上向分层充填采矿法

上向分层充填采矿法（精选4篇）

上向分层充填采矿法 第1篇

关键词：上向水平分层充填法,胶结充填,回采率

1 矿山概况

贡北矿区位于西倾山东段南缘, 在地理位置上属于秦岭山脉西段, 矿区大部分为第四系残破积覆盖, 基岩出露零星, 区内地层有二叠系、三叠系、侏罗系和白垩系。主要构造为一向南或向西倾斜的单斜构造, 矿区中南部主要分布一条近东西向断裂, 在3630m中段以上, 倾向为近北倾, 本中段以下倾向变为近南倾。断裂破碎带宽20~50m, 沿断层破碎带有大量次生方解石脉、断层泥充填。矿体受该破碎带控制, 呈膨大、缩小、分枝、复合现象, 赋矿岩性为中粗砂、中细砾岩, 矿岩界线不明显。顶底板及矿体节理裂隙发育, 弱面交错, 稳固性差, 空区跨度达到一定值后不能自稳。矿区长期以来采用房柱法或浅孔留矿法, 当回采高度达到8~12m, 由于顶板塌陷, 造成顶板至上中段之间的矿体无法回收, 矿石损失严重, 且安全性差, 采切比大。在3602m中段以上已形成空区群, 地压明显, 巷道维护困难。为提高资源利用率和有效管理地压, 经过采矿方法模糊选择[1], 确定采用上向水平分层充填采矿法, 局部特别破碎的地方采用上向进路充填采矿法, 以期取得较好的经济效果。

2 试验采场的选择[2]

根据矿山开采现状和矿体赋存条件, 充分利用已完成的开拓系统, 选择3602m中段Au3号矿体作为试验采场。

Au3号矿体分布在154~168线间, 走向长91m, 矿体平均厚度7.5m, 倾角30°~45°, 矿体顶底板均为中-细砾岩, 稳固性差。

该采矿法利用现有穿脉CM164S、CM166S巷道, 在矿体下盘掘进斜坡道经分段运输平巷、分层联络道与回采工作面沟通。阶段划分为3个分段, 每个分段划分为3个分层, 进行浅孔凿岩, 水平炮孔落矿, 回采完一个分层即进行充填。

3 上向水平分层充填采矿法采矿工艺[3]

3.1 采场布置和结构参数

自穿脉CM164S向矿体两侧布置矿块, 矿块沿矿体走向布置, 宽度为矿体水平厚度, 矿块分为矿房和矿柱, 矿房长20m, 矿柱长10m。矿块第一分层构筑3m厚的人工假底, 人工假底铺设钢筋网并用 (1∶4) 的胶结充填料, 以利于下阶段回采时安全回收底柱。阶段总高度为30m, 分段高度9m, 分层高度3m。回采时最大控顶高度5m, 最小控顶高度2m。试验采场采准布置如图1所示。

3.2 采准工程布置

斜坡道布置在矿体下盘, 采用折返式布置, 转弯半径8.0m, 坡度20%。分段运输平巷由斜坡道开口沿矿体走向布置, 距矿体下盘约20m, 每个分段运输平巷负责3个分层的回采。在分段运输平巷中掘进分层联络道与采场相通, 下向分层联络道坡度为-12%, 上向分层联络到坡度为15%。随回采工作的进行, 上向分层联络道和中间分层联络道分别由中间分层联络道和下向分层联络道上挑完成。在靠近上盘的矿体中沿矿体倾向布置回风充填井, 联通上下阶段运输巷道, 用于回风和下放料浆。本采场布置一个放矿溜井, 断面尺寸为φ2.0m, 放矿溜井通过卸矿横巷与分段运输平巷连通, 上下分段放矿溜井与卸矿横巷用分支溜井连接。 (以上巷道规格都是3.0m×3.0m)

3.3 切割工程布置

切割工作主要是拉底, 以穿脉为自由面和补偿空间, 以矿体全厚向采场两边边界一次拉开形成拉底空间。采切巷道总长度为577.6m, 工程量4595.0m3, 千吨采切比 (自然米) 为23.17m/kt (不均系数为1.2) 。矿块采切工程量见表1。

