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    充填采礦法在大紅山鐵礦的應(yīng)用

    2018-10-21 14:42:54黃體興
    科技信息·中旬刊 2018年5期
    關(guān)鍵詞:綠色環(huán)保

    黃體興

    摘要:充填采礦法是一種很符合持續(xù)發(fā)展理念、綠色礦山理念的實用技術(shù),目前在大紅山鐵礦I號銅礦帶深部150萬t/a采礦工程、III、IV號礦體和280m小富礦體等處取得了良好的效果,不但可以減少尾礦和采切廢石的排放,而且有效的降低生產(chǎn)成本和提高安全性能。

    還有二道河礦段100萬ta采礦工程未“三下”開采,也必須采用充填采礦法,目前正在建設(shè)配套的充填系統(tǒng)。

    關(guān)鍵詞:充填采礦法;綠色環(huán)保;安全高效

    1.大紅山地質(zhì)和采礦方法簡介

    1.1地質(zhì)簡介

    大紅山鐵礦根據(jù)礦體平面分布、產(chǎn)出部位、埋藏深度、構(gòu)造邊界等因素,可劃分為淺部鐵礦、深部鐵礦、曼崗河北岸鐵礦、哈姆白祖鐵礦和Ⅰ號鐵銅礦帶等五個地段。五個地段經(jīng)勘探查明有五個主要含礦帶,共計71個礦體,其中大型礦體3個、中型礦體7個、小型礦體61個。共計有鐵礦石總儲量45825.34萬t(未包含熔巖鐵礦)/55790萬t(含熔巖鐵礦),TFe品位36.32%/33.41%,其中表內(nèi)34112.75萬t,TFe品位40.94%,表外11712.59萬t,Tfe品位23.05%。銅礦石總儲量約7567.15萬t,銅平均品位0.53%,伴生鐵品位TFe20.09%。

    根據(jù)礦體產(chǎn)出層位和部位,由下而上劃分為7個含礦帶,其中有工業(yè)礦體的礦帶5個(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)。礦體的產(chǎn)出層位,上部以鐵礦為主,下部以銅礦為主。Ⅱ礦帶為主要鐵礦帶,Ⅳ、Ⅴ礦帶為鐵礦,Ⅰ、Ⅲ礦帶為鐵銅礦帶。各礦體的空間位置如下:

    1.2采礦方法簡介

    1.2.1無底柱分段崩落法采礦法

    大紅山鐵礦中部采區(qū)、南翼采區(qū)和主采區(qū)等400萬t/a一期已回采結(jié)束的采區(qū)及西翼采區(qū)、西上采區(qū)、東上采區(qū)等400萬t/a二期正在進(jìn)行的采礦工程均采用無底柱分段崩落采礦法。

    主礦體整體回采順序自上而下開采,其中主采區(qū)合采部分礦體較為厚大,從礦體中部朝南北向拉槽,邊角部分輔助拉槽形成補償空間,礦塊回采時整體向切割槽兩翼及側(cè)翼后退式回采,多分段梯段式同時出礦,上分段回采工作面超前下分段回采工作面大于一個分段的距離。分采部分多從礦體上盤拉槽形成補償空間,礦塊回采時從切割槽位置后退式回采。崩落礦石采用6m?電動鏟運機(3m?柴油鏟運機作為輔助)鏟裝礦石通過礦塊溜井下放至階段(中段)有軌運輸水平裝車運至轉(zhuǎn)運系統(tǒng),礦石經(jīng)破碎后通過膠帶運至地表礦倉。

    1.2.2點柱式上向水平分層充填采礦法

    大紅山鐵礦I號銅礦帶深部150萬t/a采礦工程采用點柱式上向水平分層充填采礦法。主要開采對象是銅礦帶Ⅰ3、Ⅰ2及Ⅰ1礦體。礦體間夾層厚度從零米到幾十米不等。礦體整體走向近東西,向南傾斜,傾角一般在12°~55°之間,平均傾角35.7°;礦體厚度在1.7~21.4m之間,平均厚度6.9m。

