板溪锑矿废石充填采矿工艺技术研究

刘梦秋,郑剑洪,谷新建

(1.久通锑业有限责任公司, 湖南桃江县 413400;2.湖南科技大学能源与安全工程学院, 湖南湘潭市 411201)

板溪锑矿废石充填采矿工艺技术研究

刘梦秋1,郑剑洪2,谷新建2

(1.久通锑业有限责任公司, 湖南桃江县 413400;2.湖南科技大学能源与安全工程学院, 湖南湘潭市 411201)

在分析研究板溪锑矿开采现状及存在问题的基础上,改进采场溜井结构、出矿方法和采场支护,选择合适的充填材料和铺垫材料,研究废石充填采矿工艺技术,对于进一步提高板溪锑矿采场生产能力,减轻工人劳动强度大,提高劳动生产率,降低矿石贫化和损失率,降低采矿和充填成本,提高矿山经济效益,都具有非常重要的意义。

溜井结构;废石充填采矿法;采场支护;充填材料;铺垫材料

板溪锑矿位于湖南益阳市桃江县鸬鹚渡镇蒋家冲,始建于1895年,至今已有一百多年的开采历史,矿山经逐年改、扩建,现已形成年产精锑2500t的采选冶综合生产能力。矿山开采范围沿走向东起19线,西至36线,长为1400m;采用平硐加盲斜井开拓,中段高度40m,现已开拓至17中段,沿倾斜采深已达-460m标高,垂直深度约800m。该矿属中低温热液裂缝充填脉状辉锑矿矿床,矿体赋存于五强溪组浅变质板岩、砂质板岩或砂岩中。矿脉严格受NE向压扭性断裂控制,为一急缓倾极薄矿体,矿体规模小、数量多、品位高、分布范围广、形态变化复杂,矿岩局部稳固性较差,特别是在构造破碎带地段,加上地下水的渗透作用,常出现坑道坍塌,开采难度较大[1]。

1 硐室取石充填采矿法简述

矿山在长期的生产实践中,曾先后试用削壁充填采矿法、浅孔留矿采矿法和硐室取石充填采矿法等薄矿脉类采矿方法[2],各采矿方法的采场构成要素相似,采场均沿矿体走向布置,长度为40～50m,高度为阶段高度40m,削壁采矿法的采场宽度为矿脉宽度加削壁宽度,浅孔留矿采矿法和硐室取石充填采矿法采场宽度为最小回采宽度0.8～1m。经长期生产实践证明,削壁充填采矿法和浅孔留矿采矿法均不成功,使用过程中发现削壁充填采矿法由于削壁增大了采场宽度,导致采场顶板和帮壁产生冒落,回采作业不安全;浅孔留矿采矿法上采到一定高度后,下部两帮围岩常片落产生卡斗,导致大量矿石无法放出,造成大量矿石损失。至今只保留硐室取石充填采矿法服务于生产。

硐室取石充填采矿法矿房之间不留间柱,矿块连续布置,矿体品位低且厚度较薄的采场下部留4 m高的底柱,当矿体品位较高或厚度较大时,则在底部构筑人工假巷,除上部巷道需要保护外,一般采场上部不留顶柱。采场下部布置运输平巷和沿脉平巷,两者间用联络平巷连通,平巷规格为2.0m×2.1m,采场两端各布置一个顺路天井作为行人和运输材料之用,规格为长1.4m,宽与采幅相同,顺路天井左右两边用片石混凝土砌筑,厚度为0.6～0.8 m,当两端顺路天井上部均未贯通上中段平巷时,则在采场上采约20m高度时,在采场中央上掘天井连通上中段巷道,天井断面为1.4m×(1.2～1.5)m,以改善采场通风条件和方便人员上下及材料运输。每个采场均布3个放矿漏斗,规格与顺路天井相同,漏斗两壁用片石混凝土砌筑,厚度为0.6～0.8m,与采场回采高度同步上升。

