新城金礦厚大礦體開采方法研究

劉 濱,姬 濤,由 偉

(山東黃金礦業股份公司新城金礦, 山東萊州市 261438)

新城金礦厚大礦體開采方法研究

劉 濱,姬 濤,由 偉

(山東黃金礦業股份公司新城金礦, 山東萊州市 261438)

新城金礦5號礦體厚度大,礦巖破碎,現有上向水平分層充填采礦法難以開采深部礦體,為此,針對礦山現有采礦方法存在的技術難題,提出了應力拱連續開采上向水平分層充填采礦法,實現了新城金礦5號礦體的安全開采,工業試驗取得了盤區生產能力477.45t/d,貧化損失率均為8%的良好效果。

厚大破碎礦體;應力拱連續開采;充填采礦法

山東黃金礦業股份有限公司新城金礦70%以上產量是由V#礦體開采所得,V#礦體上盤為焦家破碎帶,礦體厚度大,平均水平厚57m,礦巖穩固性一般,局部地段礦巖破碎、裂隙發育,給礦山生產帶來安全隱患。針對V#礦體開采技術條件,礦山采用了上向水平分層尾砂(膠結)充填采礦法,采場垂直礦體走向布置,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,中部采場長達130m以上,且礦體傾角較緩,約30°左右,二步采場作為一步采場回采時的礦柱,對一步采場安全高效回采發揮了重要作用。但隨著一步采場的回采,二步采礦的安全問題開始顯現,不僅影響到礦山的可持續生產,而且可能導致重大安全事故或造成較大損失,因此,針對深部開采技術條件的采礦方法變革勢在必行。

1 國內外深部厚大破碎礦體開采經驗

縱觀國內外地下礦山高價值破碎復雜礦體采礦方法[1],由于充填采礦具有礦石回收率高,特別適合于不穩固礦巖條件下的高價值礦體開采的特點[2],自然成為高價值破碎復雜礦體的首選采礦方法。隨著科學技術的不斷進步和發展,充填采礦法實現了采場機械化回采和充填,原來的低產、低效、勞動強度大的弱點已逐漸演變成高產、高效和勞動強度低的現代化開采方法[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。針對不同的適用條件與開采技術特點,選擇不同的充填采礦方法,對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采高價值軟破復雜礦體的礦山中,主要考慮的問題是礦體開采的安全性,即考慮礦巖的穩固程度、礦巖的頂板暴露面積與暴露時間、礦巖對作業人員與設備的安全影響與危害、礦巖的自穩與貧化損失。因此,正是由于礦體的不穩固性,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、上向進路充填采礦法以及下向進路充填采礦法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、澳大利亞、意大利及其他國家廣泛用于開采礦石穩固、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,每年用充填法開采的礦石量達到2700～3200萬t,占地下開采礦石總量的35%～40%,其中87%是用各種不同形式的分層充填法方案開采出來的。在日本約有43%的有色金屬礦石是用充填法開采出來的。對于埋藏條件很復雜的礦體,主要是采用機械化上向分層充填采礦法進行開采,在瑞典的45個礦山中近乎一半以上的礦山采用該方法。但由于充填體強度等原因,出礦過程中會出現礦石混入充填料的現象,從而導致礦石的二次貧化與損失,個別情況不好時甚至會導致二次貧損超過一次貧化與損失。

1.2 上向進路式充填采礦法

上向進路式充填采礦法是在分層充填采礦法基礎上發展起來的,該法用于礦巖更加破碎、穩固性較差的礦體。這種采礦方法的主要特征是在礦塊劃分分層后按一定規律劃分進路,類似于巷道掘進,逐條進路進行回采,采完后進行進路充填并接頂,直到分層回采結束,然后轉向上一分層的回采,直到礦塊回采完畢。采用上向進路充填采礦法,主要存在采場生產能力小、充填接頂困難、管理復雜等缺點。

1.3 下向進路充填采礦法

下向進路充填采礦法是20世紀50年代末發展起來的一種采礦方法,該法最先在瑞典加彭貝里鉛鋅礦使用,主要用于取代傳統的分層崩落法。該方法適用于埋藏深,地應力大,有地熱高溫與巖爆的可能性和礦巖很不穩固的礦床。其后,下向進路充填采礦法在德國、美國、日本、加拿大得到廣泛應用。但下向進路充填采礦法受巖層條件的限制,采礦方法技術與工藝等方面要求較為苛刻。

