（采矿工程专业论文）康家湾铅锌矿残留富矿回采综合技术研究.pdf

a b s t r a c t t h em i n i n go fl e f t o v e rr i c hr e s o u r c e si nk a n g j i a w a nl e a d & z i n cm i n e i sav e r yd i f f i c u l tw o r ki nt e c h n o l o g ya n dc o n s t r u c t i o n ，t h ea u t h o rh a s l o o k e d u p m a n y r e s o u r c e sa th o m ea n da b r o a da n ds t u d ie d m i n i n g t e c h n o l o g i c a l c o n d i t i o n so f h o r i z o n t a l o r e p i 1l a r t h r e e m i n i n g t e c h n i c a lp r o j e c t sw e r ep u tf o r w a r d ：( 1 ) n e wt e c h n o l o g yo fr e c o v e r i n g t h el e f t - o v e rr i c ho r er e s o u r c e su s i n gh y d r a u li cp r o p s ：( 2 ) t e c h n o l o g y o fc e m e n t a t i o n s o l i d i l y i n g f i l lo n r e c o v e r i n g h o r i z o n t a lo r e p il l a r ：( 3 ) l o n g w a l lp i l l a rw o r k i n gw i t hc a v i n ga n dr o o fp r o p p i n gw i t h h y d r a u l i cp r o p s t h et h r e em e t h o d sw e r ee v a l u a t e dt e c h n 0 1 0 9 i c a l l ya n d e c o n o m i c a l l y t h ea d v a n c e d m i n i n g m e t h o dn e e d sa d v a n c e d e q u i p m e n t a n d t e c h n o l o g y t h e s ep r o j e c t sa d o p t e d t h e f o l l o w i n g ( 1 ) r a p i dy i e l d h y d r a u l i cp r o p sa n da c c e s s o r i e si n t r o d u c e di n t of r o mp u b l i co fs o u t h a f r i c a ；( 2 ) s i n g l eh y d r a u l i cp r o p ，ar i p er o o fs u p p o r tt e c h n o l o g yi nc o a l m i n e ：( 3 ) t h et e c h n i q u eo fc e m e n t a t i o ns o l i d i f y i n gu s e dl a r g e t yi no t h e r r e a l mo f e n g i n e e r i n g 。