用脉内脉外联合采准嗣后充填法开采某磷矿中厚急倾斜矿体.pdf

Serial No． 577 May． 2017 现代矿业 MODERN MINING 总 第577 期 2017年 5 月第 5 期 采矿工程 用脉内脉外联合采准嗣后充填法 开采某磷矿中厚急倾斜矿体 赵井清 中煤科工集团重庆研究院有限公司 摘要目前某磷矿采用锚杆护顶分段空场法开采， 但由于矿体地质条件发生变化， 矿体由倾 斜变为急倾斜， 故原采矿方法不再适用。根据中厚急倾斜矿体的开采技术条件， 研究采用脉内脉外 联合采准嗣后充填采矿法进行生产。实践表明 该方法具有分段少、 生产能力大、 机械化程度高、 人 工劳动强度低等特点， 可实现安全、 高效开采。 关键词中厚急倾斜矿体脉内脉外联合采准嗣后充填法分段空场法 某磷矿主采矿体厚度3 ～8 m， 平均6 m， 矿体倾 角 20 ～ 50， 属中厚倾斜矿体， 采用锚杆护顶分段 空场法进行回采 ［1- 2 ］。受地质条件影响， 在主采矿体 两端形成了走向长约 600 m 的急倾斜矿体， 矿体倾 角平均达 70， 因而锚杆护顶分段空场法不再适用。 针对急倾斜矿体， 目前国内主要采用浅孔留矿 法 ［3- 4 ］、 分层崩落法、 上向水平分层充填法［5 ］进行开 采。本研究针对中厚急倾斜矿体的开采技术条 件 ［6 ］， 采用脉内脉外联合采准嗣后充填法进行开 采， 以期大幅提升盘区的生产能力。 1开采技术条件 某磷矿中厚急倾斜矿体赋存于主采矿体两端， 倾角 60 ～85， 平均厚约 5 m。该矿体较破碎， 稳固 性系数 f 6 ～7， 矿体顶板存在厚 1 ～2 m 的人工假 顶， 人工假顶强度低， 易冒落。该矿体所属地层为单 倾斜地层， 地层倾向 105 ～160， 倾角 20 ～35， 矿 体上盘为白云岩， 下盘为砂岩或页岩。矿体所在地 层地质构造复杂， 存在 2 条纵断层， 节理裂隙发育， 岩石凿岩爆破性能较好。 2采矿方法 根据国内外矿山开采经验及该磷矿中厚急倾斜 矿体的开采技术条件， 在充分考虑矿山现有机械设 备、 生产能力和劳动力水平的基础上， 采用脉内脉外 联合采准嗣后充填法进行开采 图 1 。 赵井清 1988 ， 男， 工程师， 硕士， 400037 重庆市沙坪坝区上 桥 3 村 55 号。 图 1脉内脉外联合采准嗣后充填法 1中段运输平巷; 2盘区斜坡道; 3分段运输平巷; 4分段联络横巷; 5分段凿岩巷道; 6阶段出矿横巷; 7长锚索; 8切割上山; 9崩落矿石; 10低强度胶结充填体; 11高强度胶结充填体; 12炮孔; 13充填隔离挡墙 2． 1方案概要 该矿山某盘区长度 300 ～500 m， 高度50 m。盘 区沿走向划分为若干个矿块， 矿块长度 30 ～ 40 m， 每个矿块划分为矿房矿柱， 矿房矿柱长度均为 15 ～ 20 m。矿块分两个步骤回采， 先采矿房， 再采矿柱。 盘区由上至下分为 3 个分段， 每个分段高度 14 m， 901 ChaoXing 顶柱高 8 m。分段之间采用脉外斜坡道连接。回采 作业时， 在采场端部掘进一条切割天井， 确保采场与 各分段之间形成贯通风流。采用 DL330 凿岩台车 在分段凿岩巷道内钻凿上向扇形中深孔， 以切割天 井为自由面爆破， 全断面拉开。拉开后同排同段、 同 排各分段加导爆管并联网络一次性起爆， 每次爆破 1 排。