琅琊山铜矿上向水平分层尾砂充填采矿法及其优化

王德洲

(安徽省琅琊山矿业总公司, 安徽滁州市 239000)

琅琊山铜矿上向水平分层尾砂充填采矿法及其优化

王德洲

(安徽省琅琊山矿业总公司, 安徽滁州市 239000)

据琅琊山铜矿生产现状,对上向水平分层尾砂充填采矿法进行了优化。采用废石与尾砂充填相结合,降低充填成本,节约尾砂约 1.5万m3,缓解了尾砂不足问题。采用倾斜孔微差延时爆破,有效提高出矿效率,减少支护,仅火工成本一项则节约 10.5万元 /a,取得了显著的社会与经济效益。

上向水平尾砂充填采矿法;废石充填;尾砂充填;微差延时爆破

0 前 言

琅琊山铜矿始建于 1958年 4月,建矿初期只有日处理矿石 100 t的生产能力,现已发展成为年采掘总量 30余万 t,日处理量近 1000 t,年产精砂含铜3500～4000 t的中小型地下矿山。近年来矿山生产稳定,安全状况良好,但也逐渐暴露出一些问题,主要是多中段作业,生产效率较低、劳动强度大、采充失调、进入顶柱回采的采场增多等。然而目前矿山工程紧、任务重、资金缺,不允许投入较高的资金更换高效率的采矿方法。因此,随着开采深度的增加,需要研究对现有的采矿方法和充填工艺进行创新优化,降低生产成本,提高生产效率。

1 矿山开采技术条件概况

琅琊山铜矿床为典型的矽卡岩型富铜矿床,矿体形态一般为不规则透镜状、囊状、脉状和豆荚状,矿体多分布在石英闪长玢岩与上寒武纪琅琊山群上段蠕虫状灰岩,薄层条带状之接触带和其附近。琅琊山铜矿床由大小不等的 117个矿体所组成,矿体大多为不连续的小型孤立矿体,单个矿体的形状亦不规则,矿体的分支、复合现象比较严重。矿体一般为接触带成矿,与围岩界线较清晰,上盘围岩以石英闪长玢岩为主,下盘以灰岩为主。矿体倾角为 30°～60°,一般延深几十米至几百米,厚度一般为 1～3 m,最大厚度约 20 m,平均厚度 11 m。矿石类型主要有含铜矽卡岩、少量含铜闪长玢岩及含铜大理岩,呈致密块状、浸染状、脉状、条状及星散状构造。主要矿物为黄铜矿、斑铜矿、黄铁矿、磁铁矿等,并伴生有钼、金、银等。

2 上向水平分层尾砂充填法

2.1 矿块构成要素

矿块沿走向布置,长 50 m(一般为矿体走向长度),不留底柱,顶柱高度为 6 m,顶柱由下中段回收。中段高度 40 m。

2.2 采准布置

一般情况下,每个矿体作一套采准,阶段高度40 m。采准工程由阶段运输平巷垂直于矿体走向布置,然后沿脉内运输道向两翼施工拉底巷道。矿体拉底后,铺设 0.5 m的钢筋混凝土底板作为下阶段回收顶柱的假底,每个采场设置 2条人行通风天井(1.8 m ×1.8 m)、2个漏斗 (2.0 m ×2.0 m)和 1条滤水井、1条充填井 (2.0 m×2.0 m)。如果底板运输道穿过矿体,拉底后立模板浇灌混凝土假巷工程,如图1所示。

2.3 落矿

回采工作自下而上按水平分层进行,第一分层以切割巷道为自由面进行扩帮挑顶,上下盘扩至围岩边界,挑顶高度 3.5～4.0 m,拉底层采高 6.5 m,充 4.0 m,留 2.5 m左右的补偿空间,以后每分层采3.0 m,充 3.0 m,顺路上升脉内工程。采场采至 6 m顶柱时,需对最后一层的采空区进行胶结体充填,并有效接顶,再通过进路回采矿柱,矿柱的回收率为95%。凿岩使用 7655型气腿式凿岩机。采用倾斜孔逐排落矿的布置方式,炮孔直径 40～42 mm,深度4 m,炮孔排距 1.2 m,间距 0.8～1.2 m。采用 2#岩石乳化炸药,非电导爆管电子起爆器起爆。

