梁花阱铜矿急倾斜中厚矿体开采工艺研究_夏建波.pdf

梁花阱铜矿急倾斜中厚矿体开采工艺研究 夏建波 1 林友 1 林吉飞１赵明亮 2 （1. 昆明冶金高等专科学校矿业学院， 云南 昆明 650033； 2. 云南楚雄矿冶有限公司， 云南 楚雄 675000） 摘要梁花阱铜矿V号矿体属急倾斜中厚矿体， 原采用分段凿岩阶段矿房法开采， 上盘围岩局部不稳固发生 坍塌， 废石混入造成出矿品位达不到入选要求。针对原采矿方案存在问题， 设计了切顶锚杆护顶中深孔留矿法采矿 方案， 将矿体沿厚度方向分为2层同时自下而上推进开采， 靠上盘分层超前靠下盘分层一定距离， 在靠上盘分层开采 面下方的工作面中完成凿岩、 爆破、 护顶等作业。该采矿方案在矿山进行了采矿实验并取得成功， 同原采矿方案比 较， 其千吨采切比减少了0.84 m/kt， 综合回收率提高了3.2， 采矿工效提高了3.3 t/ （工 班） ， 生产能力提升了80 t/d， 大块率下降了4.9， 采矿直接成本下降了1.8元/t。该采矿方案对类似开采条件的矿山具有应用与推广价值。 关键词急倾斜中厚矿体采矿方法切顶锚杆护顶留矿法 中图分类号TD853文献标志码A文章编号1001-1250 （2019） -06-082-04 DOI10.19614/ki.jsks.201906015 Study on Mining Technology of Steeply Inclined Medium Thick Orebody in Lianghuajing Copper Mine Xia Jianbo1Lin You1Lin Jifei1Zhao Mingliang22 （1. Faculty of Mining Industry， Kunming Metallurgy College， Kunming 650033， China； 2. Yunnan Chuxiong Mining and Metallurgical Co.， Ltd.， Chuxiong 675000， China） AbstractV ore-body of Lianghuajing Copper Mine belongs to the steeply inclined medium-thick ore-body. It is ex- plored by sublevel drilling room stoping . Collapses caused by local instability of surrounding rock at upper wall result that the ore grade can not meet the requirement of production due to mixing of waste rocks. Aiming at the problems existing in the original mining scheme， a medium-deep hole shrinkage mining scheme with roof-cutting bolt supporting is designed. The orebody is divided into two layers along the thickness direction，and is recovered from bottom to top. The drilling，blasting and roof-protecting operations are completed in the working face under the upper-wall slicing mining face by a certain distance from the lower-wall slicing ahead of the upper-wall slicing. This mining scheme has achieved success in mining experiments， that is，the 1 000-ton mining-cutting ratio has been reduced by 0.84 m/kt，the comprehensive recovery rate has been in- creased