賴(lài)紅源

(紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司紫金山金銅礦)

紫金山金銅礦采空區(qū)處理方案對(duì)比分析

賴(lài)紅源

(紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司紫金山金銅礦)

紫金山金銅礦是一座上金下銅的特大型金屬礦床，采用露天與地下聯(lián)合開(kāi)采，地下開(kāi)采于2010年結(jié)束，為了消除460～580 m采空區(qū)對(duì)露天開(kāi)采帶來(lái)了的安全隱患，保障目前露天開(kāi)采的順利進(jìn)行，提出了3套采空區(qū)處理方案，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)、施工進(jìn)度以及安全性等綜合分析得出最適合的處理方案，保障了礦山的安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了資源綜合利用。

采空區(qū)處理 聯(lián)合開(kāi)采 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

紫金山金銅礦位于福建省上杭縣境內(nèi)，地理坐標(biāo)：東經(jīng)116°24′00″～116°25′22″，北緯25°10′41″～25°11′44″。礦區(qū)面積為4.37 km2。礦山采用露天與地下聯(lián)合開(kāi)采。自1993年上部金礦開(kāi)發(fā)以來(lái)，經(jīng)多次技術(shù)改造，已成為一個(gè)大規(guī)模露天開(kāi)采的金礦山；下部銅礦體于2003年進(jìn)行1萬(wàn)t/d的坑采建設(shè)，于2005年12月建成投產(chǎn)，地下開(kāi)采于2010年結(jié)束，主要開(kāi)采了460，520 m中段的部分礦房。目前礦山露采采剝能力保持在3 500萬(wàn)m3/a左右，年平均下降臺(tái)階數(shù)3～5個(gè)。

目前，地下空區(qū)已經(jīng)成為制約礦山發(fā)展的一個(gè)重要難題 ，隨著露采標(biāo)高的降低，460～580 m標(biāo)高的采空區(qū)給露天開(kāi)采帶來(lái)了嚴(yán)重的安全隱患，同時(shí)聯(lián)合開(kāi)采的方案將無(wú)法實(shí)施，勢(shì)必會(huì)影響礦山的生產(chǎn)能力及效益。為此，必須對(duì)銅礦地采460～580 m的采空區(qū)進(jìn)行處理，既消除礦山的安全隱患，又能有效地保證露天采場(chǎng)安全高效的開(kāi)采。

1 采空區(qū)概況

紫金山金銅礦520 m中段共采礦房55個(gè)，采空區(qū)面積約54 232 m2，高約55 m，體積約2 678 058 m3；460 m中段已采礦房36個(gè)，采空區(qū)面積約 27 470 m2，高約57 m，體積約1 426 464 m3。采空區(qū)平面位置在0～15線(xiàn)，垂向方向在460～570 m標(biāo)高。礦房寬15 m，長(zhǎng)度不一，最長(zhǎng)達(dá)120 m，礦房間隔離礦柱寬約15 m，510～520 m水平礦柱平均厚8.3 m，露天采場(chǎng)目前最低平臺(tái)標(biāo)高為604m，距離采空區(qū)頂板34 m左右。

2 采空區(qū)處理方案提出

目前，國(guó)內(nèi)外處理采空區(qū)的方法主要有封閉、崩落、加固和充填四大類(lèi)[1]。但由于各個(gè)礦山的具體條件各不相同，采空區(qū)位置、形態(tài)特征各異，因此每個(gè)采空區(qū)的處理方法也不盡相同[2]。根據(jù)不同采空區(qū)的特征，其處理方法有以下幾種[3-6]：

(1)強(qiáng)制崩落圍巖，使地表陷落以消除空區(qū)，或強(qiáng)制崩落部分圍巖使之形成廢石墊層，將作業(yè)區(qū)段隔開(kāi)。

(2)圍巖自然崩落充填采空區(qū)。

(3)利用礦石墊層將作業(yè)區(qū)段與采空區(qū)隔開(kāi)。

(4)利用各種材料，包括掘進(jìn)廢石、選礦尾砂或尾砂加其他膠結(jié)材料充填空區(qū)。

(5)留永久礦柱支撐空區(qū)。

(6)礦柱支撐和充填聯(lián)合處理采空區(qū)。

(7)疏通空區(qū)與密閉空區(qū)。

(8)以上2種或幾種不同方法聯(lián)合處理空區(qū)。

以上可以歸納為充、崩、撐、封，各種方法都有一定的適用條件和局限性[7]。

結(jié)合紫金山金銅礦露采工藝和采空區(qū)處理安全要求，有以下3種可行的方案供選擇。

方案一：崩落礦柱充填采空區(qū)，先崩落510～530 m水平礦柱及已采礦房采場(chǎng)上部隔離礦柱，充填460 m中段采空區(qū)，然后崩落與礦房采場(chǎng)采空區(qū)相鄰礦柱采場(chǎng)上部的隔離礦柱，充填520 m中段采空區(qū)，最后崩落框架礦柱，充填余下的采空區(qū)。

