狮子山铅锌矿采矿方法优化选择

张东炜，刘明荣

(1.中科院武汉岩土力学研究所CO2地质封存组, 湖北武汉 430071；2.长沙矿山研究院有限责任公司, 湖南长沙 410012)

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狮子山铅锌矿采矿方法优化选择

张东炜1，刘明荣2

(1.中科院武汉岩土力学研究所CO2地质封存组, 湖北武汉 430071；2.长沙矿山研究院有限责任公司, 湖南长沙 410012)

针对狮子山铅锌银矿Ⅰ号矿体开采技术条件，及目前采用的崩落采矿法带来的技术难点和问题，提出了上向进路充填采矿法和中深孔留矿嗣后充填采矿法两种可行的开采方案，通过两种开采方案主要技术经济指标及优缺点的对比，最终选择上向进路充填采矿法为Ⅰ号矿体首选采矿法，并对其回采工艺进行了探讨。

上向进路充填采矿法；中深孔留矿嗣后充填采矿法；回采工艺

0 引 言

狮子山铅锌银矿2011年8月开始试生产,2012年投产,2013年达成。目前该矿采选规模已稳产2000 t/d。开采对象主要有Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ号3个矿体,Ⅰ号矿体属矿区主矿体。矿区划分1300,1250,1200, 1150,1100,1050,1000 m共7个中段。可研报告推荐采用上向水平分层充填采矿法,由于实际矿体及接近矿体的围岩节理裂隙十分发育,顶板破碎,稳固性差,人员设备无法进入采场内作业,因此目前矿山在首采1200 m中段采用水平中深孔分层崩矿留矿采矿法回采。然而也产生了采矿贫化损失指标不够理想,矿柱未回采等问题。因此,寻求合理的采矿方法,确定合理的工艺参数,提高矿山综合经济效益成为当务之急。

1 开采技术条件

矿体特征,I号矿体为主矿体,其资源量占矿区总资源量的80%以上,其余皆为小矿体。I号矿体总体走向北东,倾向北西,平均倾角59°,平均厚度约30.00 m。矿石价值较高,属于富矿,该矿体有用组分分布较均匀,厚度变化较稳定。

矿区多数矿体产于泥质岩、砂岩与白云岩的层间构造内,顶、底板围岩以白云岩、大理岩为主,有少量砂岩、泥质岩。勘探报告资料显示矿体及顶底板为较坚硬岩组,稳固性中等。井下实际工程揭露后,采场内近矿围岩及矿体均为浅变质石灰岩、大理岩、白云岩等。围岩及矿体节理裂隙发育(目估平均间距≤50～80 mm),岩石硬度f＝6～8(中等或中等偏下),顶板破碎,属不稳固矿岩类型。

矿区水文地质属于以溶蚀裂隙充水为主的中等类型。地质环境条件中等,现状地质灾害发育弱。

2 矿山开采技术难点

采矿方法选择主要针对Ⅰ号主矿体,该矿体属于急倾斜中厚～厚大矿体,品位高,矿石价值高,矿岩节理裂隙发育,矿岩稳固较差,仅从采矿技术角度考虑,比较适宜采用崩落法开采,该方法具有生产工艺简单,生产能力大,成本低的优点,但考虑到该矿的实际情况和开采技术条件等,崩落法也存在较多缺点和技术难题,具体如下。

(1)贫化、损失指标大,一般达到损失率20%～28%、贫化率18%～25%。该方法开采造成资源浪费,另外采矿过程中大量混入废石,也会在采矿、选矿过程中增加处理成本。该矿矿石品位高,矿石价值高,不适宜采用崩落法开采。

(2)崩落法开采将导致地表塌陷,同时破坏塌陷区的植被和建构筑物,对环境造成一定程度的破坏,有悖于环保,需投入征地费用和复垦费用。由于该矿地处云南盈江县,雨量充沛,而且矿体上部山高坡陡,地表有大量覆土,地面崩落后随着开采发展,将会有大量覆土和泥水涌入采区,恶化井下作业环境。

(3)矿山在1200 m中段开采Ⅰ号矿体的1～5采场,V号矿体的6～9采场,均是开采矿房。根据2011年8月～2014年7月采矿储量消耗台账,共采出104万t矿石,形成了约27×104 m3空区。根据开采现状,现在采用中深孔分层崩矿留矿采矿法开采,若再改用崩落法开采,首采地段难以选择,而且崩落后将造成1200 m以上中段的矿石难以回采。

(4)崩落法无法将尾砂充填至井下,选厂产出尾砂全部排至尾矿库,将导致尾矿库库存压力大,增大尾矿库的安全风险。矿山闭坑后,还需要对尾矿库水处理、固体废物处理、复垦等环保进行投入。

