張東煒，劉明榮

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

針對獅子山鉛鋅銀礦Ⅰ號礦體開采技術條件，及目前采用的崩落采礦法帶來的技術難點和問題，提出了上向進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經濟指標及優(yōu)缺點的對比，最終選擇上向進路充填采礦法為Ⅰ號礦體首選采礦法，并對其回采工藝進行了探討。

上向進路充填采礦法；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,2012年投產,2013年達成。目前該礦采選規(guī)模已穩(wěn)產2000 t/d。開采對象主要有Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ號3個礦體,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個中段。可研報告推薦采用上向水平分層充填采礦法,由于實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,人員設備無法進入采場內作業(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。然而也產生了采礦貧化損失指標不夠理想,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),提高礦山綜合經濟效益成為當務之急。

1 開采技術條件

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)礦體產于泥質巖、砂巖與白云巖的層間構造內,頂、底板圍巖以白云巖、大理巖為主,有少量砂巖、泥質巖?？碧綀蟾尜Y料顯示礦體及頂?shù)装鍨檩^堅硬巖組,穩(wěn)固性中等。井下實際工程揭露后,采場內近礦圍巖及礦體均為淺變質石灰?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)水文地質屬于以溶蝕裂隙充水為主的中等類型。地質環(huán)境條件中等,現(xiàn)狀地質災害發(fā)育弱。

2 礦山開采技術難點

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,僅從采礦技術角度考慮,比較適宜采用崩落法開采,該方法具有生產工藝簡單,生產能力大,成本低的優(yōu)點,但考慮到該礦的實際情況和開采技術條件等,崩落法也存在較多缺點和技術難題,具體如下。

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

(2)崩落法開采將導致地表塌陷,同時破壞塌陷區(qū)的植被和建構筑物,對環(huán)境造成一定程度的破壞,有悖于環(huán)保,需投入征地費用和復墾費用。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月采礦儲量消耗臺賬,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,選廠產出尾砂全部排至尾礦庫,將導致尾礦庫庫存壓力大,增大尾礦庫的安全風險。礦山閉坑后,還需要對尾礦庫水處理、固體廢物處理、復墾等環(huán)保進行投入。

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)固及價值高的礦石適合采用上向進路充填采礦法(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)做進一步的技術經濟比較以確定最優(yōu)的采礦法方案。各采礦方法的主要技術經濟指標見表1。

表1 主要技術經濟指標對比

根據(jù)表1可以看出,上向進路充填采礦法(方案Ⅱ)的經濟技術指標明顯優(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)缺點進行比較:

(1)方案Ⅰ雖然在生產效率和生產成本指標上優(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,如塌落嚴重,有可能會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貧化指標低9%,從而減少了廢石運輸、選礦成本,在某種程度上降低了生產成本。

(3)經濟效益好。方案Ⅱ礦石回采率高,金屬回收率也高,從而增加了經濟效益。

綜上所述,方案Ⅱ在技術及經濟上都要優(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。每個采場沿切割橫巷及礦體走向布置進路,進路規(guī)格寬×高＝(3.5～4)m ×(3～4)m。采用脈外采準,脈外溜井規(guī)格為Φ3.0 m,充填回風井規(guī)格為2.0 m×2.0 m。

4.2 采準切割

采用脈外采準方式,采準切割工程主要有分段平巷、分層聯(lián)絡道、切割橫巷、充填回風井、脈外溜井等。

4.3 回采工藝

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

(1)鑿巖爆破:鑿巖用Atlas Copco的Boomer281單臂鑿巖臺車,打水平鉆孔,孔深3.5～4.0 m,孔徑43～45 mm,每循環(huán)進尺3.3 m。二步驟進路周邊眼到充填體距離0.5 m左右,以保護一步驟充填體,減少貧化。采用筒狀改性銨油炸藥裝藥,非電導爆起爆系統(tǒng)起爆。

(2)采場通風:新鮮風流從中段運輸巷→斜坡道→分段平巷→分層聯(lián)絡道→切割橫巷→進路工作面。污風自采場→充填回風井→上中段回風平巷。由于進路回采為獨頭掘進工作面,需采用局扇輔助通風,爆破后一般通風45～60min后方可進入,待檢測炮煙排凈后,方可進入工作面作業(yè)。

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

(4)采場出礦:采用2 m3的鏟運機,將崩落礦石由進路工作面經切割橫巷→分層聯(lián)絡道→分段平巷,倒入脈外溜井,出礦效率約為200 t/臺班。

(5)充填:一步驟進路下部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；二步驟進路及分層聯(lián)絡道下部2.5～3.5 m采用灰砂比為1∶15充填料膠結充填,上部0.5 m空間采用灰砂比1∶4的充填料澆面,便于無軌設備的行走。

(6)轉層:每一分層回采完畢,最后一次進路充填前,將切割橫巷與分層聯(lián)絡道挑高1.5 m,然后進行充填。待充填體達到養(yǎng)護強度后,繼續(xù)將分層聯(lián)絡道與切割平巷挑高至一個分層高度即完成該分層的轉層工作。

5 結 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,僅從采礦技術角度考慮,比較適宜采用崩落法開采,但考慮到該礦的實際情況和開采技術條件等,選用中深孔留礦嗣后充填法和上向進路充填采礦法,通過綜合比較該兩種采礦方法的主要技術經濟指標及優(yōu)缺點,上向進路充填采礦法更優(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。