回采自底部拉底水平向上分层上采,回采分层高度为1.8～2.0m,采幅一般为1.2～1.5m,当脉幅大于1.2m时,采幅为脉幅宽加0.3m,每采完一分层立即充填,工作空间高度保持为1.8～2.0m。采用上向浅孔落矿,孔深1.6～2.0m,孔距0.6～1.0m,炮孔错开排列,落矿从采场一端向另一端推进,落矿后人工进行二次破碎并将矿石搬运至最近的放矿漏斗。工作面矿石清理干净后掘进充填硐室,并在硐室内挑顶、削帮准备充填料,先用大块废石砌筑漏斗及顺路井壁,其余废石充填空区至设计高度,再在其上铺一层约0.2m厚的细碴,以减少矿粉损失。充填完毕后即开始下一分层的回采作业,依此上采至上中段水平[2]。

硐室取石充填采矿法存在的问题:采场生产能力小,采矿效率低,采场生产能力仅10～20t/d,采矿效率为1.25～1.5t/工班;采矿贫化大,采矿损失率为5%～10%,贫化率达60%～65%;采矿和充填成本高,千吨采切比为15.15m/kt,采矿直接成本达165.12元/t,每采出1t矿石,还需从下盘硐室中采下2t废石充填采空区,才能实现充采平衡,大大提高了矿石的回采成本;采矿过程主要靠人工作业,特别是工作面出矿和废石充填工序,基本上全靠人工搬运完成,工人劳动强度大,劳动效率低。

2 采矿和充填技术研究

2.1 矿石溜井结构

采场溜井是出矿通道,地位十分重要,如果它损坏,修复非常困难甚至不可能,若要重新开凿井巷不但增加费用而且延长作业时间。板溪锑矿硐室取石充填采矿法顺路溜矿井由片石混凝土砌筑而成,费时费力,劳动强度大,造价高。拟采用厚度为3mm的钢板焊制钢溜井代替片石混凝土溜井,顺路溜矿井直径为0.7～1.2m,每节高0.5～1.0m,一般在地表卷制并焊好,其上下两端每120°各焊接一个锁鼻,以便安装时对接并用螺栓或铁线固定。卷制钢溜井时,应有一个适合采场的倾角。高为0.5m,直径为0.7m的钢溜井重量仅26kg,提升运输和采场安装省时省力。随采场上采逐节顺路架设,并在其四周用混凝土胶结充填,厚度不小于0.3m,以使其有足够强度及不易变形;溜井上部要在覆盖格筛下出矿,以防止大块堵塞。这种钢溜井按采场倾角安装,不但可抵御矿石冲击,强度高,而且表面光滑,没有或很少粉矿损失,比木材溜井有很多优点[3]。

2.2 出矿方式

板溪锑矿硐室取石充填采矿法采用人工出矿,采场生产能力小,采矿效率低,随着社会进步及技术提高,机械作业已被越来越多矿山应用,最简单而有效方法乃是使用耙矿绞车。根据板溪锑矿采场采幅小,采场生产能力不大等特点,采场出矿设备选用2DPJ-7.5型电耙。电耙出矿操作简单,工人容易掌握;设备投资少,要求巷道规格小;作业范围广,既可耙矿石又可耙充填废石,将大大减轻工人的劳动强度,提高采场生产能力和采矿效率。

2.3 采场支护

由于采场宽度小,顶板安全性相对较好,在以往的生产中未进行采场顶板支护处理,遇构造破坏部位时,出现采场顶板安全问题,影响矿山安全生产。为此,在每次崩矿后,应先检查顶板,清理干净顶板浮石,遇构造破坏部位时,则视情况采取必要的锚杆支护措施,支护采用长度为1.2～1.5m的管缝式锚杆。管缝式锚杆属全长摩擦锚杆,支护后马上起支护作用,锚固力可达40～50kN,施工简单,安装方便,适用于矿岩裂隙较发育且矿体无淋水地段。

