老窿残矿回收技术的研究.pdf

老窿残矿回收技术的研究 谷新建1， 周德卿2， 陈泽吕2， 张绍阶2， 潘光明2 （1. 湖南科技大学能源与安全工程学院， 湖南 湘潭市 411201； 2. 湖南新龙矿业有限责任公司， 湖南 新邵市 422927） 摘 要 在分析研究湖南新龙矿业有限责任公司老窿残矿赋存特征和开采技术条件的基 础上， 结合矿山生产实际， 提出了不同条件下残矿的回收方法和关键技术。经过一年多的 生产实践证明 该项技术采矿效率高、 回采作业安全性好、 经济效益显著。 关键词 老窿残矿； 穿脉群； 回收方法； 多方案 湖南新龙矿业有限责任公司在发现矿区矿石含 金及选冶回收黄金成功之前的 70 余年， 采用手工开 采， 只采高品位锑块矿 （俗称青砂） ， 对于品位较次 的锑矿石 （手工无法分选的花砂） 和采挖下来的含 金脉石均一并弃置于采空区， 作为空区充填物， 形成 老窿矿石。 根据地质勘查工程验证， 在地表浅部残留大量 老窿矿石， 仅 1 号脉和 2 号脉的残矿量就在 100 万 t 以上， 加上其它矿脉残矿量约 50 万 t 左右， 全矿老 窿残矿总量在 150 万 t 以上。根据勘探取样结果， 按平均含 Au 品位 3. 7 g/ t， 含 Sb 品位 3. 15 计算， 老窿残矿的总金属储量为 Au 5. 5 t， Sb 5. 2 万 t， 其 储量规模相当于一个中型矿床。开发利用老窿矿石 资源， 不仅是湖南新龙矿业有限公司促进矿山生产 和寻求经济效益的一个重要渠道， 而且扩大了可供 矿山开采利用的储量， 对缓解开采下降速度和延长 矿山服务年限具有重大价值。 1 老窿矿体赋存状况 ［1］ 1. 1 老窿矿石的分布 矿区内 1， 2 号脉是规模最大的主矿脉， 也是矿 体厚度和品位变化较稳定的矿脉， 锑与金的品位均 较富集 （见表 1） 。因此， 几十年来民采甚众， 开挖洞 口多， 由浅部开采逐年延伸深部， 专采青砂， 采富丢 贫。由于较好的青砂矿体沿倾向的变化较稳定， 从 而导致其民采深度最大。民窿采挖的范围集中在 1 号脉的富矿体 1 - 1 和 1 - 2， 以及 2 号脉的富矿体 2 -1， 该富矿带老窿区东自 110 勘探线， 西至 206 勘 探线， 上自近地表标高 1050 m， 下至 630 m 标高， 沿 走向长达 900 m， 沿倾向纵深 340 m。 1. 2 老窿矿石的类型 表 1 富矿带老窿矿的储量 水平矿 体编号 厚度 （m） 矿石量 （万 t） 品位 Au （g/ t） Sb （） 金属量 Au （kg）Sb （t） 1 号脉2. 261. 383. 53. 32148. 320255. 4 2 号脉1. 533. 484. 172. 951396. 129876. 6 注 1， 2 号脉比重均为 1. 86 t/ m3。 （1）松散型泥结矿石。这是代表性的老窿矿 石。民窿采挖过程弃置的矿石 空区充填物， 受 上部采挖区的渗水和岩层裂隙水的影响泥化， 形成 含水较多的泥结矿石。松散型泥结矿石的分离性较 好， 矿石悬拱的力平衡易自行破坏而消失， 这个特点 对老窿矿石的回收是一个有利条件。松散型泥结矿 石是老窿矿石回收的主要对象。 （2）密实型胶结矿石。上部疏水或隔水条件好 的部分老窿采区弃置的 “渣石” 中， 块状、 细粒状、 粉 状 （泥质） 的矿岩渗入少量的水， 在弃置物的堆积重 力作用下， 经过长时间的氧化胶结， 成为密实型氧化 胶结矿石。