a c c o r d i n g t o p r o p e r t i e s o f m i n i n g ，t h e i n t r o d u c t i o na n du s i n gm e t h o dw a sp r o v i d e dc a r e f u l l y i no r d e rt oe n s u r es a f eo fe x p l o i t i n go r ep il l a r ，m a n ym e a s u r e sw e r e t a k e n n o to n l yw a ss m o o t hb l a s t i n ga p p l i e dt om a i n t a i ns t a b i l i z a t i o n o fr o o f ，b u ta l s os o u n de m i s s i o na n do t h e r m o n i t o r i n gm e t h o d sw e r e i n t r o d u c e d t h ea c t i v i t yr u l eo fp r e s s u r eo fg r o u n dc o u l db eh e l da n d p r e d ic t e d k e y w o r d s ：l e f t - o v e rr i c hr e s o u r c e ；r a p i dy i e l dh y d r a u l i c p r o p sa n da c c e s s o r i e s ； s i n g l eh y d r a u l i cp r o p ；c e m e n t a t i o n s o l i d i f y i n gf i l l ；s m o o t hb l a s t i n g ； s o u n de m i s s i o n ! 童叁兰堡! ：丝兰 ! ! 二皇，丝竺- 一 第一章概述 1 研究背景 湖南是有色会属之乡，锚、锌、锑、余等多种有色会属矿产资源在国内外占 有重要的地位。湖南省是一个农业大省，经济一直比较落后。如何有效地将现有 的资源优势转化为有色命属的行i k 优势，进而成为发展莉振兴湖南经济的拳头项 疑。水口山矿务局是湖赢蠢色 亍业嚣予企业，康家湾矿是该局的主力矿出。因戴， 东强由矿务鼹戬楚廉家湾矿翡兴箍，癍泼在湖南经济发展中占有一定懿邀位。科 学技术是第生产力，掇商企业筋科技含量当然楚企泣生存稻发溪韵必崮之潞。 永翻由矿务褥是个大黧函钉企渡，也是个具有悠久历史的百年老矿，为 图民经济建设和发展作出过融大贡献。目前由于以前的主力矿山水臼山铅锌矿 资源已经濒临枯竭，产量大幅度下降，柏坊铜矿基本融经关闭，只剩下康家湾铅 锌矿，由于矿山供矿能力不足，造成冶炼熊力过剩。康家湾铅镑矿搠有较好储量， 九十年代初玎始玎采，出于矿务局的过于依靠，自建矿以寒，一壹生产能力缀大， 矿床强慕下降蝠度缀童臭，浅潞宓够“资源罗霆减少，涤都采矿条搏惑仡，爵聚键量 严重不足。出予霹家投资体铡瓣改革，金渡扩大嚣l 维持再，毫产需舀筹资会，解决 资会短缺闷繇。 强前康家湾矿最处于一麓与二期工程交替时期。掘统计，该矿浅部残留有大 量的高品位矿柱，残留富矿总量达3 2 9 万吨，占矿块矿照的1 5 左右，其中铅 加锌的品位为8 6 4 ，会1 5 9 t ，银1 0 7 9 t 。出此，康家湾矿大量商品位残矿 的回莱是一项具有重鼹意义的工作。删收态晶位矿柱鸯助予缓解资源惫搬，冠封 缀证圜家地下资源鲍充分收，延长矿l h 籽余，最终也体墩在挺裹企螋总体经济 效盏。 2 矿柱开采与国内外研究现状 2 1 矿柱开采现状 第一章概述 1 研究背景 湖南是有色会属之乡，铅、锌、锑、会等多种有色会属矿产资源在国内外占 有重要的地位。湖南省是一个农业大省，经济一直比较落后。如何有效地将现有 的资源优势转化为有色会属的行业优势，进而成为发展和振兴湖南经济的拳头项 目。水口山矿务局是湖南有色行业骨干企业，康家湾矿是该局的主力矿山。