高效采礦法在復雜礦體開采中的應用

龍 翼

(新疆阿舍勒銅業股份有限公司, 新疆哈巴河縣 836700)

高效采礦法在復雜礦體開采中的應用

龍 翼

(新疆阿舍勒銅業股份有限公司, 新疆哈巴河縣 836700)

阿舍勒銅礦在復雜的工程地質條件下,利用多種采礦方法回采不同礦巖條件的礦體,僅用 1.5 a時間就順利實現年產 132萬 t的達產目標,取得了高效、安全、低貧損等良好技術經濟指標,使礦山生產經營獲得非常好的經濟效益。

復雜礦體;空場嗣后充填采礦法;下向分段分條充填采礦法;無底柱分段崩落采礦法

1 地質概況及開采技術條件

阿舍勒銅礦是一座半隱狀～隱狀特大型高品位多金屬銅礦床,銅金屬量 91.9萬 t,平均品位2.43%,伴生鋅金屬量 40.8萬 t,平均品位 1.08%,黃金 18 t,白銀 1174 t。該礦床主礦體集中,為Ⅰ號礦體。礦體在垂直剖面上呈魚鉤狀,在中段平面上呈鐮刀狀,南高北低,由南向北側伏,傾伏角 45°～65°。礦體東翼倒轉 ,傾向東 ,傾角 55°～75°,西翼傾向東,傾角 45°～55°。Ⅰ號礦體上小下大,埋深 18～930 m,在 800 m中段為薄礦體,650 m水平為中厚礦體,而 500 m水平及以下為極厚礦體,礦石品位北高南低。礦體走向近南北,走向長度較短。

阿舍勒銅礦Ⅰ號礦體礦石與圍巖從上往下由極不穩固過渡到中等穩固。一期工程設計開采 400 m以上礦體,設計能力為 4000 t/d;二期工程開采 300 m以下礦體。

礦區水文地質條件簡單,開采技術難點為:

(1)礦體上部厚度較薄,走向長,往下延深,礦體厚度增大,走向長度變短,每個中段能同時布置的采場數量變少。

(2)礦體從中等穩固到極不穩固。其中 600～800 m礦體的穩固性極不均勻,需要多種采礦方法與之相適應。

(3)650～700 m中段,在倒轉翼上盤有一寬窄不一的糜棱破碎巖帶,其產狀較礦體產狀稍緩,向上延伸到 750 m標高附近逐漸與礦體相交,向下逐漸遠離礦體并尖滅在 600 m標高以下。該巖帶在 700 m標高最厚可達 50 m以上,且離礦體較近,對礦體和上盤圍巖的穩固性影響較大,給該巖帶附近的礦體開采造成很大影響。

2 采礦方法選擇

2.1 大直徑深孔空場嗣后充填采礦法

400～500 m采區Ⅰ號礦體倒轉翼厚大且近乎直立,礦體與圍巖中等穩固,設計采用大直徑深孔采礦法嗣后充填 (見圖1)。采場垂直走向布置,隔 3采 1。采場高 50 m、寬 12 m,長度視礦體厚度而定。當礦體厚度小于 50 m時,礦房、礦柱長為礦體厚度;當礦體厚度大于 50 m時,礦房、礦柱按“田”字形布置,為便于充填,相鄰采場沿長度方向錯開 5 m。

