武山铜矿北矿带深部采矿方法探讨与研究.pdf

第5 4 卷 第6 期 有 色 金属 矿山 部分 2 0 0 2 年1 1 月 武山铜矿北矿带深部采矿方法探讨与研究 武 山 铜 矿 吴 飞 摘要 武 山铜矿二期 工程三井延深 、 南建北 改后， 北 矿带 由分层崩 落法 改成 下 向钢筋混凝 土假 顶进路 式水 砂充填 采矿法 ， 所服务 中段 至现在只剩 一个 中段。 三期工程将开采更 深矿体 ， 如何选择更 高效 、 低耗 合理 的采矿 方 法。本文对现用采 矿方法使用 情况及 存在 的问题 作 了阐述和分 析 ， 并对新 的开采 方法进行 了探 讨 与论述 。 关键词 钢 筋砼假顶 下 向进 路水砂充填 高浓度全尾 砂胶结充填 1 前 言 武山铜矿北矿带矿石蕴藏量丰富 ， 从地表露头直 至地下 一8 0 0 m都发现矿体。1 9 8 4年 9月北矿带一期 工程正式投产， 当时使用分层崩落法采矿 ， 存在着采 场温度高 、 自然发火等问题 ， 且北矿带上盘铁帽含金 丰富 ， 要采取保金措施。1 9 8 9年二期工程 ， 北矿带进 行采矿方法改造及深部开拓 ， 由分层崩落法改成下向 进路水砂充填采矿法 ， 彻底解决 了矿石 自然发 火问 题 ， 并为回收上部金银创造 了条件 ， 深部开拓完成 了 一 1 6 0 m至 一2 6 0 m溜破 系统及 一3 1 0 m排水工程。通 过十多年的开采 ， 现北矿带只剩 一 2 1 0 m一个 中段 ， 即 将进入三期工程 的采矿 ， 随着开采深度加深 ， 下向进 路水砂充填采矿法暴露 出一系列 问题。寻求一种更 高效、 低耗合理的采矿方法直接关系到矿 山综合效益 的稳定和提高。 2 地质 概 况 北矿带以含铜黄铁矿为主 ， 中间含有 高岭土和 煌斑岩夹层 ， 十分松软 、 破碎 ， 上 盘近矿 围岩是强风 化的褐铁矿和高岭土 ， 亦十分松软破碎 ， 矿石含硫品 位 3 0 ％左右 ， 易 自燃。下 盘 围岩 为较稳定 的砂岩 。 矿体近似东西走向 ， 南倾 ， 倾角平均为 5 5 。 ， 近地表矿 石品位高 ， 随着开采加 深 ， 矿石平 均铜 品位 1 ． 0 5 ％ ～ 1 ． 1 ％， 并伴生有金 、 银等贵重金属 。 3 现用采矿方法分析 3 ． 1 下向水砂充填 法 1 9 8 9年北矿带采矿方法改造， 采用下向进路式水 砂充填采矿法 图 1 ， 采矿盘区沿矿体走向布置 ， 构成 要素如下 盘区长度 1 0 0 m， 宽度为矿体厚 度， 分层高 * 吴飞高级工程师江 西瑞 昌3 3 2 2 0 4 度 3 ． 3 m， 切、 回采进路宽 高 3 m3 ． 3 m， 溜矿井 、 泄 水井布置在矿体下盘 ， 每 1 0 m设一分段巷 ， 中段高度 为 5 0 m， 主斜坡道与各分段巷连接。 B 图 1 下向水平分层进路式充填 采矿法 1 一 中段运输 巷 ； 2 一 分段运输巷 ； 3 一溜矿井 ； 4 一泄水井 ； 5 一水平 分层联 络巷 ； 6 一假底 ； 7 一 充填体 。 3 ． 2采矿生产工艺 采场开采顺序 自上而下分层进行。沿矿体走 向 靠下盘布置切采进路 ， 垂直矿休走向回采进路 ， 由采 场两翼向中央后退式 回采。浅孑 L 爆破落矿 ， 使用 Y T 一 2 7型凿岩机凿 岩 ， 爆 破采用铵 松腊炸药 ， 非 电毫 秒导爆管起爆 ， 局扇压入式通风 ， 用 WJ D O ． 7 5 m 电 动铲运机出矿 ， 木棚支护 ， 间距 0 ． 8 ～1 m 。 3 ． 3 采场混凝土假底铺设 地表搅拌站按 灰 砂 碎 石 1 2 ． 7 4 ． 8比例干 式搅拌混凝 土 ， 用 载重 1 ． 5 t的农用 车通 过 主斜坡 道 ， 分段巷道把干式混凝土运至各采场 ， 再 由铲运机 把混凝土运至铺底工作面， 加水人工插浆搅拌 。 