(chǎng)支護(hù)用樹(shù)脂錨桿和鋼帶聯(lián)合護(hù)頂。錨桿桿體選用20MnSi無(wú)縱肋螺紋鋼,直徑為Φ18mm,長(zhǎng)度L=2400mm。樹(shù)脂錨固劑型號(hào)為K2535和Z2360。采場(chǎng)錨桿呈梅花形布置,間距×排距=1200 mm×1200mm。鋼帶由礦山自行加工,用直徑Φ10 mm的A3鋼筋切割焊接而成。鋼帶寬40mm,共3種規(guī)格,長(zhǎng)分別為1500,2900,4200mm,由兩根平行鋼筋每隔200mm用同徑鋼筋焊接制成。

鑿巖采用Mercury-14全液壓?jiǎn)伪坭弾r臺(tái)車(chē),釬桿長(zhǎng)4.3m,柱齒形合金釬頭直徑為40～43mm,炮眼深度一般為3.8～3.9m。爆破使用GB12437-90粉狀銨梯炸藥,以上分層的空頂距為爆破自由面,沿礦房全斷面拉開(kāi)。采用非電毫秒差導(dǎo)爆管,使用導(dǎo)爆管起爆器引爆。

采用芬蘭Toro-250BD柴油鏟運(yùn)機(jī)出礦,經(jīng)分層聯(lián)絡(luò)道、溜井聯(lián)絡(luò)道,倒入放礦溜井。

采場(chǎng)分層采完后,在采場(chǎng)內(nèi)砌筑充填擋墻,然后從通風(fēng)充填天井中引入并架設(shè)充填管,用水泥尾砂膠結(jié)充填,尾砂比1∶12～1∶10。一個(gè)分層分2～3次充填,最后一次充填澆面,最上一個(gè)分層的最后一次充填須接頂。

3 結(jié) 論

針對(duì)新城金礦深部V#礦體埋藏深、地應(yīng)力大、巖體破碎等開(kāi)采技術(shù)條件,提出了應(yīng)力拱連續(xù)開(kāi)采上向水平分層充填采礦法回采深部礦體,該方法實(shí)現(xiàn)應(yīng)力拱式開(kāi)采,安全性好,有利于地壓控制,鑿巖出礦作業(yè)比較集中,管理簡(jiǎn)單,輔助作業(yè)時(shí)間少,生產(chǎn)效率高。新城金礦深部V#礦體工業(yè)試驗(yàn)達(dá)到盤(pán)區(qū)生產(chǎn)能力477.45t/d、采礦工效34.86t/工班、采礦貧化率8%、采礦損失率8%、采切比12.55m/kt、直接采礦成本80元/t等良好指標(biāo)。

[1]王新民,肖衛(wèi)國(guó),張欽禮.深井充填理論與技術(shù)[M].長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社,2005.

[2]劉同友.充填采礦技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2001.

[3]劉志祥,李夕兵,戴塔根.尾砂膠結(jié)充填體損傷模型及與巖體的匹配分析[J].巖土力學(xué),2006,27(9):1442～1446.

[4]劉志祥.深部開(kāi)采高階段尾砂充填體力學(xué)與非線性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2005.

[5]Biswas K, Jung S J. Review of current high density paste fill and its technology[ J ]. Mineral Resources Engineering, 2002, 11 ( 2 ) :165～182.

[6]劉同友,黃業(yè)英.國(guó)外金屬礦山充填采礦技術(shù)的研究與應(yīng)用[R].長(zhǎng)沙:中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)采礦學(xué)術(shù)委員會(huì),1997.

2009-11-20)

劉 濱(1969-),男,山東萊州人,助理工程師,主要從事采礦工程技術(shù)研究。