淺談永平銅礦露轉(zhuǎn)坑工程設計的一些認識

朱貴波

(江西銅業(yè)集團公司永平銅礦,江西鉛山 334506)

淺談永平銅礦露轉(zhuǎn)坑工程設計的一些認識

朱貴波

(江西銅業(yè)集團公司永平銅礦,江西鉛山 334506)

本文對露轉(zhuǎn)坑工程的設計進行分析,介紹了設計的優(yōu)點及不足,提出了露轉(zhuǎn)坑工程投產(chǎn)后需要繼續(xù)完善的一些工作,為今后的工作提供參考。

工程;露轉(zhuǎn)坑;設計

1 前言

永平銅礦是一個日處理量為10000t的大型生產(chǎn)企業(yè),采用露天開采已20余年。2002年實施延深擴幫工程后,新增礦石量1400萬t,延長服務年限5年,預計2015年閉坑。

礦床為矽卡巖型銅礦床,自上而下,由東而西有Ⅵ、Ⅰ、Ⅶ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ號等7個礦帶。每個礦帶由1個或多個礦體組成。各礦帶走向與區(qū)內(nèi)地層走向基本一致,近于南北,傾向東或北東東。露天境界外保有表內(nèi)儲量9407萬t,平均銅品位0.63%,硫品位12.64%,銅金屬量591351t,硫11892236t,此外礦石中伴生有金、銀等有用成分。

除近地表的淺部礦巖外,各礦帶及頂?shù)装鍑鷰r主要由堅硬穩(wěn)固～半堅硬穩(wěn)固的混合巖組成;礦石主要為原生礦,不結(jié)塊不自燃。礦區(qū)主要屬裂隙含水,但富水性弱,地表無大的地表水體,礦坑充水來源主要為大氣降水及露天坑的匯集水。

露采境界外地質(zhì)資源雖然豐富,但含銅品位較低,開采條件存在先天不足的因素,必須打破常規(guī)思維方式,尋求一種高效率、技術可行、經(jīng)濟合理、安全可靠,適應現(xiàn)場實際的采礦技術工藝以及管理模式進行露天轉(zhuǎn)地下開采。

經(jīng)過多年的研究,露轉(zhuǎn)坑工程設計采用了國內(nèi)外先進的工藝理念與技術,研究取得了突破,項目終于在2006年底開工建設,工程投資約3.8億元,建設工期三年,可采礦石量3017萬t,可延長萬噸服務年限7年,坑采服務年限至2026年。露轉(zhuǎn)坑設計有許多值得推廣的經(jīng)驗,同時也由于條件的限制,一些設施需要在今后的工作中補充完善,本文就露轉(zhuǎn)坑工程的設計談一些認識。

2 合理確定邊界品位

對一個要進行地下開采的銅礦來說,0.63%的含銅品位是較低的,存在先天不足的因素,必須采取高效和低耗的開采工藝,實行規(guī)模效應,適當?shù)奶岣叱龅V品位,才能使開采具有經(jīng)濟效益。提高合理的銅邊界品位,使礦石品位有所提高,露轉(zhuǎn)坑工程有顯著的經(jīng)濟效益。

露轉(zhuǎn)坑設計確定坑采的合理銅邊界品位為0.4%。按照銅邊界品位0.4%計算,已探明的C+D級地質(zhì)儲量約5021萬t,含銅平均品位0.668%,銅金屬量約33萬t;含硫品位平均12.35%,含硫量620萬t;礦石中還伴生有金、銀等貴金屬。此外,還可根據(jù)銅市場情況,及時調(diào)整邊界品位,最大效率的回收礦產(chǎn)資源。

確定邊界品位,要結(jié)合本礦的生產(chǎn)實際情況、各項技術經(jīng)濟指標全面衡量。要與生產(chǎn)成本、產(chǎn)品價格、管理水平、采礦工藝、產(chǎn)值相配套,堅持貧富、大小、難易兼采,這樣才能有利于資源的綜合利用,為礦山延長服務年限。這個指標是一個動態(tài)的指標,隨著市場價格的變化、開采技術水平的提高,品位指標需跟隨著變化調(diào)整,從而正確指導礦山生產(chǎn)。