3 ． 4 现使用的充填工艺 采场滤水墙 、 充填管 吊挂好后 ， 地表简易充填站 维普资讯 第 6期 吴 飞 武山铜矿北矿带深部采矿方法探讨与研究 3 开始充填 ， 先用 Z K一5 0铲 从砂场把 江砂 或分级尾 砂铲装进砂池 中， 用多管高压水头直接 冲砂至 明槽 进充填管， 水力输送至采场采空区。 3 ． 5 现用采矿方法存在 问题 北矿带采用下 向分层进路水砂充 填采矿法 ， 虽 然防止了高硫矿床 自燃发火 ， 十多年来为生产发展 起到 了重要作用 ， 但仍存在着 以下问题 1 工序多。需经凿岩 、 爆破通风 、 出矿 、 坑木 支 护 、 铺底 、 江砂充填等 6道工序 ， 特别是铺底工序更 加麻烦 。如前所述 ， 随着开采加深 ， 运输费用更高 、 时间更长 ， 假底质量难 以保证 。 2 井下空气污染严重 。有十多辆农用车来往 在主斜坡道 、 分段巷道与采场 ， 运送坑木、 钢筋 、 混凝 土等材料 ， 车辆排出的废气严重污染了井下空气 。 3 充填料浆浓度低 、 工艺落后 。水力 冲砂直接 进明槽 ， 没办法控制砂量与水量 ， 均匀性差 、 效率低 ， 浓度测试只有 3 0 ％ ～4 0 ％。 4 低浓度充填带来许多负 面影 响。过量 的水 排至地表增加了排水费用 ， 充填难 以接顶 ， 安全受到 威胁 ， 细颗粒泥砂常被水带 出滤水墙污染井下巷道 ， 堵塞水沟 ， 甚至排至水仓 ， 增加 了水仓清理费用和备 件消耗费用。 4 高浓度尾砂胶结充填与非胶结充填 针对武山铜矿下 向进路水砂充填使用状况及存 在的问题 ， 武山铜矿与长沙矿山研究院合作 ， 进行充 填系统改造及高浓度充填采矿方法试验工作 。 尾砂充填工艺流程在改造总方案 中为两条。一 条为尾砂胶结充填工艺流程包括 尾砂输送线 、 水泥 输送线 、 供水线和砂浆制备及输送线； 另一条尾砂非 胶结充填工艺流程没有水泥输送线 ， 尾砂输送线 、 供 水线与尾砂胶结充填工艺流程共用 。 1 尾砂输送 线。从选 厂出来 的尾 砂经旋流分 级后 ， 进入尾砂仓贮存 ， 供料时 ， 用抓 斗将尾 砂仓 里 的分级尾砂装 至 自卸 汽车运 至充 填站砂 场。充 填 时 ， 用装载 车 Z L 4 0 C 将 尾砂装 载至振动 筛筛分 进 入带拱架 的 中间料 仓 ， 然 后 由振 动 放矿 机 F Z C一 2 ／ 1 3 放料到皮带运输机 T D 7 5 ， 由皮带卸料进造 浆系统。 2 水泥输送线 。水泥采用 自备压缩空气 的水 泥罐车 自卸至 5 0 0 t 的水 泥仓 ， 再 由双管螺旋 喂料机 喂料进人造浆系统 。 3 供水线。由高位水池通过电磁流量计和 ／ 8 0 m m钢管直接供水。 4 砂浆制备及其输送线。胶结料浆是由尾砂、 水 泥及水按设定比例进入 J 3 0 0 双轴搅拌机进行初步搅 拌混合后， 进入 G J 5 0 3 0 0 强力活化搅拌机， 在活化搅拌 机的高速强力搅拌下， 充填物料充分混合 、 活化 ， 经强 力搅拌制备 出的高浓度充填料进入充填料斗， 然后通 过充填站钻孔和井下管路 自流到各采空区。 非胶结充填的尾砂输送线、 供水线与尾砂胶结充 填工艺流程共用。尾 砂、 水按设定 比例进入 互 I D 0 O 2 0 0 0 高浓度搅拌桶进行搅拌混合后， 自流至充填料漏 斗 ， 通过充填钻孔和井下管路 自流到各采空区。 5 高浓度充填使用情况 5 ． 1 非胶结高浓度充填 2 0 0 1 年 9月 ， 武山铜矿在武 山村充 填站建立 了 一 套高浓度非胶结 充填系统 ， 当时 主要 为验证振 动 给料对尾砂输送的可行性 ， 通过测试是成功的， 并进 行 了多次高浓度充填试验 ， 结果见表 1 。 