3.4 回采

1) 回采顺序[4]。采用首采区段的中央向两翼间隔采场回采的方式, 以更好地控制地压如图2所示。

根据免压拱理论, 2个间隔采场同时回采时, 应使中央采场超前两翼采场1个分层, 即3.0m如图3所示, 兼顾无轨设备在相邻采场间方便移动。

2) 落矿。采用两台YSP-4S型气腿式凿岩机同时作业, 挑采2m后工人站在矿堆上打水平孔压顶回采到分层高度。根据炮孔布置及分层采场参数, 矿房一个分层采场可布置122 (间柱120) 个挑采炮孔, 90个 (间柱72) 压采炮孔, 合计孔深419m (间柱380m) , 根据本矿山经验, YSP-45型凿岩台效为45m/台班, 2台凿岩机同时作业的纯凿岩时间为5个班。

3) 通风。新鲜风流经阶段运输巷道、斜坡道、分段平巷及分层联络道进入采场, 冲洗工作面后, 污风经充填回风天井, 排入上阶段回风平巷, 在回风充填井顶部设置辅扇以加强通风。

4) 出矿。挑采落矿时不出矿, 压采崩矿并通风排烟, 顶板安全检查后, 用JCCY-1.5铲运机装铲矿石, 经分层联络道, 分段运输平巷, 运至溜矿井卸矿, 由本中段运输巷道经斜井提升至地表。回采主要技术经济指标见表2。

5) 采场顶板管理。压采崩矿后, 检查并处理顶板浮石。二步回采的采场由于充填质量、充填接顶、充填渗水等影响, 顶板管理比较困难, 用锚网支护, 锚杆网度1.5m×1.5m。

3.5 充填

充填采用高浓度管道自流输送工艺, 管道内径100mm, 充填倍线5~7, 质量浓度72%。

一步矿柱充填采用1∶6碎石胶结充填, 二步矿房采用废石非胶结充填, 用灰砂比1∶4的胶结料浆进行浇面, 胶结面厚度20~30cm。第一分层都用高配比胶结体构筑人工假底, 人工假底厚度3.0m。

1) 充填前准备工作。主要包括采场设备的吊搬, 充填管路的架设, 顺路泄水井的混凝土浇注, 密闭墙的构筑及检查通讯系统与充填线路;

2) 采场充填。采场充填根据泄水井的位置, 自充填孔后退式充填采场。采场充填泄水采用塔式溢流与周边岩石裂隙渗透排水相结合的方法。

泄水井道口应高于充填料填放面50~100cm, 防止从泄水井口溢流和跑砂。充填后用铲运机将料浆扒平, 用厚度为20~30cm, 灰砂比为1∶4的胶结料浆充填铺面, 通过分区、分次加压输送充填料及添加生石灰等措施提高接顶率[5]。

4 结语

1) 采用上向水平分层充填法后, 以往掘进运出地表的废石大部分充入井下, 减轻了废石场对环境的破坏;

2) 本采矿方法机械化程度高, 可有效管理地压, 保证了井下回采工作的安全性, 回收率提高到97.96%, 贫化率降低到3.53%, 提高了资源利用率, 延长了矿山服务年限;

3) 在充填过程中, 充填计量、检查还不能有效控制, 水泥消耗量较大, 导致充填成本高, 在以后的生产实践过程中, 应改进和探索充填新工艺和新材料, 改善充填质量, 降低充填成本, 此采矿方法将会得到更广泛的应用。

参考文献

[1]王新民, 李佳洋, 李杰, 等.贡北金矿采矿方法模糊选择[J].化工矿物与加工, 2013, 39 (12) :116-118.

[2]戴宏辉, 刘金明, 董泽振.铜绿山铜铁矿分段充填采矿法的试验研究[J].采矿技术, 2007, 7 (2) :1-2.

[3]李佳洋.贡北金矿破碎顶板下缓倾斜薄至中厚矿体安全开采技术研究[D].中南大学, 2011.

[4]房维科, 李文军, 石强, 等.上向水平分层胶结充填法在贡北金矿的探索应用[J].中国矿业, 2012, 21 (6) ;88-91.