崩落的矿石由 EST1030 电动铲运机经阶段出 矿横巷、 中段运输平巷运转至脉外溜井。待整个矿 房或矿柱回采完毕后， 对矿房或矿柱进行磷石膏胶 结充填。胶结充填分两步进行， 先采用高强度胶结 充填体进行充填， 充填高度为 8 m; 待高强度胶结充 填完成 3 ～5 d 后， 采用低强度胶结充填体充填整个 采场。 2． 2采准工程布置 所有采准工程布置于矿体上盘， 采准工程主要 包括中段运输平巷、 盘区斜坡道、 分段运输平巷、 分段 联络巷道、 脉内凿岩巷道、 切割上山、 阶段出矿横巷 等。首先在脉外掘进中段运输平巷， 然后掘进盘区斜 坡道， 其后在各分段掘进分段运输横巷和分段脉内凿 岩巷道， 分段运输横巷和分段脉内凿岩巷道以分段联 络横巷相连。在分段脉内凿岩巷道端部向上掘进采 场切割通风天井， 切割通风天井上下分段贯通。盘区 采场底部每隔8 m 掘进阶段出矿横巷。若矿体平均 真厚度按4. 5 m 计算， 中段高度 50 m， 矿体密度 2. 78 g/cm3， 盘区长度为 500 m， 一个盘区的矿石量为 312 750 t， 据表1 可知采切比为220. 9 m3/kt。 表 1采准切割工程量 巷道名称数目 巷道断面尺寸 高 宽 /m 巷道长度/m 单长总长 工程量/m3 矿石废石合计 盘区斜坡道13．8 4．2280．00280．0004 468．8004468．800 阶段出矿横巷403．8 4．212．77510．8008 152．3688 152．368 分段平巷33．8 4．2298．86896．58014 309．41714 309．417 脉内凿岩巷道43．8 4．2500．002 000．0030 4261 484．00031 910．000 分段联络横巷273．8 4．212．77344．7905 502．8485 502．848 切割上山202．5 2．536．00720．004 50004 500．000 充填管线井11．8 1．872．0072．000233．280233．280 2． 3回采工艺 1 凿岩。采用 DL330- 5 凿岩台车在脉内凿岩 巷道中钻凿上向扇形中深孔， 炮孔孔径 60 mm。回 采前为形成自由面， 需将切割上山全断面拉开， 拉槽 炮孔排距为 1. 2 ～ 1. 4 m， 孔底距为 2. 0 m。拉槽完 成后， 为控制爆破后爆堆块度， 根据该磷矿中深孔爆 破参数优化试验结果， 确定炮孔排距为 1. 6 m， 孔底 距为 1. 8 m。 2 装药爆破。采用人工装药方式， 炸药选用 乳化卷状炸药， 雷管选用非电导爆管雷管。采用同 排同段、 各分段同排并联方式同时起爆。炮孔端部 采用定制炮泥封堵， 封堵长度 0. 8 m， 炸药单耗为 0. 2 kg/t。 3 采场通风。新鲜风流由斜坡道、 下分段运 输平巷、 下分段联络横巷和下分段凿岩巷道进入采 场， 清洗工作面后， 污风由切割上山、 上分段凿岩巷 道和上分段联络横巷至回风巷。 4 支护。由于该磷矿矿体顶板强度低， 节理 裂隙发育， 且局部存在人工假顶， 因此需对凿岩巷道 顶板进行支护。脉内凿岩巷道采用锚杆和锚网联合 支护， 顶柱采用预应力锚索进行支护。 5 出矿。采用无轨设备平底出矿， 矿石经分 段凿岩巷道、 分段联络横巷、 分段运输平巷等被运至 脉外溜井， 溜井矿石通过电机车运至地表。 