余建國

(大冶有色金屬股份有限公司銅山口銅礦, 湖北大冶市 435122)

銅山口礦邊深部礦體開采利用方案探討

余建國

(大冶有色金屬股份有限公司銅山口銅礦, 湖北大冶市 435122)

針對銅山口銅礦深部及露天境界外保有礦產(chǎn)資源儲量情況,根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)特點、礦床賦存特征、開采技術(shù)條件等實際情況,對該礦區(qū)地下開拓方案、采礦方法、生產(chǎn)規(guī)模、服務(wù)年限等進行了初步探討,為銅山口礦邊深部礦體開采提供參考。

銅山口銅礦;邊深部礦體;開拓系統(tǒng);分段空場嗣后充填采礦法

0 前 言

銅山口銅礦位于湖北省大冶市南西 18 km,是大冶有色金屬股份有限公司下屬的主要生產(chǎn)礦山之一。該銅礦于 1980年代中期建成投產(chǎn),至今已有20多年的開采歷史,經(jīng)過近幾年對選礦碎礦、浮選設(shè)備技術(shù)改造,目前礦山實際采選生產(chǎn)能力達 130萬 t/a,現(xiàn)為露天開采。

目前,礦山露天境界內(nèi)保有儲量按現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模僅能維持 6 a左右,礦山面臨生產(chǎn)接替的問題,但是銅山口礦深部和露天境界外保有資源儲量豐富,安全有效地對礦區(qū)邊深部礦產(chǎn)資源進行開采,不僅對大冶有色公司發(fā)展具有重要而深遠的戰(zhàn)略意義,而且能延長礦山生產(chǎn)服務(wù)年限,大大促進礦山與當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。

1 礦體特征及開采技術(shù)條件

銅山口銅礦床賦存于花崗閃長斑巖巖株與圍巖的接觸帶及層間構(gòu)造帶中,礦體互相聯(lián)結(jié),嚴格受接觸帶和層間構(gòu)造控制。礦床由規(guī)模不等、形態(tài)各異、產(chǎn)狀多變的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ號礦體組成,東西長約 1400 m,南北寬約 1200 m。礦體之間幾乎彼此牽連互結(jié)生長,厚度、品位中等,埋深不大,分布較集中,另在巖株體內(nèi)局部地段見有斑巖型小銅礦體。根據(jù)礦石中的礦物成份、巖性及結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特點,礦區(qū)內(nèi)的銅礦石劃分為 3大類,分別為含銅火成巖礦石、含銅矽卡巖礦石和含銅矽卡巖化大理巖礦石。

本次設(shè)計開采礦體主要是Ⅰ、Ⅵ和部分Ⅱ號礦體。Ⅰ號礦體位于花崗閃長斑巖巖株與碳酸鹽巖層接觸帶中,是受巖株控制的“筒形”礦體。在平面上呈一直徑 500～600 m的“環(huán)狀”,局部呈 S形。礦體走向長 2100 m,傾向延伸 300～500 m;厚度 10～30 m,最大達 60 m。Ⅱ號礦體為層間盲礦體。由上下 2層組成,以下層為主,上層斷續(xù)出現(xiàn),兩層相距10～50 m,在巖體東、北、西 3面與Ⅰ號礦體相連。平面上似一不對稱的無頂“帽沿”,水平延伸 100～300 m;剖面延深至 -100～-200 m標高,傾角各段不一,北段幾乎水平,南段傾角較陡;厚度在近接觸帶最大,遠離接觸帶變薄,一般 5～10 m,平均 8 m。Ⅵ號礦體為一隱伏的大理巖、矽卡巖角礫巖的巖體,礦體埋深 -190～-250 m,呈似層狀,產(chǎn)狀平緩,走向近東西,向北傾,傾角 8°～22°,在 22線南北兩端與Ⅰ號礦體相連,礦體厚大,中間有夾石層。

銅山口銅礦床儲量較大,品位較低,邊深部-58～-400m及 -58m以上南部 (包括露天掛幫礦)控制以上地質(zhì)儲量 56000 kt,銅平均品位 0.70%。

