分段空场嗣后充填采矿法在巴基斯坦杜达铅锌矿的研究与应用.pdf

d o i 1 0 ．3 9 6 刚．i s s n ．2 0 9 5 - 1 7 4 4 ．2 叭2 ．0 1 ．0 0 5 分段空场嗣后充填采矿法在巴基斯坦杜达 铅锌矿的研究与应用 圜谢永生 中国有色矿业集团卢安夏铜业有限公司，北京1 0 0 0 2 9 摘要介绍分段空场嗣后充填采矿法在杜达铅锌矿的研究与应用，着重叙述该采矿方法采用无轨 采掘设备的应用情况，充填采用废石与全尾砂膏体联合充填方式的采切工程布置和回采工艺特点， 为类似矿体开采提供了可借鉴的经验。 关键词分段空场嗣后充填；无轨采掘设备；回采工艺 中图分类号T D 8 5 3 ．3 4文献标识码A 文章编号2 0 9 5 - 1 7 4 4 2 0 1 2 0 1 ．0 0 3 9 ．0 5 随着采矿技术的进步，金属矿山开采的空场法、崩落 法、充填法都得到了很大的发展，尤其是充填采矿法在最 近二三十年中发展最快。充填采矿法的出现和发展给矿产 资源的开发利用带来了巨大的影响，使得地下采矿的诸多 复杂技术难题找到了有效的解决途径。充填采矿法的主要 优点是适应于各种复杂多变的矿体赋存条件，最大限度提 高矿石回收率和降低采矿贫化、有效控制地压活动和确保 采矿生产安全，保护地表不遭破坏同时维持既有的生态环 境[ 1 】。而且充填采矿在改进和完善现有技术的基础上，又 有新的进步，在充填料制备、输送技术、充填材料开发和 充填回采工艺技术等方面均有了长足的发展，加之井下无 轨自行设备的广泛应用，充填采矿目前已成为一种高效的 开采方法，得到愈来愈广泛的应用。 分段空场嗣后充填采矿方法主要开采杜达铅锌矿深 部倾斜一急倾斜厚矿体，约占矿山采矿方法的6 2 ％。同 时由于杜达铅锌矿矿体埋藏较深，水平走向较短 矿体 埋深在地表以下7 5m 至l 0 0 0m ，中段矿化带的水平走 向长度一般在3 0 0 ～4 5 0m ，导致杜达铅锌矿的开采 年下降速度相当快，尤其在前5 年平均下降速度达到 7 6m ／a ，最高年下降速度超过8 0 州a 。因此，矿山选取 与高强度的采矿相适应的机械化无轨设备配合进行分段 空场嗣后充填等采矿与掘进工作。 1 工程概况 1 ．1 自然环境及地理位置 中冶集团巴基斯坦杜达铅锌矿位于巴基斯坦俾路支 省南部的拉斯贝拉 L a s b e l a 地区，地处丘陵地带的荒漠 山间谷地，海拔高度约5 5 0m ，向南逐渐降低与印度河 平原相连。 矿区地理位置东经6 6 。5 0 ’，北纬2 6 。0 5 ’。南距卡 拉奇市直线距离1 3 5k m 。西部及西南部有贝拉 B e l a 、温 特 w i n d e r 和哈布超基 H u bC h a n k j 等城镇，均有公路 相通，卡拉奇至北京有直航班机，交通相对较为便利。 杜达矿区属于亚热带气候，夏季炎热，最高气温可达 4 5 ℃。雨季为7 ～8 月份，平均年降雨量为1 9 0m m ，近4 0 年来年最大降雨量为2 4 7m m 。矿区的主导风向为西、西南 风，平均风速1 ．4 ～2 ．8 m ／s 。 克拉里河 K h a n 州 东西方向横穿矿区北部，该 河一年中大部分时间仅有很小的水流，暴雨时则由涓涓 小溪成为大的河流，河宽可达百米，水深2 ～3m 。 