2.4 出矿

采场主要使用 ZDPJ-15型电耙 (CG-12风动装运机)出矿至漏斗,在底板运输巷中装车运走。

图1 沿走向布置上向水平分层尾砂充填法

2.5 通风

新鲜风流由中段运输平巷经行人通风天井进入采场内,污风经由充填井进入上部中段回风系统排至地表。

2.6 充填

选厂处理的尾矿经水力旋流器分级后,经充填搅拌站,输送到井下用于采场充填。对于矿体围岩复杂的采场,局部采用尾砂胶结充填可以提高作业面的安全性,但尾砂量不足容易导致采充失调。

3 采矿方法优化

该矿山已经开采了五十余年,进入了矿山的中年期。顶部矿柱的回采数量今后将逐年增加,原有的采矿方法及作业方式很难满足矿山年处理矿量30万 t的要求,必须对采矿方法的作业方式进行优化。优化主要考虑以下几方面:一是对顶底柱结构进行优化;二是对充填方式进行优化,主要是采用全尾充填和废石充填解决充填料不足的问题;三是从顶板管理的角度优化,改变现有的普通凿岩爆破法,采用倾斜孔微差延时爆破和光面爆破控顶技术,维护顶板围岩的稳定。

3.1 顶底柱结构的优化

通过分析,留底柱不留顶柱 (回采方式不变)对采出没有大的影响,但可以减少混凝土假巷的浇筑,在降低生产成本的同时,为充填工作赢得了时间。矿山已经在 -365中段 23#5采场试行此方法,效果良好,下一步将在 -365中段推广。

3.2 充填方法优化

该矿起初用分级尾砂充填,但由于所需尾砂量较大,分级后的尾砂量不能满足充填生产要求。且经过 2次搅拌、输送,充填成本高。自 2010年开始改为全尾砂充填,充填效果较好,提高了充填效率,进一步降低了充填成本。

建立废石不出井系统,合理利用井巷开拓工程的废石来充填采空区。采场每个分层结束后,先进行一半的废石充填,后一半用尾砂充填,尾砂充填方式基本不变,大大缓解了尾砂量不足的问题,同时井下的废料得到相应的利用,不仅节省了废石的提运费用,同时减少了地表废石堆积和场地占用,改善了自然环境,代替了部分尾砂充填,降低了充填总成本。

3.3 爆破方式的优化

由于矿山开采重心的下移,地压逐渐增大,矿体的顶板围岩稳固性变差,普通爆破法产生的浮石较多,施工安全性差,影响采场的施工进度。2008年,矿山倾斜孔非电雷管毫秒微差延时爆破试验取得了成功,减小了对矿块围岩的破坏,降低了大块率,提高了出矿安全系数和生产效率。光面爆破控制顶板和帮壁,可以避免或减少浮石的产生。同时,爆破后成形规整,减少了爆震裂隙,岩壁平整,通风阻力小,减少应力集中。

4 结 论

(1)通过顶底柱结构的优化,每个采场可省去至少 2条混凝土假巷,节约混凝土约 220 m3,同时节约了混凝土浇筑的时间,在节约成本的同时有效的缓解了采充矛盾。

(2)全尾充填效果较好,提高充填效率的同时还进一步降低了充填成本。废石充填每年可少提运废石 4万 t,节约尾砂量约 1.5万 m3。虽然采场投入 1条废石充填井,但节省了部分废石提升费用。通过这 2种方法的运用,缓解了尾砂量不足问题,同时调节了采充平衡。

(3)采用倾斜孔微差延时爆破,取得了可观的经济效益。采矿火工成本每吨节省 0.35元,每年可节约 10.5万元。同时大块率降至 9.6%,出矿效率得到有效提高,采出环节衔接有序,加快了采场循环,有利于采出任务的按时完成。光面爆破法对围岩相对破坏较小,顶板岩壁成形较好,我矿自采用此方法修整采场顶帮后,采用的其他支护相对减少,排险时间大大减少,同时节省了木材、锚杆等支护费用。

[1] 钟义旆.金属矿床开采[M].北京:冶金工业出版社,1990.

[2] 《采矿手册》编委会.采矿手册[M].北京:冶金工业出版社,1988.

[3] 马正位,乔登攀,魏学松,等.上向水平分层废石充填法在东大山铁矿的应用[J].有色金属 (矿山部分),2009,61(3):3-5.

[4] 冯明武.非电多段微差起爆网路在地下矿挤压爆破中的应用[J].工程爆破,2002,8(4):74-77.

2011-03-25)

王德洲 (1962-),男,安徽来安人,工程师,主要从事采矿技术管理、安全生产管理和研究工作。