根據(jù)目前的銅價及資源情況,適當調(diào)整邊界品位,加強井下與露天生產(chǎn)的配礦管理,多回收0.2%～0.4%品位的礦石,可最大限度的利用資源,對礦山的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

3 露坑聯(lián)合開采

隨著露采的不斷延深,爬坡及運距越來越長,工作面越來越窄,加上設備不斷老化原因,露采保持10000t/d的出礦能力越來越困難,提前進行地下開采可以補充露采出礦能力下降的問題。如果露采結(jié)束以后才轉(zhuǎn)入坑采,對于坑采要達到10000t/d的規(guī)模困難很大,選廠兩個系統(tǒng),每個系統(tǒng)5000t/d,如果坑采規(guī)模在5000t/d,系統(tǒng)只能開一個,方案體現(xiàn)不了規(guī)模效應,效益差。如果規(guī)模在7000t/d,選廠要進行大規(guī)模的改造,投資將大大增加。

露轉(zhuǎn)坑設計采用露坑聯(lián)合開采方案,即露天與井下同時開采、形成露坑并舉的開采模式,在露天坑底留有20～40m的底柱,井下開采首采中段為-100m中段,露天與井下開采均向下,坑采的生產(chǎn)中段始終與露天坑保持100m以上的安全距離, -50m以上中段礦體、露天坑底柱及邊幫的礦體待露采結(jié)束后,用坑采方式進行回采。

露坑聯(lián)采方案露采規(guī)模逐漸減少,坑采逐步增加產(chǎn)量,仍保持10000t/d的出礦量,延長了露天礦服務年限,使萬噸生產(chǎn)規(guī)模時間延長了7年,可服務至2019年。

優(yōu)點是:

(1)可使永平銅礦現(xiàn)有10000t/d的生產(chǎn)規(guī)模延長7年,充分利用現(xiàn)有的選礦廠等資產(chǎn)充分發(fā)揮其效益;

(2)由于提前采用分級尾砂充填采空區(qū),使尾礦庫節(jié)省了庫容,不用再擴建改造尾礦庫;

(3)有利于保持礦山生產(chǎn)和職工隊伍的穩(wěn)定;

(4)可保證江銅公司各大硫酸廠的硫原料供應;

(5)有利于永平銅礦露天采礦設備的有效利用。

缺點是:

(1)露天礦需要減產(chǎn);

(2)采礦成本稍有增加,對近期效益有一定影響;

(3)露天及地下開采相互影響。

綜合來看,露坑聯(lián)合開采要較露天結(jié)束后再轉(zhuǎn)地下開采有優(yōu)勢。

4 采用新工藝、新技術和高效率的設備

露轉(zhuǎn)坑設計采用膠帶斜坡道和輔助斜坡道開拓、開拓系統(tǒng)簡單靈活,自動化程度較高。

輔助斜坡道主要運輸廢石、材料和設備,坑內(nèi)生產(chǎn)工人亦從該斜坡道通過人車運往坑內(nèi)各工作面。礦石采用皮帶運輸,連續(xù)性好,通過能力大,運行成本低。

中段全無軌開采,采用高效率的大型無軌設備為主,引進國外先進采礦設備,有S imba H1354鑿巖鉆機, B00mer281鑿巖臺車,Atlascopco ST-1020(4.6m3)大噸位柴油鏟運機、VOLVO(A25D)坑內(nèi)卡車、BoltecMC錨桿臺車、及裝藥臺車、破碎機等。