作者简介谢永生 1 9 7 1 - ，男，江西峡江人，工程师，主 要从事采矿方面的工作。 有色金属工程2 0 1 2 年第1 期 3 9 万方数据 1 ．2 矿山储量及工程简述 杜达铅锌矿总储量为1 5 3 0 万t 矿量，其中控制储量 9 9 0 万t ，含锌1 0 ．0 3 ％，含铅3 ．2 9 ％。 开拓系统采用混合井一提升斜井联合开拓。提升斜 井承担 1 0 0m 以上矿石提升任务，混合井承担 1 0 0m 以 下矿石以及全矿的人员、材料和废石等辅助提升任务。混 合井井筒净直径5 ．5m ，井深9 7 9m 。提升斜井为箕斗 斜井，井口标高5 5 2 ．O m ，井底标高6 3 ．1 m ，倾角3 0 。，全 长9 8 2 m 。 充填系统采用全尾砂膏体泵压输送充填系统。采 场充填首先考虑掘进废石回窿，掘进废石用卡车运载进 行回窿充填，然后再进行尾砂充填。 矿山采选生产规模为6 6 万讹，即2k 们矿石。产 品为锌精矿、铅精矿，留有生产硫精矿的场地。铅精矿 和锌精矿产品送往中国冶炼厂冶炼。达产年平均锌精矿 9 7 1 6 7t ，含锌5 3 4 4 2t 。达产年平均铅精矿2 1 9 7 2t ，含 铅1 4 7 2 lt 。 2 矿山开采技术条件 矿床赋存于产状近南北向的两翼不对称向斜地层 中，向斜轴向北以西3 0 。倾角侧伏，局部为4 5 。，向斜西 翼发育，倾角较陡，约5 0 。～8 0 。。矿化带投影延展范围 南北方向为1 1 0 0m 。向北尚未封闭；东西宽约2 0 0m ，分 别被D U D D A R 断层和S P I N G W A R 断层切断。矿体埋 深在地表以下7 5m 至1 0 0 0m 。中段矿化带的水平走 向长度一般在3 0 0 ～4 5 0m 。根据矿床赋存特征，矿化 区分为以下三个矿段，即层状矿段、网脉状矿段和层 状网脉状混合矿段。层状矿带的顶板包含厚度不等的 泥岩和泥质石灰岩，即P l a t 3M e m b e r 。顶板围岩R Q D 值4 0 ％～9 0 ％，D 2 ～2 4 。典型的顶板条件为好 即 a l 2 4 。矿床向北，网脉矿段取代了层状矿段。网脉矿 段向北侧伏，一直延伸到S P I N G w A R 和D U D D A R 断 层交汇处，其I t Q D 值为4 0 ％～1 0 0 ％，p 1 ．3 ～3 0 ，典 型的p 值为2 5 ，网脉矿的稳固性一般为好到很好，但 是这种情况随时有断层或者局部有脱钙互层泥岩而变 化很大。其顶板为泥岩和泥灰岩。矿体的直接下盘围 岩为B a m b hM e m b e 玎A B ，其主要有灰岩和粉砂岩组 成。该岩层的稳固性一般比较好。该岩层向下为L o r a l a i F o n n a t i o n ，其R O D 值为4 0 ％～1 0 0 ％，Q 4 ～1 9 ．5 ，其 稳固性为一般到好。 锌矿体厚度6 ～3 0m ，平均厚度1 3 ．8 2m ，倾角 0 。～7 7 。，平均倾角5 5 。，矿体平均走向长度为6 3 ．3 3 m ，其中1 0 0m 水平以上矿体平均厚度9 ．1 4m ，平均倾 角6 3 。网脉矿体厚度7 ～9 0m ，平均厚度5 9m ，矿 体倾角6 9 。～8 7 。，平均倾角7 8 。，平均走向长度为 6 0 ．