表 1 高浓度 充填试验结果 充填点 充填 倍线 浓度 ％ 使用状况 一 1 0 o mS 1 3 7 1 ． 5 O 良好 一 1 2 O m W5 5 7 2 良好 一 1 3 O r r 5 7 2 良好 从高浓度充填情 况看 ， 使用情况达 到了设计要 求。 5 ． 2 胶结充填料浆室 内强度试验 为解决砼假底用农用车输送改管道输送 问题进 行了胶结料浆室 内强度测试 ， 结果见表 2 。 从表中可 以看出， 灰料比按 1 4比例 ， 强度可超 过 4 M P a ， 完全可满足下 向胶结 体强度要求 ， 同时对 比看出， 浓度的高低对强度有影响， 浓度越高， 强度 相对高一些 。 6 技 术经济指标分析 针对 现用充填采矿法存在 的问题及现用 的人工 铺底 、 江砂充填方案 ， 提出了 4种方案 ， 为便于比较 ， 以进路长 2 5 m、 宽 3 m、 高 3 ． 3 m， 对 以下 4种充填方式 运行 比较。 方案一 。用胶结充填铺设假底 ， 灰砂 比 1 4 ， 浓 度 7 2 ％ ～ 7 4 ％， 假底高度为分层高度 1 ／ 3 ， 上部非胶 结充填浓度 6 8 ％ ～7 2 ％， 采场坑木支护。 方案二 。分 层高度 1 ／ 3且按 1 4胶结充 填铺 底 ， 浓度 7 2 ％ ～ 7 4 ％， 上部 1 8 胶结充填 ， 浓度 6 8 ％ ～ 7 2 ％， 不支护 。 方案 三。人 工铺设 假底 ， 高浓 度充填 ， 坑木 支 维普资讯 4 有 色 金属 矿山部分 第5 4 卷 护。 方案四。人工铺设假底 ， 现用的水砂充填 ， 浓度 3 5 ％ ～4 0 ％。假底铺设经济对 比分析见表 3 。 表 2 抗压强度与试块测试结果 重量 试块体 重 抗压 强度 M P a 灰砂比 浓度 c m 3 7 d龄期试块强度 2 8 d 龄期试块 强度 ％ 湿 干 R l R 2 R 3 平均 Rl R 2 R 3 平 均 l 3 7 2 2． 2 6 9 1 ． 9 5 0 3． 4 8 3． 1 4 3． 6 o 3． 4 0 7 6． 9 O 5． 9 4 5． 94 6． 6 2 0 l 3 7 4 2． 3 0 3 1 ． 9 8l 3． 3 2 3． 7 4 3． 48 3． 5 l 3 7． 2 0 7． 3 0 7． 0 2 7． 1 7 3 l 3 7 6 2． 2 5 0 1 ． 9 1 9 3． 94 3． 94 3． 5 o 3． 7 9 3 6． 9 8 7． 0 8 7． 48 7． 1 8 o l 4 7 2 2． 3 3 6 2． 0 ol 1 ． 94 2． 2 0 2． 5 6 2． 2 3 3 4． 9 o 4． 3 2 3 ． 8 o 4． 3 4 o l 4 7 4 2． 2 8 4 1 ． 9 5 3 2． 5 2 2． 5 8 2． 5 4 2． 54 7 4、 l 6 4． 7 2 4、 4 6 4． 4 4 7 l 4 7 6 2． 3 6 o 2． 0 3 9 2． 94 2． 9 2 2． 6 6 2． 8 4 0 4． 5 2 5． 0 2 4． 8 o 4． 7 8 o l 6 7 2 2． 31 5 1 ． 9 4 0 1 ． 0 8 1． 1 0 1． 0 o 1 ． O 6 0 2． 1 8 2． 1 4 1 ． 8 8 2． 0 6 7 l 6 7 4 2． 3 2 9 l 9 7 8 1 ． 2 2 2． 4 4 1． 3 o 1 ． 6 5 3 2． 8 2 3． 1 0 2． 6 4 2． 8 5 3 l 6 7 6 2． 3l 8 1 ． 9 5 7 1 ． 46 1． 3 o 1． 46 1 ． 4 0 7 3． 