小铁山矿采矿方法评述.pdf

第 】 7 卷第 1期 小铁山矿采方法评述 小铁 山矿采矿方法评述 孙 茂 兴 白银有色金属集团公司小铣 山矿 白银7 3 0 9 0 0 摘要 本 文详 细地 介招 了小铁 山矿从 试生产到投产以噩技 术致迪 以来采矿 方击的演 变过程 ．并 进行 了简单评价 。针对 开采 实践 中暴露 出的一 些技术 问题 ，指 明 了采矿 方法的探 索方向 关键词 采矿方 击 开采 实践 小铁 山矿床 1 矿 床 地质 状 况 1 ． 1 矿床地质简况 小铁山矿床 由下而上出露的岩层为 石 英 角斑 凝 灰 熔 岩 MT r 、石 英 钠 长斑 岩 MT r 。 、石英 角斑凝 灰 岩 Mr c s 、绿泥石 片 岩 埘 、 凝灰质千枚岩 肘 。在石英角斑 凝灰岩层 内或与上下盘岩石的接触部位，时 有石英角斑岩 MT r 出露以及后期 的花岗岩 脉穿插 。 矿体产于石英角斑凝灰岩层内，含矿带 中有两个主要矿层 ，分成 3条主矿体和 9条 小矿体。 矿带长 1 1 0 0余米 ， 埋深 1 0 5 5 0米， 平 均厚度 5 ～5 ． 5 米 。 矿体产状基本与围岩片理一致 ，总的走 向为 Ⅳ4 O ～6 0 ’W，倾向 S W，倾角 6 O ～8 O 浅部较缓 ，深部较陡 。矿体形状主要 为似 层状、透镜状。矿石按其构造不同可分为两 大类 ，即块状构造和浸染状构造 。主要金属 矿物为黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿等 。 矿石中主要的有益组分为 C u 、P b 、Z n 、 S，伴 生元素 有 A u 、A g 、C d 、G a 、I n 、Ge 、 ，有害元素有 P、S b 、A s 。全矿各主要元 素 的平均 品位 为 ％ C u 1 ． 0 5 、P b 3 ． 1 0 、 Z n 5 0 5 、 S 1 9 ． 5 9 。 伴生元素 中特别是 Au 、 A g 的含量丰富具有单独开采的价值 ，平均品 位 Au 1 ． 8 g ／ t 、A g 9 4 ． 7 g ／ t 。 1 ． 2矿床开采技术条件 块状矿石质细坚硬 ， 抗压强度大， ， 一l 2 ～ 1 5 ，裂隙不发育，较为稳定。浸染状矿石 因片理发育 ，岩性较软 抗压强度小，_， 一6 ～ 8 ，稳 定性较 差 。 矿体底板为石英角斑凝灰岩，强烈绢云 母化 ，硅化中等，片理发育 ，岩石抗压强度 小 ， 岩性较软，_， 一4 ～6 ，稳定性较差 ；但局 部 因为高硅化 ，故比较稳定。顶板一般为硅 质千枚岩、绿泥石岩、凝灰质千枚岩、石英 角斑 岩等，其绢云母化中等 ．硅化、绿泥石 化强烈 ， 片理不发育， 岩石抗压强度大 ，一 8 ～1 O ， 故较稳定 。 但矿体顶板局部为绿泥石 片岩 ， 一般厚 2 m左右 ， 紧贴矿体受重迭蚀变 影响呈书卷状 ，十分破碎。 浸染状矿体与石英角斑凝灰岩界限不明 显 一要依靠化验资料圈定。块状矿体与顶板 围岩直接接触，界 限明显但矿体在接触线 上有呈锯齿状的波浪起伏现象。 矿体形 态复杂 ， 沿走 向与倾向均有分枝 、 复合、膨缩 、尖灭、再现等现象。浸染状矿 石及石英角斑凝灰岩均有遇水泥化的特征。 可见 ，小铁山矿矿床开采技术条件是比 较差的，属于复杂难采矿体。 收 0 g 稿 t 日 J 期 Y t , 2 孙 OO 茂 l - O 8 1 9 6 2 ．