8 2 m 。 杜达矿床被很多大小断层所切割，风化层深度一般 为1 5 ～2 0m 。由于受断层的影响，其开采技术条件变化 较大，对于断层的强度和复杂性有待进一步调查研究。矿 区地表有季节性河流经过，大气降水年最大量2 4 7r 姗； 井下正常涌水量4 0 0 0m 3 ／d ，最大涌水量6 0 0 0m j ／d 。地下 水呈酸性并具有一定腐蚀性。矿石含硫大约3 0 ％左右。岩 石抗压强度为2 0 ～1 0 0 M P a ，矿石为1 5 ～2 0 0 M P a 。 3 采矿方法的选择 根据杜达矿段的特点，杜达铅锌矿主要采矿方法 为三种，即点柱上向分层充填采矿法、分段充填采矿 法、分段空场嗣后充填采矿法。点柱上向分层充填采矿 法用于上部层状向斜轴部，倾角较缓 5 5 。、矿岩稳固性较好的层状矿体。分段窄场嗣后 充填采矿法主要用于 1 0 0m 以下倾角较陡的嘲脉状矿 体，其大部分倾角 7 5 。，矿岩中等稳固。杜达铅锌矿 三种采矿方法按采出矿量确定，大致比例为，点柱上向 分层充填采矿方法占1 3 ％，分段充填采矿方法占2 5 ％，分 段空场嗣后充填采矿方法占6 2 ％。 4 分段空场嗣后充填采矿法 分段空场嗣后充填法主要用于杜达矿深部 地表6 0 0 m 以下，海拔1 0 0 m 水平以下 的急倾斜厚大网脉矿体，矿 岩稳固性中等，大部分矿体倾角7 0 。以上。分段高度2 0 m 。设计留永久间隔矿柱，采用废石与全尾砂膏体联合 充填，取消大量胶结充填以节约充填成本。 4 ．1 矿块布置与结构参数 矿块布置视矿体厚度定，当矿体厚度 4 0m 时，垂直走向布置多个采场拉J 。设计 考虑留下永久间隔矿柱，尽量减少胶结充填。中段自下 向上回采最后一个分段高度为1 4m ，留6m 作为顶柱 不回收。构成要素矿块沿走向布置，长4 0m ，矿体宽 为2 0 m ，留3 4 m 宽间柱。采矿方法示意图见图l 。 4 ．2 凿岩与出矿设备 凿岩均采用T _ 1 0 0 中深孔钻机，装药采用B O F ．1 0 0 装 药器。采场天井、矿、废石溜井掘进使用T D B l 6 1 6 天井 爬罐和Y S P 4 5 上向凿岩机，配移动式空压机。另外，部分 平巷掘进使用Y T - 2 8 手持凿岩机。 采场出矿、分段掘进废石搬运，使用T o m 3 0 l D 3m 3 柴油铲运机和D K C ．1 2 1 0 t 坑内卡车。另配国产 4 0 ] 巴栏E 应用 E n g i n e er ．n gA p p I i c a t i o n 万方数据 2m 3 铲运机辅助作业。为确保采场出矿安全，部分铲运 机酉己遥控装置。 43 采准切割工程 采切工程包括脉外采准斜坡道、分段巷道、出矿溜井 联络道、矿石与废石溜井、分段H { 矿进路、拉底巷道、凿岩 巷道、上部通风充填道和矿块一端切割天井等。每个分段 设两个矿石溜井，一个废石溜井。左右几个矿块，可≥L 用 条溜井。每一分段水平柙一卜盘脉外距矿体约1 5 ～2 0m 掘 进下盘沿脉巷道，自下盘沿脉垂直矿体走向施] 一出矿进路 每个采场2 条 ，随后在矿体内掘进拉底巷道。同时在 上分段矿体内掘进凿岩回风巷道，井作为J 分段回采时的 拉底巷道。上卜分段采准工程完成后掘进切割天井。 采切工程量发巷道规格见表2 。