by 3.2， the mining efficiency has been increased by 3.3 t/shift， the production capacity has been increased by 80 t/ d，the bulk rate has been reduced by 4.9，and the direct mining cost has been reduced by 1.8 yuan/t，compared with the original mining scheme. This mining scheme has the value of application and popularization for mines with similar mining con- ditions. KeywordsSteeply inclined，Medium thick orebody，Mining ，Cutting top，Bolting roof，Shrinkage stoping 收稿日期2019-04-02 基金项目云南省科技计划项目 （编号 2011FZ201） ， 云南省高等职业教育科学研究项目 （编号 GZYB201404） ， 全国有色金属教学指导委 员会教学改革项目 （编号 YS2017006） 。 作者简介夏建波 （1976） ， 男， 副教授， 硕士。 总第 516 期 2019 年第 6 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 516 June 2019 对于矿岩中等以上稳固的急倾斜中厚矿体， 常 用分段凿岩阶段矿房法进行回采， 在矿房中部开垂 直切割槽， 以切割槽为自由面实施上向扇形中深孔 爆破落矿 ［1］。这种方法采矿效率高， 产能大， 但也有 较多的弊端 在钻凿上向扇形中深孔时， 很难精准控 制各炮孔的孔底位置及孔底距， 采矿损失及贫化指 标较大， 矿石块度不均匀、 大块率高； 凿岩爆破施工 组织复杂， 凿岩爆破成本较高； 上盘局部不稳固围岩 82 ChaoXing 受爆破震动等的影响发生坍塌， 废石的混入将导致 出矿品位降低； 采准工程量较大， 采矿成本较高 ［2］。 国内有一些矿山采用浅孔留矿法来回采上盘围岩局 部不稳固的急倾斜中厚矿体， 边采边用锚杆加固顶 板， 但这种方法的采矿工效很低且采矿成本相对较 高， 难以在大产能地下矿山推广使用。 云南省武定县梁花阱铜矿V号矿体属急倾斜中 厚矿体， 原采用分段凿岩阶段矿房法开采， 其上盘围 岩局部受断层影响而破碎， 在爆破震动等因素的影 响下常发生坍塌， 平均出矿品位仅为0.52， 更有部 分采场出矿品位低于选厂入选最低要求， 严重影响 企业整体经济效益。为了提高出矿品位， 必须解决 上盘围岩坍塌问题， 故对其采矿工艺进行优化改造， 设计了切顶锚杆护顶中深孔留矿法的采矿方案， 在 矿山进行实验并取得了成功。 1开采技术条件 1. 1矿体特征 矿区内主矿体为V号矿体， 矿体走向近南北向， 倾向东， 倾角65～81， 平均76。矿体南北长约1 460 m， 赋存标高在1 946～1 652 m范围内， 垂直纵投影 面积0.38 km2。矿体厚度总体稳定， 控矿工程揭露最 大水平厚度13.87 m， 最小厚度4.62 m， 平均厚度9.82 m。矿体沿走向及倾向矿化完全连续， 未发现夹石。 铜矿物呈星点状、 浸染状分布于白云岩中， 硫化 矿物为斑铜矿、 黄铜、 少许辉铜矿， 氧化铜矿物为孔 雀石、 兰铜矿、 黑铜矿、 赤铜矿， 脉石矿物为白云石、 石英 （少量） 。 1. 2水文地质、 工程地质条件 梁花阱铜矿位于马下坡一带， 北西高南东低， 属 低中山地貌， 区域水系分布呈树枝状， 以东西向常年 流水的河谷为主。区内年平均降水量999.7 mm。 矿区地层为绿汁江组、 鹅头厂组、 落雪组及因民 组共计4个组， 分为9个段， 均为隔水层。地下水补 给主要为大气降雨， 地形有利于自然排泄， 含水层赋 水性弱， 地下水对矿床开采影响不大。矿床属于以 大气降雨补给为主的水文地质条件简单的类型。 矿区岩石以白云岩为主， 其次为绢云板岩、 夹泥 质灰岩透镜体、 千枚状砂质板岩夹千枚岩、 石英细砂 岩、 粉砂岩。