膠帶斜坡道由于距離長、坡度陡,膠帶運輸機主要部件采用進口。運礦長膠帶與坑內(nèi)破碎站采用一個控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)安裝在坑內(nèi)破碎站控制室。控制系統(tǒng)采用PLC控制。運礦長膠帶設置膠帶防撕裂保護裝置、防膠帶跑偏保護裝置、緊急停車用拉繩開關等。長膠帶的調(diào)速裝置,工藝專業(yè)選用CST機械調(diào)速裝置。皮帶全程配備了電視監(jiān)控系統(tǒng)。

主要采用中深孔房柱嗣后充填采礦法,礦塊沿走向布置,分為礦房和間柱,礦塊長度100m,礦房寬度為15m,礦房與礦房之間留2～5m壁柱,礦塊與礦塊之間留10m間柱,并留5～8m底柱。礦塊高度50m(即中段高度),在50m高度的中段內(nèi)礦塊斜長為100～146m。

采用SimbaH1354鑿巖臺車,在鑿巖巷道內(nèi)鑿上向扇型炮孔,炮孔排距為1.5～2m,孔底距為1.5～2m。采用裝藥車裝藥,炸藥為乳化炸藥,微差爆破,非電導爆系統(tǒng)起爆。每次爆2～3排炮孔,側(cè)向崩礦。爆破落礦后進行通風,排出炮煙。然后對鑿巖巷道進行撬毛,對不穩(wěn)固處作支護處理。

爆下的礦石通過ST-1020型柴油鏟運機(斗容4.6m3)出礦,將礦石卸到采場礦石溜井中。礦塊綜合生產(chǎn)能力確定為850～900t/d,生產(chǎn)能力大。

井下通訊采用移動通訊與有線通訊并用的方式,主要巷道及硐室均可與外界保證聯(lián)絡,有利于生產(chǎn)的組織與調(diào)度。

5 用尾砂充填采空區(qū),減少了尾礦庫尾砂排放量,保證露坑聯(lián)合開采的安全

露轉(zhuǎn)坑設計采用尾砂分級,粗尾砂做采空區(qū)充填料,減少尾礦庫的尾砂排放量,可不建新尾礦庫。永平銅礦現(xiàn)有的燕倉尾礦庫原設計最終尾礦堆積標高150.0m,僅滿足堆放露天礦的尾砂排放要求。

坑采時用尾砂對采空區(qū)進行充填處理,剩余尾礦排入量為3020萬t,需要的尾礦庫庫容為1888萬m3,尾礦庫從133m標高至150m標高間尚有2600萬m3的容積,完全可以堆放礦山全部服務期內(nèi)的尾礦量,不用再對現(xiàn)有尾礦庫進行加高或新建尾礦庫。且尾礦庫輸送設施仍沿用現(xiàn)有的系統(tǒng),節(jié)約了工程投資。

露轉(zhuǎn)坑尾砂充填至采空區(qū),使采空區(qū)不會有大的塌陷,有利于露坑同時開采。

6 采礦方法及充填

根據(jù)礦體的賦存條件及礦巖穩(wěn)固性特性,Ⅱ號礦體屬緩傾斜中厚礦體,Ⅳ號礦體屬急傾斜中厚礦體,穩(wěn)固性屬中等穩(wěn)固到穩(wěn)固。設計中Ⅱ號礦體采用房柱采礦法嗣后充填,Ⅳ號礦體采用分段空場法嗣后充填。從經(jīng)濟效益角度考慮,為了降低采礦成本,均是分級尾砂充填。

采礦方法所占的比例(按回采礦量計算)為:中深孔房柱嗣后充填采礦法占70%,淺孔房柱嗣后充填采礦法10%,分段空場采礦法嗣后充填占20%。

地下開采平均出礦品位為:銅0.599%,硫11.787%,由于礦石品位偏低,設計中充填采用分級尾砂充填,將導致房柱法中礦柱回采一是可能會影響礦房的正常回采,二是回采安全得不到保證,礦柱不能回采。底柱、間柱和壁柱的回采安全也得不到保證。分段空場嗣后充填法采場的間柱、頂柱的回采也同樣如此。全尾砂充填采礦法,礦石損失率、貧化率偏高,資源得不到有效回收。