上向分层充填采矿法 第2篇

1 在缓倾斜中后矿体中采矿技术的发展及其存在的问题

1.1 我国缓倾斜中厚矿体的采矿技术发展概述

近年来, 采矿业只要是涉及缓倾斜中厚矿体的开采都是一个很大的难题, 其所涉及到的采矿理论及技术措施至今也没有形成完善的体系, 这将导致很多采矿公司在遇到此类矿体后都不能拿出合理有效的方法去进行采矿作业, 致使公司的业务损失。现如今, 在技术在发展过程中, 无轨采掘设备的问世在缓倾斜中厚矿体的开采过程中发挥出了至关重要的作用, 丰富了缓倾斜中厚矿体开采的相关理论及技术, 此外, 国外的很多采矿企业也开始大批量的使用此类设备, 并且取得了很好的效果。这种新技术的特点是: (1) 扩大了房柱法的应用范围, 采用下向阶梯式房柱采矿法, 沿走向缓慢推进开采的对角式斜巷房柱法以及斜交走向推进的房柱采矿法; (2) 推广了分段空场采矿法, 其中底盘漏斗分段空场法发展的速度最快此外, 以上两者的组合形成的适合于倾斜中厚矿体开采的分段空场采矿方法也很快崛起。

1.2 我国缓倾斜中厚矿体存在的问题

在缓倾斜中厚矿体开采过程中, 经常会遇到一些开采技术方面的难题, 直接影响开采的进度及安全性, 如矿体倾斜度偏小等问题, 这就要求必须使用专业的设备将矿体上崩落的石块迅速的移出矿区, 问题是在进行这方面作业时, 没有理想的办法进行安全防护, 对于作业的员工来说存在较大的安全隐患。如果在开采过程中, 从矿区底部开始作业, 一旦底部的作业面积过大, 将可能导致矿体直接出现漏斗现象, 这都将最终导致采切的面积不断增大, 自然采矿成本也随之增高。因此, 现在多数的此类矿区在开采过程中, 都会采用房柱方式进行挖掘和开采, 当矿体自身拥有较好的底部结构时, 分段空场的方式则是一个不错的选择, 这类作业方式能够有效的达到采矿的目的。但在某些特殊的矿区进行开采时, 也会使用到分段崩落法, 留矿全面法等不同的方法进行开采。例如在开采施工作业中施工人员的人身生命安全是缓倾斜中厚矿体采矿时需要考虑的首要问题。此外, 在使用房柱法采矿时, 矿石的搬运问题也是考虑的重要问题。针对以上问题, 有些发达国家会采用自动化设备来解决, 但是我国机械自动化水平相对比较低, 还不能实现无轨大型自化设备的使用, 这对于我国采矿业来说是一个较大的空缺。

2 上向水平分层充填采矿法在缓倾斜中厚矿体机械化中的应用

2.1 采矿场地的结构数据整理

矿区为了安全正常的生产作业, 首先要结合矿体开采的现状, 选择合适的采矿方法 (上向水平分层充填采矿法) , 并收集整理场地参数, 计算出相应的中段高度、间柱宽、点柱初始尺寸、巷道规格及溜井规格等详细数据, 为采矿打下坚实的基础。

2.2 回采工艺

(1) 先按照从矿体底部自下而上的分层高度进行各分层的回采作业; (2) 由联络通道向矿体上盘掘穿越凿岩巷道, 把采矿场分为两个部分, 从凿岩巷道向采矿场两边同时进行回采作业, 待回采作业结束后, 将联络道挑高出一个分层高度, 以浇筑混凝土支护, 再用非胶结充填采空区域, 用高标号胶结进行浇面。待第一分层回采结束之后, 其它分层再从挑高的联络通道开始分别进行回采。

2.3 采矿场的充填

(1) 采场充填的前期准备工作

出矿完成之后, 先将铲运机等机械设备运到维修硐室, 之后架设溜矿井, 注意溜矿井的井口需稍高于充填之后的分层平面高度, 其次进行转层工作, 将分层采场联络通道挑高出一个分层高度, 接着浇筑混凝土支护, 同时, 向上一个分层高度掘上一个分层的回风联络通道, 以便充填管线进入采矿场, 此外为了防止充填料在充填时溢出, 掘进的上分层回风联络通道的底板应该高于充填分层上水平面, 这样也便于上分层充填时的封堵, 最后是架设充填管道。

(2) 采矿场的充填

为了将充填料对充填挡墙的压力减小到最小, 要适当控制充填料的沉缩量, 充填可分为分层充填与接顶充填两个流程: (1) 分层充填, 分层采完之后, 应立即充填, 分层充填使用非胶结充填, 之后用高强度的胶结充填料浇面即可。 (2) 接顶充填, 采矿场最后一个分层的充填, 要求要尽量充填满, 进行接顶充填, 以保证采场作业的安全性。在充填时, 可以分两次充填, 即在第一次充填接顶以后, 停留24h之后, 再次充填第二次以达到充分接顶的充填目的。