    I號銅深部一期采礦工程設(shè)計開采400~700m標(biāo)高之間礦體,沿礦體傾向方向劃分為三個階段自下而上同時開采,階段高度100m,分段高度20m,盤區(qū)沿礦體走向布置,每300m劃分為一個盤區(qū)。采場分層回采高度4m,礦塊長度50m,礦塊寬度為礦體水平厚度,礦塊高度按一個分段高度劃分,礦塊內(nèi)按8~12.5m間距留設(shè)5*5~12m點柱或條柱,每個礦塊上盤均布置充填回風(fēng)上山貫通上分段回采聯(lián)道,斷面尺寸2m*2m,角度≥45°,礦塊間留4m寬間柱。采場溜井、回風(fēng)上山等按300m間距設(shè)置,充填回風(fēng)平巷按階段設(shè)置于礦體下盤,負(fù)責(zé)階段的回風(fēng)和充填及作為上階段的排(集)水通道。

    各中段首分層用1:4灰砂比的水泥尾砂漿充填,并在其底板鋪設(shè)200*200Φ16鋼筋網(wǎng),以利于下中段最上分段的回采;其它分層回采結(jié)束后先用廢石充填,再用分級尾砂充填,之后最上層的0.8m用1:6灰砂比的膠結(jié)尾砂漿充填,以利于鏟運機和汽車運行。各中段首采分層充填厚度2.5m,留出1.5m,以留出上分層回采爆破的空間,其它分層每次充填總厚度同回采分層厚度,為4m(最后一個分層充填接頂);為便于充填時的脫水和回采時的排水,在采場回采聯(lián)道適宜位置設(shè)置濾水孔。采礦方法大樣圖見圖2:

    1.2.3分段空場法采礦法(含嗣后充填)

    大紅山鐵礦分段空場采礦法主要應(yīng)用于III、IV號礦體、720m頭部、分采采區(qū)和I號銅礦帶淺部(760~800mI1礦體)。礦體沿傾向方向劃分為階段自上而下開采(分采采區(qū)自下而上),階段高度40~80m,分段高度10~30m,盤區(qū)沿走向布置,長約100~200m,沿傾向水平寬度約40~45m(含礦柱)左右,盤區(qū)內(nèi)按沿走向長50-80m劃分礦塊,礦塊寬度40~45m(含礦柱)左右礦塊及盤區(qū)間沿傾向留沿傾向礦柱,盤區(qū)間沿走向留沿走向礦柱,礦柱寬度6~8m(礦體較厚時取大值,礦體較薄時取小值)。

    采用嗣后充填空區(qū)的采區(qū)在盤區(qū)或礦塊回采結(jié)束后及時澆筑密閉墻密閉采空區(qū),之后采用廢石或分級尾砂充填采空區(qū),廢石采用卡車運至上盤充填平巷通過充填小井對空區(qū)進(jìn)行充填,分級尾砂則通過充填鉆孔下放至采空區(qū)充填,尾砂質(zhì)量濃度要求68~70%。采礦方法大樣圖見圖3:

    1.2.4房柱法采礦法

    大紅山鐵礦房柱法采礦法主要應(yīng)用于I號銅礦帶淺部、720m頭部和III、IV號礦體厚度為3~9m的緩傾斜礦體。礦塊沿走向布置,礦塊長50m,水平礦體礦塊寬約55m,傾斜礦體按20m分段高對應(yīng)的水平寬度劃分。沿走向相鄰4個礦塊劃分為一個盤區(qū)。礦塊間沿走向和傾向留隔離礦柱,礦柱寬度3m,礦塊內(nèi)均勻留點柱,點柱間距約9~11m,點規(guī)格為3×3m,在礦體較厚的地段,礦柱應(yīng)適當(dāng)加大,保證礦柱能有效留設(shè)并穩(wěn)定支撐。傾斜礦體的分層高度按水平寬度約9~11m對應(yīng)的高度劃分。