方案二：先崩落礦柱再充填，先崩落礦房采場(chǎng)的隔離礦柱以及510～530 m水平礦柱，充填460 m的部分采空區(qū)，然后在露天采場(chǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)低品位礦石，直接充填至 520 m中段采空區(qū)。

方案三：先充填再崩落礦柱，先用露天采場(chǎng)低品位礦石充填460 m中段的采空區(qū)，崩落礦房采場(chǎng)與礦柱采場(chǎng)的隔離礦柱以及510～530 m水平礦柱，充填460 m中段剩余的采空區(qū)及520 m中段采空區(qū)。

3 采空區(qū)處理方案比選

3.1 方案投資估算對(duì)比

3.1.1 510～530 m水平礦柱崩落

510～530 m水平礦柱采用中深孔爆破崩落，投資估算見(jiàn)表1。

表1 510～530 m水平礦柱崩落投資估算結(jié)果

3．1．2 520 m中段礦房采場(chǎng)隔離礦柱崩落

520 m中段礦房采場(chǎng)隔離礦柱采用中深孔爆破崩落法，投資估算見(jiàn)表2。

表2 520 m中段礦房采場(chǎng)隔離礦柱崩落投資估算結(jié)果

3.1.3 520 m中段礦柱采場(chǎng)隔離礦柱崩落

520 m中段礦柱采場(chǎng)隔離礦柱采用大直徑深孔一次性崩落，投資估算見(jiàn)表3。

表3 520 m中段礦柱采場(chǎng)隔離礦柱投資崩落估算結(jié)果

3.1.4 460 m中段采空區(qū)充填

460 m中段采空區(qū)采用露天采場(chǎng)低品位礦石充填，投資估算見(jiàn)表4。

表4 460 m中段采空區(qū)充填投資估算結(jié)果

3.1.5 項(xiàng)目總投資

具體項(xiàng)目總投資估算見(jiàn)表5。

表5 項(xiàng)目總投資估算結(jié)果

3.2 方案進(jìn)度計(jì)劃對(duì)比

方案一需分4個(gè)工序完成：①崩落510～530 m礦柱，充填460 m中段采空區(qū)；②崩落礦房采場(chǎng)采空區(qū)上部隔離礦柱，充填460 m中段采空區(qū)；③崩落與礦房采場(chǎng)采空區(qū)相鄰礦柱采場(chǎng)上部的隔離礦柱，充填520 m中段采空區(qū)；④崩落與礦房采場(chǎng)及礦柱采場(chǎng)相鄰的框架礦柱，充填520 m中段采空區(qū)。4個(gè)工序的鑿巖工作可同時(shí)進(jìn)行，鉆鑿深孔的時(shí)間為12個(gè)月，鉆鑿中深孔的時(shí)間為10.1個(gè)月。因此，本方案的進(jìn)度為12個(gè)月。

方案二需分3個(gè)工序完成：①崩落510～530 m礦柱，充填460 m中段采空區(qū)；②崩落礦房采場(chǎng)采空區(qū)上部的隔離礦柱，充填460 m中段采空區(qū)；③在露天采場(chǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)低品位礦石，充填至 520 m中段采空區(qū)。本方案在第一個(gè)采場(chǎng)崩落510～530 m礦柱和礦房采場(chǎng)采空區(qū)上部的隔離礦柱后，可以進(jìn)行露天采場(chǎng)低品位礦石充填，3個(gè)工序可同時(shí)作業(yè)。510～530 m礦柱鑿巖需10.1個(gè)月，520 m中段礦房采場(chǎng)隔離礦柱鑿巖需8.8個(gè)月，露天采場(chǎng)低品位礦石充填需6.15個(gè)月。因此，本方案的進(jìn)度為10.1個(gè)月。

方案三需分3個(gè)工序完成：①露天采場(chǎng)低品位礦石充填460 m中段采空區(qū)；②崩落510～530 m礦柱，充填460 m剩余的采空區(qū)；③崩落礦房采場(chǎng)和礦柱采場(chǎng)隔離礦柱，充填520 m中段采空區(qū)。該方案在充填溜井掘進(jìn)完成后才可進(jìn)行460 m中段低品位礦石充填，然后才可進(jìn)行中深孔作業(yè)，此時(shí)，3個(gè)工序同時(shí)進(jìn)行。第一工序，充填溜井掘進(jìn)需1.6個(gè)月，460 m中段低品位礦石充填需16.8個(gè)月，共需18.4個(gè)月；其他工序，510～530 m礦柱鑿巖需3.5個(gè)月，520 m中段礦房采場(chǎng)和礦柱采場(chǎng)隔離礦柱鑿巖需9.6個(gè)月。因此，本方案的進(jìn)度為18.4個(gè)月。

3.3 方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

方案一：①在510～530 m礦柱及隔離礦柱崩落充填采空區(qū)后，大部分采空區(qū)的高度在70 m以下，個(gè)別采空區(qū)的高度在70 m以上，如此高直立的采空區(qū)一方面容易引起相鄰礦柱的垮塌，另一方面在崩落相鄰礦柱采場(chǎng)的隔離礦柱時(shí)，施工安全性較差；②深孔工程量大，爆破作業(yè)量大，安全風(fēng)險(xiǎn)大；③較高采空區(qū)對(duì)周?chē)倪吰掠绊戄^大，需長(zhǎng)距離放坡，工程量大，時(shí)間長(zhǎng)；④該方案投資最少，作業(yè)時(shí)間適中。