矿体顶底板为落雪组第二段， 岩性为青 灰色薄至中厚层细纹状白云岩夹0.5～0.1 cm厚的黑 灰色泥皮状细层板岩， 白云岩中普遍具密集的硅质 细纹， 上部含少许硅质条带， 白云岩总体较坚硬， 中 等以上稳固， 但本区断裂活动发育， 具有多期性和相 互迭加现象。主要纵断层有F2， 断层面有0.2～0.5 m 的挤压破碎带， 有小构造透镜体、 石英脉、 片理化带 及擦痕等断层迹象。 2原采矿方法及存在问题 矿山原主要采用分段凿岩阶段矿房法开采。矿 块沿矿体走向布置， 长50 m， 矿块垂直高度50 m 。中 段内设4个分段， 分段高度9 m。矿块间柱6～8 m， 顶 柱高5 m、 底柱高9 m， 采用堑沟受矿电耙出矿底部结 构。在采场中部垂直拉切割槽， 切割槽宽度2～2.5 m。 多分段同时实施中深孔爆破落矿。 因上盘围岩受F2断层影响， 局部破碎， 在中深孔 爆破震动作用下， 破碎部位常发生坍塌， 废石直接掉 至采场底部矿石堆中， 出矿品位严重下降， 部分采场 平均出矿品位不足0.4， 达不到选厂最低入选品位 要求， 造成企业整体经济效益恶化。企业曾尝试采 用浅孔留矿法进行开采， 出矿品位得到明显提升， 但 采场回采效率低下， 采场生产能力仅为160 t/d， 达不 到矿山生产能力要求。 3采矿方法优化 为了摆脱困境， 更经济、 合理地开发矿区内有限 的铜矿资源， 需对现有采矿方案进行优化 ［3］。本次研 究设计了切顶锚杆护顶中深孔留矿法回采方案 （图 1） ， 其主要工艺介绍如下。 3. 1矿块布置和构成要素 沿用矿山原有的中段下盘沿脉运输平巷， 自沿脉 运输巷在各采场间柱中部位置掘穿脉巷道贯穿矿体 至其上盘矿岩接触带。采场走向长度50 m， 其中矿房 长42～44 m， 采场间留宽为6～8 m的连续间柱， 顶底 柱全高8～9 m， 采用堑沟受矿电耙出矿底部结构。 3. 2采准切割 自穿脉运输巷道靠矿体上盘方向， 向上掘采场 天井与上部穿脉回风巷贯通。自两侧采场天井向矿 房掘矿房联络巷， 各联络巷垂直高差4～5 m。在采场 底部沿矿体走向掘进电耙巷道， 电耙巷道位于矿体 厚度方向的中部， 其底板与穿脉运输巷道顶板平 齐。人员可通过小梯从穿脉巷道进入电耙道， 在电 耙道与穿脉巷道贯通处安设放矿溜槽用于向矿车中 装矿。在电耙道两侧， 沿矿体走向每隔6 m左右分别 向矿体上、 下盘掘斗穿至矿体上、 下盘边界， 再沿矿 体走向贯通各斗穿， 向上掘出堑沟底部结构， 掘堑沟 时爆落的矿石一部分通过电耙巷道放出， 留一部分 作为继续向上作业的平台。在堑沟上部进行矿体全 厚拉底， 拉底高度2～2.5 m， 拉底采下的矿石一部分通 过堑沟和电耙道放出， 其余部分留在采场底部为继 续向上作业提供作业平台。 3. 3矿块回采 以拉底为自由面， 以采场底部留设的矿石堆为 夏建波等 梁花阱铜矿急倾斜中厚矿体开采工艺研究2019年第6期 83 ChaoXing 作业平台， 自下而上分层回采矿房内矿石。 将矿房内矿体沿厚度方向分为2层进行开采。 靠上盘分层厚度为2.5～3.0 m， 采用上向浅孔爆破落 矿 ［4］； 靠下盘分层采用水平平行中深孔爆破开采。靠 上盘分层的开采面超前靠下盘分层开采面3.0～3.5 m高度， 形成1个沿矿体厚度方向的倒阶梯状开采 面， 2分层均自下而上推进同时开采， 利用靠上盘分 层工作面的超前开采高度提供作业空间 （巷道型作 业面） ， 在该作业空间内完成加固上盘局部不稳固岩 体、 凿岩、 爆破等作业。每次采下的矿石只放出一部 分 （约1/3） ， 其余的矿石暂时留在矿房内作为保护上 盘围岩的缓冲层、 提供向上继续作业的站立平台以 及临时支承上盘岩石， 矿房开采完成后再大量出矿。 开采靠上盘分层的浅孔采用YSP45型上向式凿岩 机凿岩， 开采靠下盘分层的中深孔采用YG90型机钻 凿。中深孔爆破使用散装硝铵炸药， 装药器装药 ［ 5 ］。 倒阶梯开采面上的2个开采面爆破时一同爆破、 非电 导爆管分段微差起爆， 先起爆靠上盘开采面中部的 掏槽眼， 再向两边逐排起爆各排浅孔， 最后再逐排自 下而上起爆靠下盘梯段的水平平行中深孔。 每次爆破后， 应通风30 min左右。新鲜风流由 中段沿脉、 穿脉运输平巷、 采场一侧天井、 矿房联络 巷到达回采工作面， 洗刷工作面后的污风由采场另 一侧矿房联络巷、 采场天井排至上中段穿脉、 沿脉回 风巷道， 再排出地表。采场通风主要利用矿井的主 风压进行机械通风， 在爆破后或需要加强通风时采 用JK55-2NO4局扇通风 ［6］。 