男 ，大学，采矿高级工程师 ，l 9 8 7年 7月毕业 于中南大学采矿专业 维普资讯 2 甘肃有色金属 第 1 7 卷第 1 期 2 开采 方 法评 述 2 ， l 开 采初 期 的采矿 方 法 小 铁 山矿 最早 在 1 9 5 8年 由北京 有 色 设 计研究总院进行设计 ，并实施 了部分工程， 1 9 6 0年 因调整 而缓 建 1 9 6 5年． 为 了加 快矿 山建设 ，根 据原 冶金 工业 部 的指示 ，兰州有 色冶金设计研究院对小铁 山矿在边勘探、边 施工、边设计的 “ 三边”条件下进行 了重新 设计．并编制了初步设计说明书。采选工程 于 1 9 7 5 ～ 1 9 7 6年全部竣工 ，并分批交工验 收， 1 9 7 7年始投入试生产 由于各种原因， 施 工建成后的企业状况与设计有一定出入。根 据上级部门及生产单位的要求 ，兰州有色冶 金设计 研究 院于 1 9 7 9 重 新 编制 了 小铁 山铅 锌矿采选厂设计修改说明书 。小铁 山矿于 1 9 8 0年 4月正式投产 本次修改设计推荐使 用的采矿方法 为分层崩 落法和分段崩落法， 各 占 5 O ％ 。原则 上是块状矿石用分层崩落 法．浸染状矿石用分段崩落法 厚度大于 8 m 的块矿用长工作面的分层 崩落法，厚度小于 8 m 的块矿用进路分层崩 落法 采场构成要素长工作面分层崩落法 的采区长 2 5 ，进路分层崩落法的采区长度 为 5 0 m，分层 高度均 为 2 ． 5 m，中段高度为 6 0 r n 厚度大于 1 0 m 的浸染矿采用分段崩落 法．垂直走向布置采区，采区长 5 0 m，宽度 为矿体厚度，分段高 1 0 m，中段高 6 0 m。厚 度小于 1 0 m 的浸染矿体采用低分段崩落法 ， 沿走 向布置采区，采区长 5 D r n，宽度为矿体 厚度，分段高 7 m，中段高 6 0 m 由于设计院推荐的采矿方法多，造成管 理上的不方便 ， 且分层崩落法存在效率低、 劳 动强度大、成本高 、安全性差的缺点 经过 试生产，矿山投产后，正式使用的采矿方法 只有无底柱分段崩落法。无底柱分段崩落法 采场构成要素为 矿体厚度大于 1 0 t n时进路 垂直走向布置 ， 矿体厚度小于 1 O 时进路沿 走向布置。 采区长为 5 0 m， 厚度为矿体厚度 分段 高 1 0 m，中段高 6 0 。 采用 Y G 8 0型凿岩机配 圆盘柱架在进 路 中接杆钻凿扇形中深孔 ． 孔径为 5 5 m。 炮 孔排距为 1 ． 5 m．崩矿步距为 1 ， 5 m。采用铵 松 腊 炸药 ，F z y 一 1 0 0型装药 器装 药 ，火 雷 管 一 导爆管 导爆索起爆 采场出矿 8 0年代前期 用 z y Q 1 2 G型风动装运机 ，中后期用 C T 1 5 0 0型柴 油铲 运机 。 2 采矿方法技术改造 由于小铁山矿投产后 ，采用的是单一的 无底柱分段崩落法 ，存 在以下缺点 1 损 失贫化率大 ， 造成资源的严重浪费 损失率、 贫化率一般在 2 j ％、4 O ％左右 ，损失率最高 达 4 O ％ ， 贫化率最高 5 0 ％， 每年损失的铜铅 锌金属量高达 5 0 0 0 t 。 2 安全状况差。由于 小铁山矿岩石条件差 ，无底柱分段崩落法深 孔爆 破对矿岩产生的破坏性加大，因此地压 活动加剧 ，进路片帮 、冒顶．不断造成人身 设备事故 ，同时也加大了井巷维 护工作量 。 