3 采矿方法选择

根据该矿矿岩稳固性较差的条件,该矿也不适合采用要求矿岩中等稳固及以上条件的阶段充填法和上向水平分层充填采矿法,针对开采矿岩不稳固及价值高的矿石适合采用上向进路充填采矿法(方案Ⅱ),并将该采矿法与矿山现有的水平中深孔留矿嗣后充填采矿法(方案Ⅰ)做进一步的技术经济比较以确定最优的采矿法方案。各采矿方法的主要技术经济指标见表1。

表1 主要技术经济指标对比

根据表1可以看出,上向进路充填采矿法(方案Ⅱ)的经济技术指标明显优于中深孔留矿嗣后充填法(方案Ⅰ),此外,并对该两种方案的优缺点进行比较:

(1)方案Ⅰ虽然在生产效率和生产成本指标上优于方案Ⅱ,但随着地下开采揭露矿岩条件变为不稳固,使得该采矿方案存在一定程度的不适应性。方案Ⅰ顶板及上下盘暴露面积大,容易造成围岩塌落,贫化损失大,如塌落严重,有可能会造成采场矿石难以放出。相反,方案Ⅱ暴露面积小,能很好的控制地压及贫化损失。

(2)方案Ⅱ贫化率低,相对于方案Ⅰ贫化指标低9%,从而减少了废石运输、选矿成本,在某种程度上降低了生产成本。

(3)经济效益好。方案Ⅱ矿石回采率高,金属回收率也高,从而增加了经济效益。

综上所述,方案Ⅱ在技术及经济上都要优于方案Ⅰ开采,因此,Ⅰ号主矿体和Ⅴ号矿体推荐采用上向进路充填采矿法。

4 回采工艺

4.1 矿块布置参数

采场沿矿体走向布置,长40 m,宽为矿体厚度,中段高50 m,分段高12.5 m。每个采场沿切割横巷及矿体走向布置进路,进路规格宽×高＝(3.5～4)m ×(3～4)m。采用脉外采准,脉外溜井规格为Φ3.0 m,充填回风井规格为2.0 m×2.0 m。

4.2 采准切割

采用脉外采准方式,采准切割工程主要有分段平巷、分层联络道、切割横巷、充填回风井、脉外溜井等。

4.3 回采工艺

上向进路充填采矿法采场内进路采用隔一采一的回采方式,矿块内按进路宽度3.5～4 m划分成若干条进路。一步骤隔一采一回采进路,进路回采后,随之进行充填,待一步骤回采进路充填强度达到要求后,再二步骤回采充填体间进路矿体,回采后充填进路。

(1)凿岩爆破:凿岩用Atlas Copco的Boomer281单臂凿岩台车,打水平钻孔,孔深3.5～4.0 m,孔径43～45 mm,每循环进尺3.3 m。二步骤进路周边眼到充填体距离0.5 m左右,以保护一步骤充填体,减少贫化。采用筒状改性铵油炸药装药,非电导爆起爆系统起爆。

(2)采场通风:新鲜风流从中段运输巷→斜坡道→分段平巷→分层联络道→切割横巷→进路工作面。污风自采场→充填回风井→上中段回风平巷。由于进路回采为独头掘进工作面,需采用局扇辅助通风,爆破后一般通风45～60min后方可进入,待检测炮烟排净后,方可进入工作面作业。

(3)顶板管理:采场通风后,检查顶板及两帮矿岩情况,撬掉松石,再进行出矿及平场工作,对顶板不稳固地段进行锚网支护加固。

(4)采场出矿:采用2 m3的铲运机,将崩落矿石由进路工作面经切割横巷→分层联络道→分段平巷,倒入脉外溜井,出矿效率约为200 t/台班。

(5)充填:一步骤进路下部2.5～3.5 m采用灰砂比为1∶6的充填体充填,上部0.5 m空间采用灰砂比为1∶4的充填料浇面并接顶充填；二步骤进路及分层联络道下部2.5～3.5 m采用灰砂比为1∶15充填料胶结充填,上部0.5 m空间采用灰砂比1∶4的充填料浇面,便于无轨设备的行走。

(6)转层:每一分层回采完毕,最后一次进路充填前,将切割横巷与分层联络道挑高1.5 m,然后进行充填。待充填体达到养护强度后,继续将分层联络道与切割平巷挑高至一个分层高度即完成该分层的转层工作。

5 结 论

狮子山铅锌银矿Ⅰ号矿体属于急倾斜中厚～厚大矿体,品位高,矿石价值高,矿岩节理裂隙发育,矿岩稳固较差,仅从采矿技术角度考虑,比较适宜采用崩落法开采,但考虑到该矿的实际情况和开采技术条件等,选用中深孔留矿嗣后充填法和上向进路充填采矿法,通过综合比较该两种采矿方法的主要技术经济指标及优缺点,上向进路充填采矿法更优、更适合Ⅰ号矿体的开采。研究和优化狮子山铅锌矿采矿方法及相关回采工艺,对其他矿山类似矿体的回采具有很好的借鉴意义。

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2015-05-28)

张东炜(1985-)，男，江西上饶人，助理工程师，主要从事采矿和岩土工程方面研究，Email:liu_mingrong＠163. com。