6 采场充填。待整个采场回采完毕后进行磷 石膏胶结充填。为保证下阶段回采安全， 采用配比 为 1∶ 1∶ 4 和 1∶ 1∶ 6 的磷石膏分两步充填。首先采用 配比为 1∶ 1∶ 4 高强度胶结充填体进行充填， 充填高 度约 8 m。待高强度胶结充填完成 3 ～5 d 后， 采用 配比为 1∶ 1∶ 6 低强度胶结充填体充填整个采场。 3现场工业试验 根据矿山开采情况， 在南 4 盘区 1 080 m 中段 N 4矿房开展工业试验 图 2 ， 试验采场阶段高度达 40 m。待最上分层长锚索支护完毕后， 开始进行采 场凿岩、 爆破、 通风、 支护、 出矿、 充填等回采工序。 爆破后爆堆块度相对均匀， 采场生产能力大。通过 长锚索支护顶板， 能保证作业人员安全。 经试验得到的采场生产能力、 技术经济指标为 凿岩台车凿岩台效 90 m/台班; 铲运机出矿工效 780 t/台班; 中深孔炮孔崩矿量 4. 25 t/m; 充填站充填能 力50 m3/h; 采场长度为20 m 时， 采矿量为14 011 t， 采矿总循环周期 48 d， 采场生产能力为 291. 9 t/d; 贫化率 1; 损失率 8; 采切比 220. 9 m3/kt; 采矿 成本 凿岩、 爆破、 出矿 12. 15 元/t。 4结语 以某磷矿山为例， 根据该矿急倾斜中厚矿体的 开采技术条件， 采用脉内脉外联合采准嗣后充填法 进行回采， 试验表明， 该方法具有采准工程量大、 采 切比高、 分段少、 生产能力大、 机械化程度高、 贫化率 011 总第 577 期现代矿业2017 年 5 月第 5 期 ChaoXing 图 2试验采场位置 低等优点， 回采时可根据实际情况优化作业工序， 提 高回采效率， 有一定的推广应用价值。 参考文献 ［ 1］陈发吉， 龙秀才． 脉内采准中深孔落矿嗣后充填法在沙坝土矿 的应用［ J］ ． 现代矿业， 2011 5 62- 63． ［ 2］徐勇， 彭康． 并中段分段空场阶段嗣后充填法在深部开采 中的应用［ J］． 现代矿业， 2010 6 82- 83． ［ 3］王成龙， 王颖． 平底结构浅孔留矿法在金陶公司二矿区的应 用［ J］ ． 现代矿业， 2015 6 210- 211． ［ 4］宋甫， 周益龙， 江飞飞． 浅孔留矿法在急倾斜薄至极薄矿脉 开采中的应用［ J］ ． 现代矿业， 2015 6 32- 34． ［ 5］彭福军， 朱天平， 王训青． 获各琦铜矿上向水平分层充填采矿 方法的完善［J］． 有色金属 矿山部分， 2012 4 14- 16． ［ 6］古德生， 李夕兵． 现代金属矿床开采科学技术［M］ ． 长沙 冶金 工业出版社， 2006． 收稿日期 2017- 03- 20 櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄 上接第 106 页 盐， 夹灰色灰岩、 灰质白云岩; 下部 以灰岩、 灰质白云岩为主， 夹硬石膏岩。勘查区中 部， 主要为灰白色硬石膏岩与厚盐层， 仅底部有厚度 不大的灰质白云岩夹层。勘查区东北部， 以灰白色 硬石膏岩为主， 中部及底部夹灰色灰岩、 灰质白云 岩， 较少含岩盐。岩盐通常位于石膏层内部， 含盐 1 ～10 层， 单层厚 0． 31 ～29． 