缓倾斜薄矿脉混合开采工程实践

苏 丹,陈 健,张春鹏,曹万宝

(湖南辰州矿业股份有限公司, 湖南怀化市 419607)

缓倾斜薄矿脉混合开采工程实践

苏 丹,陈 健,张春鹏,曹万宝

(湖南辰州矿业股份有限公司, 湖南怀化市 419607)

针对湘西金矿深部开采时脉状矿体空间形态复杂,开采技术条件差等问题,进行了混合采矿法的工程实践研究,解决了同一矿块内矿体变化较大时采用单一常规采矿方法所产生的弊端,使采矿贫化率降至 4.5%～5%,损失率控制为 5%～8%,采场生产能力达到 8.5～40 t/d,取得了提高矿石回采率、降低贫化率,进而最大限度地回收矿产资源的目的。

深井开采;缓倾斜薄矿脉;混合采矿法

湘西金矿深部矿体地质情况复杂,在国内外缓倾斜矿体的岩金矿山中具有代表性。其矿体成因复杂,赋存条件差,应运用经济、合理的采矿方法进行回收。本文根据矿体深部开采实际条件,开展了混合采矿法[1]实践研究,以解决缓倾角和深部开采对开采综合技术的影响。

(1)深部矿体地质情况复杂,深部采区地质构造多,地压活动剧烈,开采条件差别大,但矿石品位高,应采取合理采矿方法保证较高的回收率。

(2)矿体缓倾斜,矿脉薄和极薄,且分支复合现象明显,节理、断层和褶皱发育,采空区顶板岩体极易沿裂隙塌落威胁生产。

(3)由于采用削壁充填采矿法时干式充填体对采场顶板围岩稳定性作用有限,造成回采工作面应力集中、电耙道顶板极易冒落,将影响回采工作的正常进行。

1 地质慨况

湘西金矿深部矿体的地质情况复杂,在国内外缓倾斜矿体的岩金矿山中具有代表性。其沃溪金锑钨矿床赋存于板溪群马底驿组第二岩性段紫红色绢云母含钙板岩中,含矿石英脉沿层间断裂、分支断裂及次级张剪裂隙充填。按产出形态可分为层脉、网状细脉(网脉)和切层节理脉 3种类型,层脉规模最大,网脉次之。矿脉的富集基本上受岩相的控制,产于马底驿组的紫红色绢云母含钙板岩中,在空间上受褶皱、层间断裂和节理裂隙控制。

矿区内矿体呈脉状、网脉状,平均厚 0.8 m,倾角 25°～35°,走向长 35～350 m,倾斜延伸 300～2280 m,6条脉体相互平行。

目前沃溪矿床正开采中深部 24平至 30平,上部矿体已基本采完,深部勘探至 38平。试验矿块3409位于 30平 V3-1边缘,倾角 22°～23°,顶板围岩节理发育,有小断层。此矿块为 V3脉,半截矿块。下中段对应的 3149矿块未回采,两侧无矿块,正下方相距 6 m左右为 V3脉 3041矿块(未回采),北侧为V3。

2 混合采矿工艺

根据矿块地质赋存情况和现有开采技术条件,拟对该矿块划分为 8个矿房,采用混合采矿法回收矿体。(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅵ)(Ⅷ)采用削壁充填法进行回采;(Ⅲ)(Ⅳ)(Ⅴ)(Ⅶ)采用房柱法进行回采(见图1)。

图1 混合采矿法采场布置

矿块整体回采顺序为:从(Ⅰ)至(Ⅷ)单个矿房以切巷和底巷或天井为自由面,从里向外,从上往下退采。(Ⅷ)矿房以平巷为自由面,自里向外,自下向上扇形开采。

出矿方式:切巷以上采用电耙加斗口出矿,底柱采用电耙加装岩机出矿。护顶措施采用削壁充填法的矿房要及时打木支柱护顶,捡边充填;采用房柱法的矿房每隔 4～6 m架设尺寸为 3 m×2 m的人工矿柱护顶。

2.1 削壁充填法

在回采(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅵ)(Ⅷ)矿块时,矿体顶板围岩不稳固、矿脉与围岩接触明显,矿体厚度 0.2～0.7 m,适合采用削壁充填法开采。

矿块结构参数:沿走向布置矿块,长度 30～60 m,中段垂高 25 m,斜长 55～70 m。不留间壁和顶柱。只留底柱。底柱斜长 7～10 m由下中段回收。回采时的工作面跨度控制在 2～2.5 m,采幅控制在1.2～1.6 m。

采准切割:中段沿脉平巷布置在脉内,沿走向掘进,规格为 2.2 m×2.3 m,在生产探矿过程中已形成。

先进天井布置在矿块两侧,从本中段沿脉平巷通上中段沿脉平巷。规格为 2.0 m×1.8 m。底板运输平巷布置在下盘围岩中,距中段沿脉平巷 12～14 m,规格为 2.2 m×2.3 m。切割巷道在底柱上部沿矿脉走向开凿,与天井相通,规格为 1.8 m×1.8 m。放矿漏斗布置在底板运输平巷内,反向上掘,连通切割巷道,规格为 1.7 m×1.5 m。电耙绞车硐室布置在切割巷道靠近放矿漏斗上盘或端部,宽度为2.22 m,长度为 2.5 m。

