曾令義
(1.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司; 2.國(guó)家金屬采礦工程技術(shù)研究中心)
某鉛鋅礦是以開發(fā)鋅、鉛為主的多金屬礦山,礦山采用地下開采方式,主副井+斜坡道聯(lián)合開拓。井下礦體分期開采,580 m水平以上為一期開采范圍,580 m水平以下為二期開采范圍。礦山設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力330萬(wàn)t/a。自投產(chǎn)以來(lái),一直采用分段鑿巖階段空?qǐng)霾傻V法進(jìn)行回采,并于2017年4月達(dá)產(chǎn)。經(jīng)過(guò)數(shù)年的生產(chǎn),采用空?qǐng)霾傻V法進(jìn)行回采暴露出以下問(wèn)題:①礦柱回收技術(shù)難度大,采礦損失大。采用空?qǐng)霾傻V法回采需留設(shè)大量的礦柱[1-4],且回收技術(shù)難度大,造成礦產(chǎn)資源的大量損失。②空?qǐng)霾傻V法回采遺留大量采空區(qū),采空區(qū)敞空存放安全隱患大,后期處理成本高。③目前的空?qǐng)霾傻V法難以適應(yīng)深部礦體的開采條件。進(jìn)入深部后,礦體傾角進(jìn)一步變緩,現(xiàn)有的空?qǐng)霾傻V法回采緩傾斜厚大礦體存在難度,為保證回采作業(yè)的安全可靠,礦塊預(yù)留的礦柱比例更高,將造成更大的采礦損失貧化。
鑒于此,該鉛鋅礦聯(lián)合長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司開展了深部礦體采礦方法優(yōu)化的科研攻關(guān),確定深部礦體整體由空?qǐng)霾傻V法轉(zhuǎn)為充填采礦法開采[5],并確定了不同開采技術(shù)條件下礦體的具體充填采礦方法及工藝。本文主要介紹了該礦山傾斜中厚礦體的充填采礦方法及設(shè)計(jì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),以期為采礦方法的優(yōu)選提供理論支撐。
礦體的直接圍巖主要為白云石大理巖和絹云石墨片巖,間接圍巖為片巖、石英巖。除地表風(fēng)化裂隙帶、局部大的斷層構(gòu)造帶及隱伏的破碎帶,穩(wěn)定性稍差外,礦山多數(shù)礦體屬Ⅲ級(jí)中等穩(wěn)固巖體。
礦區(qū)水文地質(zhì)勘查類型以裂隙為主,頂?shù)装逯苯舆M(jìn)水,該礦床屬水文地質(zhì)條件中等的裂隙充水礦床。
根據(jù)礦體特征分類統(tǒng)計(jì)結(jié)果,該鉛鋅礦礦體類型以傾斜—急傾斜厚大礦體、傾斜—急傾斜中厚礦體為主,其次為緩傾斜厚大盲礦體、緩傾斜薄礦體和急傾斜薄礦體。其中,傾斜—急傾斜中厚礦體平均厚度12~15 m,傾角42°~45°,鋅平均品位2.34 %,鉛平均品位0.53 %,品位極低。
1)生產(chǎn)作業(yè)安全。必須保證人員在開采作業(yè)過(guò)程中的人身安全。
2)選擇生產(chǎn)成本低的采礦方法。使企業(yè)在不同市場(chǎng)價(jià)格條件下均能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
3)采礦方法生產(chǎn)能力能滿足礦山生產(chǎn)能力要求。
4)采礦損失貧化低。能有效控制貧化,提高出礦品位,同時(shí)盡可能多地回收礦產(chǎn)資源。
5)新舊采礦方法能順利銜接,確保礦山生產(chǎn)平穩(wěn)過(guò)渡,同時(shí)最大限度地利用現(xiàn)有工程和設(shè)施。
6)充分消化礦山勘查、生產(chǎn)探礦資料,以及礦山已有的科研技術(shù)成果和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
根據(jù)上述開采技術(shù)條件,可選的充填采礦方法有分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法和上向水平分層充填采礦法。
2.2.1 分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法
該采礦方法沿礦體走向劃分礦房和間柱,采場(chǎng)底部布置集礦塹溝、裝礦進(jìn)路,礦柱頂掘進(jìn)充填回風(fēng)穿脈,作為礦房回采過(guò)程中回風(fēng)和充填的通道。礦房在階段上劃分為數(shù)個(gè)分段,由分段平巷向礦房?jī)蓚?cè)間柱掘進(jìn)分段穿脈,沿礦體下盤邊界掘進(jìn)脈內(nèi)分段鑿巖巷,在分段鑿巖巷內(nèi)進(jìn)行中深孔鑿巖爆破。在礦房中間布置切割槽,中間向兩側(cè)后退回采,上分段超前下分段形成倒梯形的回采工作面,礦石落入底部塹溝后鏟運(yùn)機(jī)出礦,階段空?qǐng)龊蟛捎玫突疑氨鹊奈采澳z結(jié)充填[6-9]。
結(jié)合該礦山實(shí)際開采技術(shù)條件,設(shè)計(jì)礦塊長(zhǎng)度60 m,間柱寬6 m,采場(chǎng)高為階段高度50 m,分段高度14 m,頂柱高度8 m。采場(chǎng)回采時(shí),在分段鑿巖巷中采用中深孔鑿巖設(shè)備施工上向扇形中深孔,裝藥器裝填粉狀硝銨炸藥,非電毫秒導(dǎo)爆管雷管起爆網(wǎng)絡(luò)起爆,崩落礦石采用3 m3鏟運(yùn)機(jī)自底部結(jié)構(gòu)出礦,出礦完畢后采用低灰砂比充填料漿對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填。
分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法典型方案見圖1,設(shè)計(jì)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。
圖1 分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法典型方案示意圖
表1 分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
2.2.2 上向水平分層充填采礦法
該采礦方法沿礦體走向布置礦塊,礦塊間留設(shè)間柱,回采過(guò)程中視采場(chǎng)礦巖穩(wěn)固情況留設(shè)規(guī)則或不規(guī)則的點(diǎn)柱,礦塊留設(shè)底柱,底柱中布置進(jìn)風(fēng)濾水井,礦體上盤布置充填回風(fēng)井。下盤脈外布置平行走向的分段平巷,垂直走向布置分層聯(lián)絡(luò)道,垂直方向上劃分為分段,每個(gè)分段再劃分為分層,從下至上逐層回采。回采時(shí)以充填體為工作底板,淺孔鑿巖落礦,崩落的礦石由鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)至采場(chǎng)脈外溜井,每循環(huán)后采場(chǎng)留有一定的工作高度作為回采的工作面和崩礦自由面[10-12]。