2.4 关于上向分层充填采矿方法的评价指标

(1) 比较采用上向分层充填采矿方法与原浅孔留矿法两种方法所得出的采矿损失率和贫化率, 进而计算出矿石与废石的比重, 最终根据运输, 提升等工序得出采矿成本和利润。 (2) 根据相关数据计算出充填工序所增加的成本。 (3) 比较上向分层充填采矿方法和原方法对尾砂的处理及对环境的影响。 (4) 两种方法对矿压控制的效果及矿山的安全生产条件。 (5) 对原有巷道的合理充填及其充填顺序, 以实现企业的效益最大化。

3 上向水平分层充填采矿法在缓倾斜中厚矿体机械化采矿的理论与技术探索

在实际的采矿作业中, 还是要根据矿区实际情况选择合适的机械设备及其采矿工艺进行作业, 通过方案设计, 分析及实验等手段.得出了该方法的主要事项: (1) 使用合适的无轨机械设备, 如凿岩台车和铲运机等, 以实现上向水平分层充填采矿法的最优效果。 (2) 采矿场垂直矿体的走向布置, 采矿场长度为矿体的水平厚度。 (3) 为了便于维护使用, 尽量提高资源回收率, 缩短运距, 充分发挥无轨机械设备的优势。 (4) 分层回采的高度要参考凿岩设备的工作能力及其凿岩的爆破参数确定。 (5) 采矿场崩落矿石的运输及卸矿。 (6) 根据理论与实验, 选择合适的充填骨料, 尽可能保证充填质量, 实现成本最小化。

上向水平分层充填采矿法的工艺安全、规范且灵活, 比较适合于探采结合、规模较小、产区地状复杂、矿岩不稳固等多种矿体的开采, 与浅孔留矿法相比, 这种方法不仅合理的开发利用矿产资源, 而且对周边环境影响小, 保护了环境, 满足了矿区的生产需要, 经过多年的应用实践结果表明, 上向水平分层充填采矿法基本上满足了安全, 高效, 经济的回采矿产资源的要求。此外, 上向水平分层充填采矿法的应用实践还为条件复杂、矿石围岩破碎, 围岩稳定性差, 裂隙发育, 稳固程度较差的难采矿体的开采及实践积累了丰富的技术经验。

4 结语

简言之, 上向水平分层充填法在缓倾斜中厚矿体机械化采矿中的实践与应用, 是针对那些矿体倾角度较小、水平厚度较大、直接顶板稳固性较差或有自燃的倾向, 深部岩体应力较大, 矿石品种较多等需要考虑分采流程等实际开采的采矿难题而提出的, 当然上向水平分层充填法也有不完善的地方, 例如前期资金投入大, 临时性强等也同样制约着采矿业的发展。因此, 还需要前线的作业人员通过现场测试, 室内实验, 理论分析, 数值推测等手段对上向水平分层充填法进行不断的完善和创新。此外还要针对缓倾斜厚矿体所涉及的机械化开采进行深入的研究探讨, 并引入机械设备, 以此最大限度的提高我国矿业的开采技术水平。要明白, 只有在不断的开采中, 总结大量的经验教训, 对其所存在的问题进行补充和完善, 才能使得我国的采矿业得到快速的发展。

参考文献

[1]杨春.缓倾斜中厚矿体机械化采矿技术研究[J].云南冶金, 2008 (02) .

[2]赵彬, 王新民, 张钦礼.缓倾斜中厚难采矿体开采技术探讨[J].化工矿物与加工, 2008 (2) .

[3]王方汉, 曹为勤, 张文如.尤间柱阶梯式连续同采分层充填采矿法试验研究[J].采矿技术, 2008 (4) .

上向分层充填采矿法 第3篇

云南锡业的控股公司老厂矿田3-1-1#矿体是云锡矿山企业的一个主力生产矿体。矿体赋存于花岗岩接触带上,走向长60m;倾向长50m;倾角在10°～20°之间;平均厚10m。矿石类型主要为硫化矿,f值10～12;硫化矿总储量20万t;锡品位0.95%;金属量2 000t;伴生铜矿量20万t,铜品位0.51%,铜金属量1 000t。顶板为大理岩,f值6～8。底板为矽卡岩、花岗岩。硫化矿为中等稳固至稳固。矿体周围及内部无大的节理裂隙。该矿体内的涌水多来源于地表季节性渗透水,矿内及周边无大的积水现象。