方案二：①在510～530 m礦柱及隔離礦柱崩落充填采空區(qū)后，大部分采空區(qū)的高度在70 m以下，個(gè)別采空區(qū)的高度在70 m以上，一方面容易引起相鄰礦柱的垮塌，另一方面松動(dòng)的礦柱采場(chǎng)為在露天采場(chǎng)直接進(jìn)行低品位礦石充填時(shí)埋下了安全隱患，施工的安全性較差；②在露天采場(chǎng)進(jìn)行低品位礦石充填采空區(qū)，在相鄰礦柱采場(chǎng)穩(wěn)定的情況下，充填的安全風(fēng)險(xiǎn)??；③深孔工程量最小，爆破作業(yè)量最小，安全風(fēng)險(xiǎn)??；④投資適中，作業(yè)時(shí)間最短。

方案三：①需完成掘進(jìn)充填溜井、低品位礦石充填、中深孔鑿巖爆破、深孔鑿巖爆破等環(huán)節(jié)，作業(yè)工序多，工藝復(fù)雜；②在井下進(jìn)行采空區(qū)充填，作業(yè)環(huán)境較方案二差，安全風(fēng)險(xiǎn)較大；③在采空區(qū)下進(jìn)行中深孔作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)較其他方案大；④在460 m中段采空區(qū)充填的情況下崩落510～530 m礦柱及礦房采場(chǎng)隔離礦柱，崩落后采空區(qū)高度小，礦柱暴露面積小，較其他方案穩(wěn)定，安全性較好；⑤深孔工程量適中，爆破作業(yè)量適中，安全風(fēng)險(xiǎn)適中；⑥在井下充填，受作業(yè)條件的限制，充填時(shí)間較長(zhǎng)；⑦投資最大，施工時(shí)間最長(zhǎng)。

4 結(jié) 論

(1)爆破崩落礦柱充填采空區(qū)，施工進(jìn)度為12個(gè)月，投資為72 220 966.23元。

(2)崩落礦柱充填460 m中段采空區(qū)及露天采場(chǎng)低品位礦石充填520 m中段采空區(qū)，施工進(jìn)度為10.1個(gè)月，投資為88 698 183.91元。

(3)露天采場(chǎng)低品位礦石充填460 m中段采空區(qū)及崩落礦柱充填520 m中段采空區(qū)，施工進(jìn)度為19個(gè)月，投資為99 928 605.236元；

(4)綜合對(duì)比分析，紫金山金銅礦采空區(qū)處理選擇方案二為最佳。

[1] 劉敦文，古德生，徐國(guó)元．地下礦山采空區(qū)處理方法的評(píng)價(jià)與優(yōu)選[J].中國(guó)礦業(yè)，2004(8)：52-55．

[2] 李純青，姚 香．金屬礦地下采空區(qū)探測(cè)、處理與安全評(píng)判[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2006(1)：31-34.

[3] 張軍勝，李俊平，宋士生．采空區(qū)處理新方法研究與應(yīng)用[J].金屬礦山，2009(8)：19-22.

[4] 周 健，史秀志．基于集對(duì)分析同一度的采空區(qū)處理方案研究[J].金屬礦山，2009(6)：10-13.

[5] 徐 江，崔棟梁，陳 琪．金屬礦山采空區(qū)處理方法綜述[J].黑龍江冶金，2007(4)：35-37.

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“一帶一路”地質(zhì)礦產(chǎn)能源圖集編制緊鑼密鼓

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據(jù)了解，“一帶一路”系列圖集之地質(zhì)礦產(chǎn)能源系列是為配合國(guó)家制定“一帶一路”戰(zhàn)略實(shí)施規(guī)劃，由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局負(fù)責(zé)牽頭和組織實(shí)施的編制工作，根據(jù)局統(tǒng)一安排和工作部署，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心具體負(fù)責(zé)油氣系列專(zhuān)題圖的編制，具體包括“一帶一路”主要含油氣盆地儲(chǔ)產(chǎn)量對(duì)比圖，主要含油氣盆地待發(fā)現(xiàn)資源分布圖，主要資源國(guó)油氣資源剩余可采儲(chǔ)量分布圖，主要資源國(guó)石油產(chǎn)量、消費(fèi)量、貿(mào)易量對(duì)比圖，主要資源國(guó)天然氣產(chǎn)量、消費(fèi)量、貿(mào)易量對(duì)比圖，油氣進(jìn)口份額及運(yùn)輸線(xiàn)路分布圖，中國(guó)企業(yè)份額油氣去向及主要項(xiàng)目分布圖，油氣管線(xiàn)分布圖，油氣勘查風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估圖等9幅圖。

2014-12-17)

賴(lài)紅源(1976—) 男，工程師，364200 福建省龍巖。