因此， 水口山矿务局以至康家湾矿的兴盛，应该在湖南经济发展中占有一定的地位。科 学技术是第一生产力，提商企业的科技含量当然是企业尘存和发展的必由之路。 水口山矿务局是一个大型固1 1 r 企业，也是一个具有悠久历史的百年老矿，为 国民经济建设和发展作出过巨大贡献。目前由于以前的主力矿山一水口山铅锌矿 资源已经濒l 临枯竭，产量大幅度下降，柏坊铜矿基本已经关闭，只剩下康家湾铅 锌矿，由于矿山供矿能力不足，造成冶炼能力过剩。康家湾铅锌矿拥有较好储量， 九十年代初丌始丌采， 曲于矿务局的过于依靠，自建矿以来，一直生产能力很大， 矿床丌采下降幅度很快，浅部富矿资源，t 重减少，深部采矿条件恶化，可采储量 严重不足。出于国家投资体制的改革，企业扩大和维持再生产需自筹资会，解决 资会短缺问题。 目前康家湾矿正处于一期与二期工程交替时期。掘统计，该矿浅部残留有大 量的高品位矿柱，残留富矿总量达3 2 9 万吨，占矿块矿量的1 5 左右，其中铅 加锌的品位为8 6 4 ，会1 5 9 t ，银1 0 7 9 t 。由此，康家湾矿大量高品位残矿 的回采是一项具有重要意义的工作扎日收商品位矿柱有助于缓解资源危机，同时 保证国家地下资源的允分叫收，延长矿山寿命，最终也体现在提高企业总体经济 效益。 2 矿柱开采与国内外研究现状 2 1 矿柱开采现状 塑叁兰堡! ：笙塞堡二! 壁型l 一 地下矿山应用两步骤回采的联合采矿法时一般将矿块划分为矿房和矿柱，先 采矿房后采矿柱，第二步骤的矿柱回采，是一项繁重而在技术上又复杂的采矿工 作。掘统计，矿柱矿量所占比重约为整个丌采矿量的2 0 5 0 9 6 左右，个别可达 5 0 6 0 ，长期拖延矿柱回采和回采方法不利就会导致矿柱的变形甚至破坏，威胁 作业区段的安全和增加矿柱回采的复杂性；就会造成地下资源的大量积压和损 失，由于矿柱的回采条件比矿房凹采条件差，所以矿柱回采的技术经济指标比矿 房差，特别表现在矿柱回采的矿石贫化率和损失率比矿房大得多。因此，如何正 确地选择矿柱的回采方法，及时回采矿杜提高矿柱回收率，是目前我国金属矿山 面临的主要问题之一。 矿物是加工工业的重要基础材料，随着生产规模的扩大，矿产这种不可再生 的资源被加速消耗，易于丌采的优质矿石r 渐枯竭。为了满足工业生产的不断需 求、保持经济社会可持续发展，矿物的获取除了继续向地层深部开采外，矿山已丌 始关注残矿资源的二次回收，特别是当深部开采面临技术上或经济上难以克服的 困难时，矿山将会更多地转向残矿资源的二次歼采。井下贱留矿柱的丌采技术条 件极为复杂，是当今采矿技术的一大难题。目前，许多矿山在回收残矿资源时，常 常因为遇到技术或经济上的困难，而达不到预期的效果。因此，研究残留矿柱开采 的工艺技术，寻找解决这一问题的科学途径，对于充分回收有用资源、保证经济持 续发展以及提高矿山企业经济效益均具有十分重要的意义。 2 2 国内外研究现状 ( 1 ) 矿柱的设立主要是为了维护采场的稳定与安全，以保证采矿作业的艰常 进行但许多矿柱的设立都是不能回采的，因此设立矿柱虽然维护了采场的稳定， 但却降低了矿石丌采的采出率，浪费了宝贵的资源因此，在保证采场稳定的日口提 f ，尽量减少矿杜的数量或矿柱的尺寸，是增加矿石采出率，提高开采经济效益的 蘧要途径为此，必须研究在现场：i ：况条件下矿柱的破坏机制东北大学岩石破裂 与失稳研究中心最近研制丌发的岩石破裂过程分析r f p a “系统，对矿柱的破坏过 程进行了数值模拟研究，矿柱被看成是非均匀脆性岩石材料模拟结果再现了矿 柱从变形到破坏的全过程及其声发射规律结果表明，劈裂是矿柱破坏的主要形 ! 塑土兰堡! ! 丝兰 兰二! 竺垄一 式，并首先在矿柱表面出现，然后再形成由表及晕的破裂扩展直至矿柱最后产生 剪切破坏 ( 2 ) 吉林省长春市兰家会矿兰家会矿为地下开采岩会矿山。其开拓方式为 斜井丌拓采矿方法为浅孔留矿法。矿山生产多年以后，在主要开采矿体，即2 0 号矿体1 1 9 m 中段、1 0 9 m 中段及8 5 m 中段留下相应的矿柱。