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考察报告
考察背景
深部I号铜矿带采用点柱式机械化上向分层充填采矿法。因矿岩呈层状产出,节理、裂隙较发育,采场顶板、边帮管理困难,冒顶、片帮事故频繁发生,加之人员、设备在采空区下作业,生产中存在较大安全隐患,严重制约着生产的安全、稳定进行。故需至类似矿山进行考察,以期寻求更安全的回采方法。7月6日,由李雪明副总经理、吴锡煌总工程师带队,一行7人对三山岛金矿、会宝岭铁矿和龙桥铁矿进行了为期一周的考察,主要考察了采矿方法、充填工艺、通风系统和安全生产管理等。
一、三山岛金矿
(一)概述
三山岛金矿隶属山东黄金矿业(莱州)有限公司,是国家黄金工业“七五”期间的重点建设项目,是中国100家最大有色金属矿采选冶企业之一,也是目前全国机械化程度最高的地下开采黄金矿山。2006年底,山东黄金集团收购原莱州市属仓上金矿,与三山岛金矿实施整合,组成新的三山岛金矿。
(二)采矿方法
三山岛金矿原主要采用点柱式机械化上向分层充填采矿法,因在生产过程中发现此方法存在安全性差、损失大、生产能力低等问题,根据生产情况和三山岛的实际,提出盘区式采场交替上升无房柱连续回采充填法。
1、盘区的划分
盘区沿矿体走向布置,长100m,宽为矿体水平厚度。
2、采场划分及构成要素
采场布置垂直矿体走向布置,采场宽度取10 m,一步二步采均为10m,长为矿体水平厚度。高为中段高45 m;一个盘区布置4个分段,每个分段服务3—4个分层,分层回采高度为2.5—3 m,控顶高4m,充填高2.5 m。采场下部不留底柱,各采场均从运输中段底板标高开始回采,切采层高4 m。不留间柱、底柱、点柱
和护顶矿柱,留3 m高顶柱。
采矿方法平面图
采矿方法剖面图
3、采准切割
采用无轨采准工艺,自分段干线分别向一、二步矿房掘进回采联道,最下分段回采联道要穿过矿体,其他分段进入矿体即停。每条进路下盘岩石内掘进一条通上分段联道的回风上山或天井。
4、采场回采顺序
盘区采用分段隔一采一的回采方案,分两步进行回采,先一步采后二步采,一步采超前二步采一个分段。与一般的隔一采一方案不同的是,每个采场的一步采和二步采是变化的,同一个采场在不同分段进行回采时,有一步采和二步采之
分,一步采和二步采是交替的,相邻分段分为一步采和二步采。盘区回采也是一步采和二步采交替进行。
具体开采顺序如下:先进行一步采的施工,采用分层采法,连续开采三个分层,每层回采高度为2.5m,第三层回采完进行接顶充填;然后进行二步回采,采用分层采法,二步采场开采连续六个分层,即超出一步开采三个分层,第六分层回采结束后进行接顶充填;以此类推,直至中段开采结束
5、回采工艺
采准切割工作完成后,开始采场回采工作。回采工作由采场联络道进人采场向两帮拉底开始,拉底至设计的采场边界,再进行压顶回采,形成宽10m,高4m的回采工作面,然后垂直矿体走向从下盘向上盘平行推进,遇有夹石的地方,剔除夹石。只施工宽为3 m、高为4 m的回采通道,直至采至采场设计边界,完成第一分层(切采层)回采工作。第二层的回采自采联口开始,由矿体下盘向上盘全断面推进。凿岩采用MERCURYl4单臂式凿岩台车为主7655为辅进行凿岩,炮孔水平布置,水平落矿。
6、充填工作
采场分层控顶高4m,充填高2.5m,留1.5m的空顶作为爆破补偿空间,最后一层采用进行路法进行回采时接顶充。一步采时采用胶结充填:下部的2.1m用灰砂比为l:10的胶结体进行充填,上部的0.4 m用灰砂比为1:8的胶结体进
行充填。二步采时的充填:下部的2.1 m不胶结,用尾砂进行充填,上部的0.4m用灰砂比为l:8的胶结体进行充填。第一分层底部采用钢筋胶结充填,钢筋规格∮12mm螺纹钢筋,网度300mm×300mm胶结厚度500mm。
每个采场的一步采结束后,进行接顶充填,上部的0.4 m用灰砂比为l:8的胶结体进行充填,下部的3.6 m用灰砂比为1:10的胶结体进行充填。进行下一层的回采时,先施工切割巷后进行回采。最后一个分段回采结束后,一步采用灰砂比为1:10的胶结体进行接顶充填;二步采不胶结,只用尾砂进行接顶充填。