3 高投入低产出， 必然造成经济效益差 ， 实 际上 矿 山投 产后 连年处 于 亏损 状态 为了更好地开发利用小铁山矿宝贵的矿 产资源，扭转矿山经济效益差的局面 ，在白 银 公 司 、小 铁 山矿 组织 工 程技 术人 员反 复 调 查研究，科研、设计部 门对小铁山矿技术改 造可行性研究的基础上 ，国家经委、计委于 1 9 8 4年 8月批 准 了小 铁 山矿 以改 变 采 矿 方 法为主体的技术改造项 目，确定以尾砂胶结 充填法代替无底柱分段崩落法 。 小铁 山矿在尾砂胶结充填法 的试验 中． 同时进行了巷道式、分段分条、高分段、菱 形梯段等多种尾砂胶结充填法的试验 2 ． 2 ． 1 巷遒式尾砂胶结充填法 试验 区域 为四中段 9 0 0以东和五 中段 7 0 0 ～9 0 0的主矿体内 采场长度为 1 0 0 m． 宽 度为矿体厚度，分段高度 为 1 2 m，每个分段 分为下、中、上三个分层进行回采 ．分层高 度为 4 m 采矿进路沿矿体走 向布置 ， 断面为 4 4 m 。巷道式尾砂胶结充填法标准图见图 维普资讯 第 】 7 卷第 1 期 小铁山矿采方法评述 3 1 。 凿岩用法 国水星一 l 4 凿岩台车或 y r， 一 2 8气 腿子凿岩机进行 。装药靠 人工 ． 炸药为 2 岩 石炸药卷．用毫秒微差导爆管分段起爆。矿 石用铲运机铲装后 ，经采矿进路 、穿脉直接 卸人溜矿井 。每条进路回采结束后 ，做好底 板平整、假底铺设 仅在第一分层中进行 、 管路安装、挡墙制作等一切准备工作，便可 进行充填作业 。水 泥砂浆 浓度 一般为 6 5 ～ 1 ． 脉外运输平巷 2 ．穿脉 3 ． 采场转达运溜矿井 4 采 矿进路 5 中段溜矿井 6 采矿 围 l 巷谨 式尾砂胶充璃法标准国 2 ． 2 ． 2 分段分条尾砂胶结充填法 试验 区域 为 l 7 0 4 ～ 1 7 2 4水平 6 2 5 ～7 0 0 之间。 采场长 2 5 m， 分段高度为 8 m、 6 m、 S m 三种 ，分条宽度采用 2 ． 5 m、3 m、3 ． 5 m、4 m 四种规格。分段分条尾砂胶结充填法标准图 如图 2 。凿岩用 Y G 一 8 0型中深孔凿岩机在采 矿进路中钻凿上向扇形炮孔 ，排距为 1 ． 2 ～ 1 ． 4 m． 2 ～3排炮孔同时爆破 ， 各排炮之间用 微差导爆管分段起爆 。 采矿分条 内崩落的矿石用 z y Q 1 2型风 动装运机卸人采场转运溜井 ，再由铲运机铲 装后卸入溜矿井。 2 ． 2 ． 3 高分段尾砂胶结充填法 试验 区域 在 四 中段 9 0 0西 及五 中段 9 0 0 西的窄小矿体内。此种方法是在分段分条尾 砂胶结充填法的基础上演变而成的。采场长 度 为 5 0 m，分 段高度 为 1 O m，分 条宽度 也即 替 圈 I 卜 I I 2 回风井 凿岩改用 Y 6 一 9 0型凿 岩机 打垂直 或平 行 中深孔 矿石 由铲运机铲装后直接卸人溜 矿井 。 2 ． 2 ． 4 菱形梯段尾砂胶结充填法 问题的提出源于高分段尾砂胶结充填法 落矿后 的空区由于地压的作用为一近似椭球 体 ，宗旨是利用落矿后 空区近似椭球体的菱 形 来适 应 地 压的一 种采 矿方法 。 试 验 区 域 在 五 中 段 1 6 Z O ～ 1 6 4 4水 平 6 5 O ～7 0 0之间。 采场结构参数为 长度 5 0 m， 分段高度为 1 2 m，菱形高度为 2 4 m，菱形宽 度由矿体厚度而定 ，最大为 1 2 。为 了避免 直接进入空区出矿 ．采用了平底堑淘式底部 出矿结构 。菱形梯段尾砂胶结充填法标准图 如 图 3。 以上各种方法试验的结果是分段分条 胶结充填法 ，因为采准工作量大，采场能力 低而没有推广。