W堑沟型受矿巷道在松软矿体开采中的应用

邱宝庆,杨德全,韦 松,李有洪,覃付标

(1.云南铜业集团公司, 云南昆明 650051;2.云南锡业股份有限公司大屯锡矿, 云南个旧市 661021)

W堑沟型受矿巷道在松软矿体开采中的应用

邱宝庆1,杨德全1,韦 松2,李有洪2,覃付标2

(1.云南铜业集团公司, 云南昆明 650051;2.云南锡业股份有限公司大屯锡矿, 云南个旧市 661021)

针对云南锡业股份有限公司大屯锡矿在大马芦矿段开采松软中厚及以上矿体时底部结构受矿漏斗存在的问题,应用一种安全有效的堑沟底部结构受矿方法——W堑沟型底部结构受矿巷道,不仅彻底消除了扩漏、拉底的不安全因素,解决了由于安全因素带来的扩漏、拉底质量差的难题,提高矿石回收率3%的同时还降低了采矿成本,提高了矿床开采效率,实践证明应用效果较好。

W堑沟型底部结构;受矿巷道;松软中厚矿体

有底部结构分段崩落法是云南锡业股份有限公司大屯锡矿应用得较为成熟的采矿方法之一,它具有较强的采场生产能力,人员作业在二次破碎道的保护下,安全性好,但由于扩漏、拉底工作使用浅孔凿岩、爆破,人员仍需在松散破碎、暴露面积较大的条件下作业,安全性差,而且由于安全因素往往引起扩漏、拉底质量差,从而影响采场出矿,造成矿石损失在漏斗脊柱上。倘若氧化蚀变强烈或在断裂带中,拉底、扩漏工作更难,若碰到不明构造安全威胁更大,有时会发生冒顶、片帮事故,既严重影响矿山生产,又造成重大经济损失。针对上述问题,使用了一种安全有效的堑沟底部结构受矿方法——W形堑沟底部结构受矿巷道。经试验研究,获得成功,该方案不仅彻底消除了扩漏、拉底的不安全因素,解决了由于安全因素带来的扩漏、拉底质量差的难题,同时还降低了采矿成本,提高了矿床开采效率,实践证明应用效果较好[1]。

1 矿体开采技术条件

大马芦矿段位于高松矿田中北部,矿体明显受岩性、构造控制,赋存于中三叠统个旧组碳酸盐类岩石中,矿石主要为土状氧化矿,部分为胶状赤、褐铁矿,少量为块状硫化矿矿石。土状氧化矿矿石稳固性差,f=4～6;块状赤、褐铁矿石稳固性较好,f=5～8。矿体顶底板围岩为中三叠统个旧组碳酸盐岩,主要由白云岩、灰质白云岩、白云质灰岩及灰岩组成,岩石抗压强度一般为34.5～66MPa,属坚硬-半坚硬岩组,岩石稳固性较好,f=6～8,属中等稳固。由于矿化蚀变作用,矿体顶底板一般有一层约为0.5～1.5m较为破碎的矿化带,其节理裂隙发育,强度较低,不稳固。坑道涌水主要是地表水的渗入,其涌水量雨季大、旱季小,一般不影响矿体的开采。矿体上部无重要设施,允许陷落。

2 传统受矿巷道结构形式及其不足

2.1 传统采矿方法

大马芦矿段中厚及以上氧化矿的开采一直沿用传统的有底部结构分段崩落法开采,回采矿石量占总量的65%。该法采场沿矿体走向划分矿块,垂直走向布置采场,长为40～60m,宽为12～14m,高为矿体的厚度,当矿体为陡倾斜时,高为阶段高30m。底部结构布置在矿体下盘脉外,底柱高6.5m,矿房分段高7m。采场不留矿柱连续回采[2～6]。