采切巷道根据不同 岩石情况采用喷锚或喷锚网等支护形式。 4 ．4 回采 F Ⅲ Ⅲ Ⅲ一Ⅲ I _ 上 一分段巷道2 一出矿进路；3 溜井4 - 炮孔；5 一穿脉6 一阶段运输，F 巷；7 一充填体 图1分段空场嗣后充填采矿示意图 中段高度1 0 0m ，分段高度2 0m ，分段间的回采顺 序由下至上，矿块的回采自切割天井自由面开始，形成 切割槽。从矿块一端J 作面后退式刨采。 穿孔爆破矿块内配l 台T - 1 0 0 型中深孔凿岩钻 机。切割槽采用平行炮孔布置，回采炮孔采用卜向扇 形布置，炮孔直径为口7 6 m m ，孔深为1 6 ～”m 。最 小抵抗线为1 ．6 m ，排距为2 ．2 m ，孔底距26 m 。采用 B Q F - 1 0 0 装药器装粒状铵油炸药，非电导爆系统起爆，侧 向崩矿”1 。每次4 排炮孔微差起爆，钻孔凿岩量为1 1 “m ， 凿岩时间为75d 。吹孔装药崩矿、通风时间为l5d 。 出矿采用T 0 r 0 3 0 1 D3m 3 柴油铲运机f } { 矿，铲运 机效率为4 5 0 ～5 0 0 “台班，运距按1 0 0 ～1 5 0 m 考虑。铲 运机把采场矿石铲运到分段巷道的矿f i 溜井，然后下放 到下部主运输水平。为确保安全，眉线以内的矿石用遥 控铲运机出矿。 每次崩矿为1 l8 5 4 t ，出矿时间8d 。出矿过程中的 大块，采用凿岩爆破处理。采场作业循环图表见表l 。 45 采切工程量及技术经济指标 分段空场嗣后充填法采场，采切比2 8 l5 3m 3 ／万t ，每 循环崩矿量为1 l8 5 4t ，循环时间1 7d ，采场综合生 产能力为6 9 7t ／d ，考虑影响l 划素，生产能力平均达到 6 0 0 t ／d 。 回采作业炸药单耗O ．3 0 7 2k g ／t ，同采直接成本 34 2 ／t ，充填成本1 ．3 5 ／m3 。 有色金属工程2 0 1 2 年第1 期4 1 号一7 二 一 城 万方数据 表1 采场作业循环图表 表2 分段空场嗣后充填采矿方法采切工程量表 序号 项目 二等劁竺至竺_ 一巷道断面／m 2 矿体内，m 3围岩内／矗总体积／m 3备注 单长总长 l出矿进路道2 55 0 2凿岩巷道4 04 0 3拉底巷道 2 0 2 0 4卸矿巷道3 53 5 5切割天井 1 6 ．71 6 ．7 6合计 1 矿石| 矗 8 废石／m 3 9 矿块矿量／t 1 0矿柱矿量／t 1 1 矿石损失率／％ 1 2矿石贫化率／％ 1 3采出矿量／t 1 4副产矿石率惕 1 5 采切比／ m 3 万t ．1 3 8 2 ．8 1 9 1 ．4 2 7 5 ．5 5 8 4 9 ．7 5 6 62 4 0 1 10 4 0 1 8 8 5 90 4 0 4 ．9 7 2 8 1 ．5 4 7 8 ．5 3 3 4 ．9 8 1 3 ．4 5 4 7 8 ．5 3 8 2 ．8 1 9 1 ．4 3 3 4 ．9 2 7 5 ．5 16 6 3 ．2 含无法回收部分 4 ．6 采场通风 凿岩、出矿时开启局扇通风。新鲜风流由中段运输 道，经脉外采准斜坡道和小风井进入分段巷道，由分段 出矿联络道进入采场，清洗工作面后，污风经本分段上 部分段出矿联络道。污风汇入本中段回风溜井，由回风 斜井抽出地表。 4 ．