2 采礦方法研究

根據(jù)礦體的開采技術(shù)條件,考慮到礦石品位較低,所以適合本礦的采礦方法主要有崩落法和空場法。但由于該礦山露天和坑內(nèi)同時開采,而崩落法造成的圍巖移動將對露天開采產(chǎn)生影響,因此不應(yīng)選擇崩落法。空場法中較適合的采礦方法有房柱法和分段空場法,但這 2種方法回采后會留有較大的采空區(qū),如不進行處理,采空區(qū)仍存在冒落的危險,對露天和坑內(nèi)的生產(chǎn)安全都有不利影響。為消除采空區(qū)冒落的危險,可以采用嗣后充填的方式處理采空區(qū)。另外,由于Ⅵ號礦體產(chǎn)狀為緩傾斜厚大礦體,適于上向分層點柱充填法。因此,本次設(shè)計可供選擇的采礦方法主要有分段空場嗣后充填采礦法、房柱法和上向分層點柱充填采礦法。研究確定的分段空場嗣后充填采礦法采場布置見圖1。

圖1 分段空場嗣后充填采礦法

由于礦體走向較長,礦體厚度變化較大,當?shù)V體厚度小于 15 m時,礦塊沿走向布置,長 50 m,間柱寬 4 m,礦房長 46 m,采場寬為礦體厚度;當?shù)V體厚度大于 15 m時,礦塊垂直礦體走向布置,寬 22 m,礦房寬為 10 m,礦柱寬為 12 m,長為礦體厚度,留15 m底柱,采場高度 45 m,分 3個分段。

3 開拓方案選擇

根據(jù)礦體及圍巖力學(xué)特性、開采技術(shù)條件,以及所選采礦方法確定地表開采移動范圍,礦體上、下盤及側(cè)翼移動角均為 70°。地下的主要開拓工程布置需要考慮露天開采的范圍,應(yīng)布置在露天生產(chǎn)爆破影響范圍之外,同時,也應(yīng)布置在地下開采的地表移動范圍之外。

根據(jù)露天開采境界范圍和地表移動范圍,以及礦體賦存條件,適合坑內(nèi)礦體開采的開拓方案有主副井開拓、混合井開拓和斜坡道開拓,運輸方案有有軌運輸和無軌運輸。其中斜坡道無軌運輸開拓方案由于基建工程量較大,所以本次設(shè)計不作重點考察,而主要進行主副井開拓方案和混合井開拓方案的分析比較。

(1)方案一:主副井方案。主井直徑Φ4.5 m,井口標高 +60 m,井底標高 -540 m,擔(dān)負礦石和廢石的提升任務(wù)。礦石主溜井和廢石主溜井聯(lián)通-160～-400 m中段,最低卸載中段為 -400 m,中段高為 120 m,中間隔 60 m設(shè)一無軌副中段。副井直徑Φ5 m,井口標高 +60 m,井底標高 -575 m,擔(dān)負人員、材料、設(shè)備和粉礦的提升任務(wù)。中段礦石運輸采用 10 t電機車雙機牽引 4 m3底側(cè)卸式礦車運至主井車場,卸入主井旁側(cè)礦石主溜井。廢石則用7 t電機車牽引 0.7 m3翻轉(zhuǎn)式礦車運至主井車場,卸入主井旁側(cè)廢石主溜井。粉礦利用副井內(nèi)罐籠回收。在礦區(qū)東側(cè)設(shè)Φ5 m回風(fēng)井,井口標高 +110 m,井底標高 -160 m,構(gòu)成由副井和已有金獅礦斜井進風(fēng)、回風(fēng)井回風(fēng)的對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。

(2)方案二:混合井方案?；旌暇睆溅?.5 m,井口標高 +60 m,井底標高 -530 m,擔(dān)負礦石和廢石的提升任務(wù)。礦石主溜井聯(lián)通 -160～-400 m中段,最低卸載中段為 -400 m,中段高為 120 m,中間隔 60 m設(shè)一無軌副中段。中段礦石和廢石運輸設(shè)備與方案一相同。粉礦利用電梯井回收。在礦區(qū)東側(cè)設(shè)Φ5 m回風(fēng)井,井口標高 +110 m,井底標高-160 m,構(gòu)成由混合井和已有金獅礦斜井進風(fēng)、回風(fēng)井回風(fēng)的對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。