矿柱回采是矿块回 采工作中的重要组成部分。随着黄会价格的下调和可采储量的减少，促使矿山大 力开发低品位、难选冶会矿石，许多矿山加大矿区周边范围的探矿、找矿工作： 而更多的矿山是眼睛向内，对矿区内可采、可利用的储量进行充分回收，以不断增 进企业发展的后劲，增加企业总体经济效益。该矿第一阶段和第二阶段应用的采 矿方法主要为浅孔留矿法，并利片j 分段空场采矿法回收顶柱、底柱、间柱和不安 全矿柱：第三阶段除采用浅孔留矿法外，兼用全面采矿法和侧向后退式分段空场 采矿法采矿。由于回采品位越来越低，为了确保供矿品位，常到空区中回采高品位 残矿。四道沟分矿在经历了地压活动所造成的危害以后，充分认识到矿柱回采的 可行性和地压管理的必要性。在选择合理的采矿方法、加强采矿设计管理、加强 采矿生产管理的基础上，浚矿已提出防止岩石移动的措施和方法，通过合理选择 矿柱的回采顺序和回采工艺，顺利回采上述三个阶段采矿工作中所留下的矿柱和 矿壁。 ( 3 ) 数值分析方法已成为岩石力学的一种研究手段。不同的地下工程结构 有不同的数值分析方法。针对国内外尚无成功经验可以借鉴的进路法回采顶柱， 其项板悬露形状近似为矩形的金属矿山地下结构，首次采用极限分析和顶板初次 来压计算相结合的方法进行数学力学分析，推导出进路顶板安全厚度的计算公式， 该式简单直观，使用方便，并在某会矿的项柱回采的研究与生产实践中得以应用。 ( 4 ) 铜绿山矿条柱实际宽度一般为8 l o m ，且被流动性极好的松散炉渣充 填料所包裹。矿房一次回采始于7 0 年代初期，距今时问久远，加之矿房充填接顶 效果不理想，大多数残留矿柱成了地下应力集中区。因受一次回采爆破的影响，加 之一些井巷工程的穿越，矿柱的完整性和稳定性均遭受到不同程度的削弱。残柱 丌采地段上盘地表为古铜矿遗址，属国家重点保护文物，矿山生产不能对该遗址产 生任何不良影响。对铜绿山矿的残留矿柱回收来说，保证回采安全是日口提，降低作 生壹叁兰堡! ：堡兰 ! ! 二兰j 鳖_ i 量一 业成本是关键。根据这一原则，针对上述残斟矿柱所特有的开采技术条件，确定采 用上向梯段胶结充填采矿法作为残柱回采的试验方法。浚采矿法采用超i i 拉槽、 分次落矿、梯段式推进等新颖独特的采矿工艺技术，圆满地解决了残矿回收过程 中技术与经济难子统一的问题，取得了良好的技术效果和显著的经济效益。 ( 5 ) 邵东石膏矿矿体位于县城、农f f l 和河流下，走向长约9 0 0 1 2 0 0 m ，倾角 6 1 2 。为了降低开采成本，自1 9 6 0 年以来，一直采用房柱法丌采，采后空区不充 填，沿走向和倾向留连续矿枉支撑上覆岩层，随着丌采时间的推移，采空区不断扩 大，它的稳定状况如何? 空区内矿柱的应力状念怎样? 这类问题越来越引起矿山的 关心。为了解决上述问题，武汉d l k 大学和矿方组成联合攻关组，采用大量光弹应 力计全面长期监测采空区的地压变化，进丽摸索出采空区地压变化的规律，对空区 的稳定性作出评价，以指导矿山生产。 ( 6 ) 狮子山铜矿特大空区中矿柱回采的监测技术与实践狮子山铜矿阐述了 在西山特大采空区中部，回收1 7 撑条形矿柱的监测方案和监测系统等，为地下矿山 空区监测提供了经验。铜陵有色集团公司狮子山铜矿西狮子山矿段i l # v 撑矿 体大空区，是由4 条盲矿体合并逐渐形成的。空区围岩颦固稳定，在暂留矿石垫层 下采用阶段崩落法丌采，经过二十多年生产，现已回采了4 0 、8 0 、1 2 0 、- 1 6 0 m 四 个中段。1 9 0 m 中段正在开采，形成了2 0 0 余万立方米的采空区，并沿矿体走向留有 一宽为2 5 3 8 m ( 上窄下宽) 的连续矿柱，即1 7 # 矿柱；将空区分为大、小两个空区。 1 9 9 6 年西山矿段进入收尾阶段，为了更多回收矿产资源 决定对1 7 撑矿柱进行试 采。监测方案是在原有监测系统的基础上，重点进行空区顶板、预留点柱及其空 区周围岩体的应力应变监测工作。