第5章 采矿方法.docx
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第5章采矿方法
第5章采矿方法
5.1矿床开采技术条件
柿竹园多金属矿床为一大型接触交代矽卡岩矿床,工业类型属云英岩矽卡岩复合型钨多金属矿床。
矿体大透镜体产出,厚度大,矿化强,连续稳定,品位较高。
平均品位:
WO3:
0.438%,Mo:
0.094%,Bi:
0.147%。
其中核心部位长宽315m×313m范围为全矿床品位最高的富矿体,平均品位:
WO3:
0.538%,Mo:
0.116%,Bi:
0.177%。
矿体赋存于花岗岩与中、上泥盆统灰岩接触带附近的矽卡岩、大理岩中。
矿石岩性为云英岩网脉矽卡岩,缓倾斜产出,倾向南东,倾角一般为5°~20°,局部30°。
顶板和东、南侧面围岩为云英岩网脉矽卡岩和矽卡岩,底板和西、北侧面围岩为花岗岩。
矿岩稳固性好,所掘井下工程一般不支护。
矿区岩石极限抗压强度大部分大于58Mpa,内摩擦角大于80°;矿石松散系数1.63,平均自然安息角37°,矿体体重为3.14t/m3,矿岩普氏硬度系数f为12~14。
含硫量仅1.19%,无自燃、结块性。
裂隙虽然发育,但由于岩浆岩4次侵入矿区,岩脉及气液充填交代,使裂隙愈合率达81%以上。
除富矿段西北角裂隙密度大,张裂隙发育外,岩体连续性、完整性好,矿岩整体稳固性好。
矿区地形陡峭,大气降雨很快排入甘港河。
矿床为弱含裂隙水岩体,矿体与甘港河之间有花岗岩隔水层,富矿段开采标高位于侵蚀基准面之上,所以矿区水文地质简单,对开采影响很小。
5.2矿山现有的采矿方法评述
5.2.1矿山现行的采矿方法
根据矿体的开采技术条件,考虑到矿山的实际情况,目前矿山采用的主要采矿方法是分段凿岩阶段崩落矿房法。
矿块构成要素:
已形成的开拓采准系统将490m和558m中段从西到东划分成4个盘区,盘区走向南北,编号由西向东依次为1~4号,每个盘区净宽64m,长315m,盘区矿柱宽15m,其中掘有进风、回风、运输平巷和进风、回风、行人天井。
盘区间采用斜对角线回采工作面推进,同时回采的矿柱有3个,2个房间柱和1个与之相连的部分盘间柱。
矿块垂直盘区走向布置,1个盘区划分9个矿块。
矿块走向东西,尺寸为:
64×35×68m(490m中段,长×宽×高),间柱宽15m,底柱高14m,底部结构为堑沟进路式结构。
采准切割:
切割工作的顺序为:
矿房端部→切割天井→切割横巷→上向扇形平行炮孔。
凿岩巷道的断面尺寸为:
2.7×2.7m,切割横巷断面尺寸为:
4×2.7m。
房间矿柱的凿岩联络巷、凿岩硐室、558m顶柱的凿岩天井、凿岩硐室和580m分段平巷以及各进风、回风联络道、600m、620m、650m强制防顶工程和割帮工程以及联络道等。
出矿平巷布置在间柱中央,以单侧装矿进路与位于矿房底部中央的堑沟联接。
分段高度22m,分段凿岩平巷为边侧双巷式,控制采场边界。
用风动中深孔凿岩机,有效凿岩深度15m,在原每2个凿岩分段之间插入1个腰分段,设1条中央凿岩平巷,与边侧双巷交错布置,改分段高度为11m。
1个矿块在盘区进风平巷一端布置1条进风行人天井,在盘区回风平巷一端布置1条回风天井。
堑沟靠矿块回风天井一端掘1条切割天井,并以切割巷与各分段凿岩平巷贯通,切割立槽自采场底部向上逐段拉成。
3.矿房回采
矿柱回采,首先在矿柱内按现有分段开掘分段和腰分段凿岩联络巷,并与分段联络平巷相通,垂直凿岩联络巷开掘凿岩巷道,凿岩巷道高11m,用YGZ-90型钻机在凿岩巷凿上向扇形炮孔,炮孔直径65~80mm,孔底距2.0~3.0m,排距1.4~1.8m,,排面与矿柱自由面平行,第一排临近爆破自由面,孔底距适当加密。
558m以上矿体凿岩采用YQ—100潜孔钻机在凿岩硐室中钻凿水平环行中深孔,孔径为100mm~110mm,孔底距3.0m~4.0m,排距2.5m~3.0m,近自由面排的孔底距适当加密。
然后,用BQF—100型装药器装多孔粒状铵油炸药,导爆索+非电微差雷管起爆,从矿房一端向另一端侧向崩矿,炸药单耗0.5~0.6kg/t。
