板溪銻礦廢石充填采礦工藝技術研究

劉夢秋,鄭劍洪,谷新建

(1.久通銻業(yè)有限責任公司, 湖南桃江縣 413400;2.湖南科技大學能源與安全工程學院, 湖南湘潭市 411201)

板溪銻礦廢石充填采礦工藝技術研究

劉夢秋1,鄭劍洪2,谷新建2

(1.久通銻業(yè)有限責任公司, 湖南桃江縣 413400;2.湖南科技大學能源與安全工程學院, 湖南湘潭市 411201)

在分析研究板溪銻礦開采現(xiàn)狀及存在問題的基礎上,改進采場溜井結構、出礦方法和采場支護,選擇合適的充填材料和鋪墊材料,研究廢石充填采礦工藝技術,對于進一步提高板溪銻礦采場生產(chǎn)能力,減輕工人勞動強度大,提高勞動生產(chǎn)率,降低礦石貧化和損失率,降低采礦和充填成本,提高礦山經(jīng)濟效益,都具有非常重要的意義。

溜井結構;廢石充填采礦法;采場支護;充填材料;鋪墊材料

板溪銻礦位于湖南益陽市桃江縣鸕鶿渡鎮(zhèn)蔣家沖,始建于1895年,至今已有一百多年的開采歷史,礦山經(jīng)逐年改、擴建,現(xiàn)已形成年產(chǎn)精銻2500t的采選冶綜合生產(chǎn)能力。礦山開采范圍沿走向東起19線,西至36線,長為1400m;采用平硐加盲斜井開拓,中段高度40m,現(xiàn)已開拓至17中段,沿傾斜采深已達-460m標高,垂直深度約800m。該礦屬中低溫熱液裂縫充填脈狀輝銻礦礦床,礦體賦存于五強溪組淺變質板巖、砂質板巖或砂巖中。礦脈嚴格受NE向壓扭性斷裂控制,為一急緩傾極薄礦體,礦體規(guī)模小、數(shù)量多、品位高、分布范圍廣、形態(tài)變化復雜,礦巖局部穩(wěn)固性較差,特別是在構造破碎帶地段,加上地下水的滲透作用,常出現(xiàn)坑道坍塌,開采難度較大[1]。

1 硐室取石充填采礦法簡述

礦山在長期的生產(chǎn)實踐中,曾先后試用削壁充填采礦法、淺孔留礦采礦法和硐室取石充填采礦法等薄礦脈類采礦方法[2],各采礦方法的采場構成要素相似,采場均沿礦體走向布置,長度為40～50m,高度為階段高度40m,削壁采礦法的采場寬度為礦脈寬度加削壁寬度,淺孔留礦采礦法和硐室取石充填采礦法采場寬度為最小回采寬度0.8～1m。經(jīng)長期生產(chǎn)實踐證明,削壁充填采礦法和淺孔留礦采礦法均不成功,使用過程中發(fā)現(xiàn)削壁充填采礦法由于削壁增大了采場寬度,導致采場頂板和幫壁產(chǎn)生冒落,回采作業(yè)不安全;淺孔留礦采礦法上采到一定高度后,下部兩幫圍巖常片落產(chǎn)生卡斗,導致大量礦石無法放出,造成大量礦石損失。至今只保留硐室取石充填采礦法服務于生產(chǎn)。

硐室取石充填采礦法礦房之間不留間柱,礦塊連續(xù)布置,礦體品位低且厚度較薄的采場下部留4 m高的底柱,當?shù)V體品位較高或厚度較大時,則在底部構筑人工假巷,除上部巷道需要保護外,一般采場上部不留頂柱。采場下部布置運輸平巷和沿脈平巷,兩者間用聯(lián)絡平巷連通,平巷規(guī)格為2.0m×2.1m,采場兩端各布置一個順路天井作為行人和運輸材料之用,規(guī)格為長1.4m,寬與采幅相同,順路天井左右兩邊用片石混凝土砌筑,厚度為0.6～0.8 m,當兩端順路天井上部均未貫通上中段平巷時,則在采場上采約20m高度時,在采場中央上掘天井連通上中段巷道,天井斷面為1.4m×(1.2～1.5)m,以改善采場通風條件和方便人員上下及材料運輸。每個采場均布3個放礦漏斗,規(guī)格與順路天井相同,漏斗兩壁用片石混凝土砌筑,厚度為0.6～0.8m,與采場回采高度同步上升。