圖1 大直徑深孔空場嗣后充填采礦方法

2.1.1 采準切割

采準工程有出礦穿脈、出礦進路、拉底穿脈、上盤回風穿脈、鑿巖硐室聯絡道;切割工程有鑿巖硐室、切割橫巷、切割小井。各中段出礦巷道布置在礦體下盤脈外,出礦穿脈由下盤脈外巷道向上盤回風道掘通,出礦進路在出礦穿脈中每隔 15 m以 45°角掘到回采采場邊緣。鑿巖硐室以 12 m×3.8 m(寬×高)全斷面拉開,硐室的兩邊留梳形礦柱支撐頂板。梳形礦柱每 6.4m留一條,礦柱大小為 (1.8～2.0)m×(4.75～5.25)m,拉槽的鑿巖硐室為 (6.2～7.2)m×(4.75～5.25)m。在礦房邊緣從切割橫巷以 1.8 m×1.8 m斷面向上掘切割小井,高度為階段高,采用 V型底部結構,留桃形底柱,不留頂柱。為確保鑿巖安全,鑿巖硐室和礦柱一般需要噴錨網支護,噴射混凝土支護厚度為 50～100 mm以上。采場頂板采用噴錨網加長錨索聯合支護,長錨索孔深 10 m,孔徑 60～65 mm,孔網參數 2.5 m ×2.5 m,每排 5根,錨索為直徑 26～32 mm去油鋼絲繩或鋼絞索。采切比為 73.7 m3/kt。

2.1.2 回采出礦

回采分兩步進行,第一步回采礦房,第二步回采礦柱。

回采時先中深孔拉底,再大孔崩礦。中深孔拉底層按 12 m ×13.8 m(寬 ×高)全斷面拉開,中深孔鑿巖為 YGZ-90鑿巖機,孔徑為Φ60 mm。采用粉狀硝銨炸藥和非電導爆管起爆系統,逐排側向崩礦。大孔鑿巖采用國產 T-150潛孔鉆機在鑿巖硐室內以 3.0 m×(2.6～3.5)m的網度鑿下向平行炮孔,鉆孔直徑為Φ165 mm。采用非電導爆管起爆系統逐孔起爆乳化炸藥進行側向崩礦。

爆下的礦石采用金川 6 m3柴油鏟運機集中在采場底部出礦。

2.1.3 充填

實行“強采強充”方針,采場開始回采后,力爭在 3個月以內采充完。充填前,先在上下盤穿脈口和出礦進路口制作充填擋墻,擋墻中預埋濾水管,然后開始充填。生產中,合理設計充填配比,采場自下而上 ,灰砂質量比分別為 :1∶4,1∶6,1∶8,1∶6,1∶4,對應高度分別為 13.2,10,10.8,10,9.8 m(其中 3.8 m為鑿巖聯絡道及鑿巖硐室高度),對應 14 d強度分別≥1.5,0.6MPa。另外,還采用施工大孔等方法進行充填接頂,有效控制了地壓。充填體強度的合理配置,減少了礦柱回采的貧化損失,并保證了二次巷道的安全掘進。

待兩面或三面已采礦房用戈壁集料膠結充填好并養護兩個月后,礦柱用回采礦房的方式進行回采,充填用戈壁集料和尾砂非膠結充填,僅在底柱 13.2 m和頂柱 9.8 m用戈壁集料膠結充填,灰砂比為1∶4。采場主要技術經濟指標見表1。

表1 采場主要技術經濟指標

2.2 中深孔分段空場嗣后充填采礦法

600～700 m區間中厚礦體礦巖穩固性較差,傾角變化較大,設計采用分段空場嗣后充填采礦法(見圖2),隔 3采 1方式布置采場。由于礦巖極其破碎,上盤巖性極差,在 700 m水平和各分段均采用錨網配合長錨索加固礦房頂板和上盤圍巖。

圖2 分段空場嗣后充填采礦方法

當礦體厚度大于 20 m時,礦塊垂直走向布置,寬 20 m,分礦房、礦柱,寬均為 10 m,長為礦體厚;當礦體厚度小于 20 m時,礦塊沿走向布置,長 60 m,礦房 45 m,礦柱 15 m。采場高度 50 m,分 3個分段,分段高為 16 m和 17 m。

2.2.1 采準切割

采準工程有分段巷道、分段鑿巖巷道、出礦穿脈、出礦進路、上盤回風穿脈;切割工程有切割天井和切割槽。分段巷道布置在下盤脈外,通過采區斜坡道上下聯通,從分段巷道向礦體上盤掘分段鑿巖巷道。中段出礦水平的出礦穿脈與上盤回風道掘通,在穿脈出礦巷道中每隔 10 m以 45°角向回采采場掘出礦進路。采場采用 V型底部結構,留桃形底柱,不留頂柱。采切比為 101.4 m3/kt。