方案一與方案二進行比較,方案一具有主、副井分開布置,提升能力較大,使用性好;副井進風(fēng)質(zhì)量好、通風(fēng)條件好;管理方便、提升干擾少、生產(chǎn)安全可靠性好等優(yōu)點。但基建工程量、投資比方案二多,工業(yè)場地占地范圍略大;方案二雖然基建工程量、投資比方案一少,便于集中管理,但每年的運營成本比方案一多,礦石和廢石提升有一定干擾,管理相對復(fù)雜,通風(fēng)條件差。綜合考慮礦山生產(chǎn)管理及礦山的持續(xù)發(fā)展等各方面因素,推薦采用方案一,即主副井開拓方案。

4 礦山生產(chǎn)能力

確定坑內(nèi)礦山生產(chǎn)規(guī)模主要從合理服務(wù)年限、礦塊布置以及開采下降速度等方面進行論證。考慮銅山口銅礦目前現(xiàn)狀以及維持礦山總規(guī)模的穩(wěn)定發(fā)展,經(jīng)綜合分析,確定地采前期生產(chǎn)規(guī)模為 3500 t/a,生產(chǎn)后期 (露天開采結(jié)束后)其生產(chǎn)規(guī)模達到4000 t/a。

按照美國《采礦工程手冊》推薦的確定礦山最優(yōu)生產(chǎn)能力的經(jīng)驗公式計算:

T=4.88×(T1×b)0.75/330×b=5388 t/d (1)

式中:T——礦山最優(yōu)生產(chǎn)能力,t/a;

T1——設(shè)計利用儲量,本次設(shè)計 T1=26880000 t;

b——短噸和公噸的換算系數(shù),b=1.10231。

式 (1)的計算結(jié)果表明,若僅從礦山可利用儲量的角度考慮,與本礦相應(yīng)的生產(chǎn)能力約為 5300 t/d,相應(yīng)的服務(wù)年限約為 15 a。

按中段可布礦塊數(shù) (見表1)驗證,+2,-58,-100和 -160 m單中段生產(chǎn)能力基本上可以達到3500 t/d,-160 m以下需 2個以上中段同時生產(chǎn)才可以達到 3500 t/d。

表1 各中段可布礦塊數(shù)及生產(chǎn)能力

5 結(jié)束語

銅山口銅礦在目前深部和露天境界外保有資源較豐富的情況下,用露天井下聯(lián)合開采方案,最大限度地合理開發(fā)利用礦產(chǎn)資源。針對礦體開采技術(shù)條件,本次設(shè)計主要采用分段空場嗣后充填采礦法,選擇主副井開拓方案,并對該礦區(qū)生產(chǎn)規(guī)模、服務(wù)年限進行了初步探討,為礦山深邊部開采提供了技術(shù)依據(jù)。該方案將在下一步的設(shè)計和建設(shè)實踐中作進一步的研究和論證。

[1]黃鐵平,韓仕權(quán),謝世強.云浮硫鐵礦尖山區(qū)段開發(fā)利用方案初探[J].采礦技術(shù),2010,10(2):9-10,16.

[2]楊光毅,等.銅山口礦露天采選工程可行性研究[R].長沙:長沙有色冶金設(shè)計研究院,2007.

[3]李 鈞,等.銅山口礦儲量結(jié)算報告[R].大冶:湖北大冶鄂東南地質(zhì)大隊,2006.

[4]吳德權(quán),郭忠林,孫國詳.分段空場嗣后塊石膠結(jié)充填采礦法在老廠錫礦的應(yīng)用[J].采礦技術(shù),2009,9(2):1-2,7.

[5]于潤滄,等.采礦工程師手冊 [M].北京:冶金工業(yè)出版社,2009.

[6]周冬冬,高 謙,余偉健,等.司家營鐵礦階段充填法開采流固耦合數(shù)值模擬[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2010,30(2):19-22.

2010-10-14)

;余建國 (1976-),男,湖北黃石人,助理工程師,主要從事礦山采礦工程技術(shù)及管理工作,Email:yujianguo-888@163.com。