点柱式分层充填采矿法在海下矿床开采中的应用

张小刚,刘 超,彭 康,陶晓杰,于常先,王德全,李 阳

(1.山东黄金集团三山岛金矿, 山东莱州市 261442;2.中南大学资源与安全工程学院, 湖南长沙 410083)

点柱式分层充填采矿法在海下矿床开采中的应用

张小刚1,刘 超2,彭 康2,陶晓杰1,于常先1,王德全1,李 阳1

(1.山东黄金集团三山岛金矿, 山东莱州市 261442;2.中南大学资源与安全工程学院, 湖南长沙 410083)

三山岛新立矿区属于海底矿床开采,开采的关键是开采过程中海底不产生非均匀沉降、裂缝和塌陷。在安全开采的前提下实现强化开采,必须选择合适的采矿方法。根据新立矿区开采技术条件,采用脉外采准点柱式分层充填采矿法,采场生产能力达到 108.7 t/d(盘区为 800～900 t/d),采矿损失率为 19.3%,采矿贫化率为 6%,实现了新立矿区的高效安全生产。

海底开采;脉外采准;海底金矿床;点柱式分层充填采矿法

随着黄金价格的不断上涨,山东黄金集团三山岛金矿决定扩大三山岛金矿生产规模。新立矿区矿体位于海下,原有采场效率低、劳动强度大,企业投资大并难以获得好的经济效益。为了提高矿山的生产能力,本文提出了新的采矿方法——脉外采准点柱式分层充填采矿法。

1 矿床开采技术条件

矿区的工程地质条件较好,主断裂带上盘只有部分石门,由于巷道的岩石较破碎,施工中采用了水泥喷浆支护,主裂面附近岩石破碎,有坍塌、掉块现象,其余绝大多数施工在断裂带下盘中的巷道均不需任何支护,稳固性良好。

矿床勘探范围内共圈出 5个矿体,其中①号矿体又分为 6个支矿体,①-1号为矿床内主矿体,其储量占矿床总储量的 90%。①-2号次之,占总储量的 0.6%。①-1号矿体总体走向 62°,倾向南东,倾角 33°～67°,多在 40°～50°之间变化,平均46°,由北向南倾角有逐渐变陡趋势。矿体厚 0.48～28.96 m,厚度分级以 2～10 m居多,占 22%,14～16 m占 10%,8～10 m占 9%,厚度变化系数78.27%,属厚度较稳定矿体。沿走向最大长度1145 m,沿倾斜最大长度 900 m,沿倾斜已基本尖灭,沿走向其北东侧基本尖灭,南西侧尚未封闭。

2 脉外采准点柱式分层充填法

盘区尺寸为 300 m×80 m,盘区长 300 m,中段高度为 80 m。根据新立矿区开采技术条件,该采矿方法分段高度为 13～15 m,分段之间与脉外斜坡道相连,一个盘区可布置 5个分段。每个分段服务 4～5个分层,分层回采高度为 2.5～3.5 m。采场垂直矿体走向布置,长为 30～40 m,宽为 15～20 m,采场内留 4 m×4 m点柱,点柱中心点网度为(15～20)m×15 m。一个盘区分三个区段,每个区段沿走向长度 100 m,区段留 5 m连续间柱。区段中采场回采顺序为:最中央的采场首先回采,开采高度达到 3～4 m后相邻采场开采,采场间留 2 m矿皮,且使开采工作面形成一自然平衡拱形。

该方法采用脉外采准方式(见图1),盘区斜坡道形成后,在高度方向上每隔 15 m掘进脉外出矿横巷,而后沿矿体下盘布置脉外出矿巷,在脉外出矿巷每隔 15～20 m向矿体掘进联络巷,而后在矿体中央掘进脉内通风充填井。铲运机进入采场出矿,运至中段溜井,每个采场布置一个泄水井。

图1 脉外采准点柱式分层充填采矿法

2.1 采准工程布置

主要的采切工程有:盘区斜坡道,脉外出矿横巷,分段平巷,分层联络道,充填回风井及溜矿井。盘区斜坡道在矿体下盘布置,坡度 15%,在每个分段与分段平巷连通。分层联络道垂直矿体布置,长度 10～12 m;溜井布置在脉外,倾角 55°左右;滤水井在浇注人工底柱时预留,以后上采时顺路架设,采用钢板焊接成圆形结构;充填回风井采用矩形断面。

采准顺序为:盘区斜坡道-出矿横巷-溜矿井-脉外分段巷-分层联络巷-充填回风井。

该采矿方法的采切工程量如下:一个盘区布置一条斜坡道,10条脉外出矿横巷,5条脉外凿岩运输巷,2条溜矿井,75条联络巷和 15条通风充填天井,巷道总长 35635.7标准 m。矿体水平厚度按 30 m计算,一个盘区可采出矿石量 172.5万 t,采切比为82.6 m3/kt。