結(jié)合該礦山實(shí)際開采技術(shù)條件,設(shè)計(jì)礦塊長(zhǎng)60 m,間柱寬4 m,采場(chǎng)高為階段高度50 m,分段高度14 m,底柱高5~6 m,采場(chǎng)中留設(shè)的點(diǎn)柱規(guī)格為3 m×3 m~4 m×4 m。采場(chǎng)自下而上分層回采,分層內(nèi)采用鑿巖臺(tái)車施工似水平淺孔,人工裝填卷狀炸藥,非電毫秒導(dǎo)爆管起爆,崩落礦石采用3 m3鏟運(yùn)機(jī)出礦,分層回采出礦完畢后進(jìn)行充填,待充填體澆面層達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后即可轉(zhuǎn)層,如此循環(huán)直至整個(gè)采場(chǎng)回采完畢。
上向水平分層充填采礦法典型方案見圖2,設(shè)計(jì)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表2。
圖2 上向水平分層充填采礦法典型方案示意圖
表2 上向水平分層充填采礦法主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
1)作業(yè)安全方面。從2種備選采礦方法的作業(yè)工藝特點(diǎn)來(lái)看,分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法的人員設(shè)備均在巷道中作業(yè),而上向水平分層充填采礦法人員設(shè)備均需反復(fù)暴露在較大面積的頂板下,因此分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法的安全性要明顯優(yōu)于上向水平分層充填采礦法。
2)生產(chǎn)能力方面。分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法的采場(chǎng)生產(chǎn)能力(450 t/d)較上向水平分層充填采礦法的生產(chǎn)能力(200 t/d)優(yōu)勢(shì)明顯。
3)采礦方法變革對(duì)礦山的影響程度。該鉛鋅礦前期一直采用分段鑿巖階段空?qǐng)霾傻V法進(jìn)行回采,相應(yīng)作業(yè)人員及設(shè)備配置齊全,經(jīng)驗(yàn)豐富,若采用分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法則采礦方法變革輕車熟路;上向水平分層充填采礦法對(duì)礦山來(lái)說(shuō)則是一種全新的采礦方法,管理及作業(yè)人員經(jīng)驗(yàn)欠缺,同時(shí)需購(gòu)置相關(guān)新設(shè)備,采礦方法變革須有一個(gè)過(guò)渡期,對(duì)礦山生產(chǎn)影響較大。
4)貧損指標(biāo)控制方面。上向水平分層充填采礦法采用淺孔分層落礦,對(duì)礦體產(chǎn)狀的變化適應(yīng)性更好,回采邊界更容易控制,因此其在貧損指標(biāo)控制方面要明顯優(yōu)于分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法。
分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法和上向水平分層充填采礦法的經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比見表3。從表3可以看出:按照年采出礦量66萬(wàn)t考慮,分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益1 835.4萬(wàn)元/a,而上向水平分層充填采礦法可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益896.4萬(wàn)元/a。
表3 采礦方法經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比結(jié)果
從上述比較分析可以看出,技術(shù)方面分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法在作業(yè)安全、采場(chǎng)生產(chǎn)能力、采礦方法變革對(duì)礦山生產(chǎn)的影響方面要優(yōu)于上向水平分層充填采礦法,但在貧損指標(biāo)控制方面則上向水平分層充填采礦法占優(yōu)勢(shì)。從經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比方面來(lái)看,在年產(chǎn)66萬(wàn)t礦石條件下,分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法的經(jīng)濟(jì)效益要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上向水平分層充填采礦法。
綜合上述分析,推薦采用分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法回采該礦山的傾斜中厚礦體。
1)結(jié)合該鉛鋅礦傾斜中厚礦體開采技術(shù)條件及現(xiàn)有采礦方法存在問(wèn)題,對(duì)現(xiàn)有采礦方法進(jìn)行了變革優(yōu)化。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析,推薦采用分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法回采該傾斜中厚礦體。
2)該鉛鋅礦傾斜中厚礦體采用分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法回采,設(shè)計(jì)采場(chǎng)生產(chǎn)能力為450 t/d,采礦損失率22 %,礦石貧化率13 %,采礦直接成本為39.18元/t,充填成本為12.65元/t。
3)按傾斜中厚礦體年采出礦量66萬(wàn)t計(jì)算,采用分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法回采,每年可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益1 835.4萬(wàn)元,經(jīng)濟(jì)效益較好。