2 原采矿方案及改进原因

(1)原采矿方案。3-1-1#矿体设计采用上向式胶结充填采矿法回采,如图1所示。用浅眼落矿,矿房(柱)宽4m;采幅高4m;斜长40～50m。在矿房(柱)中布置2m×2m上山进路,然后自上而下扩大成4m×4m的规格。充填由矿体上部自上而下进行充填。充填倍线4.15。回采分两步进行:先采矿房,待相邻两矿房回采完后用胶结充填,再回采矿柱,采空后的矿柱用水砂充填。

(2)原采矿方案的优缺点。优点:①贫化、损失低;②有利于通风和防止内因火灾的发生。缺点:①充填工艺复杂;②充填用水量及井下脱水、排水、排泥的工作量大;③巷道污染严重,清理比较困难;④采矿成本高。

(3)改进的理由。在回采过程中,由于开采技术条件的变化,品位由原来的锡平均品位0.95%下降至0.60%;铜平均品位0.51%下降至0.27%;矿体的平均厚度只有3m,且底板为花岗岩和局部充填体,顶板为中等稳固的大理岩。因此,必须改进方案才能有效地控制成本,实现安全、高效、低投入、多产出的目标。

(4)采矿方法的确定。依照安全、合理、经济、高效和低贫、损的原则,结合现场实际和矿体的赋存条件,利用原有的出矿系统和通风、排水、运输系统,选用房柱法回采。

3 房柱法参数及实践

3.1 矿块构成要素

将矿块划分成矿房、矿柱。矿房沿矿体的倾向布置,采场长40～50m;矿房宽6m;采高3～3.5m;矿柱直径3 m,矿柱间距6m,间柱2m。

3.2 矿柱尺寸确定

依照公式验算,假设矿柱处于简单的单向均等受力状态,即每个矿柱支撑一个正方形(矩形)覆盖岩柱,则矿柱的稳定条件为:

由得:

式中:σ——矿柱应力,t/m2;

Sp——矿柱(矿石)抗压强度,取12000t/m2;

n——矿柱的安全系数,取2;

[σc]——矿柱的许用应力,t/m2;

Am——一个矿柱支撑的覆岩面积,m2;

AP——一个矿柱的横断面面积,m2;

r—覆岩容重,取2.67t/m3;

H—开采深度,取291m;

D—个矿柱的直径,m。

上式计算的矿柱尺寸,根据《有色金属矿山技术规程》的规定要求为3～5m,考虑到满足《规程》要求和便宜回采,确定矿柱的尺寸为3m×3m,矿柱与矿柱间距为6m,如图2所示。

3.3 采场布置形式

利用一分段做人行道,沿矿体垂直于倾向布置切割平巷(主耙道);沿倾向布置矿房、矿柱。用充填滤水井兼做材料、溜矿系统。新风由下部运输平巷进入采场,清洗工作面后,污风由上部回风平巷(充填)进入回风系统排出地表。

3.4 两步回采方案

两步回采方案即进路回采和刷帮挑顶方式后退式回采。

(1)进路回采。先切割,矿房进路自下而上进行施工,规格2m×2m。用YT-28型凿岩机进行浅眼落矿,当施工到设计位置时,开始自上而下向外后退刷边帮和挑顶。

(2)刷帮挑顶。当矿房进路回采完后,刷帮挑顶施工工作自上而下进行。刷帮4m,挑顶1～1.5m。并保持崩矿步距3～5m一段。当退采到矿柱设计位置时,用浅眼切割矿柱,使其尺寸符合设计要求。当第一阶段回采结束后,才能进行第二阶段的回采。但必须注意靠近顶板炮孔的布置深度,力求做到既不使矿石损失、贫化,又不破坏顶板的完整性,从而有利于顶板的管理。使开挖的空间控制在6m×3.5m(宽×高)以内。

3.5 矿柱间柱回采

由于上部为稳固的大理岩,且用锚杆对顶板进行了预控支护,故用浅眼对矿柱逐一的进行崩落回采。浅眼抵抗线0.8m,平均眼深1.8m。对局部不稳固地段的矿柱,视其稳固程度和安全性进行浅眼崩落抽采。间柱待矿房、矿柱回采完后,由里向外,用浅眼落矿进行回采,并保持崩矿步距5m,一次采尽,再进行下一阶段的回采。