回采自底部拉底水平向上分層上采,回采分層高度為1.8～2.0m,采幅一般為1.2～1.5m,當脈幅大于1.2m時,采幅為脈幅寬加0.3m,每采完一分層立即充填,工作空間高度保持為1.8～2.0m。采用上向淺孔落礦,孔深1.6～2.0m,孔距0.6～1.0m,炮孔錯開排列,落礦從采場一端向另一端推進,落礦后人工進行二次破碎并將礦石搬運至最近的放礦漏斗。工作面礦石清理干凈后掘進充填硐室,并在硐室內(nèi)挑頂、削幫準備充填料,先用大塊廢石砌筑漏斗及順路井壁,其余廢石充填空區(qū)至設計高度,再在其上鋪一層約0.2m厚的細碴,以減少礦粉損失。充填完畢后即開始下一分層的回采作業(yè),依此上采至上中段水平[2]。

硐室取石充填采礦法存在的問題:采場生產(chǎn)能力小,采礦效率低,采場生產(chǎn)能力僅10～20t/d,采礦效率為1.25～1.5t/工班;采礦貧化大,采礦損失率為5%～10%,貧化率達60%～65%;采礦和充填成本高,千噸采切比為15.15m/kt,采礦直接成本達165.12元/t,每采出1t礦石,還需從下盤硐室中采下2t廢石充填采空區(qū),才能實現(xiàn)充采平衡,大大提高了礦石的回采成本;采礦過程主要靠人工作業(yè),特別是工作面出礦和廢石充填工序,基本上全靠人工搬運完成,工人勞動強度大,勞動效率低。

2 采礦和充填技術研究

2.1 礦石溜井結構

采場溜井是出礦通道,地位十分重要,如果它損壞,修復非常困難甚至不可能,若要重新開鑿井巷不但增加費用而且延長作業(yè)時間。板溪銻礦硐室取石充填采礦法順路溜礦井由片石混凝土砌筑而成,費時費力,勞動強度大,造價高。擬采用厚度為3mm的鋼板焊制鋼溜井代替片石混凝土溜井,順路溜礦井直徑為0.7～1.2m,每節(jié)高0.5～1.0m,一般在地表卷制并焊好,其上下兩端每120°各焊接一個鎖鼻,以便安裝時對接并用螺栓或鐵線固定。卷制鋼溜井時,應有一個適合采場的傾角。高為0.5m,直徑為0.7m的鋼溜井重量僅26kg,提升運輸和采場安裝省時省力。隨采場上采逐節(jié)順路架設,并在其四周用混凝土膠結充填,厚度不小于0.3m,以使其有足夠強度及不易變形;溜井上部要在覆蓋格篩下出礦,以防止大塊堵塞。這種鋼溜井按采場傾角安裝,不但可抵御礦石沖擊,強度高,而且表面光滑,沒有或很少粉礦損失,比木材溜井有很多優(yōu)點[3]。

2.2 出礦方式

板溪銻礦硐室取石充填采礦法采用人工出礦,采場生產(chǎn)能力小,采礦效率低,隨著社會進步及技術提高,機械作業(yè)已被越來越多礦山應用,最簡單而有效方法乃是使用耙礦絞車。根據(jù)板溪銻礦采場采幅小,采場生產(chǎn)能力不大等特點,采場出礦設備選用2DPJ-7.5型電耙。電耙出礦操作簡單,工人容易掌握;設備投資少,要求巷道規(guī)格小;作業(yè)范圍廣,既可耙礦石又可耙充填廢石,將大大減輕工人的勞動強度,提高采場生產(chǎn)能力和采礦效率。

2.3 采場支護

由于采場寬度小,頂板安全性相對較好,在以往的生產(chǎn)中未進行采場頂板支護處理,遇構造破壞部位時,出現(xiàn)采場頂板安全問題,影響礦山安全生產(chǎn)。為此,在每次崩礦后,應先檢查頂板,清理干凈頂板浮石,遇構造破壞部位時,則視情況采取必要的錨桿支護措施,支護采用長度為1.2～1.5m的管縫式錨桿。管縫式錨桿屬全長摩擦錨桿,支護后馬上起支護作用,錨固力可達40～50kN,施工簡單,安裝方便,適用于礦巖裂隙較發(fā)育且礦體無淋水地段。