这类氧化胶结的老窿矿石， 其胶结程度 密实， 充水程度低， 与上下盘围岩的粘贴程度高， 暴 露后不易自然垮落。 （3）残留矿柱、 矿壁。经反复民采， 开采条件好 的、 有青砂的矿柱已基本采完， 但因青砂脉较薄或受 安全条件和涌水量大的制约， 未采完的矿柱、 矿壁还 是存在的。几何尺寸小的矿柱、 矿壁， 经长时间的受 力和氧化作用， 自行破碎脱落混入充填体中； 而几何 尺寸较大的矿柱、 矿壁则依然较完好。 （4）未采矿块。由于含矿破碎带中， 青砂脉沿 走向的连续性不稳定， 无可采青砂脉的地段没有采 动， 成为老窿区内的未采矿块。这种未采矿块虽无 ISSN 1671 -2900 CN 43 -1347/ TD 采矿技术 第 5 卷 第 4 期 Mining Technology，Vol. 5， No. 4 2005 年 12 月 Dec. 2005 可采青砂， 但其含矿品位还是较高的。 2 老窿矿体高效开采综合技术试验 2. 1 开采技术条件 矿脉赋存于断层破碎带中， 破碎带宽度为 0. 08 ～5. 43 m， 一般为 0. 4 ～1. 3 m， 矿脉为急倾斜， 倾角 70 ～80。矿物有石英、 绢云母、 碳酸盐、 辉锑矿等， 矿石呈破裂状， 局部有角砾状和块状结构。矿石属 不稳固至中等稳固，f 3 ～ 8， 允许暴露面积小于 30 m2。破碎带属不稳固软弱岩层， 垂直面抗压强度 为 438. 5 ～ 988. 3 MPa。矿石松散系数为 1. 45 ～ 1. 52， 体重 2. 70 t/ m3。近矿脉处为灰白色绢云母化 含砾砂质板岩， 稳固性差， 抗压强度为 356. 3 ～ 646. 2 MPa， 抗剪强度为 98. 1 ～299. 1 MPa。脉外的 灰绿色砾砂质板岩， 紫红色含砾砂质板岩和灰白色 绢云母化含砾砂质板岩， 抗压强度为 758. 7 MPa， 岩 体较稳固， 一般不需要支护。 从回收老窿矿石的出矿工作面现场观察以及对 民采情况的调查了解， 民窿采矿有其传统的特征 沿 脉延伸采 “青砂” 坑道一般沿质硬块状富锑矿脉边 采边掘， 梯段延伸； 民窿井巷规格小， 平巷以适应人 力搬运需要为准， 挑运段稍高， 拖运段则矮些， 并以 拖运为主要方式。立井采用手摇轱辘提升， 一般梯 级深度不超过10 m， 呈阶梯形下延； 采幅较小， 仅保 持单人手工作业的采幅， 局部地段只够单人擦身而 过； 采矿工艺类似于选别充填法， 工作面人工手选 后， 只挑运出 “青砂” 和部分 “花砂” ， 其余充填于已 采空间； 贫锑矿段不采， 富锑矿段 “青砂” 脉采挖则 比较充分， 开挖空区体积大， 分布密且无规律。 回收老窿残矿的主要难点在于 安全性差， 矿体 倾角陡且破碎， 不明空洞多， 人员无法在暴露面下或 矿体底板上作业； 品位较低， 平均品位金 3. 7 g/ t， 锑 3. 15， 无法承受下向胶结充填法等的高成本的采 矿方法； 部分残留矿柱完好， 无法完全靠自重产生垮 落； 矿体薄， 厚度一般在 3 m 左右， 不适于采用大规 模采矿方法； 围岩节理裂隙极其发育且稳固性差， 采 矿过程中易造成矿石贫化。 2. 2 采矿方法选择及采场布置 由于湖南新龙矿业有限责任公司老窿矿体受民 采破坏严重， 开采技术条件复杂， 回收的难度大， 国 内外无成熟的工艺可供借鉴。但根据前期工作成果 预测， 开采效益显著， 回报也高。因此， 应根据开采 技术条件和赋存状态， 分别采用不同的回采方案。 