壁式爆力分采全面采礦法在摩天嶺礦區(qū)的應用研究

黃傳寶,盛 佳,周慧霞

(1.嵩縣前河礦業(yè)有限責任公司, 河南嵩縣 471433;2.長沙礦山研究院有限責任公司,湖南長沙 410012;3.國家金屬采礦工程技術研究中心, 湖南長沙 410012)

壁式爆力分采全面采礦法在摩天嶺礦區(qū)的應用研究

黃傳寶1,盛 佳2,3,周慧霞1

(1.嵩縣前河礦業(yè)有限責任公司, 河南嵩縣 471433;2.長沙礦山研究院有限責任公司,湖南長沙 410012;3.國家金屬采礦工程技術研究中心, 湖南長沙 410012)

針對摩天嶺礦區(qū)F658緩傾斜極薄礦脈原采礦方法開采時貧化率大、出礦品位低等問題,為了充分有效利用這部分高品位資源,根據(jù)開采技術條件開展壁式爆力分采全面采礦法的應用研究,并且對具體回采工藝進行了優(yōu)化計算,回采實踐表明,分爆分采、分裝分運回采降低一次貧化率近41個百分點,取得了良好的技術經(jīng)濟指標,壁式爆力分采全面采礦法在礦區(qū)類似條件下具有推廣應用價值。

緩傾斜極薄礦脈;全面法;壁式爆力分采;分裝分運

緩傾斜極薄礦體開采時,往往會受到作業(yè)空間、出礦方式等方面的限制而導致出現(xiàn)高貧化率和大量礦石損失等問題[1-7]。摩天嶺礦區(qū)經(jīng)過多年開采, F707和F101主采金礦體采用淺孔留礦法是合適的,但是對于新探出的F658金礦體,由于其礦體賦存條件和產(chǎn)狀發(fā)生較大的變化,淺孔留礦法無法滿足回采需要。同時,礦山通過多次采礦方法比較論證,需要將開采F658緩傾斜極薄礦體的采礦方法變更為全面法,但若采用普通的全面法回采,其貧化率將超過52%,最終出礦品位也將低于盈虧平衡點,因此有必要結合礦體開采技術條件和實際開采需要,對開采工藝進行深入的優(yōu)化研究,以降低貧化率,提高出礦品位,充分回收利用資源。

1 緩傾斜極薄礦脈開采技術條件

摩天嶺礦區(qū)F658礦脈分布于七號角礫巖體中,破碎帶蝕變巖型礦脈,帶內主要由石英多金屬脈及礦化蝕變巖組成,多數(shù)地段礦化角礫巖含金。已控制礦脈長度154m,礦體傾角18°～43°,平均傾角25°,礦體厚度為0.50～1.73m,平均厚度為0.72m,厚度變化不穩(wěn)定,變化系數(shù)為23.21%,總體而言屬緩傾斜極薄礦脈。礦體規(guī)模為中型,控制最大長度為154m,控制最大斜深77m,下部礦體沒有封閉,礦體呈薄板狀,平面形態(tài)呈長條狀,無分支復合現(xiàn)象。金礦石平均品位約為3.51g/t,品位分布均勻,變化系數(shù)83.16%。

蝕變破碎帶圍巖多為片麻巖,少數(shù)石英斑巖,界線明顯。其中片麻巖抗壓強度為88.7～103.3 MPa,抗剪強度為15.6～35.2MPa,抗壓、抗剪特性均較好,可形成較大采礦空間,井下實際回采過程中一般不需支護,工程地質條件良好。區(qū)內含金構造帶,由于硅化作用普遍,構造巖一般變得致密堅硬完整性好,與圍巖接觸緊密,不易坍落。總體而言,開采技術條件良好。

基于礦體賦存狀況和開采技術條件,針對普通全面采礦法開采此類緩傾斜極薄礦脈時存在的問題,經(jīng)過多次比較論證,礦山?jīng)Q定選取典型礦塊進行壁式爆力分采全面采礦法試驗研究。

2 壁式爆力分采全面法回采工藝

2.1 礦塊布置及采場結構參數(shù)

壁式爆力分采全面法(見圖1),其實質是在普通全面法的回采工藝基礎上,在崩落圍巖過程中采用了爆力拋擲技術[8-9],并且在崩落圍巖與落礦時分兩步實施,因此壁式爆力分采全面法是普通全面采礦法的變形方案,是對全面采礦法的進一步優(yōu)化[10]。采場沿礦體走向布置,長40～60m,寬為礦體厚度,高為中段高度,中段斜長40～60m,相鄰中段之間留設2～3m礦柱。

2.2 采切工程及回采工藝

(1)采切工程:壁式爆力分采全面采礦法的主要采切工程包括中段運輸巷道、切割上山、切割巷、電耙硐室等。首先利用原沿脈探礦巷道作為中段巷道,在中段水平掘進1～2個上山作為自由面;在所留設的底柱中每隔5～7m開一個漏斗口;在切割巷另一側每隔7m布置一個電耙絞車硐室。

(2)回采工藝:回采工作由切割上山開始,沿壁式工作面向兩側推進,分條寬度為1.7m(見圖1)。先采圍巖,圍巖炮孔布置見圖2,圍巖拋擲孔與工作面夾角為45°,采用秒差拋擲爆破法,將圍巖拋至采空區(qū),在工作面形成一巖槽,用電耙清理殘留在底板上的廢石。廢石清理干凈后施工水平炮眼,向下爆破頂板上礦石。落下的礦石用電耙沿壁式工作面耙運至漏斗,最后運輸?shù)巾贤獾V石料場。