    回采工作面自上而下逐步推進(jìn),回采作業(yè)采用氣腿式鑿巖機打淺孔爆破落礦。傾斜礦體回采時,先將各分層未掘到盤區(qū)端部的回采進(jìn)路推進(jìn)到盤區(qū)端部,之后各分層自盤區(qū)兩端向盤區(qū)中部后退回采礦石。水平礦體回采時,利用已掘到盤區(qū)端部的回采進(jìn)路作為回采通道,自盤區(qū)兩端向盤區(qū)中部后退回采礦石?;夭蛇^程中,必要時應(yīng)采用錨桿或錨索對頂板進(jìn)行錨固,以保證生產(chǎn)安全。采礦方法大樣圖見圖4:

    4.充填采礦存在的問題及改進(jìn)方向

    以玉溪大紅山礦業(yè)有限公司為例,在綠色開采過程中取得豐碩成果的同時,亦存在不少問題亟待解決。

    2.大紅山鐵礦充填簡介及應(yīng)用現(xiàn)狀

    2.1充填系統(tǒng)簡介

    充填系統(tǒng)主要服務(wù)于Ⅰ號銅礦帶深部150萬t/a及III-IV礦體80萬t/a采礦項目。深部I號銅礦帶充填方式為廢石+分級尾砂膠結(jié)充填,III、IV礦體充填方式為廢石+分級尾砂水力充填。充填料選用大紅山鐵礦井下掘進(jìn)廢石和選廠產(chǎn)出的尾砂,采用立式砂倉和攪拌槽制備充填礦漿自流輸送工藝。

    選廠尾砂通過Φ53m濃縮機濃縮后,底流濃度為40%左右的尾砂漿經(jīng)過渣漿泵、新增充填隔膜泵加壓,輸送至充填制備站2#立式砂倉頂部的旋流器,經(jīng)旋流器分級后得到濃度為68%左右的尾砂漿,通過分料槽分別為4個立式砂倉給料。經(jīng)過沉砂、水氣聯(lián)動造漿放出質(zhì)量濃度67%~70%的尾砂漿進(jìn)入攪拌槽攪拌。膠結(jié)充填時,按灰砂比1:4的比例加入P42.5標(biāo)號的水泥,制備成質(zhì)量濃度為70%~74%的砂漿,再由管道自流輸送到井下進(jìn)行充填;分級尾砂水力充填時則不需添加水泥。旋流器分級后溢流和立式砂倉頂部溢流細(xì)粒泥級尾砂通過立式砂倉溢流口經(jīng)Φ530mm管道自流至二、三選廠濃縮池。充填系統(tǒng)流程如圖5所示。

    2.2充填采礦法的應(yīng)用效果

    從2013年元月充填制備站投入運行以后,充填采礦法在大紅山鐵礦開始應(yīng)用,其中I號銅礦帶深部150萬t/a采礦工程采用點柱式上向水平分層充填采礦法和III-IV礦體80萬t/a采礦工程采用分段空場法(嗣后充填)采礦方法。已采用廢石+尾砂或尾砂充填處理采空區(qū)368萬m?,處理量為70多萬m?/a。井下掘進(jìn)廢石排入采空區(qū),基本實現(xiàn)廢石不出井,提高充填強度和脫水效果的同時減少了廢石運輸成本和運輸風(fēng)險,還能減少廢石場建設(shè)維護。尾砂消耗量約50萬m?/a,有效減少尾礦外排量。采用充填采礦法的采空區(qū)處理情況如下表:

    充填采礦法與其它采礦方法對比,有一下優(yōu)點:

    (1)充填體充入采空區(qū)后直接與圍巖接觸,對圍巖提供一定的側(cè)向壓力,從而可以有效地調(diào)整采場系統(tǒng)的能量釋放速度,提高地下采礦系統(tǒng)中抵抗動態(tài)作用的能力,限制圍巖變形的繼續(xù)發(fā)展,防止采空區(qū)繼續(xù)冒落。