目前基建在尾砂充填系統(tǒng)中預留了膠結(jié)充填接口,也是考慮到今后若為了多回收資源,充填工藝改造的方便。

充填是否采用全尾砂或膠結(jié)充填,取決于銅價、生產(chǎn)成本、礦產(chǎn)政策等諸方面的因素。

充填料制備站原設于露天礦西北部已剝離靠幫的寬平臺上,標高約320余米,對于南部礦體-50m中段、-100 m中段的回采,雖然平巷長度有近1000m,但有足夠的充填倍線。

由于清華大學做的流體力學試驗表明,永銅分級尾礦是一種細顆粒含量少,粗顆粒含量多的尾礦砂,與其他尾礦差別較大,管道輸送必須采用大流速輸送,且由于含有大量粗顆粒,礦漿沉降呈典型分選沉降,沉積砂形成硬底,很難插入。根據(jù)輸送濃度、流速、水力損失、管徑和輸送壓力的關系,為避免事故返砂和事故停泵淤堵,敷設坡度不小于4%,不大于35%。

充填管路至該充填料制備站,要跨過運輸公路,敷設坡度得不到保證。且該位置高差大,生產(chǎn)水池位于230m標高,為節(jié)省工程投資,充填料制備站改在北風井工業(yè)場地,標高為180m。這導致對南部礦體的開采,充填倍線可能不夠,要配置加壓泵,特別是對于南部-50m以上如0m、50m中段礦體的回采充填,壓力更不夠。目前基建主要考慮到北部礦體的充填,今后南部礦體的回采充填,要對充填系統(tǒng)改造完善。

7 達產(chǎn)達標與穩(wěn)產(chǎn)年限

露轉(zhuǎn)坑工程投產(chǎn)后,可使永平銅礦10000t/d規(guī)模的生產(chǎn)時間延長。因此露轉(zhuǎn)坑工程達產(chǎn)達標必須抓緊進行,越早達產(chǎn)越有利。由于露采保有儲量較少,截至2008年底,露采區(qū)保有礦量為1658萬t,露天開采調(diào)節(jié)余地不大,如果坑采能力受限,只有露天多生產(chǎn),將減少萬噸穩(wěn)產(chǎn)規(guī)模時間,萬噸規(guī)模生產(chǎn)時間可能縮短1～2年,對露轉(zhuǎn)坑工程效益產(chǎn)生極大的影響。

對于井下礦山來說,5000t/d的生產(chǎn)能力比較大,永平銅礦多年從事露天開采,井下開采經(jīng)驗及人員技術力量都顯得不足,早日達產(chǎn)達標,延長萬噸規(guī)模生產(chǎn)能力,延長露天服務年限,顯得頗為重要。

8 安全環(huán)保

地下開采引起周邊應力改變與巖層變形,鑒于地采與露采的空間關系,露天高邊坡均處于地采的移動境界內(nèi),必然對邊坡的維護與加固帶來嚴重影響。處理不當,有可能導致大面積滑坡,影響露天礦開采和地下采礦,并造成重大人員財產(chǎn)損失。因此,分析與觀測地采對露天境界的位移與變形,尋找露天礦邊坡維護與安全技術措施尤其緊迫。同時地采與露采同時進行,露采在地采的直接上方,兩者的相互干擾與影響是必然,其中以爆破震動影響很大。減少露天開采對地下開采的影響,對保證安全生產(chǎn)十分重要。

由于從空間位置來說,露天開采位置正處于地下開采上部,一次生產(chǎn)爆破的炸藥量達15～30t,爆破震動很大。它對井巷工程的影響程度如何,需進行專題研究,研究爆破地震效應的破壞規(guī)律,找出減小爆破震動的方法和確定爆破安全距離,控制爆破震動帶來的危害。