平巷、斜坡道掘进工作面配7655凿岩机,天井掘进工作面配YSP-45凿岩机。
掘进出矿和掘进出渣采用WJ—2型柴油铲运机和ZPJK—14电耙。
矿石运搬采用55kw的大功率电耙把矿石耙至采场溜井,通过振动放矿机放矿至汽车运至主溜井,其台班效率可达160t/台班。
或采用ZL—30型装岩机经矿车运至溜井,其台班效率可达80~100t/台班。
4.矿柱回采
间柱回采使用潜孔钻机在凿岩硐室打下向大直径垂直深孔,孔径φ165mm,球状药包分层爆破落矿;盘区矿柱采用分段充填法回采;顶底柱采用窄条分段充填法回采。
5.采空区处理
空区处理,在盘区上部315m×313m范围外缘,按10m垂高布置削帮巷道,在削帮巷道内用药室或深孔爆破,使上下帮形成割裂面,然后让顶板自然冒落充填采空区。
为了减少矿石贫化和富矿损失,空区处理滞后采矿进行。
但必须开凿断面积为15m2的卸压天窗和预留厚度不小于20m的矿石缓冲层,以减少大面积冒落所引起的冲击波。
考虑到首采区顶板暴露面积未达到自然崩落的条件,采用药室强制崩落顶板形成初期覆盖层。
6.主要技术经济指标
主要技术经济指标见表5-1:
表5-1主要技术经济指标
序号
项目名称
单位
数量
备注
1
矿体厚度
m
60~128
2
矿体倾角
度
一般5~20,局部30
3
矿石单轴抗压强度
MPa
81.6~138.2
4
围岩单轴抗压强度
大理岩
MPa
64.4~82.7
矽卡岩
MPa
81.6~138.2
花岗斑岩
MPa
80.9
5
采矿方法
矿房
分段空场嗣后充填法
矿柱
VCR嗣后充填法
可试验分段空场嗣后充填法
盘区矿柱
分段充填法
顶底柱
窄条状分段充填法
6
矿块构成要素(长×宽×高)
m3
64×35×68
490m中段
其中:
矿房
m3
63×(17.5~20)×68
矿柱
m3
63×(17.5~20)×68
7
一个矿房计算矿量
t
243069
8
一个矿柱计算矿量
t
198796
9
矿房采切比
m3/kt
30.219
10
间柱采切比
m3/kt
10.089
11
全矿采切比
m3/kt
28.997
12
全矿贫化率
%
12.9
其中:
矿房
%
10
间柱
%
12
盘区矿柱
%
16
顶底柱
%
20
13
全矿损失率
%
9.5
其中:
矿房
%
5
间柱
%
7
盘区矿柱
%
10
顶底柱
%
25
14
矿房生产能力
t/d
350
15
间柱生产能力
t/d
350
5.2.2现有采矿方法存在的问题及改进设想
1.存在的问题
矿山现采用的分段凿岩阶段崩落法只采矿房不采矿柱,在回采过程中,留下大量矿柱(包括盘间矿柱、房间矿柱和底柱)支撑采场顶板,维护采场的安全生产。
设计回收率为42.29%,但崩落法在覆盖层下放矿,放矿过程中需保持高品位矿石和低品位矿石之间的斜接触面,存窿矿石多,存在贫化损失,实际矿体回收率不到42.29%。
采下矿石也不能及时放出造成资金积压。
大规模阶段落矿,爆破规模大,爆破地震效应和冲击波危害大,工艺复杂,技术要求高。
矿山自1987年开采以来,36个可采矿房已采动34个,2个剩余矿房的品位太低(钨品位低于0.4%),目前无法开采利用。
按现有的开采规模和方式开采,只能供矿山1~2年连续生产。
且矿石品位逐步降低,钨、钼、铋品位分别降为:
0.48%、0.06%、0.11%。
按现行市场价格计算,每选一吨矿石要亏6元左右,目前柿竹园多金属采矿正面临是否有经济效益和采矿何去何从的重大问题。
矿柱回收在大体积空区群中进行,限制回采的因素复杂,安全隐患多。
经现场勘测,井下已形成200万m3的暴露空间,顶板暴露面积达3万m2。
随着生产的持续进行,采空区每年将以25万m3的新生数量递增;现在的采空区由于空场时间长,矿柱不断垮落,顶板最大连续暴露面积目前已近8000m2。
采空区存在时间越长,矿柱垮塌越厉害,暴露面积也越大,如此恶性循环,地压不断升级,有可能发生大的地压活动,造成大的地质灾害。
大体积采空区群下大规模连续采矿,国内外尚无先例,没有系统性的成功经验。