回采工艺:以切割巷道和先进天井为回采自由面,以放矿漏斗为圆心,扇形递倾斜向上推进,先削取底(顶)板围岩抛掷充填,人工检边充填接顶,然后排顶(刷底)回采矿石,电耙漏斗出矿。新鲜风流自人行道上进入作业面,污风上行至上中段回风巷。工作面与充填边的最大距离为 2.5 m。

2.2 浅孔房柱法

在开采(Ⅲ)(Ⅳ)(Ⅴ)(Ⅶ)矿块时,矿体为不连续的扁豆体,走向长 20～120 m,脉厚 3～8 m,倾角 20°～35°,矿石和围岩中等稳固。

矿块结构参数:中段垂高 25 m,斜长 50～60 m,矿块沿走向长 40～60 m,矿房间距 8 m,矿房净跨度为 5 m,房间矿柱尺寸一般为 3～4 m。柱间距为 5 m左右。矿块一般只留底柱,不留顶柱,且底柱由本中段回收。

采准切割工程量布置:采准切割工程包括中段沿脉平巷、底板运输平巷、切割巷道、放矿漏斗、矿房天井等,矿房天井自切巷内开掘,规格为 2.0 m×1.8 m,为回采的主要自由面。

回采工艺:以切巷为自由面,沿脉掘进切割天井划分矿房,矿房跨度控制为 8 m,在回采过程中,从上往下回采,并留不规则矿柱。

2.3 顶板管理

根据文献[2]、[3]研究结论和矿体稳固情况以及其它条件,为充分利用免压拱的承载能力,分别采用锚杆、喷浆、喷锚、长锚索短锚杆、长锚索与锚网喷等多种支护形式,使采矿方法的回采工艺得到简化,以提高采矿强度、缩短回采周期、降低矿石贫损率、扩大矿山生产规模。

2.4 应用分析

该矿块(Ⅷ)矿房与底脉可能相连,回采时随揭露情况考虑(Ⅰ)矿房与底脉相连部分划分为下分段回采。与底脉同时回采时,应注意施工安全;该矿块对应下中段 3149矿块未回采,须保证 30平平巷完好,以便 3149矿块废石胶结充填。进入采场作业前应及时做好防尘、松石处理工作,并及时采取护顶措施,于脉幅较大处打拉杆护顶,采用人工矿柱则须及时构筑。

削壁充填采矿法[4]采用单次凿岩,分次爆破矿脉和围岩方式,矿石运搬至漏斗放出,围岩就地充填于采空区中,既能降低出矿贫化率,减少运输与提升成本费用,又能提高出矿品位和金属回收率,但存在人工搬运废石充填,劳动强度大等问题。

房柱采矿方法[5]在沃溪坑口应用比较多,出矿能力大,贫化损失较小,适用脉幅较厚的缓倾斜矿体开采。但留下的矿柱会带来一定损失,且因空区暂不处理,也会给以后的矿柱回收带来一定困难。

2.5 经济指标

两种采矿法的主要经济指标见表1。

表1 采矿主要经济指标

3 结 论

湘西金矿深部矿体地质情况复杂,包含了层石英脉、网状细脉和含金钨蚀变板岩脉等多种矿石赋存形式,属缓薄难采矿体。在这些开采技术条件复杂的矿段,适时推广多种采矿方法混合开采工艺研究,同时采取必要的辅助措施,可充分回收资源,降低贫损率,确保回采质量和安全。

(1)在矿体空间形态复杂,矿石与围岩稳固性差的情况下,可选择多种合适采矿方法,同时尽可能做到采准、切割巷道能共同使用,达到安全可靠、技术可行、经济合理,进而最大限度地回收矿产资源的目的。

(2)完善顶板管理措施,采取有效支护措施和科学监测手段降低贫化率并确保作业安全。

(3)在矿山开采年限长,深部开采应力不断增大的困难情况下,在合理处理采空区的前提下,仍需加强对盘区点柱、壁柱和顶底柱以及残矿回采工作的研究,以进一步降低损失率。

[1] 曾炜仪,谢仰文.混合采矿法在庐沽铁矿的应用[J].四川冶金,1989,(4):1～4.

[2] 丁德馨,包东曙.湘西金矿极不稳固顶板的稳定性控制研究[J].中南工学院学报,1994,8(1):51～57.

[3] 刘用章,郝中秋.湘西金矿采场支护技术成就及发展[J].有色矿山,1995(5):19～56.

[4] 宋育仁,闫学增,肖凤元,等.湘西金矿缓倾斜薄矿脉采矿法试验研究[J].矿业研究与开发,1992,(1):16～21.

[5] 孙宏生.浅孔采矿方法在缓倾斜中厚矿体中的应用[J].金属矿山,2006,(9):29～33.

2009-06-19)

苏 丹(1982-),男,湖南常德人,助理工程师,主要从事采矿及安全技术工作。