采切工作包括运输平巷、人行出矿天井、电耙道(二次破碎道)、凿岩巷道、切割平巷、切割天井、联络道、漏斗和拉底巷道等。运输平巷沿矿体走向布置,上掘出矿天井和底部电耙道,漏斗交错布置在电耙道两侧,间距6m,斗穿3m,斗颈1.5m。每隔12 m布置切割平巷和切割天井。采切工程使用YT-28型气腿式凿岩机,落矿采用YG-40型导轨式凿岩机,落矿上向式扇形中深孔最小抵抗线1.5m,眼底距2.0～2.2m;采场使用直径为45mm的2#岩石硝铵炸药人工柱状不耦合装药,非电毫秒雷管一次起爆崩落矿石。矿石靠自重由漏斗受矿放出,经电耙道用2DPJ-30型绞车配0.25m3耙斗将矿石扒入矿车运往中段溜井[2～6]。传统电耙巷道底部结构中的受矿漏斗施工时,先在电耙道中施工斗穿,由斗穿向上掘进斗颈,且连通拉底巷道或切割平巷,人员从拉底巷道进入斗井中作业,以连通拉底巷道的井颈为自由面用YT-28型气腿式凿岩机钻凿浅孔多次逐步扩大形成受矿漏斗。当漏斗扩大到拉底层底板时,需进行拉底工作,以漏斗空间为自由面,根据爆破补偿比由下往上将矿房的整个底拉开,尽管采用局部拉底的办法,漏斗间留有临时矿柱,临时矿柱及未扩开的部分待矿房崩矿时一次爆破,但人员避免不了需在较大的暴露面下作业;当扩漏、拉底工作完成后形成漏斗型采矿巷道,在底柱中相邻漏斗间形成了似桃形矿柱,同时形成了底部结构。

2.2 传统底部结构受矿巷道结构形式的不足

在传统的电耙巷道底部结构中,按受矿部位形状的不同可分为(喇叭口)漏斗式、堑沟式和平底式3种。考虑到大马芦矿段矿体松软、中厚等特点,传统的3种受矿底部结构都存在一定的局限性:

(1)漏斗式受矿巷道。适用于各种矿石条件,由于对底柱切割较少,其稳固性较好,流入耙道的矿堆高度较低,便于耙斗运行,是目前应用最广泛的形式[2]。同时为使漏斗分布均匀,在实际应用中多采用交错布置,云锡大马芦矿段便是以该种受矿底部结构为主。在该形式下,当用木棚或金属支架维护耙道时,耙道与斗穿交叉处支护困难,流入耙道的矿堆,迫使耙斗折线运行,易将支护拉倒。而且扩漏、拉底工作使用浅孔凿岩、爆破,人员免不了要在松散破碎、暴露面积较大的空场条件下作业,安全性差。安全因素也往往引起扩漏、拉底质量差,无法达到设计要求,从而导致矿石损失率增大。遇到氧化蚀变强烈或在断裂带中,不仅拉底、扩漏更加困难,若碰到不明构造对施工人员的安全威胁更大,有时会发生冒顶、片帮事故,严重影响矿山生产,甚至造成重大经济损失[3]。

(2)V形堑沟式受矿巷道。通过将各受矿漏斗沿纵向连通,形成一个“V”形槽,这就把拉底和扩漏两项作业结合起来,故能提高切割工作效率,但堑沟对底柱切割较多,降低了底柱的稳定性,一般仅适用于矿石中等稳固以上的矿体。因其漏斗口单侧布置较多,使得采下矿石的损失过大,下中段回采底柱矿石时贫化也较大[4]。

(3)平底式受矿巷道。其特点是拉底水平和电耙巷道在同一高度上,采下的矿石在拉底水平形成三角矿堆,上面的矿石借自重经放矿口流入耙道中。但放矿结束后,残留于采场的三角矿堆,要待下阶段回采时才能回收,矿石损失与贫化均大,且适用于矿石稳固的条件[4]。