同时由于矿山无力对采空区进行充填处理,不仅难以回收现有的矿柱,而且势必对周围矿体和下阶段地采转露天的开采带来严重的不安全后果,将大幅度增加采矿成本。
到出现安全威胁时处理采空区,难度更大,费用更高。
2.改进设想
柿竹园多金属采矿可持续发展的关键是寻求安全、经济、合理、有效的地下连续开采方案及其采矿方法(包括矿柱回采与空区处理的方法)。
(1)开展采矿方法和矿柱回采与空区处理技术试验研究,为获得最佳经济效益和可持续发展提供保障。
胶结充填采矿法不符合柿竹园有限公司的实际情况,难以实现;非胶结的全尾砂充填法不能解决多金属矿床开采的根本问题,意义不大,建议不予采用。
(2)严格管理,并进行计算机控制放矿技术的研究、相关的的岩体力学和可崩性研究,为科学有效地放顶,处理采空区和回收矿柱提供理论依据,为连续地下开采和下一步露天开采创造条件。
(3)进行爆破参数优化,研究合理的凿岩爆破参数、起爆顺序、微差间隔时间及装药结构等。
改造地下运输系统,增设井下破碎站。
(4)建立强有力的安全管理系统,开展专门的安全技术研究。
及时处理空区,必要时进行强制诱导放顶。
(5)490m水平以下的采矿,建议增加采掘设备的投入,创造条件,采用无底柱分段崩落法或大直径深孔采矿法。
(6)加紧进行选矿试验研究,提高选矿回收率,并进行产品深加工技术研究,开发新产品,提高产品价值。
5.3采矿方法选择
5.3.1采矿方法初选
根据矿床的地质条件,开采技术条件和国家技术经济政策的要求,初步拟出技术上可行的采矿方案,进行初选。
初选如表5-2所示:
表5-2采矿方法初选表
序号
主要采矿技术条件
按照各种条件可以采用的采矿方法
技术条件名称
技术条件特征
1
矿石稳固性
坚固,f=12~14
空场法、崩落法、空场法和崩落法结合
2
围岩稳固性
坚固,f=12~14
空场法、崩落法、空场法和崩落法结合
3
矿体倾角
一般5~20°,局部30°
空场法
4
矿体厚度
60~128m(厚大矿体)
阶段矿房法、分段空场法,分层充填法
5
矿石品位
WO3
0.438%
空场法、崩落法
Mo
0.094%
Bi
0.147%
6
矿体连续性
连续稳定,分散较少
阶段矿房法、分段空场法,分层充填法
7
矿石性质
矿石松散系数1.63,平均自然安息角37°,无结块性
空场法、崩落法
8
地表是否允许崩落
地表允许崩落
崩落法
9
矿岩接触情况
矿岩接触明显
空场法、阶段矿房法、分层充填法
10
围岩品位及变化
中等品位,稳定且不易风化
崩落法、空场法
综合以上条件可以看出,开采技术条件均适用于阶段空场采矿法和崩落采矿法。
将在下文中进一步对两种采矿方法进行技术经济综合比较,并选出最佳的采矿方案作为最终的设计采矿方法。
5.3.2采矿方法技术经济综合比较
由5.3.1采矿方法初选,拟选定阶段空场法和崩落法作为矿山的主要采矿方法。
以下就两种采矿方法作具体的综合技术经济比较,如表5—3所示。
注:
第一方案:
“崩落法”方案;第二方案:
“空场法”方案
表中W指WO3
表5—3采矿方法技术经济综合比较
序号
指标名称
单位
第一方案
第二方案
第一方案比第二方案
多(+)少(-)
备注
一
地质资源
(一)
地质储量(Ⅲ矿带)
1
矿石量
万t
8733.13
8733.13
其中:
A级
万t
841.88
841.88
B级
万t
632.93
632.93
C级
万t
6421.23
6421.23
D级
万t
846.09
846.09
2
平均品位
W
%
0.374
0.374
Mo
%
0.088
0.088
Bi
%
0.135
0.135
3
金属量
W
t
350437
350437
Mo
t
77168
77168
Bi
t
122300
122300
(二)
可采储量
1
矿石量
万t
3888.75
1465.81
2422.94
其中:
A级
万t
841.88
841.88
B级
万t
623.93
623.93
C级
万t
2422.94
2422.94
2
平均品位
W
%
0.514
0.537
-0.023
Mo