增加了1 7 # 点柱和上下盘岩体应变和应力状念 监测、点柱压力盒压力观测以及片帮测试仪片帮破坏监测等监测手段，这样形成 j ，以顶板钻孔深部基点、地表水位观测、空区顶板冒落监测、+ 5 0 m 平峒底板下 沉观测等为主要监测手段的空区顶板监测系统；及以应变计、压力盒、片帮测试 仪等为主要监测工具的1 7 # 柱监测系统。经过两年多的实施，共采出矿量2 3 力 t ，铜会属量2 4 8 1t ，取得了较好的经济效益，确保了特大空区下正常的安全生 产。 ( 7 ) i i 号多会属矿体是浙江建铜集团公司矿山丌采的主要对象，矿山采用充 4 ! 塑叁耋型! ! ：丝兰 笙二主一盟一型l 一 填采矿法回采。上中段采场的6 m 底柱和下中段采场上采后留的4 m 项柱作为水 平矿柱一起考虑回采。l i 号多会届矿体水平矿幸七有1 8 一矿量，原矿平均品位 c u 3 4 5 、z n 2 3 9 、s 2 19 9 、a u 0 4 7g t 、a 9 8 5 3g t 。水平矿柱的回采是 在安全作业环境条件相对恶劣的条件下从事采矿工作，加强对水平矿柱回采的安 全条件、技术条件研究，对指导矿山水平矿柱回采、提高矿产资源综合回收效益 具有极其重要的作用。 建铜集团公司i i # 多金属矿体水平矿柱【亟i 采方案研究，选用的采矿方法安全 可靠。企业在实施水平矿柱回采中，采用后退式分区回采，分区充填办法，减少了 采充作业循环次数，提高了劳动生产率。将采场中的自云岩夹层留作采场永久 性安全柱子，用木垛替代矿石点柱，支撑充填体顶板，采场顶板不留矿皮，提高了采 矿回收率。采用后退式剥帮形式逐渐回采水平矿柱，利于控制采场一次性顶板 暴露面积。采场两帮一边高、一边低，利于实现充填局部结顶，木垛支撑采场顶板， 分区分次充填，利于充填结顶工作，从而提高采场作业的安全性。 3 项目实施主要内容、技术关键与创新点、预期目标 3 1 项目实施主要内容 ( 】) 康家湾铅锌矿残留水平矿柱回采工艺技术研究 主要是研究康家湾铅锌矿残留矿柱的采矿方法，借鉴国内外在矿柱开采方面 的先进技术，研究提出残留水平矿拄回采工艺技术及配套设备的工业性试验方 案；计算机模拟分析优化试验采场的结构参数；采矿凿岩爆破方式的选择；回采 工序之问和配套设备的优化匹配研究；试验采场的设计、施工并完成工业性试验 研究。 ( 2 ) 采用可压缩性恒阻式水压支柱维护采场顶部老尾砂充填体稳定性研究 主要研究水压支柱在水平矿柱开采过程中合理的仞撑力、最佳支护阻力、合 理的支护网度；研究支柱的支护工艺与采矿过程中其它凹采工艺之间的协调配合 关系：回采结束后支柱的遥控拆除技术。 ( 3 ) 残鼬水平矿柱必采过程中安全监测技术研究 ! 塑叁耋型! ! ：丝兰 笙二主一盟一型l 一 填采矿法回采。上中段采场的6 m 底柱和下中段采场上采后留的4 m 项柱作为水 平矿柱一起考虑回采。l i 号多会届矿体水平矿幸七有1 8 一矿量，原矿平均品位 c u 3 4 5 、z n 2 3 9 、s 2 19 9 、a u 0 4 7g t 、a 9 8 5 3g t 。水平矿柱的回采是 在安全作业环境条件相对恶劣的条件下从事采矿工作，加强对水平矿柱回采的安 全条件、技术条件研究，对指导矿山水平矿柱回采、提高矿产资源综合回收效益 具有极其重要的作用。 建铜集团公司i i # 多金属矿体水平矿柱【亟i 采方案研究，选用的采矿方法安全 可靠。企业在实施水平矿柱回采中，采用后退式分区回采，分区充填办法，减少了 采充作业循环次数，提高了劳动生产率。将采场中的自云岩夹层留作采场永久 性安全柱子，用木垛替代矿石点柱，支撑充填体顶板，采场顶板不留矿皮，提高了采 矿回收率。采用后退式剥帮形式逐渐回采水平矿柱，利于控制采场一次性顶板 暴露面积。采场两帮一边高、一边低，利于实现充填局部结顶，木垛支撑采场顶板， 分区分次充填，利于充填结顶工作，从而提高采场作业的安全性。 