根据矿区老窿矿的分布情况， 考虑老窿矿石的 回收效果， 中段高度一般 20 ～ 40 m 较合适， 分为 1005， 980， 950， 930， 910， 880 m 6 个中段。每个中段 由一个斜井和两个向上的天井联通。在中段内沿矿 体走向长度 50 ～100 m， 宽为矿体的厚度布置采场， 采场间不留顶、 底柱和间柱。按从上至下、 由远至近 顺序连续回采。采用下盘脉外平巷加短穿脉布置采 准方案 ［2］， 采准施工顺序为 先在中段运输水平矿 体下盘脉外3 ～5 m 处掘进脉外平巷， 从脉外平巷每 隔5 ～7 m 向矿体掘进出矿进路。施工原则 为确保 采场布置的有效实施， 必须坚持穿脉指导脉外平巷 施工方向的原则， 大体保持脉外平巷与老窿区成等 距离沿走向延伸。各个短穿脉的施工一般都在脉外 平巷延伸施工中依次掘完， 若沿脉方向控制较好， 也 可先稀后密， 先稀以发挥其探矿和导向作用， 后密以 适应回收矿石的需要。 2. 3 回采工艺 对于松散型泥结矿石， 采用控制拉底层矿体暴 露面大小的方法， 使老窿中的充填物、 老采空区周边 已风化破坏的矿壁、 矿柱等， 依靠自重产生自然崩 落 ［3］。即从出矿进路沿矿体走向拉底， 拉底过程中 视矿体完整和稳固性情况， 确定各进路拉底空间是 否贯通， 分别形成连续或间隔的拉底空间， 作为诱导 矿体自然崩落的初始自由面， 矿石自然崩落， 从短穿 脉出矿进路中人工出矿。而对于氧化胶结密实的老 窿矿石， 需爆破令其强制落下。回采矿块中尺寸较 大、 且保留较为完好、 无法完全自然崩落的部分矿 柱， 采用电子测距仪和经纬仪多点测量准确定位后， 沿矿体走向两端各设计一个顺路天井， 采用变形浅 孔留矿法或干式充填法回采。 2. 4 安全技术措施 （1）老窿矿回收实行先上后下、 由远而近的回 收顺序， 并纳入采掘技术计划统筹安排， 上中段回收 必须超前下中段， 以确保上中段的安全作业和老窿 矿石回收率。 （2）回收松散型泥结矿石时， 严禁人员进入老 窿区， 不准在高悬空下出矿； 用变形的浅孔留矿法开 采胶结密实的老窿矿时， 作业人员必须时刻观察该 采场老窿矿石的胶结程度及含水情况， 并采用必要 的支护措施； 回采高悬空矿柱和矿壁时， 必须先检查 空区顶、 底板安全和处理松石， 有必要时可架设掩护 支架， 采矿作业时应架设牢固的工作架， 人员在工作 （下转第53 页） 12 谷新建， 等 老窿残矿回收技术的研究 的装药量按下式计算 Q ηlγ 式中 Q 炮眼的装药量， kg； η 装药系数； l 眼深， m； γ Φ32 m 药卷的单位长度重量， γ 0. 78 kg/ m。 经计算， 每个掏槽眼装药 1. 13 kg， 辅助眼装药 0. 94 kg， 周边眼装药 0. 87 kg。 4 结束语 合理布置斜井掘进的炮眼， 可以降低爆破器材 的消耗量。斜井掘进爆破率为 93 左右， 每循环掘 进孔深 1. 6 m， 实际爆破进尺可达 1. 5 m， 改进炮眼 布置形式前， 每循环掘进消耗炸药 29. 25 kg， 则掘进 每米斜井消耗炸药 19. 5 kg； 改进炮孔布置形式， 每 循环掘进消耗炸药 25. 51 kg， 掘进每米斜井消耗炸 药量 17 kg， 比改进前节约炸药 2. 5 kg/ m。此外， 节 约导爆管2. 67 个， 节省钻头0. 04 个， 节约钢钎0. 05 kg， 且平均提前 1 小时完成凿眼爆破， 掘进循环可由 每日一循环增至两日三循环， 月独头掘进进尺 70 m， 掘进效率明显提高。 参考文献 ［1］ 谭 军. 