7 采场充填与地压管理 为控制大范围的地压活动，防止地表下沉和保护地 表河流、村庄、工业生活服务设施等，采空区充填采用 废石与全尾砂膏体联合充填，采场出矿完毕，即进行采 场充填1 4 l 。掘进废石尽可能充入空区，废石从掘进工作 面用坑内卡车或铲运机通过上分段出矿进路直接运到充 填采场。在采充不平衡时，可将废石存放于不再使用 的溜井或稳固性好不需要充填的空场法采空区中，需要 时再放出运至充填采场。剩余采场空区用全尾砂膏体充 填。充填准备1d ，充填作业2 3d 。膏体充填设施主要 包括地面充填制备站、充填钻孔和输送管路等设施。膏 体充填料浆在地面制备站制成符合充填工艺要求的充填 料浆后，通过膏体泵压输送，膏体料浆经充填钻孔、坑 内中段平巷和分段巷道充入充填采空区。 废石与全尾砂膏体联合充填具有以下优点 1 使大量井下掘进废石得到有效利用、废石不出 坑，不仅降低了提升与充填成本，而且减少了矿山生产 对环境的污染和破坏。 2 采用废石与全尾砂膏体联合充填，减少地面尾 矿库的占地面积，而且达到了控制大范围的地压活动，防 止地表下沉和保护地表设施的目的【5 l 。 另外，为了及时掌握采场地压活动的相关数据，保 证采场安全生产，采场采用埋设应力计和位移计的方 法，监测采矿过程中采场周围岩体应力和位移的变化，为 采矿活动安全及下一步更合理地调整采矿工艺提供科学 数据【6 】o 5 结语 充填采矿技术要结合矿山特点、矿床开采技术条 件，创造一些与现代化设备及其他采矿技术相结合的新 4 2 ] 翟l 应用 E n g i n e er ．n gA p p I i c a t i o n 9 9 9 9 ”””Z 巧 搿 3 3 3 ； “ “ ””张 万方数据 型采矿法。对于缓倾斜极薄矿脉开采。可用矿岩分掘，废 石抛掷充填空区，即削壁充填和爆力运矿相结合的采矿 法。对于厚大而矿岩较稳固的矿体，可用浅孔和中深孔 空场采矿法开采，采后空区用尾砂胶结、块石胶结或高 水材料充填，即阶段连续回采快速充填工艺，既降低成 本，又增加效率，也做到对采窄区的处理”。8 】。 1 分段空场嗣后充填采矿方法开采杜达铅锌矿倾 斜一急倾斜厚矿体得到了较好的应用，适合该矿地质条 件较为复杂、矿体埋藏深、地压大、断层裂隙含水多、地 表不允许塌陷的特点。 2 采用铲运机、坑内卡车等大型无轨采掘设备进行 杜达铅锌矿分段空场嗣后充填采矿，降低了采切比，采 场综合生产能力较高，平均达6 0 0 似以上，生产效率较高。 3 该采矿方法目前施工设计留永久间隔矿柱，矿 体品位较高时可综合分析充填成本，考虑加强充填体强 度以进行矿柱回采，进一步降低矿石损失率。 从采切工程量及技术经济指标分析，杜达铅锌矿分 段空场嗣后充填采矿法各项指标良好。无轨设备铲运 机、坑内卡车的使用降低了采矿人员的劳动强度，具有 采场生产能力大、同采作业安全、采矿贫化率及损失率 较低、采矿成本低等诸多优点。因此，该采矿方法在杜 达铅锌矿倾斜一急倾斜厚矿体开采中具有重要的应用前 景，由此也将创造更多的经济效益和社会效益。 参考文献 【l 】彭士群，王洪武．进路充填采矿法充填技术探讨[ J 】．中国矿 山工程，2 0 0 4 3 3 0 - 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