劉 濱,姬 濤,由 偉

(山東黃金礦業(yè)股份公司新城金礦, 山東萊州市 261438)

新城金礦厚大礦體開采方法研究

劉 濱,姬 濤,由 偉

(山東黃金礦業(yè)股份公司新城金礦, 山東萊州市 261438)

新城金礦5號礦體厚度大,礦巖破碎,現(xiàn)有上向水平分層充填采礦法難以開采深部礦體,為此,針對礦山現(xiàn)有采礦方法存在的技術難題,提出了應力拱連續(xù)開采上向水平分層充填采礦法,實現(xiàn)了新城金礦5號礦體的安全開采,工業(yè)試驗取得了盤區(qū)生產(chǎn)能力477.45t/d,貧化損失率均為8%的良好效果。

厚大破碎礦體;應力拱連續(xù)開采;充填采礦法

山東黃金礦業(yè)股份有限公司新城金礦70%以上產(chǎn)量是由V#礦體開采所得,V#礦體上盤為焦家破碎帶,礦體厚度大,平均水平厚57m,礦巖穩(wěn)固性一般,局部地段礦巖破碎、裂隙發(fā)育,給礦山生產(chǎn)帶來安全隱患。針對V#礦體開采技術條件,礦山采用了上向水平分層尾砂(膠結)充填采礦法,采場垂直礦體走向布置,一步采寬8m、二步采寬7m,分層高度3.3～3.4m,分段高度10.0m,中段高度50m。目前礦山主要回采一步礦房,開采高度從-580m已采至-550m,二步采礦房有部分剛剛揭露。由于V#礦體厚大,中部采場長達130m以上,且礦體傾角較緩,約30°左右,二步采場作為一步采場回采時的礦柱,對一步采場安全高效回采發(fā)揮了重要作用。但隨著一步采場的回采,二步采礦的安全問題開始顯現(xiàn),不僅影響到礦山的可持續(xù)生產(chǎn),而且可能導致重大安全事故或造成較大損失,因此,針對深部開采技術條件的采礦方法變革勢在必行。

1 國內外深部厚大破碎礦體開采經(jīng)驗

縱觀國內外地下礦山高價值破碎復雜礦體采礦方法[1],由于充填采礦具有礦石回收率高,特別適合于不穩(wěn)固礦巖條件下的高價值礦體開采的特點[2],自然成為高價值破碎復雜礦體的首選采礦方法。隨著科學技術的不斷進步和發(fā)展,充填采礦法實現(xiàn)了采場機械化回采和充填,原來的低產(chǎn)、低效、勞動強度大的弱點已逐漸演變成高產(chǎn)、高效和勞動強度低的現(xiàn)代化開采方法[3]。目前充填采礦法已形成了分層充填、分段充填和階段充填的完整體系。針對不同的適用條件與開采技術特點,選擇不同的充填采礦方法,對降低貧化損失與保障采礦安全具有重要意義[4]。

在所有使用充填采礦法開采高價值軟破復雜礦體的礦山中,主要考慮的問題是礦體開采的安全性,即考慮礦巖的穩(wěn)固程度、礦巖的頂板暴露面積與暴露時間、礦巖對作業(yè)人員與設備的安全影響與危害、礦巖的自穩(wěn)與貧化損失。因此,正是由于礦體的不穩(wěn)固性,從而使目前使用的充填采礦法主要集中在上向分層充填采礦法、上向進路充填采礦法以及下向進路充填采礦法3種形式。

1.1 上向分層充填采礦法

上向分層充填采礦法在瑞典、加拿大、美國、澳大利亞、意大利及其他國家廣泛用于開采礦石穩(wěn)固、圍巖破碎的急傾斜薄礦脈和中厚礦體[5],比較典型的礦山有瑞典的湯普森礦、斯特拉思科納礦等[6]。在加拿大,每年用充填法開采的礦石量達到2700～3200萬t,占地下開采礦石總量的35%～40%,其中87%是用各種不同形式的分層充填法方案開采出來的。在日本約有43%的有色金屬礦石是用充填法開采出來的。對于埋藏條件很復雜的礦體,主要是采用機械化上向分層充填采礦法進行開采,在瑞典的45個礦山中近乎一半以上的礦山采用該方法。但由于充填體強度等原因,出礦過程中會出現(xiàn)礦石混入充填料的現(xiàn)象,從而導致礦石的二次貧化與損失,個別情況不好時甚至會導致二次貧損超過一次貧化與損失。

1.2 上向進路式充填采礦法

上向進路式充填采礦法是在分層充填采礦法基礎上發(fā)展起來的,該法用于礦巖更加破碎、穩(wěn)固性較差的礦體。這種采礦方法的主要特征是在礦塊劃分分層后按一定規(guī)律劃分進路,類似于巷道掘進,逐條進路進行回采,采完后進行進路充填并接頂,直到分層回采結束,然后轉向上一分層的回采,直到礦塊回采完畢。采用上向進路充填采礦法,主要存在采場生產(chǎn)能力小、充填接頂困難、管理復雜等缺點。

1.3 下向進路充填采礦法

下向進路充填采礦法是20世紀50年代末發(fā)展起來的一種采礦方法,該法最先在瑞典加彭貝里鉛鋅礦使用,主要用于取代傳統(tǒng)的分層崩落法。該方法適用于埋藏深,地應力大,有地熱高溫與巖爆的可能性和礦巖很不穩(wěn)固的礦床。其后,下向進路充填采礦法在德國、美國、日本、加拿大得到廣泛應用。但下向進路充填采礦法受巖層條件的限制,采礦方法技術與工藝等方面要求較為苛刻。