垂直平行空孔掏槽法在凡口铅锌矿的研究和应用 ［J］ . 采矿技术， 2003， 3. ［2］ 刘殿中. 工程爆破实用手册 ［M］ . 北京 冶金工业出版社， 1999. ［3］ 中国力学学会工程爆破委员会. 工程爆破 ［M］ . 北京 冶金工 业出版社， 1992 . （收稿日期 2005 -09 -12 ） （上接第 21 页） 架上作业时， 要有必要的安全防范措施， 并遵守有关 安全规程。 （3）出矿时， 应加强手工选别废石， 确保矿石质 量。出矿口的回收矿量超过或接近该出矿口的控制 矿量， 且出现大量大块废石时， 可通过取样检测确定 是否封闭该出矿口。 （4）采取必要的地表疏排水措施， 把水引离采 区塌陷区， 避免大量的地表水涌入老窿区内， 以防老 窿导水形成水灾或泥石流。在出矿计划安排上， 尽 量考虑季节性的不利影响， 采取雨季少安排， 旱季多 出矿的措施。 2. 5 技术经济效果 “老窿矿体高效开采综合技术” 试验从 2003 年 元月开始到 2004 年 11 月结束， 取得了良好的技术 经济效果。老窿残矿回收采场生产能力为 56 t/ d， 采矿工效为 8 t/ 工班， 矿石贫化率为 13. 6 ， 残矿 回收率为 82. 5， 矿石生产成本为 302. 30 元/ t。试 验采场回收老窿残矿 30120 t， 出矿品位 Au 为 3. 05 g/ t， Sb 为 2. 89， 吨矿利润为 111. 86 元/ t， 试 验采场总效益达 335. 58 万元。 3 结束语 国内已开始关注残矿资源的综合回收利用问 题 ［4］。但残矿开采技术条件极为复杂， 安全、 高效 地回收残矿资源是当今采矿技术的一大难题， 许多 矿山在回收残矿资源时， 也常常因为遇到安全、 技术 或经济困难， 而达不到预期效果 ［5 ～8］。 湖南新龙矿业有限责任公司与长沙矿山研究 院、 湖南科技大学等单位合作进行的 “老窿矿体高 效开采综合技术” 试验， 系统而有效地解决了矿体 厚度薄 （2 ～3 m） 、 倾角陡 （70 ～80） 、 矿岩软 （ f 3 ～ 8） ， 且极不稳固的老窿残矿体安全、 高效、 经济 回采的技术难题， 同时为类似条件矿山的残矿回收 积累了宝贵经验。 参考文献 ［1］ 陈泽吕. 湖南龙山老窿矿富集规律及找矿方向 ［J］ . 黄金科学 技术， 2000， 8 （2） 30 -35. ［2］ 谷新建， 周杏成， 陈泽吕. 龙山金锑矿老窿残矿回采的研究与 实践 ［J］ . 中国矿业， 2000， 9 （6） 29 -31. ［3］ 谷新建， 陈泽吕. 龙山金锑矿老窿残矿特征及回收利用 ［J］ . 有色金属 （矿山部分） ， 2002， 54 （1） 6 -7. ［4］ 汪和平， 张开平. 地下矿山残矿的回收技术 ［J］ . 江西冶金， 2001， 21 （5） 27 -29. ［5］ 杨 明. 残留矿柱开采的新工艺技术研究 ［J］ . 矿业研究与开 发， 2000， 20 （6） 8 -10. ［6］ 李海洪. 黄沙坪矿区残矿回采技术研究 ［J］ .采矿技术， 2003，（1） . ［7］ 饶运章， 艾幼孙. 大宝山矿区地压控制与残矿安全回收 ［J］ . 江西有色金属， 2004，（4） . ［8］ 任高峰， 王官宝， 石栓虎. 特大地下采空区稳定性评价及处理 措施 ［J］ . 矿山压力与顶板管理， 2005，（2） . （收稿日期 2005 -04 -05） 35 黄小红 合理确定凿岩爆破参数提高斜井掘进效率的实践