%
0.105
0.090
0.015
Bi
%
0.163
0.167
-0.004
3
金属量
W
t
199947
78720
121227
Mo
t
40999
13182
27817
Bi
t
63319
24541
38778
二
采矿
1
矿山生产能力
万t/a
100
100
t/d
3000
3000
2
开拓方式
平硐斜坡道
平硐斜坡道
3
开采顺序
先上后下
现下后上
4
基建工程量
m3
38366
102470
-64104
标m
9592
25618
-16026
其中:
开拓工程
m3
11814
72121
-60307
一方案为采空区处理工程
标m
2954
18030
-15076
采准工程
m3
26552
25644
908
标m
6638
6411
227
切割工程
m3
4705
-4705
标m
1176
-1176
5
保有三级矿量
开拓矿量
万t
728
226
502
一方案按矿柱50%计算
采准矿量
万t
120
106
14
备采矿量
万t
68
48
20
6
基建时间
年
2
4
-2
7
服务年限
年
34
15
19
不包括基建时间
8
采矿方法
崩落法
空场法
9
矿石贫化率
按W计算
前期
%
3.76
3
0.76
后期
%
12.31
10
矿石回收率
前期
%
75
38
37
后期
%
110
61
49
11
可采储量总回收率
%
85
38
47
12
采切比
m3/kt
9.09
42
-32.91
指前期
标m/kt
2.27
10.5
-8.23
其中:
采准比
m3/kt
9.09
36
-26.91
标m/kt
2.27
9
-6.73
切割比
m3/kt
6
-6
标m/kt
1.5
-1.5
三
技术经济
(一)
建设投资
1
建设总投资
万元
2969
5099
-2130
2
井巷工程投资
万元
1270
3246
-1976
3
设备及安装
万元
364
327
37
4
辅助工程
万元
500
400
100
5
单位投资
万元
0.90
3.48
-2.58
6
流动资金
万元
400
400
(二)
矿石制造成本
1
经营总成本
万元
443103
197885
245219
2
年采选经营成本
万元/a
13126
13774
-648
前期
3
采选制造成本
元/t
131.26
137.74
-6.48
前期
4
采矿制造成本
元/t
42.29
48.77
-6.48
前期
5
选矿制造成本
元/t
88.97
88.97
前期
(三)
产品产量
1
出矿量
万t
3365
1465
1900
2
前期出矿品位:
W
%
0.487
0.527
-0.040
Mo
%
0.079
0.142
-0.063
Bi
%
0.161
0.163
-0.002
3
后期出矿品位:
W
%
0.476
0.487
-0.011
Mo
%
0.119
0.079
0.040
Bi
%
0.154
0.161
-0.007
4
出矿金属量:
W
t
162127
73635
88493
Mo
t
33428
15150
18280
Bi
t
53114
23713
29402
5
选矿金属量:
W
t
123930
56286
67644
Mo
t
28755
13032
15723
Bi
t
38752
17301
21451
(四)
技术经济评价指标
3.9
5.5
-1.7
1
投资回收期
年
4.2
5.8
-1.6
含建设期
2
财务内部收益率(i0)
%
42.60
33.43
9.17
3
财务净现值(8%)
万元
12246
10411
1836
4
财务净现值(15%)
万元
4899
4781
118
5
投资利润率
%
47.25
37.27
9.98
6
投资利税率
%
81.21
58.39
22.82
7
投资收益率
%
53.62
40.20
13.42
8
盈亏平衡点
%
72.21
52.93
19.28