圖1 壁式爆力分采全面法

圖2 圍巖與礦脈炮眼布置

2.3 采幅及圍巖炮孔與工作面夾角優(yōu)化

(1)采幅的確定。為保證作業(yè)人員正常的作業(yè)空間,所需的最小采幅可根據(jù)公式(1)計算確定。

式中,a為采幅寬度,m;b為人體身高,按中國男子平均身高1.7m計;α為礦體平均傾角,取25°。

通過計算可知,適合礦山緩傾斜極薄礦脈開采的采幅寬度為1.5m。

(2)圍巖炮孔與工作面夾角優(yōu)化計算。壁式爆力分采法關鍵是利用爆力作用將圍巖拋至采空區(qū),為下一步爆破上盤礦石提供落礦空間,實現(xiàn)礦巖分爆分采,其主要影響因素是炮孔與工作面的夾角β。若夾角過小,爆破側向分力大,圍巖拋擲距離太遠,炸藥消耗量大,同時分條寬度小,鑿巖頻繁,工作效率低;若夾角過大,爆破側向分力小,圍巖拋擲距離太近,清理殘留工作面廢石工作量大,且易造成一定貧化。圍巖炮孔與工作面夾角關系見圖3。

圖3 圍巖炮孔與工作面夾角關系

爆破作用導致的圍巖拋擲距離根據(jù)公式(2)進行測算。

式中,Lp為圍巖拋擲距離,m;m為礦體平均厚度,取0.72m;n為爆破作用指數(shù),取1.3;w為最小抵抗線,取1m;β為圍巖炮孔與工作面夾角,(°)。

當β分別取30°、45°、60°時,Lp計算結果見表1。

表1 Lp與β的對應關系計算結果

對比分析表1可知:當圍巖炮孔與工作面夾角β為30°時,圍巖拋擲最遠距離達6m多,平均可達3m,但由于分條寬度b僅有1.2m,鑿巖頻繁,炸藥消耗量大,明顯不經(jīng)濟;當β為45°時,圍巖拋擲平均距離為2m,分條寬度b為1.7m,利用電耙清理廢石工作量不大;當β為60°時,雖然分條寬度b能達到2.1m,但圍巖拋擲平均距離不足1m,充入采空區(qū)的廢石非常少,僅僅只有10%左右,如果再用人工轉運廢石充填采空區(qū),不僅勞動強度大,而且效率低,安全性差,影響了落礦效率,增加了作業(yè)成本。綜合經(jīng)濟技術等方面因素,確定β選取45°較優(yōu),此時既能滿足分條寬度的要求,又能保證清底工作量較小,充入采空區(qū)廢石達60%～80%以上。

3 現(xiàn)場工業(yè)試驗結果

基于所提出的壁式爆力分采全面采礦法回采工藝及優(yōu)化參數(shù),在摩天嶺礦區(qū)F658緩傾斜極薄礦脈選取典型位置進行了現(xiàn)場回采工業(yè)試驗,并對主要的技術經(jīng)濟指標和材料消耗等參數(shù)進行了統(tǒng)計,其結果如表2所示。根據(jù)現(xiàn)場工業(yè)試驗結果可知,壁式爆力分采全面采礦法的回采工藝和優(yōu)化計算得到的參數(shù)能夠滿足礦山安全高效回采需要,試驗期間,共回采礦量約5萬t,與原設計方法相比降低貧化率約41個百分比,礦石的貧化、損失得到了有效控制,經(jīng)濟效益得到顯著提高,總體而言現(xiàn)場試驗效果良好。

表2 現(xiàn)場工業(yè)試驗主要技術經(jīng)濟指標及材料消耗統(tǒng)計結果

4 結 論

基于礦山緩傾斜極薄礦脈的開采技術條件,在普通全面法的基礎上,提出了變形優(yōu)化后的壁式爆力分采全面法,并進行了回采工藝優(yōu)化和現(xiàn)場回采實踐,取得了較好的效果。

(1)現(xiàn)場試驗結果表明,礦塊生產(chǎn)能力可達15～25t/d,礦石損失率為7%,貧化率為11%,壁式爆力分采法有效地解決了極薄礦體因混采造成的礦石貧化問題,實現(xiàn)了礦巖分爆分采,保證了礦巖能夠分裝分運,降低一次貧化率近41個百分點,取得了良好的技術經(jīng)濟指標。

(2)在該回采工藝中,一方面圍巖通過爆力拋擲作用,70%以上被充填到了采空區(qū),減少了廢石的運輸費用;另一方面,少量殘留在工作面的廢石通過電耙耙到漏斗,運至地表,減少了征地面積,從而保護了環(huán)境。

壁式爆力分采全面采礦法在摩天嶺礦區(qū)的成功回采實踐,能夠有效解決礦區(qū)范圍內類似緩傾斜極薄礦脈的開采技術難題,壁式爆力分采全面采礦法的應用不僅可有效降低礦石貧化率,充分回收利用礦山低品位資源,而且絕大部分廢石充填到了采空區(qū),從而保護了環(huán)境,對于礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義,在礦區(qū)范圍內和國內類似條件礦山具有推廣應用價值和借鑒意義。

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2017-05-14)

黃傳寶(1971－),男,安徽安慶人,采礦工程師,主要從事礦山采礦技術及現(xiàn)場管理工作,Email:2684404287＠qq.com。