2 五號深部厚大破碎礦體開采方法研究

新城金礦采礦方法選擇中,礦山優(yōu)先考慮的關鍵問題是在生產(chǎn)安全的前提下,充分利用礦山現(xiàn)有開拓與設備,盡可能與新城金礦現(xiàn)有生產(chǎn)能力接軌,保證礦山產(chǎn)量穩(wěn)定、生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展,同時降低開采成本,提高資源回收率和降低貧化率。

根據(jù)采礦方法選擇原則,結合新城金礦5號礦體的開采技術條件,選擇了4個具有代表性的采礦方案,分別為:應力拱連續(xù)開采上向水平分層充填采礦法、盤區(qū)交錯式無間柱上向分層充填采礦法、棋盤式預護頂中深孔上向鑿巖分段充填法、人工再造環(huán)境下的混合充填采礦法。經(jīng)綜合分析,選擇應力拱連續(xù)開采上向水平分層充填采礦法開采新城金礦破碎厚大礦體(見圖1)。

2.1 盤區(qū)布置與采場回采順序

盤區(qū)沿走向劃分,尺寸為38m×50m,即盤區(qū)長38m,高度為50m,分段高度為10m。連續(xù)礦房寬度為31m,劃分為5個礦房,1～5號礦房寬度依次為6,6,7,6,6m,礦柱寬度為7m。一個盤區(qū)內的5個礦房,3號礦房超前2,4號礦房3個分層,即10 m,2,4號礦房超前1,5號礦房3個分層的高度回采,使5個礦房在空間上形成一個免壓拱(見圖1)。

圖1 應力拱連續(xù)開采上向水平分層充填采礦法

2.2 采準與回采工藝

盤區(qū)采用下盤脈外分段平巷和集中溜井出礦的無軌采準方式。平行礦體下盤邊界布置分段運輸平巷,各分段運輸平巷通過聯(lián)絡道與主斜坡道相通。采場分層聯(lián)絡道將分段運輸平巷與采場相連,溜井聯(lián)絡巷與中段集中出礦溜井相聯(lián),從而構成盤區(qū)下盤脈外無軌采準系統(tǒng)。分段高10m,分層高度3.3～3.4m,即一個分段控制3個分層礦體的回采?？紤]到用無軌設備鑿巖、出礦,重車出礦上坡的坡度不超過15%,重車下坡的坡度不超過21%,以此為依據(jù)進行分段平巷設計和采準工程優(yōu)化。每分段有3條分層聯(lián)絡巷通達礦體,其第2條為第1條壓頂后形成,第3條為第2條壓頂后形成。

采場支護用樹脂錨桿和鋼帶聯(lián)合護頂。錨桿桿體選用20MnSi無縱肋螺紋鋼,直徑為Φ18mm,長度L=2400mm。樹脂錨固劑型號為K2535和Z2360。采場錨桿呈梅花形布置,間距×排距=1200 mm×1200mm。鋼帶由礦山自行加工,用直徑Φ10 mm的A3鋼筋切割焊接而成。鋼帶寬40mm,共3種規(guī)格,長分別為1500,2900,4200mm,由兩根平行鋼筋每隔200mm用同徑鋼筋焊接制成。

鑿巖采用Mercury-14全液壓單臂鑿巖臺車,釬桿長4.3m,柱齒形合金釬頭直徑為40～43mm,炮眼深度一般為3.8～3.9m。爆破使用GB12437-90粉狀銨梯炸藥,以上分層的空頂距為爆破自由面,沿礦房全斷面拉開。采用非電毫秒差導爆管,使用導爆管起爆器引爆。

采用芬蘭Toro-250BD柴油鏟運機出礦,經(jīng)分層聯(lián)絡道、溜井聯(lián)絡道,倒入放礦溜井。

采場分層采完后,在采場內砌筑充填擋墻,然后從通風充填天井中引入并架設充填管,用水泥尾砂膠結充填,尾砂比1∶12～1∶10。一個分層分2～3次充填,最后一次充填澆面,最上一個分層的最后一次充填須接頂。

3 結 論

針對新城金礦深部V#礦體埋藏深、地應力大、巖體破碎等開采技術條件,提出了應力拱連續(xù)開采上向水平分層充填采礦法回采深部礦體,該方法實現(xiàn)應力拱式開采,安全性好,有利于地壓控制,鑿巖出礦作業(yè)比較集中,管理簡單,輔助作業(yè)時間少,生產(chǎn)效率高。新城金礦深部V#礦體工業(yè)試驗達到盤區(qū)生產(chǎn)能力477.45t/d、采礦工效34.86t/工班、采礦貧化率8%、采礦損失率8%、采切比12.55m/kt、直接采礦成本80元/t等良好指標。

[1]王新民,肖衛(wèi)國,張欽禮.深井充填理論與技術[M].長沙:中南大學出版社,2005.

[2]劉同友.充填采礦技術與應用[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2001.

[3]劉志祥,李夕兵,戴塔根.尾砂膠結充填體損傷模型及與巖體的匹配分析[J].巖土力學,2006,27(9):1442～1446.

[4]劉志祥.深部開采高階段尾砂充填體力學與非線性優(yōu)化設計[D].長沙:中南大學,2005.

[5]Biswas K, Jung S J. Review of current high density paste fill and its technology[ J ]. Mineral Resources Engineering, 2002, 11 ( 2 ) :165～182.

[6]劉同友,黃業(yè)英.國外金屬礦山充填采礦技術的研究與應用[R].長沙:中國有色金屬學會采礦學術委員會,1997.

2009-11-20)

劉 濱(1969-),男,山東萊州人,助理工程師,主要從事采礦工程技術研究。