由以上技术经济综合比较,从年效益角度考虑,“空场法”方案较优,从整体效益和长远发展考虑,“崩落法”方案较优。
所以,本设计采用“分段凿岩阶段崩矿法”方案作为柿竹园多金属矿床Ⅲ矿带富矿体连续地下开采方案。
采矿方法示意图图5—1所示。
5.4采区构成要素和底部结构
5.4.1盘区划分
将490m和558m中段从西到东划分成4个盘区,盘区走向南北,编号由西向东依次为1~4号,每个盘区净宽64m,长315m,盘区矿柱宽15m,其中掘有进风、回风、运输平巷和进风、回风、行人天井。
盘区间采用斜对角线回采工作面推进,同时回采的矿柱有3个,2个房间柱和1个与之相连的部分盘间柱。
5.4.2矿块构成要素
矿块垂直走向布置,每个盘区划分为9个矿块,矿块走向为东西。
1.中段高度:
68m;
2.分段高度:
22m;
3.分段之间增设腰分段:
11m;
4.矿块尺寸:
64×35×68m(长×宽×高);
5.矿房宽度:
20m;
6.房间矿柱宽度:
15m;
7.盘区间矿柱宽度:
15m;
8.矿块规格:
79×35m。
5.4.3底部结构
底部结构采用电耙道漏斗式结构,为堑沟进路式(平底结构、双侧进路)。
电耙道布置在阶段运输平巷上部,与盘区运输平巷或采区运输平巷垂直,间距10~12m。
电耙道两端分别布置电耙联络平巷和回风平巷并与采区内各条电耙道相通。
回风平巷与回风井相通,电耙联络平巷与分段联络平巷相通。
每条电耙道内靠电耙联络平巷一侧设1条贮矿溜井,与阶段运输巷相通。
出矿漏斗沿电耙道交错布置,间距10~12m。
回采前先形成斗穿、斗颈和劈漏天井。
劈漏斗与崩矿同步距同时进行,也可以提前进行。
矿柱回采不作专门的底部结构。
5.4.4采准切割
切割工作的顺序为:
矿房端部→切割天井→切割横巷→上向扇形平行炮孔。
全采区自漏斗上口水平开始,在分段内布置凿岩平巷,凿岩平巷的走向与电耙道走向垂直,分段垂高10~12m,平面间距10~12m。
相临各分段之间可以对称布置,也可以交错布置。
凿岩平巷的断面尺寸为:
2.7×2.7m,凿岩联络道断面尺寸:
2.5×25m;由于矿岩很稳固,基本不用支护,局部不稳固的地方用锚杆支护。
整个采区的分段凿岩平巷一次形成。
各分段的凿岩平巷的一端与相应分段凿岩联络平巷和回风平巷相通。
切割槽分段形成,切割量为第一次回采爆破实体积的20~30%。
切割槽的断面尺寸为:
4×2.7m。
首先在采场端部每一个分段,垂直凿岩平巷走向布置一条切割平巷。
然后,在该平巷内按切割槽补偿空间的要求布置切割天井。
再用上向平行或扇形炮孔以切割天井为自由面爆破形成切割槽。
漏斗间距为8m,斗颈和斗穿的规格为2.5×2.5m.切割天井的断面为φ2m.
在开采矿房时,315m×313m内分层巷道已形成,分层高度22m。
回采矿柱时按现有分层平巷在矿柱中掘进东西向凿岩联络道和南北向凿岩巷道,分层之间加腰分段。
为充分回收558m以上的Ⅲ矿带富矿,在558m水平矿柱联络道内,沿矿柱长度方向上向掘进凿岩联络井,并设置凿岩硐室。
558m以上矿体与490m中段矿柱同时进行采准工作。
558m顶柱的凿岩天井、凿岩硐室、600m、620m、650m、强制防顶工程和割帮工程及联络道等均布置在490m矿柱垂直对应的安全位置。
人员、设备均在采准切割工程内作业,安全有保障。
主要采切工程量见表5—4所示:
图5—1采矿方法示意图
表5-4崩落法采准切割井巷工程量表
序号
工程名称
断面(m2)
工程量
S净
m
m3
1
切帮天井
4.0
60
240
2
切帮平巷
3.6
460
1656
3
药室及联道
2.88
1050
3024
4
小计
1570
4920
5
采准工程
6
凿岩联络巷
5.76
2370
13651
7
凿岩平巷
6.76
900
6084
8
凿岩天井
4.84
540
2614
9
凿岩硐室
22
108个
2376
10
小计
4404
24725
11
其它工程
457标m
1827
12
合计
6431
31472
5.5
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