露坑聯(lián)合開采,雖然井下采空區(qū)用尾砂充填,露采與坑采有一定的間隔厚度,但露天作業(yè)仍是在地下開采的移動帶內(nèi)進行。監(jiān)測地下開采的巖體位移和應變,坑內(nèi)開采可能產(chǎn)生的少量巖體移動對露天開采和露天邊坡穩(wěn)定性的影響,及時預報可能發(fā)生的地壓災害。

根據(jù)水文地質(zhì)條件,坑內(nèi)正常涌水量10000m3/d,最大涌水量30000m3/d;充填回水約530m3/d,采礦鑿巖、防塵回水約750m3/d。

井下水泵房設在北進風管纜井-200m中段石門旁側(cè),泵房負責將所有坑內(nèi)廢水通過北進風內(nèi)的管道排出地表。由于礦石中含硫較高,礦井涌水受其影響呈強酸性,pH值為2.5～6.5。目前在東風井-100m、-50m巷道掘進遇水,水量超過100m3/h,排水已有1年仍未排干,西風井-100m、輔助斜坡道0m中段也遇水,均說明露轉(zhuǎn)坑工程地下水豐富。對于我礦生產(chǎn)來說,露天生產(chǎn)的水文地質(zhì)條件相對簡單,而對于地下開采,水文地質(zhì)調(diào)查仍要做一定的工作,以保證井下開采的安全。

井下礦體采礦后,采空區(qū)用分級尾砂進行充填,不可避免地溢出一定量的泥砂。在-200m中段水泵房附近設排泥硐室,通過泥漿泵直接將泥漿排出地表。

目前設計中僅考慮排水、排泥引至北風井地表,投產(chǎn)前需接管路把污水引至污水庫或尾礦庫,或至污水處理站。

9 其它

西廂嶺排土場對露轉(zhuǎn)坑工程顯得較為重要,要盡早建成,可做為坑采的排土場,運輸距離近,且排土時不需再經(jīng)過采礦場單身職工宿舍與辦公樓附近,消除安全隱患。

采礦方法中需在充填體內(nèi)重新開掘出礦平巷和出礦進路,對充填體有破壞,且充填體堅硬強度不均,掘進難度大,在采礦試驗中要予以解決。

-100m主溜井車場設計采用倒卸式卸車,卸車時間長,車輛相互影響,且是獨頭巷道不通風,粉塵大。根據(jù)測算,達產(chǎn)5000t/d時,平均4.32min一車礦石到達-100m主溜井,在-150m未開拓、沒有采場或副產(chǎn)礦石到達主溜井的情況下,卸礦卡車的密度相當大。需改造成環(huán)形車場,提高卸礦效率,并解決通風防塵問題。

永平銅礦露轉(zhuǎn)坑工程年底就要投產(chǎn),對露轉(zhuǎn)坑工程設計做一個小結(jié),找出設計的關鍵點,分析長處,指出不足,并逐步完善,為今后的井下生產(chǎn)提供參考,以保證露轉(zhuǎn)坑工程創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益與社會效益。

REFERENCES

[1] 中國恩菲工程技術有限公司.永平銅礦露天轉(zhuǎn)地下開采技術改造初步設計書.

[2] 徐長佑.露天轉(zhuǎn)地下開采.

[3] 中南工業(yè)大學、永平銅礦.永平銅礦露采延伸擴幫新境界邊坡穩(wěn)定性分析及合理邊坡角確定研究報告.

Some Understand ings on Project Engineering of Transition from Open-cut into UndergroundM in ing I n Yongping CopperM ine

ZHU Gui-bo
(Jiangxi Copper Corporation Yongping CopperMine,Yanshan 334506,Jiangxi,China)

This article analyzes the engineering of the transit project of Yongping CopperMine from open-cut into underground mining,describes the good points and deficiency of the engineering,and puts forward to some improvements to be done after commissioning of the transit project.

BZproject;transition from open-cut into underground mining;Engineering

TD21

:B

:1009-3842(2010)01-0021-04

2009-12-28