2.4 充填工艺

充填用掘进废石自下部中段提升至17平后,经平巷矿车运输转运至采区废石溜井集中贮存,采场充填需要废石时再用矿车转运至采场中央充填天井。分层回采和出矿等工作结束后,进行分层废石充填,掘进废石自上中段运输平巷用矿车转运至采场充填回风天井,自溜至充填工作面,再用电耙扒平,每次充填要求保持空顶距1.5～2m。分层充填结束并在表面铺设废胶带后,即可开始下分层回采[4]。

3 充填材料和铺垫材料的选择

3.1 充填材料的选择

板溪锑矿使用硐室取石充填采矿法,据测算,每采出1t矿石,需从下盘硐室中采下2t废石充填采空区,硐室取石充填直接成本为74～93元/t。利用井下掘进废石替代硐室取石,采用上向水平分层废石充填工艺,可以降低废石提升和采矿生产成本,每年可节约硐室取石费用400万元。而每使用1t井下掘进废石可节约废石提升运输和排放成本约7.45元,板溪锑矿每年掘进废石量为1.8万t,每年可节约运费13.41万元。同时,可减少采场下盘硐室取石引发的安全事故;减少废石提升量,有望增加矿山生产能力;也可减少地表废石场征地和废石排放对地表环境的污染和生态的影响。

3.2 铺垫材料应用与选择

原工艺是在回采作业凿岩爆破之前,在废石充填料上铺一层约0.2m厚的细碴,隔离效果差,该矿矿体含锑品位高,平均锑品位在10%以上,最高达60%～70%,矿粉损失严重,矿石损失率达5%～10%。在废石充填采场中,回采作业凿岩爆破之前,在废石充填料上铺一层选矿厂替换下来的废旧运输胶带,防止矿石和粉矿混入充填料中造成损失,这种废旧运输胶带铺设方便简单,有足够强度,能抵御矿石爆破冲击,便于机械或人工运搬矿石。将废旧运输胶带截成长3～5m为胶板,在采场搭接铺垫,出净矿石后可多次重复使用[5,6]。

4 结 语

板溪锑矿现用的采矿技术落后,采矿和充填成本高,特别是工作面出矿和废石充填工序,基本上全靠人工搬运完成,工人劳动强度大,劳动效率低。研究其采矿和充填工艺技术,选用电耙耙运矿石和废石,可提高采场生产能力,降低工人劳动强度,提高劳动生产率;改进采场矿石溜井结构,采取管缝式锚杆支护,可保障采场作业安全;利用选矿厂替换下来的废旧运输胶带作采场铺垫材料,可降低采矿损失率和矿石贫化率,提高矿石回采率;并充分利用井下掘进废石替代硐室取石,化害为利,变废为宝,既减少地表废石场征地和废石排放对地表环境的污染和生态的影响,又可提高矿山开采经济效益,对那些已经采用或将要采用废石充填采矿法的中小型矿山,也会有一定的启示和借鉴作用[7,8]。

[1]于春胜.板溪锑矿矿床地质特征及今后的找矿方向[J].采矿技术,2006,6(3):588～590.

[2]邱仁文.硐室取石充填法在板溪锑矿的应用[J].采矿技术,2001,1(3):26～27.

[3]姚树江,张 福,孟凡海.干式充填法采场溜井结构雏议[J].有色金属(矿山部分),2000,52(3):13～16.

[4]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.

[5]王 黎,王彦丰,刘兰菊.干式充填采矿法几个技术问题的探讨[J].黄金,2000,21(3):24～27.

[6]张桂暄.干式充填采矿工艺若干技术问题探讨[J].黄金科学技术,2004,12(1):8～12.

[7]谷新建,周德卿,陈泽吕,等.老窿残矿回收技术的研究[J].采矿技术,2005,5(4):20～22.

[8]黄志伟,古德生.我国矿山无废开采的现状[J].矿业研究与开发,2002,22(4):9～10,32.

2010-04-19)

刘梦秋(1962-),男,湖南益阳人,采矿工程师,益阳市安全生产专家库专家,长期从事矿山生产、技术和安全管理工作。