    (2)充填體具有應(yīng)力隔離作用。充填體是在采場開挖后充入的,雖然其后受到開挖的影響,并承受部分轉(zhuǎn)移來的應(yīng)力,但在采場結(jié)構(gòu)中畢竟充填體的剛度小,變形性能大,因而所承受的應(yīng)力較小,這就可以對采場圍巖高應(yīng)力區(qū)起到一定的應(yīng)力隔離作用,保證回采工作的安全。

    (3)充填體可以改善礦柱的應(yīng)力狀態(tài),提高礦柱的強度和支撐頂板的能力??諈^(qū)充填后,充填體包裹礦柱,給礦柱表面一定的側(cè)壓力,使礦柱處于三維應(yīng)力狀態(tài),提高礦柱強度。對于礦柱發(fā)生破壞的采場,如果立即進(jìn)行充填,則破壞很快停止而趨于穩(wěn)定狀態(tài),巖音頻度迅速降低以至消失。

    (4)雖然尾砂充填體承載能力有限,但其重要的作用是消除了空區(qū),可阻止頂板變形破壞的發(fā)展,消除頂板大面積冒落的可能性,避免災(zāi)難性的地壓活動。

    (5)充填體在深部開采時可控制巖爆的產(chǎn)生,并可有效抑制地表塌陷。

    2.3充填技術(shù)的發(fā)展

    隨著國家政策的轉(zhuǎn)變,對安全生產(chǎn)、環(huán)境保護等的要求越來越高,充填采礦法可以較少甚至消除尾礦庫、廢石場等工業(yè)危害,是符合持續(xù)發(fā)展理念、綠色礦山理念的實用技術(shù),應(yīng)用和發(fā)展前景十分廣闊。對于大紅山鐵礦而言,為降低充填采礦成本、提高充填體質(zhì)量,實現(xiàn)充填采礦的創(chuàng)新發(fā)展和擴大應(yīng)用成果,需進(jìn)行以下方面的應(yīng)用研究應(yīng)用:

    (1)將分級尾砂改造為全尾砂,既增大了尾砂消耗量,又減小了細(xì)粒級對尾礦庫的危害;

    (2)尋找水泥替代品,研究能滿足充填體強度要求的新型低成本膠結(jié)材料來降低充填成本;

    (3)結(jié)合邊角小礦體采礦和充填的特點,設(shè)計出滿足安全規(guī)范又便于充填的新工藝,實現(xiàn)因礦生法、因礦而異的充填采礦技術(shù)新理念;

    (4)加強充填全過程的自動化和智能化改造,實現(xiàn)信息化、智能化的充填信息管理系統(tǒng);

    (5)利用尾砂和廢石對塌陷區(qū)進(jìn)行治理;

    (6)利用充填技術(shù)對1號銅淺部,II1頭部等前期形成采空區(qū)進(jìn)行治理。

    3.結(jié)束語

    充填采礦法是實現(xiàn)金屬礦綠色開采發(fā)展的重要載體。從當(dāng)前采礦工程領(lǐng)域的發(fā)展中,充填技術(shù)已經(jīng)成為了該領(lǐng)域發(fā)展中十分高效的一種方法。由于充填采礦法具有安全、高效等多個方面的優(yōu)勢,是其他許多方法不可取代的。然而,從實際的充填技術(shù)應(yīng)用中,我們也不難看出該技術(shù)中還存在著一些不足。因此,我們必須不斷的對充填技術(shù)進(jìn)行研究和分析,創(chuàng)造出更好、更有效的應(yīng)用方法來解決當(dāng)前存在的問題,進(jìn)而在促進(jìn)充填技術(shù)應(yīng)用提高的基礎(chǔ)上,促進(jìn)采礦工程領(lǐng)域的發(fā)展和進(jìn)步。

    參考文獻(xiàn):

    [1]張大照.充填采礦法的應(yīng)用及優(yōu)化提高[J].科技風(fēng),2014(2)。

    [2]王銳.探析充填采礦法的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].科技展望,2015。

    [3]彭繼承.充填理論及應(yīng)用[M].長沙:中南工業(yè)大學(xué)出版社,1998。

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