3.6 采场矿石搬运

矿石搬运为二次搬运,即矿房进路和刷帮挑顶的矿石,由13kW的电耙绞车运至主耙道内,再由30kW电耙绞车运至溜矿井,由运输平巷运出地表。

3.7 采场支护形式

矿房进路回采过程中,硫化矿属于稳固型。局部松散采用锚网联合支护,网度1.0m×1.0m,松散地段采用木欀支护。矿房自上而下回采时,采用锚杆或锚网对顶板进行预控支护,锚杆长150cm,直径25cm(根据锚杆手册选取),若顶板不够稳固时,则在该处留下独立的矿柱,以确保工作面的作业安全。

4 生产效果

该方法通过实施并获得很好的效果。

(1)安全方面。由于预留了矿柱和用锚杆对顶板进行了预控支护,使作业场地的安全程度大大提高,保证了作业人员在空场下的安全。

(2)现场管理及劳动组织组织由原来的复杂改变为简单,有利于对采场实行“三强”回采,矿房的生产力由原来的60t/d增加到75t/d。

(3)采矿成本大幅度下降。与原采矿方法比较,采矿成本由261.75元/t下降为62.5元/t,每吨采矿成本节约199.25元(2010年可比价)。加之对矿柱和间柱进行了回采,实现了低贫化、低损失的指标。

(4)该方法相继在其它矿段(块)应用,共节约充填料4 950m3、回采矿石13 095t、金属104.6t。

(5)通过对矿房顶板进行锚杆或锚网支护预控,可以相应增大矿房尺寸,减少矿柱数量。同时提高了开采强度,相应缩短顶板的暴露时间,较大地提高了资源的回采率,取得较好的经济效益,其主要技术经济指标统计见表1。

5 应用房柱法评价

利用房柱法开采缓倾斜薄矿体具有很好的适用性,也是一种比较有效的开采方法,该矿体通过实践验证,获得了成功,并取得了可观的经济效益,其特点主要如下。

(1)矿房生产能力高。因为其工作面空间大,凿岩、出矿与装运都可以同时进行。

(2)通风良好,作业较为安全。由于空间和上一分段充填平巷相联,使风流形成回路,使凿岩、爆破、装矿过程中的炮烟、粉尘和有毒有害物质得到有效排出,创造了一个良好的作业环境。

(3)由于矿柱和锚杆的支护,工作面比较安全,只有局部松散处和矿柱回采时用木材进行临时支护,所以木材耗用量极少。

(4)减少了大量采准切割工程。

(5)回采工序与现场管理得到了最佳优化。

存在不足和采取措施:在回采过程中,对顶板暴露规模和时间控制还难以把握,回采矿柱时难度增大。针对存在的问题,实际工作中提出尽量采用低品位矿作为不规则的矿柱,对价值高的矿柱利用废旧坑木等打成木垛作为点柱进行置换,尽量减少矿石损失。加强生产现场指导,严格按照回采顺序、采幅进行回采,控制顶板暴露时间。在采场内进行强掘、强采、强出的“三强”措施,缩短作业人员在空区内的作业时间。

6 结语

在上向式胶结充填采矿法中局部采用房柱法辅助开采,是在特定的条件下所使用的采矿方法,属于安全可靠、技术上可行、经济上合理的采矿方法。可以最大限度地利用矿产资源,节约生产成本,对今后规模生产和采矿方法优化和完善具有较强的指导意义。

参考文献

[1]李朝栋.金属矿床开采[M].北京:冶金工业出版社,1981.

[2]中国有色金属工业总公司.有色金属矿山技术规程[Z].北京:中国有色金属工业总公司,1990.

获各琦铜矿上向水平分层充填法实践 第4篇

获各琦铜矿位于内蒙古巴彦淖尔市狼山山脉中段北麓,采用主副井、措施斜井及辅助斜坡道联合开拓方式,矿山从2009年开始进行充填采矿方法试验,2010年对矿山采矿方法进行优化,截止目前,上向水平分层充填采矿法已占全矿回采铜矿体采矿方法比例的81.2%,在后期规划中,比例将达到90%以上。本文主要对上向水平分层充填采矿法进行总结。