综上所述,现有受矿巷道结构虽各有其特点,但对于近矿体岩层矿化、风化作用严重,岩层松散破碎的矿体开采不具备普遍适用性,而且安全性较差,矿石损失过大,贫化率偏高。因此,有必要对现有底部受矿结构形式进行改进,以满足现场需要。

3 改进的W堑沟型有底部结构受矿巷道

W堑沟型有底部结构采矿法见图1。在底部电耙道(二次破碎道)中每隔6m交错布置出矿斗穿,在斗穿中往上掘1.5m的斗颈联通拉底巷道。拉底巷道平行电耙道设置在斗颈上方,根据中深孔爆破的补偿比在拉底巷道中布置拉底切割平巷和切割井,在切割平巷中以切割井为爆破自由面布置中深孔,装药爆破后形成切割槽;在拉底平巷中以切割槽为自由面布置拉底中深孔,与采场落矿同步装药爆破后形成W型堑沟底部结构(见图2)。

图1 W堑沟型有底部结构采矿方法

方案变革改进后,在云锡松矿大马芦矿段10-10矿体1600中段38剖、39剖、40剖,10-97矿体1630中段54剖,10-13矿体1630中段26剖Ⅱ块、27剖Ⅱ块等6个矿房进行应用,经生产落矿效果检查,未出现堑沟底部结构拉底不彻底的情况,确保拉底成功,保证了大爆破质量,使大矿优质采场顺利地出矿,为一坑大幅超产奠定了坚实的基础[5～6]。

图2 W堑沟型受矿巷道

底部结构受矿方式改进后,消除了传统方法漏斗之间的脊柱损失,按设计的标准扩漏、拉底计算,比传统方法可多获得经济收入290.06万元,若与传统扩漏、拉底质量差时对比,其获得的经济收入更多。2004年度一坑共有6个矿房用改进后的新工艺,采出矿石量152608t,原矿锡金属2209t,与传统方法相比多回收矿石量4578t,原矿锡金属66.3t。实践证明,此法不仅安全可靠,技术经济合理,而且也是降低矿石损失,提高经济效益和社会效益的有效途径。

4 结 论

针对现有有底部结构受矿巷道的不足,经过大量技术分析和采场试验研究,开发一种能够适应近矿体岩层矿化、风化作用严重,岩层松散破碎,比现行漏斗型底部结构受矿巷道施工安全的W堑沟型受矿巷道,W堑沟型受矿巷道集漏斗型、V形堑沟型及平底型受矿巷道之优点,实践证明新工艺具有以下优点:

(1)利用中深孔作业,避免人员在较大的暴露面下作业,在矿岩松散破碎的条件下,作业安全得到保障;

(2)改革了传统方法的漏斗受矿,从而革除了漏斗间的脊梁,降低了矿石采下损失(脊梁损失),可提高3%的矿石回收率;

(3)工艺简单,适用性强,易于标准化作业;

(4)底部结构受矿方式改进后,提高了采场生产效率,降低了采矿成本。

[1]杨德全,杨金明,李有洪,等.一种W堑沟型有底部结构受矿巷道以及形成工艺[P].中华人民共和国ZL200610010806.4,2009-6-24.

[2]钟定波,卜 祥.降低崩落法大块产出率的措施[J].采矿技术,2009,3(3):105～107.

[3]秦豫辉.电耙道底部结构设计与管理[J].采矿技术,2004,4(1):8～23.

[4]解世俊.金属矿床地下开采[M].北京:冶金工业出版社,1999.

[5]韦 松,林增洪.软岩采场边界失稳原因分析及应对措施[J].云南冶金,2006,12(6).

[6]杨德全,周国庆,侯克鹏,等.采矿方法选择及其数值模拟研究[A].钮因健.中国有色金属学会第七届学术年会论文集[C].北京:冶金工业出版社,2008:97～100.

2010-06-10)

邱宝庆(1956-),男,云南石屏人,工程师,硕士,从事矿山开采技术管理工作。