2.4 充填工藝

充填用掘進廢石自下部中段提升至17平后,經(jīng)平巷礦車運輸轉運至采區(qū)廢石溜井集中貯存,采場充填需要廢石時再用礦車轉運至采場中央充填天井。分層回采和出礦等工作結束后,進行分層廢石充填,掘進廢石自上中段運輸平巷用礦車轉運至采場充填回風天井,自溜至充填工作面,再用電耙扒平,每次充填要求保持空頂距1.5～2m。分層充填結束并在表面鋪設廢膠帶后,即可開始下分層回采[4]。

3 充填材料和鋪墊材料的選擇

3.1 充填材料的選擇

板溪銻礦使用硐室取石充填采礦法,據(jù)測算,每采出1t礦石,需從下盤硐室中采下2t廢石充填采空區(qū),硐室取石充填直接成本為74～93元/t。利用井下掘進廢石替代硐室取石,采用上向水平分層廢石充填工藝,可以降低廢石提升和采礦生產(chǎn)成本,每年可節(jié)約硐室取石費用400萬元。而每使用1t井下掘進廢石可節(jié)約廢石提升運輸和排放成本約7.45元,板溪銻礦每年掘進廢石量為1.8萬t,每年可節(jié)約運費13.41萬元。同時,可減少采場下盤硐室取石引發(fā)的安全事故;減少廢石提升量,有望增加礦山生產(chǎn)能力;也可減少地表廢石場征地和廢石排放對地表環(huán)境的污染和生態(tài)的影響。

3.2 鋪墊材料應用與選擇

原工藝是在回采作業(yè)鑿巖爆破之前,在廢石充填料上鋪一層約0.2m厚的細碴,隔離效果差,該礦礦體含銻品位高,平均銻品位在10%以上,最高達60%～70%,礦粉損失嚴重,礦石損失率達5%～10%。在廢石充填采場中,回采作業(yè)鑿巖爆破之前,在廢石充填料上鋪一層選礦廠替換下來的廢舊運輸膠帶,防止礦石和粉礦混入充填料中造成損失,這種廢舊運輸膠帶鋪設方便簡單,有足夠強度,能抵御礦石爆破沖擊,便于機械或人工運搬礦石。將廢舊運輸膠帶截成長3～5m為膠板,在采場搭接鋪墊,出凈礦石后可多次重復使用[5,6]。

4 結 語

板溪銻礦現(xiàn)用的采礦技術落后,采礦和充填成本高,特別是工作面出礦和廢石充填工序,基本上全靠人工搬運完成,工人勞動強度大,勞動效率低。研究其采礦和充填工藝技術,選用電耙耙運礦石和廢石,可提高采場生產(chǎn)能力,降低工人勞動強度,提高勞動生產(chǎn)率;改進采場礦石溜井結構,采取管縫式錨桿支護,可保障采場作業(yè)安全;利用選礦廠替換下來的廢舊運輸膠帶作采場鋪墊材料,可降低采礦損失率和礦石貧化率,提高礦石回采率;并充分利用井下掘進廢石替代硐室取石,化害為利,變廢為寶,既減少地表廢石場征地和廢石排放對地表環(huán)境的污染和生態(tài)的影響,又可提高礦山開采經(jīng)濟效益,對那些已經(jīng)采用或將要采用廢石充填采礦法的中小型礦山,也會有一定的啟示和借鑒作用[7,8]。

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[4]馬正位,喬登攀,魏學松,等.上向水平分層廢石充填法在東大山鐵礦的應用[J].有色金屬(礦山部分),2009,61(3).3～5.

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[6]張桂暄.干式充填采礦工藝若干技術問題探討[J].黃金科學技術,2004,12(1):8～12.

[7]谷新建,周德卿,陳澤呂,等.老窿殘礦回收技術的研究[J].采礦技術,2005,5(4):20～22.

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2010-04-19)

劉夢秋(1962-),男,湖南益陽人,采礦工程師,益陽市安全生產(chǎn)專家?guī)鞂＜?長期從事礦山生產(chǎn)、技術和安全管理工作。