获各琦铜矿的铜矿体呈层状、似层状产出,走向为近东西向,向南倾,倾角60°～80°,矿区主构造总体走向80°,向南倾斜,倾角65°～80°,地下涌水量小。铜矿体主要赋存于石英岩中,品位高,厚度大,硬度系数为8～10。铜矿体上盘围岩为二云母石英片岩和碳质板岩等,围岩硬度系数变化大,为6～10。CuⅠ矿体位于11线以西,划为1#采区,矿岩受构造影响为极不稳固。CuⅤ、CuⅥ矿体位于9线以东,划为2#采区,仅在14线处有破碎带,存在不稳固性,其它地段为中等稳固[1,2]。

2 采准切割工程的布置

常见的采准切割工程一般有采区斜坡道、分段平巷、分层联络巷、人行井、通风天井、充填井、矿石溜井、泄水井等。

2.1 采区斜坡道

原设计每个中段东西采区各布置一条采区斜坡道。后经过分析比较,将辅助斜坡道改为折返式布置,兼作1#采区斜坡道。辅助斜坡道兼作采区斜坡道可节约部分工程,但是也存在一定的问题,由于斜坡道汽车运输过程中产生的尾气及扬尘进入各分层,造成采区内空气污染。矿山目前采取的措施主要是清理洒水降尘,其次是对各分层联巷进行密闭。

2.2 分段平巷和分层联络巷

分段高度采用10m或15m,通过总结,认为分段高度要根据矿体赋存条件、矿岩稳定性以及采场结构参数来确定。采区内矿岩破碎所占比例较大时,多数采用矿房宽度为10m的二步回采的采场结构参数,对于同一地段,该参数采场联巷个数多,采用10m的分段高度,采联只需25m即能满足铲运机爬坡坡度;而当矿岩稳固所占比例较大时采场采用15m的分段高度,虽然采联需要47m才能满足铲运机爬坡坡度,但对于同一地段,该参数采联个数相对较少,可以节约采切工程,矿山应根据矿体赋存条件,通过对采切工程的经济技术比较确定分段高度。

采联布置时,首先,同一采场相邻分段的采联必须错开布置,以避免在回采每分段最后一层时,采场联巷的顶板与上分段采联贯通,出现采联顶板悬空或垮塌的安全隐患。其次,上分段采联距矿体5m以内不施工或只施工联巷弯道,待下一分层采到位时,再进行施工。其目的一是保证下分层采矿至上分段采联时,避免出现顶板悬空和上分段采联被风化或底板被水侵蚀,造成此部分矿体不稳固从而垮塌,二是保证采场大量采矿以后,有足够的掘进废石进入采场充填。再次,目前同一分段,采用的是相同的上坡坡度和下坡坡度。为了减小铲运机出矿时的耗油以及轮胎的磨损,可考虑在原来坡度基础上,把最下分层联巷的坡度减小,调高最上一分层的坡度,达到铲运机满载爬坡出矿时比原坡度减小,而坡度增大的分层,铲运机是满载下坡出矿的效果。最下分层联巷要考虑采场充填渗水能自流到排水处,最上一分层需要布置沉淀池排放清洗管路用水。

2.3 充填井和通风天井的布置

充填井和通风天井共用一个充填回风井,一般布置为倾斜布置,倾斜方向与矿体的倾向相同。如垂直布置,最下分层在矿体中央或下盘,最上分层则达到矿体上盘,造成最上分层的采联过长。在回采时,此顶板很难控制易垮塌。另外,与垂直布置的充填天井相比,一是施工方便,另一个是使充填天井一直都能保持在采场的中央,见图1。

2.4 脉内和脉外溜井

采用脉内外联合采准,脉内溜井一般布置在相对应中段穿脉巷道边上,以减少一条脉内运输巷道的采切工程,并紧临矿体下盘边界,以保证采场更多的矿石能从脉内溜井运输。架脉内溜井时,考虑到溜井下部运输矿量多,磨损严重,上部磨损较少,故把下部25m采用10mm厚的锰钢板,上部25m采用8 mm厚的锰钢板,以减少钢材的消耗。原采用直溜井架设,但在实践过程中,发现部分矿体倾角偏小(60°～70°)的采场,在第一分层时,脉内溜井在矿体下盘边界,每次充填完后,一压顶就能到脉内溜井,并用脉内溜井大量出矿,但是随着采矿高度增加,脉内溜井的位置逐渐偏移到采场中央或上盘,致使每分层前期有大量的矿石必须通过脉外溜井运出,造成运输成本增加和效率降低。