2.2.2 回采出礦

回采分兩步進行,第一步回采礦房,第二步回采礦柱。

為避免爆破影響相鄰采場的穩固性,采用隔 3采 1的方式。用 YGZ-90中深孔鑿巖機在分段鑿巖巷道內鑿上向扇形炮孔,正常排距為 1.4～1.5 m,孔底距為 1.5～2.6 m,鉆孔直徑Φ60 mm;切槽設計采用上向垂直中深孔爆破形成,切槽孔排距為0.6～1.0 m,孔間距為 0.3～0.6 m。采用 BQF-100裝藥器裝藥,炸藥為粉狀硝銨炸藥,非電導爆管系統起爆,每次爆 2～3排孔,可以多分段同時側向崩礦,爆破后形成梯段工作面。

爆下的礦石用金川 2 m3鏟運機集中在采場底部出礦。

2.2.3 充填

礦房礦石全部出完后,用戈壁集料膠結充填。待兩邊礦房采完并用戈壁集料膠結充填好后,礦柱用礦房回采的方式進行回采,用戈壁集料加尾砂非膠結充填,僅在底柱 13.1 m和頂柱 8.9 m處用戈壁集料膠結充填。采場主要技術經濟指標見表2。

表2 采場主要技術經濟指標

2.3 下向分段分條充填采礦法

650～700 m水平兩翼南北端部礦巖破碎,圍巖易垮落部位的礦體,采用下向分段分條充填采礦法回采 (見圖3)。采場高度為礦房高度,每 50 m劃分為 3個分段,自上而下分段高為 16,17,17 m。礦房可根據實際情況沿走向或垂直走向布置,礦房寬度垂直走向時為 10 m,底部為平底結構,鏟運機出礦。

圖3 下向分段分條采礦方法示意

2.3.1 采準切割

采準切割工程同“中深孔分段空場嗣后充填采礦法”,不同點主要是分段分條充填采礦法在第一個分條充填完以后,后續分條回采時不需再施工切割橫巷和切割井,而是采用擠壓充填體拉槽形成崩礦自由空間。

2.3.2 回采出礦

中深孔爆破,正常排距為 1.4～1.5 m,孔底距為 1.5～2.6 m,爆破為排間毫秒微差起爆。每分段第一個礦房的拉槽為切割井拉槽,以后的拉槽為擠壓充填體拉槽,擠壓排中深孔排間距為 0.30 m,孔底距為 0.8～1.2 m。

2.3.3 充填

每個分條回采完畢后進行充填,充填料漿的灰砂質量比為 1∶6,骨料配比全尾砂 ∶戈壁集料為 3∶7,料漿濃度為 75%～77%,3 d充填體強度達 0.67 MPa,7 d強度達 0.92 MPa,28 d強度為 1.5 MPa,充填料漿輸送能力為 80～100 m3/h。每個分條充填結束 3～5 d后即開始下一分條回采爆破,為了預防充填漿堵孔,后續分條要在前面分條充填結束后,才可以施工中深孔。

采場主要技術經濟指標見表3。

表3 采場主要技術經濟指標

2.4 盤區機械化下向分層進路式充填采礦法

700～767 m區段礦巖極其破碎,易發生冒落,采用盤區機械化下向分層進路式充填采礦法回采。

中段內劃分分段,分段高度為 16.0～17.0 m,每分段正常分 5個分層,分層高度為 3～4 m,回采進路沿礦體走向布置,進路規格設計為 3 m×(3～4)m,長為 100 m。

2.4.1 采準切割

采準切割工程包括下盤脈外分段平巷、礦石溜井聯絡道、分層聯絡道、回風井、充填井。每分段距礦體 20 m左右在下盤圍巖內布置一條脈外分段平巷,分段平巷與主斜坡道相通,在采場走向的中部,從分段平巷垂直于礦體布置上坡、平坡和下坡 3條分層聯絡道。