2 五號深部厚大破碎礦體開采方法研究

新城金礦采礦方法選擇中,礦山優先考慮的關鍵問題是在生產安全的前提下,充分利用礦山現有開拓與設備,盡可能與新城金礦現有生產能力接軌,保證礦山產量穩定、生產持續發展,同時降低開采成本,提高資源回收率和降低貧化率。

根據采礦方法選擇原則,結合新城金礦5號礦體的開采技術條件,選擇了4個具有代表性的采礦方案,分別為:應力拱連續開采上向水平分層充填采礦法、盤區交錯式無間柱上向分層充填采礦法、棋盤式預護頂中深孔上向鑿巖分段充填法、人工再造環境下的混合充填采礦法。經綜合分析,選擇應力拱連續開采上向水平分層充填采礦法開采新城金礦破碎厚大礦體(見圖1)。

2.1 盤區布置與采場回采順序

盤區沿走向劃分,尺寸為38m×50m,即盤區長38m,高度為50m,分段高度為10m。連續礦房寬度為31m,劃分為5個礦房,1～5號礦房寬度依次為6,6,7,6,6m,礦柱寬度為7m。一個盤區內的5個礦房,3號礦房超前2,4號礦房3個分層,即10 m,2,4號礦房超前1,5號礦房3個分層的高度回采,使5個礦房在空間上形成一個免壓拱(見圖1)。

圖1 應力拱連續開采上向水平分層充填采礦法

2.2 采準與回采工藝

盤區采用下盤脈外分段平巷和集中溜井出礦的無軌采準方式。平行礦體下盤邊界布置分段運輸平巷,各分段運輸平巷通過聯絡道與主斜坡道相通。采場分層聯絡道將分段運輸平巷與采場相連,溜井聯絡巷與中段集中出礦溜井相聯,從而構成盤區下盤脈外無軌采準系統。分段高10m,分層高度3.3～3.4m,即一個分段控制3個分層礦體的回采?？紤]到用無軌設備鑿巖、出礦,重車出礦上坡的坡度不超過15%,重車下坡的坡度不超過21%,以此為依據進行分段平巷設計和采準工程優化。每分段有3條分層聯絡巷通達礦體,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。

采場支護用樹脂錨桿和鋼帶聯合護頂。錨桿桿體選用20MnSi無縱肋螺紋鋼,直徑為Φ18mm,長度L=2400mm。樹脂錨固劑型號為K2535和Z2360。采場錨桿呈梅花形布置,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種規格,長分別為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全液壓單臂鑿巖臺車,釬桿長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。采用非電毫秒差導爆管,使用導爆管起爆器引爆。

采用芬蘭Toro-250BD柴油鏟運機出礦,經分層聯絡道、溜井聯絡道,倒入放礦溜井。

采場分層采完后,在采場內砌筑充填擋墻,然后從通風充填天井中引入并架設充填管,用水泥尾砂膠結充填,尾砂比1∶12～1∶10。一個分層分2～3次充填,最后一次充填澆面,最上一個分層的最后一次充填須接頂。

3 結 論

針對新城金礦深部V#礦體埋藏深、地應力大、巖體破碎等開采技術條件,提出了應力拱連續開采上向水平分層充填采礦法回采深部礦體,該方法實現應力拱式開采,安全性好,有利于地壓控制,鑿巖出礦作業比較集中,管理簡單,輔助作業時間少,生產效率高。新城金礦深部V#礦體工業試驗達到盤區生產能力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。

[1]王新民,肖衛國,張欽禮.深井充填理論與技術[M].長沙:中南大學出版社,2005.

[2]劉同友.充填采礦技術與應用[M].北京:冶金工業出版社,2001.

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

[4]劉志祥.深部開采高階段尾砂充填體力學與非線性優化設計[D].長沙:中南大學,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,黃業英.國外金屬礦山充填采礦技術的研究與應用[R].長沙:中國有色金屬學會采礦學術委員會,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研究。