鉴于此,改进了脉内溜井钢桶的架设工艺,通过每次架设钢桶带一定的倾斜角度,倾斜方向与矿体的倾向一致,钢桶与钢桶之间的缝隙用电焊焊实连接,经过实践证明,只要保证脉内溜井倾斜角度在70°以上,则容易搭设施工,且施工后能保证正常使用。同理,布置脉外溜井时,也可考虑布置为带一定倾斜角度的脉外溜井,减少脉外溜井联络巷工程。

2.5 泄水井

充填浓度为68%～71%,采场内不设泄水井。采场面积较大、充填量大时,充填料浆含水和清洗管路的水能被充填体吸收、散热、蒸发;采场面积较小、充填量少时,充填料浆含水和清洗管路水不易蒸发,则需进行排水。一是利用分层联巷抽水;二是利用脉内溜井渗水;三是严格控制清洗管路的水进入采场,充填清洗管路的水必须排入专门的沉淀池。

3 采场结构参数

根据矿岩的稳固情况,矿体的形态、贫富、厚度以及采掘设备来确定采场结构参数。主要分为沿矿体走向布置的点柱式采场结构参数和垂直矿体走向布置的二步骤回采的采场结构参数。

3.1 点柱式采场结构参数

主要用于矿岩中等稳固或者是矿体内夹石较多的地段。中段高度60m,矿房长度为46m,间柱宽4m,矿体的水平厚度为矿房宽度,分段高度10m或15m,在采场内按15m×15m的网度留设点柱,采场内的废石留成点柱或条柱。采场中央布置一条充填回风井,脉外按100m间距布置脉外溜矿井,采场内架设直径为2m的脉内溜矿井,溜井口架格筛。第一层设计采高5.3m,以后每个分层回采3m或3.3m,采场内架设充填管口有效充填半径为15m以内,超过的必须增加充填管个数,保证充填采场的平整。第一分层以1:4的灰砂比充填下部3m,以后分层下部采用1:12的灰砂比,并充填一定比例的废石,上部0.5m依然采用1:4的灰砂比[3,4,5]。

经过实践,该矿对点柱式采场结构参数进行优化为无间柱连续采矿方法。取消4m的间柱,采用隔一采一、间隔式回采的方法[6]。

3.2 二步骤回采采场结构参数

主要用于矿岩较破碎、矿体内矿化均匀、品位高以及矿体厚度大的地段。中段高度60m,矿房和矿柱宽度各为10m,矿体的水平厚度为矿房矿柱的长度。采用隔一采一二步骤回采,待一步回采矿房采完后,再回采相邻的矿柱。采场中央布置一条充填回风井,前期设计一步回采的矿房充填天井放在二步回采相邻的矿柱中,以节省充填天井的个数。但是在实际回采过程中,由于要堆砌一个不渗水和渗浆的溜井的施工工艺过于困难,留设了3个溜井都渗水渗浆而未成功,后期又改为一个采场专用一条充填天井。在最高的分段,相邻的充填天井联巷采用近“L”形联络进路,两个采场共用一个充填天井联巷的工艺,得到了推广应用。采用脉外溜井出矿,第一层设计采高5.3m,以后每个分层回采3.3m。一步回采矿房的充填配比与点柱式采场相同。二步回采的矿柱第一分层时以1:4的灰砂比充填下部3.3m或3m,以后分层下部采用1:12或1:16的灰砂比(目前正在试验研究用全尾砂充填),上部0.5m依然采用1:4的灰砂比。

经过实践,发现两步骤回采的采场采切量大,单个采场效率低。根据现场实际情况,采用间隔大的2个或3个矿房宽度为10m的采场合并,通过采用一条“L”或“T”形采联,合并采场共用充填回风井,可减少采切量,并减少充填循环次数,提高单个采场的作业效率。

4 结语

采用上向水平分层充填采矿法的矿山,其主体的工艺大致相似,在应用成功后,就应该进一步挖潜增效,不断优化采切比,提高回采率和作业安全系数,从施工组织方面优化和完善充填采矿方法,以提高矿山经济效益,使矿山持续稳定发展。

参考文献

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[2]彭福军,蔡曙光,崔新玉等.西部铜业公司胶结充填采矿法实践与探索[J].中国矿山工程,2011,40(5):8-10.

[3]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),2012,64(4):14-16.

[4]郭雄,乔伟,罗骋.盘区上向水平分层充填法在谦比西铜矿的应用[J].采矿技术,2012,64(4):14-16.

[5]房维科.上向水平分层胶结充填采矿法在贡北金矿的探索应用[J].中国矿业,2012,21(6):88-91.