7、通风
回采过程中采用机械通风,新鲜风流由采联进风到各工作面,冲刷工作面后,污风由下盘回风天井到上分段,再进入矿山回风系统排到地表。
8、泄水
进路口采用木板做板墙,板墙木板厚度不小于5 cm,木板间隙保证在10一15 cm,保证泄水面积不低于板墙面积的40% ;采场内安装泄水笼时,泄水管沿采场底板敷设;充填排水沿水沟流至泄水井,通过排水系统排至地表。
木板墙
9、接顶
该采矿方法关键在于充填的接顶,三山岛金矿采用将充填管安装在采场顶板最高处,当排气管有充填水溢流后,再进行2-3次充填即可进行接顶。
10、经济技术指标
贫化率:5%,损失率:8%,采切比:85.3m/万t,951.07m³/万t。
(三)充填制备站
三山岛充填工艺流程与矿业公司类似,但三山岛充填系统自动化水平较高,各类计量仪器计量准确,能较好控制充填质量和减少劳动力。充填制备站的粉尘治理方面,三山岛金矿在搅拌桶和水泥仓均安装除尘装置,回收水泥粉尘再利用,改善作业条件并降低成本。
三山岛金矿自动化系统:各参数指标一目了然
安装除尘装置,作业环境干净整洁
二、会宝岭铁矿
1、概述
山东会宝岭铁矿位于山东省南部,矿区所在地属临沂地区兰陵县尚岩镇,由山东能源临矿集团投资兴建,2008年7月开工建设,2012年投产,年设计原矿生产能力300万吨,拥有地质储量1.73亿吨,平均品位TFe31.48%,mFe18.77%。矿体主要由两条平行的主矿带构成,矿体倾角70度、总厚度45m,矿石普氏硬度系数f值18-20。
2、采矿方法
会宝岭铁矿采用FCM采矿法,即全阶段(向上和向下)组合凿爆采矿法。就是应用上向扇形中深孔和下向大直径深孔组合凿爆技术回采全阶段高度矿石,以节省分段采切巷道、提高矿块生产能力,并解决钻机钻凿深孔偏斜率与效率及传统VCR法全断面拉底问题。
2.1矿块布置
阶段高度70m,矿块沿走向布置,长度60m,其中间柱6m,不留顶底柱,中段间采用自下而上回采次序,阶段内只有底部凿岩平巷和上部凿岩硐室层,中间不设分段,下部凿岩爆破层高度23m,上部凿岩爆破层高度47m。两层矿体间先采上盘后采下盘,底部出矿结构为平底堑沟。
采矿方法示意图
炮孔布置示意图
2.2工艺原理
中深孔拉底形成底部出矿堑沟及补偿空间、上部深孔钻凿结束后,深孔爆破形成竖向切割槽;然后以切割槽形成的侧向自由面及中深孔拉底形成的下向自由面,进行分段崩矿;通过控制侧向崩矿的分段段高和崩矿步距来控制爆破规模,从而按设计将采场爆成沿采场宽度和长度方向略呈倒阶梯形。同时矿房底部适量出矿以满足下次爆破所需空间和底部结构安全,以此确保采场稳定性,保护底部结构。
3、采准切割
采用无轨采准,矿房底部矿体沿脉内掘下部凿岩平巷,顶部凿岩硐室沿矿脉走向切开,上下盘留规则矿柱(1.5-2.0m宽)减少空区暴露面积,上盘矿体出矿联络道用下盘矿体凿岩巷,下盘矿体在脉外设置出矿联络道,自联络道按等间距向底部凿岩巷掘出矿侧巷,切割天井下部23m用普通法形成,上部47m用深孔成井或用吊罐法形成。
4、凿岩爆破
下部中深孔采用simbaH1254或DL-311凿岩台车钻凿上向扇形孔,孔径76mm,上部深孔采用CK-1500潜孔钻机钻凿下向平行倾斜深孔,孔径165mm,因矿石特别坚硬,孔网系数目前为2500mm×2500mm。下部中深孔采用常规装药爆破工艺,上部下向深孔采用人工间隔装药工艺,将导爆索绑扎在起爆药包中上部,通过挂钩挂于吊绳上吊装至孔内,其余药包依次吊装。采用相应直径毛竹筒间隔装药,层间间隔长度装填直径130mm、长度500mm、重6kg的乳化炸药药包,单层装药层长度1.6m-2.0m。切割天井形成后,先上下爆破形成切割槽,后全阶段沿侧向后退式爆破崩矿,直至矿房边界。
5、充填
大量出矿结束后,可向空区排放掘进废石,空区下部采用废石尾砂混合充填,上部充填体因要做为上阶段凿岩平台,需进行胶结充填(5-10m)。会宝岭矿为新投产矿山,部分技术问题没有解决,其上部充填体如果做为上阶段凿岩平台,如何保证其稳定性和强度(接受大爆破落矿冲击)还需要研究解决。
6、天井深孔成井工艺
会宝岭矿在切割天井中成功使用了深孔一次钻凿分次爆破成井工艺,采用