高分段及菱形梯段尾砂胶结 充填法 ， 由于空区两侧帮的支护工作难度大 ， 作业人员的安全受到严重威胁 ，逐渐都被淘 汰 。最 后 只有巷 道式 尾砂 胶结充 填法 被 推 广 应用 。但是 经过矿 山多年 的实 践 ，这 种 采矿 方法已有所改进 。 原来进口的 l 2台套采掘设 备．由于操作、维护的技术问题 ，备件的供 应及国产化问题等 ． 都没有发挥应有作用 ， 只 条 一 一 一 耋 维普资讯 4 甘肃有色金属 第 1 7卷第 1 期 有铲运机的使用比较正常。巷道的规格因为 西部矿岩条件较差 ，采准 、采矿巷道一律改 为 3 3 m。 ， 每个分段分为下中上上四个分层 进行 回采 ， 分层高度为 3 。 充填挡墙也 由原 设计的木挡墙改为炉渣混凝土空心砖挡墙 1 凿岩巷道 2 出矿 巷 道 3 ． 脉外 出矿平巷 4 落矿撵孔 图 3 菱形梯 段胶结充填法标 准图 3 采矿方法探 索 3 ． 1 底柱 回 采 问题 巷道式尾砂胶结充填法的第一个回采分 层位于距中段水平 1 2 m上方， 这部分矿体在 每个中段的最底部 ，只能在上部矿体回采结 束后 ，才另行考虑如何 回采 ，故称为中段底 柱 ，但和具有底部结构的采矿方法的底柱是 有区别的 技术改造时设计 院推荐的回采方 法是待下中段逐层采完后 ，将上中段水平的 主巷道包括穿脉 的铁道拆除，巷道刷大至 4 4 m ，按标准的巷 道式尾砂胶结充填法 回 采 上 中段底 柱的 。 从实际回采过程看 ，这种方法是行不通 的。 1 时问上 ，目前小铁山矿采用的是双 中段同时作业 ，待从下部 中段进入上中段底 柱采矿时， 上中段的采矿作业并没有结束 ， 不 可能将 上中段水平 的铁道拆除、巷道刷大 。 2 技术上 ，中段水平布置着主要开拓巷道 ， 当时在施工中为了保证其工程质量，几乎使 用 了所有的喷锚网支护技术，一旦刷大将破 坏这些支护结构， 引起岩石应力的重新分布 ， 出现 新的塌 方 、 冒顶 。 3 生产 组 织上 ，巷 道刷大后 ．将增加一倍多的毛石 量，不但增 大工作量 ，而且增加生产组织难度 ．加大了 成本 投入 。 小铁山矿在总结实践经验的基础上．借 鉴国内外采矿新技术 ， 提出了强化转层理论。 即在不破坏上中段水平主巷遭的基础上 ，利 用下中段分段联络道 ，穿脉转层和沿脉转层 相结合 ， 来回采上中段底柱 利用这种理论． 有效地回采了部分底柱，但也存 在局部矿石 损失率增大和再继续转层满足不 了铲运机爬 坡 能力 的 问题 。 目前 ．小铁 山矿 正 在和东 北 大学合作，采用斜坡道多分层采准系统 ，以 期 完全 回收底柱矿 体并解 决盲矿体 回采 问 题 。 3 ． 2 七 中段西部高品位薄矿体的开采 小 铁 山矿七 中段 西部 1 3 0 0以西 处在 主矿体 的尖灭部分， 矿体厚度小 0 ． 3 ～2 m ． 但品位高 铜铅锌综合品位在 2 0 ％以上 ． 伴 生 A u 、Ag的 品位也很 高 Au 5 g ／ t以上 ， A g 2 O O g ／ t 以上 ，如果用巷道式尾砂胶结充 填法回采，采准工作量太大 ．显然是不台适 的。针对这部分的特点，小铁 山矿正在探索 合 适 的采矿 方法 ，以达到安 全 、高 效 回采之 目的。 4 结 语 总之，小铁山矿是一座矿石价值高、储 量丰富的多金属矿床。为尽量多地 回收国家 资源 ，矿山工作者一直在探索适合于小铁山 矿岩石条件 的最佳采矿方法。虽然采矿方法 已定型为巷道式尾砂胶结充填法 ，但许多技 术问题在开采过程中还在不断地暴露 出来 ， 需要广大科技工作者不断地去研究。 维普资讯