2 4 3． 1 8 3． 0 8 3． 1 6 7 l 8 7 2 2 ． 3 0 8 1 ． 94 7 0． 5 6 0． 6 2 0． 6 o 0． 5 9 3 1． 0 o 1 ． 3 6 1 ． 2 8 1 ． 2 1 3 l 8 7 4 2． 3 2 9 1 ． 9 3 7 0． 7 2 0． 7 2 0． 7 2 0． 7 2 0 1 ． 5 8 1 ． 3 2 1 ． 4 2 1 ． 4 4 0 l 8 7 6 2． 3l 3 1 ． 9 3 3 0． 7 4 0． 8 2 0． 8 2 0． 7 9 3 1 ． 6 6 2． 0 4 1 ． 9 o 1 ． 8 6 7 表 3 充填成本 比较 单位 方案一 古辜 一 方案 方案 四 采场假底费 l 单 位假底成本 元／ m 3 1 3 3 ． 2 3 1 3 3 ． 2 3 4 0 0 4 0 0 2 假底 量 m 3 l ／ 3 2 4 7 ． 5 1 ／ 3 X 2 4 7 ． 5 1 ／ 1 0 X 2 4 7 ． 5 1 ／ 1 0 X 2 4 7 ． 5 3 采场 假底费 一 兀 l 0 9 9 l l 0 9 9 l 9 9 0 o 9 9 0 o 采场 上部充填费 l 单位 充填成本 元／ m3 3 1 ． 4 7 8 9 ． 6 7 3 1 ． 4 7 3 1 ． 4 7 2 充填 量 m3 2 ／ 3 X 2 4 7 ． 5 2 ／ 3 X 2 4 7 ． 5 9 ／ 1 0 X 2 4 7 ． 5 9 ／ 1 0X 2 4 7 ． 5 3 采场上 部充填费 一 兀 5 l 9 2 1 4 7 9 5 7 0 0 9 6 9 6 5 采场 排水 费 l 单位 充填用 水 t ／ m 3 0 ． 7 6 0 ． 7 6 0 ． 8 4 3 ． 54 2 充填 体含水 率 ％ l 3 ． 5 l 3 ． 5 3 单位 充填 体含水量 t ／ m 3 0 ． 3 5 3 0 ． 3 5 3 0 ． 3 0 ． 3 4 单位 充填 体排水量 t ／ m 3 0 ． 4 0 7 0 ． 4 0 7 0 ． 54 3 ． 2 4 5 采场排水量 m3 l 0 o l 0 o l 2 O 7 2 1 6 排水单价 元／ m 3 1 ． 0 o 1 ． 0 o 1 ． 0 o 1 ． 0 o 7 采场排水 费 兀 l 2 O 7 2 l 四 采场假底 支护费 l 单位充填 体支护费 一 兀 6 ． 0 o 6 ． 0 o 6 ． 0 o 2 采场假底支 护费 一 兀 l 4 8 5 l 4 8 5 l 4 8 5 合 计 一 兀 1 7 7 6 8 2 5 8 8 6 1 8 5 1 4 l 9 O 7 l 从表 3可以看出 ， 方案一充填成本最低 ， 方案二 费用最高 ； 但效率 ， 方案三是方案 四的 2 ～3倍。 7结 论 1 高浓度充填对于改善采场充填工艺状况 ， 提 高充填效率 ， 降低成本是可行的。 2 用管道输送灰砂 比 1 4胶结充填体代替人 工砼假底在强度上能满足现场需要 ， 为解决农 用车 输送砼探索 了一条合理的途径 。 3 用 1 ／ 3 分层高度胶结充填代替 1 ／ 1 0分层高 度人工砼假底 ， 上部 高浓度充 填 ， 随着 开采深度 增 大 ， 充填成本降低更明显 ， 此充填工艺是北矿带深部 开采较合理的途径。 4 管道输送胶结体作假底 比农用 车输送 人工 搅拌砼假底时间更短 ， 更能确保假底质量 。 5 在实际运用 中要控制胶结体平整及 分次充 填合理高度问题。 参 考 文 献 l 北京矿冶研究 院 ． 下向分层进路式水砂充填采矿方法试验报告 2 长沙矿山研究院 ． 北矿带充填工艺研究与充填站改造方案设计 口 维普资讯