2.4.2 回采出礦

回采由上盤向下盤后退式進行,即分層聯絡道掘到上盤礦體邊界并與風井貫通,接著由采場中央向兩翼施工進路進行回采,進路長均為 50 m,要求采用負坡掘進,坡度為 -5%。采場在分層聯絡道口收層。采用 YT-28型氣腿式鑿巖機鑿巖,直徑Φ32 mm,采用巖石乳化炸藥和毫秒微差導爆管爆破,WJ-2.0型鏟運機出礦。

2.4.3 充填

每條進路回采結束后必須進行充填,充填前先平整回采進路底板,鋪設鋼筋網,然后在進路口砌筑厚度為 600 mm的紅磚擋墻,沿進路頂板架設充填管和排氣管。充填時,必須及時排水,充填接頂時,須等到排氣管有充填漿流出才能停止充填。為了使進路充填盡量接頂,將充填管緊貼頂板安裝,由里向外分段充填,每段 25～30 m,下部鋪設金屬網。第一、二分層充填料漿的灰砂質量比為 1∶3,骨料質量配比全尾砂質量∶戈壁集料質量為 3∶7,料漿濃度為71%～72%,14 d充填體強度達 4.0 MPa,充填料漿輸送能力為 80～100 m3/h;其它分層充填料漿的灰砂質量比為 1∶4,骨料質量配比和料漿濃度相同,14 d充填體強度達 2.5 MPa,充填料漿輸送能力為 80～100 m3/h。

下向分層進路充填采礦法是工藝最復雜、生產成本最高、生產能力較小、同時損失率與貧化率最低的采礦方法,700～800 m高品位采場的實際生產能力為 180 t/d。采場主要技術經濟指標見表4。

表4 采場主要技術經濟指標

2.5 無底柱分段崩落采礦法

該采礦方法適用于礦巖比較穩固,地表允許塌陷,礦石品位較低的礦體,主要用于 800 m以上礦體的回采。

由于 800 m以上礦體分枝復合多變,礦房一般沿走向布置,每個礦房寬為 12 m左右,長為 50 m左右,分段高度為 13 m,底部結構為平底。

2.5.1 采準切割

采準切割工程包括回采進路、礦石溜井聯絡道、回風井、切割橫巷、切割井。每分段沿礦體走向在礦體中間布置 1條探采結合的開拓巷道作為分段主運輸平巷,分段主運輸平巷與主斜坡道相通,每隔 50 m垂直礦體走向布置 1條探采結合的開拓巷道探礦體邊界,兼作運輸巷道,切割橫巷和切割井布置在礦體端部。采用下行通風,每隔 50 m布置 1條回風井。

2.5.2 回采出礦

采用后退式回采,中深孔爆破,炮孔排距為 1.4～1.5 m,孔底距為 1.4～2.2 m,爆破為排間非電毫秒微差起爆。汽車運礦,鏟運機出礦,出礦時預留礦石墊層,以利于控制地壓危害,覆蓋層由上盤巖石自然崩落形成。采場主要技術經濟指標見表5。

表5 采場主要技術經濟指標

3 生產應用

阿舍勒銅礦自 2005年 10月開始試用新的采礦工藝,至 2007年 4月順利地實現了從試生產到達產的目標,各種采礦方法得到全面推廣應用,試驗期間共計采出礦量 126.4萬 t。通過本次采礦方法試驗研究,采礦方法基本定型,各種巖石條件的采礦方法得到很好的匹配,保證了礦山按照 4000 t/d的設計生產能力持續穩定地生產。2005～2009年生產情況見表6。

表6 2005年～2009年生產情況

阿舍勒銅礦設計服務年限為 29 a。根據這幾年的生產統計,上述采礦方法在阿舍勒銅礦采礦生產中的應用比重分別為:65%,5%,15%,5%,10%。今后,隨著 300 m以下礦體的開采,大直徑深孔空場嗣后充填采礦法應用的比重將進一步提高。

2010-03-09)