150潜孔钻钻凿165mm的下向平行深孔,5-10m分段爆破,具体见下图
7、经济技术指标
(1)矿房生产能力:1500t/d(2)矿房回采时间:5个月
(3)设计损失率:
间柱10%
底柱5%(4)贫化率:
11%(5)万吨采切比:
463.9m3/万吨(6)深孔每米崩矿量:21.17t/m(7)中深孔每米崩矿量:7.6t/m
三、龙桥铁矿
1.概述
安徽省庐江龙桥铁矿为股份制企业安徽省庐江龙桥矿业公司的下属矿山,矿山位合肥以北72公里的庐江县龙桥镇,2002年12月开工建设,2006年正式投产,设计一期年产原矿为100万t/a,经扩产后现实际年产原矿300万t/a,年产铁精矿130万吨。龙桥铁矿共探明矿石地质储量1.04亿吨,伴生铜金属量9万吨,硫278.6万吨,原矿平均品位TFe44%,磁性铁含量84%。龙桥铁矿仅有一个主矿体,占总储量的99.7%,矿体倾角10-20度、平均水平厚度达105m。
2.采矿方法
初期采矿方法为无底柱分段崩落法,后为适应地方政策改为现在的二步骤下
盘堑沟中深孔分段矿房嗣后充填法,一步骤嗣后胶结充填,二步骤嗣后尾砂充填。
3.结构参数
中段高度一般为50m,一般分四个分段,分段矿块高度为12.5m,分段中回采进路的间距为15m;回采进路沿矿体走向布置;每200m两端布置出矿联络道,中间进行切割向两端退釆,上下分层进路呈菱形布置。
4.出矿
应用铲运机出矿,大部分矿从走向分段凿岩道出矿,最后底部存窿矿采用遥控铲运机收尾。
5.充填
充填站工艺基本同大红山铁矿,其尾砂粒度也比较细,砂仓沉砂需要在仓顶加制备好的絮凝剂溶液,每吨干尾砂加20g絮凝剂,但从砂仓现场看,沉砂效果不好,溢流浓度比较高,可能为弥补砂量不足原因,设置了在立式搅拌桶搅拌流程中加外来干砂工艺,出搅拌桶后再进入卧式搅拌槽进行二次搅拌。胶结材料自己在矿区设粉磨站加工,主要原材料有冶炼厂水淬碴(4份)、山东产胶结骨料(1份)等。井下一步骤充填采用1:6-1:10的胶结充填,14天充填体强度按2.0MPa要求,二步骤采用低标号充填,充填料浆浓度为65%以上。从井下二步骤回采揭露的一步充填体来看,其2充填体直立性很好,无垮塌现象,充填体呈现出水平沉积岩的特征,为分次充填产生的分层现象。
回采现场
6.管理
矿山做为股份制民营企业,管理比较规范,成本、人员控制较为合理,劳动生产效率较高,现矿山自有员工共500余人,矿山选厂、井下主要系统管理、井下出矿、运输、充填等都是自有员工进行,中深孔施工、深部掘进、小矿体及边角回采由外委施工队进行,外委队伍共有300余人。其成本管理主要有2个途径:(1)由矿山根据往年生产成本和目前市场情况,核定当年生产成本,并向外围单位进行成本指标考核。(2)矿山寻求多种渠道、采取措施进行降成本。例如:矿山自行建设胶凝材料加工厂,节约充填成本。现其采矿生产成本87.1元/吨(完全成本),选矿生产成本51元/t(完全成本)。
胶凝材料加工厂
四、考察感想和建议
1.近年新建大中型矿山均为无轨采准工艺,均大量配备了凿岩台车、铲运机等无轨设备,都采用了充填采矿工艺,机械化采矿、充填采矿是今后矿山发展的主流方向。
2.三山岛金矿的进路二步骤充填很好的提高了矿石回采率,生产能力也较高,但对应于大红山铁矿1#铜,则有成本升高较多,不能应用于岩石较差、品位不高、矿体较薄矿块。
3.会宝岭矿的采矿工艺有其先进的一面,采切工程量少、成本低、生产效率高,但1#铜矿体产状不同、矿岩稳固性不好,难以在1#铜矿带推广,但是其天
井深孔成井工艺有较大应用价值,可适当在大红山铁矿开展试验。
4.龙桥铁矿底盘堑沟中深孔嗣后充填二步骤采矿法应用较为成功,其优点是生产安全性好、采矿生产效率高、矿石损失率低,缺点是采场准备期长、贫化率较高。相对应1#铜矿带缓倾斜至倾斜矿体(平均39度),我们认为比较适用,需要研究的是适合于1#铜岩石稳固性的采场结构参数,推荐本采矿方法值得下一步研究。
5.三山岛金矿充填制备站的自动化水平、站内良好的工作环境,给大红山铁矿充填站整改很好的借鉴。为确保充填质量和减少劳动力,矿业公司应加强充填制备站自动化系统的改造;为改善作业环境和实现现场文明施工,应增加除尘系统