每次放完矿后， 应对工作面直接顶板进行检查， 清理浮石， 平整场地， 为下一循环继续凿岩做好准备 工作。若矿体上盘围岩出现松动块体， 则采用φ20 mm点固式锚杆加固， 锚杆长度不低于2.5 m。 矿块回采完后， 应用木板封闭通向采场的各种 通道 ［7］， 特别是采场天井上口、 穿脉与电耙道贯通处。 3. 4改进要点 与原开采方案相比， 优化后的开采工艺改进要 点有 （1） 采用锚杆对顶板进行支护。在靠上盘分层 开采面下方的作业空间内， 采用点固式锚杆将上盘 局部不稳固岩石锚固在其深部稳固基岩中， 可有效 避免在爆破震动等的作用下这些不稳固岩石坍塌并 混入矿石中导致出矿品位降低. （2） 采用浅孔中深孔爆破落矿。靠上盘分层采 用浅孔凿岩， 其边孔可精准控制矿、 岩分界面， 以最 大限度地提高矿产资源回收率； 靠下盘分层采用水 平平行中深孔落矿， 平行炮孔便于精准控制矿体下 盘的矿岩边界， 有利于提高矿产资源回收率； 平行炮 孔的孔底距较均匀， 炸药分布均匀合理， 使得爆破后 的矿石大块率明显降低， 矿石块度均匀， 减少了二次 金属矿山2019年第6期总第516期 84 ChaoXing ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ 破碎费用。矿房内绝大部分矿石采用中深孔爆破落 矿， 采矿工效较高， 能保证企业生产能力要求。 （3） 提高工作面安全性。工作面为巷道型作业 面， 顶板暴露空间小， 爆破时间短， 安全性较浅孔留矿 法更高。靠上盘分层落矿时采用上向浅孔爆破落矿， 爆破震动小， 对上盘的破坏作用小， 加之锚杆护顶， 可 保证上盘围岩在回采过程中的稳定。靠下盘分层采 用中深孔落矿时， 其爆破指向为下方空区， 由于空区 内留设有未放出的矿石， 矿石堆能对爆破冲击进行缓 冲， 减少对采场底部结构及上盘围岩的破坏。 （4） 简化爆破施工工艺， 降低穿爆成本。在靠上 盘分层内钻凿上向平行浅孔， 在靠下盘分层中钻凿 水平平行中深孔， 各炮孔的长度、 方位角基本一致， 孔底距也较容易控制， 凿岩工作相对原采矿方案钻 凿的上向扇形中深孔有了大幅度简化， 进而降低穿 爆成本。 （5） 减少采准工程。利用靠上盘分层超前开采 形成的空间作为作业空间， 不需要再掘进凿岩巷道 或凿岩硐室等工程， 相比分段凿岩阶段矿房法， 大量 缩减了采准工程量， 节约采矿成本。 4技术经济比较 新方案在矿山进行了初步实践， 证明该方法技 术上更优， 经济上合理， 推广使用后使企业经济效益 得到明显改善。新的采矿方案与原采矿方案综合技 术经济比较如表1。 新方案相对于原分段凿岩阶段矿房法， 其千吨 采切比减少了0.84 m/kt， 下降比例16.5； 综合回收 率提高了3.2， 年可多回收铜金属63.4 t； 采矿工效 提高了3.3 t/ （工 班） ， 提高比例19.8； 生产能力提升 了80 t/d， 提高比例20； 大块率下降了4.9， 年二次破 碎费用可节省29.4万元； 采矿直接成本下降了1.8元/t， 下降比例3.54， 年可节约采矿直接成本54.0万元。 新方案相对于浅孔留矿法， 其千吨采切比增加了 0.24 m/kt， 提高比例7.1； 综合回收率下降了0.2， 年 少回收铜金属3.9 t； 采矿工效提高到20 t/ （工 班） ， 是 浅孔留矿法采矿工效的455； 生产能力提升了320 t/d， 提高比例200； 大块率增加了0.6， 年二次破碎费 用增加了3.6万元； 采矿直接成本下降了31.9元/t， 下 降比例39.4， 年可节约采矿直接成本957.0万元。 5结语 开采上盘岩石局部不稳固的急倾斜中厚以上的 矿体， 切顶锚杆护顶中深孔留矿法较分段凿岩阶段 矿房法更优越， 采矿损失率、 贫化率更低， 施工组织 也较简单， 矿石块度均匀、 大块率低， 采准工程量省， 采矿成本更低。切顶锚杆护顶中深孔留矿法在梁花 阱铜矿实验证明， 对于开采上盘岩石局部不稳固的 急倾斜中厚以上的矿体是可行的， 生产能力及安全 性有保障， 废石混入率明显降低， 具有较好的应用前 景及推广价值。 参 考 文 献 夏建波， 林友.矿山设计 ［M］ . 北京 冶金工业出版社， 2018. 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