32 m， 平均累计厚 35． 01 m， 夹硬石膏岩 1 ～9 层， 硬石膏岩厚度小于 0． 10 m 者多以团块、 斑块状分布于岩盐中; 主盐层 1 层， 位 于该套含盐岩层的中部， 厚度大， 分布较稳定。勘查 区中西部矿体大致由北向南变薄， 勘查区东北部盐 层尖灭。忠县石宝岩盐矿层具体位于丰都忠县向 斜轴部和两翼， 呈平面形态走向 NESW， 呈不规则 的长条状， 矿体长轴方向与构造轴线方向一致 ［3 ］。 3矿石特征 1 主要岩石类型。①块状岩盐， 无色、 灰色、 褐色、 黑色， 大部分位中晶结构或粗晶结构， 仅有很 少一部分为巨晶结构， 岩盐晶体呈他形半自形晶， 就矿石的质量来看， 仅有少部分的矿石质量优， 岩盐 含量大于 95， 大部分岩盐含量为 60 ～ 90， 并 且含有较多杂质; ②含硬石膏条带、 团块岩盐， 硬石 膏大多呈现条带、 团块， 岩盐成无色、 灰白色、 浅灰 色， 局部呈黑色， 其结构是粗晶至巨型晶， 含有较多 杂质， 杂质成分以硬石膏为主， w NaCl 60 ～ 85; ③含硬石膏斑点、 斑块岩盐， 硬石膏以斑点、 斑 块、 团块等形式分布于岩盐中， 主要为浅灰色， 晶体 大小不一， 且有较多杂质， w NaCl 45 ～60。 2 矿石组成成分。矿物成分主要位石盐， 次 为硬石膏、 杂卤石， 有少量菱镁矿、 白云石、 天青石， 还有少量的钾盐镁基、 钾石盐、 钙芒硝及硼酸盐类矿 物。岩盐一般呈无色、 浅灰、 深灰、 褐灰、 褐色、 黑色 等， 以无色、 深灰、 褐色为主， 褐灰、 灰色次之。矿石 颜色随着硬石膏含量的增加而变深， 结构主要为粗 晶、 巨晶。 3 岩石保存条件。忠县石宝地区中三叠世后 印支运动抬升剥蚀期间， 在盆地中心地带， 地势总体 平缓， 气候炎热干燥且没有河流深入， 地表水及地下 水较少， 水力活动性不强， 因此为下伏原始沉积的岩 盐层提供了良好的保存条件。喜马拉雅褶皱造山运 动后， 勘查区形成了狭窄背斜与开阔向斜相间的构 造格局， 总体地貌为低山丘陵， 无区域性大断裂切 过。含盐岩系处于向斜核部， 上覆岩层厚且有多套 厚大的隔水层， 向斜核部地区岩层产状较平缓， 含盐 层深埋在 2 500 m 以下时， 地下水活动破坏不强烈， 盐层保存较好。 4 矿石工业利用性能评价。矿石水溶性进行 测定表明 岩盐矿矿石中 NaCl 溶解性能极好， 有益 有害组分布少， 且低于工业综合利用指标; 无有综合 利用价值的岩盐矿中 NaCl 溶解性能好， 卤水质量 高， 可直接用于制盐及用作其他化工原料。 4结语 结合重庆市忠县石宝岩盐地质调查成果， 分析 了区域地质背景、 矿床地质特征及矿石特征， 并对矿 石进行了水溶性检测， 认为该区岩盐矿石可直接用 于制盐及或其他化工原料。 参考文献 ［ 1］四川省地质矿产局． 四川省区域地质志［M］ ． 北京 地质出版 社， 1991． ［ 2］陈旭． 川东地区长平三井含盐系特征及石盐流体包裹体的 研究［D］． 北京 中国地质科学院， 2014． ［ 3］徐志刚， 陈毓川． 中国成矿区带划分方案［M］ ． 北京 地质出版 社， 2008． 收稿日期 2017- 02- 15 111 赵井清 用脉内脉外联合采准嗣后充填法开采某磷矿中厚急倾斜矿体2017 年 5 月第 5 期 ChaoXing