2.2 人工底柱

每个中段第一分层在全面拉底结束,将矿石清理干净后,首先进行钢筋混凝土层的铺设工作:按250 mm×250 mm铺设钢筋网,主筋Φ12 mm,垂直矿体走向铺设;副筋Φ8 mm,沿走向铺设。节点用铁丝捆扎结实并焊牢。然后把整个钢筋网抬高 100 mm,再将主副筋与矿体上下盘及间(点)柱用锚杆连结(锚杆长 1.5～2 m,水平方向间距 0.5 m),用C20混凝土浇注,厚度 400 mm。钢筋混凝土层浇注前,在采场底板上辅设塑料布,以防灰浆渗入底板的裂缝内。人工底柱高 3 m,其中钢筋混凝土层厚 0.4 m,灰砂比 1∶5的胶结充填体厚度 2.6 m。

2.3 回采工艺

(1)落矿。分层回采高度 2.6 m,MERCURY14单臂式凿岩台车为主 7655为辅进行凿岩,炮孔水平布置,孔深 3.0～3.5 m,孔径 Φ43～45 mm,孔网0.8 m×1.0 m,水平落矿。考虑上盘岩石稳固性差,留 1.5～2 m护顶矿。最上一个采场开采不留矿柱,相邻采场回采时,留 2 m左右矿皮,矿皮可在最后少部分回收。

(2)出矿。采场矿石由铲运机运到各中段的溜矿卸矿站,经溜井集中下放到-400 m主要运输中段,装入 2 m3的矿车用 10 t架线电机车运到主竖井附近的集中溜井内,矿石经粗碎由竖井提升到地表。

(3)通风。新鲜风流由副井、措施井和辅助斜坡道进入,经分段平巷、采场分层联络道进入采场。污风由采场回风天井排至上中段回风巷。通风困难地段应安装局扇强制通风。

(4)采场支护。每分层回采结束后,视矿体和围岩的稳固情况进行支护,采用长锚索与短锚杆联合支护。锚杆长度 2 m左右,网度(0.8～1.5)m×(0.8～1.5)m。长锚索长 9～16 m,网度 3 m×2.5 m。

(5)采场充填。采场支护完毕后即进行采场充填工作。相邻采场回采时,留 2 m左右矿皮,可以防止相邻采场回采时未胶结尾砂垮落而造成矿石贫化。充填管线从措施井经斜坡道进入各分段巷道,经分层联络道进入采场,充填工作分两次进行,首先用铲运机将附近巷道的掘进废石铲装到采场,并架设泄水井,继而进行尾砂充填,充填高度为 2.2 m。剩下 0.4 m用灰砂比 1∶4的胶结充填料充填,作为回采上一分层的底板。充填体中的水由顺路泄水天井(或波纹泄水管)排出。

(6)顶底柱回采。当采矿回采到上中段采场的人工假底时,为保证人工假底的安全,使用进路法回采其人工假底下边一分层的矿体,进路垂直矿体走向布置,进路宽 3 m,分二步进行回采,一步进路隔一采一,采用灰砂比1∶8的充填料胶结充填,并接顶。二步进路采用尾砂充填。

2.4 主要经济技术指标

(1)采场生产能力。根据新立矿区开采技术条件,参考国内外采矿技术指标,用于生产能力计算的主要指标如下。MERCURY14单臂式凿岩台车:150 m/台班;铲运机出矿工效:528 t/台班;充填站充填能力 80 m3/h;采场(30 m×20 m)开采一个分段矿石量为 3696 t(已扣除点柱矿量 224 t);回采一个分段的采矿循环周期为 34 d;采场生产能力为 108.7 t/d。

(2)采矿工效。完成一个循环周期所需的工班数为:凿岩爆破 165工班、出矿 40工班、充填准备10工班,合计 215工班,采矿工效为 17.2 t/工班。

(3)采矿主要技术经济指标。采场生产能力:108.7 t/d;盘区生产能力:800～900 t/d;采矿工效:17.2 t/工班;采矿损失率:19.3%;采矿贫化率:6%;采切比:82.6 m3/kt;采矿直接成本:57.72元 /t。

3 结 论

脉外采准点柱式分层充填采矿法在自然平衡拱内采矿,有利于地压控制,采准工程布置脉外,有利于提高盘区生产能力,而且留点柱有利于降低矿石损失率,但采准废石量较多,各采场开采必须在高度和顺序上加以控制,生产管理难度增加。因此,加强矿山科学管理,该采矿方法可以实现三山岛金矿新立矿区的高效安全生成。

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2009-07-20)

张小刚(1976-),男,四川广安人,工程师,主要从事巷道掘进和采矿管理等技术工作。