3 项目实施主要内容、技术关键与创新点、预期目标 3 1 项目实施主要内容 ( 】) 康家湾铅锌矿残留水平矿柱回采工艺技术研究 主要是研究康家湾铅锌矿残留矿柱的采矿方法，借鉴国内外在矿柱开采方面 的先进技术，研究提出残留水平矿拄回采工艺技术及配套设备的工业性试验方 案；计算机模拟分析优化试验采场的结构参数；采矿凿岩爆破方式的选择；回采 工序之问和配套设备的优化匹配研究；试验采场的设计、施工并完成工业性试验 研究。 ( 2 ) 采用可压缩性恒阻式水压支柱维护采场顶部老尾砂充填体稳定性研究 主要研究水压支柱在水平矿柱开采过程中合理的仞撑力、最佳支护阻力、合 理的支护网度；研究支柱的支护工艺与采矿过程中其它凹采工艺之间的协调配合 关系：回采结束后支柱的遥控拆除技术。 ( 3 ) 残鼬水平矿柱必采过程中安全监测技术研究 主堕查兰堡主丝苎 星= 生堡二型l 一 结合回采工艺，研究残留矿柱开采过程中采场地压的显现规律；根据试验采 场的具体情况，研究地压活动的监测方法及监测仪器的选择；给出详细的监测方 案设计，并研究出可操作性强、具有安全指导意义的地压灾害预测预报方法。 3 2 技术关键与创新点 残矿回采最主要的问题是安全问题。要解决回采残矿的安全问题，采取常规 的技术和方法是不行的。水平残留矿柱厚度仅有3 3 5 m 厚，且上下均为尾砂充 填体，在这种极差的回采条件下，如何确保回采后上覆尾砂充填体的稳定，是本 课题研究首先必须解决的重大问题。本项目研究的关键技术是在赋存条件十分复 杂的环境下，创造性地采用水压支柱护顶间隔进路回采新工艺，首次将国家“九 五”重点科技攻关成果可压缩性恒阻式水压支柱运用于残留水平矿柱回采，充分 发挥水压支柱初撑力大、具有恒阻让压性能的特点，确保上覆充填体的稳定，并 建立一套先进可靠的地压监测系统，为残留矿柱回采工作的安全提供可靠的技术 支撑。 3 3 预期目标 本项目研究成功能达到如下目标： ( 1 ) 通过现场工业试验创立一种适合于残矿回采的安全、低成本的采矿新 工艺： ( 2 ) 为新型水压支柱在残矿开采护顶技术方面开创新的应用领域； ( 3 ) 通过试验建立一套适合于残矿回采过程地压安全监测新技术； ( 4 ) 安全回收积压康家湾矿上部采空区的3 2 9 万吨水平矿柱矿量。 4 本项研究的应用前景 我国使用水平分层尾砂充填采矿法的矿山很多，除水口山矿务局康家湾矿 外，还有我省的黄沙坪铅锌矿、安徽铜陵丰富、凤凰山铜矿、辽宁的红透山铜矿 数十座矿山。由于长期的大规模开采，地质勘探工作的滞后以及矿山的加速开采， 大部分矿山转入深部开采，开采条件大大恶化，其中五十年代建成的矿山，有 6 主堕查兰堡主丝苎 星= 生堡二型l 一 结合回采工艺，研究残留矿柱开采过程中采场地压的显现规律；根据试验采 场的具体情况，研究地压活动的监测方法及监测仪器的选择；给出详细的监测方 案设计，并研究出可操作性强、具有安全指导意义的地压灾害预测预报方法。 3 2 技术关键与创新点 残矿回采最主要的问题是安全问题。要解决回采残矿的安全问题，采取常规 的技术和方法是不行的。水平残留矿柱厚度仅有3 3 5 m 厚，且上下均为尾砂充 填体，在这种极差的回采条件下，如何确保回采后上覆尾砂充填体的稳定，是本 课题研究首先必须解决的重大问题。本项目研究的关键技术是在赋存条件十分复 杂的环境下，创造性地采用水压支柱护顶间隔进路回采新工艺，首次将国家“九 五”重点科技攻关成果可压缩性恒阻式水压支柱运用于残留水平矿柱回采，充分 发挥水压支柱初撑力大、具有恒阻让压性能的特点，确保上覆充填体的稳定，并 建立一套先进可靠的地压监测系统，为残留矿柱回采工作的安全提供可靠的技术 支撑。 3 3 预期目标 本项目研究成功能达到如下目标： ( 1 ) 通过现场工业试验创立一种适合于残矿回采的安全、低成本的采矿新 工艺： ( 2 ) 为新型水压支柱在残矿开采护顶技术方面开创新的应用领域； ( 3 ) 通过试验建立一套适合于残矿回采过程地压安全监测新技术； ( 4 ) 安全回收积压康家湾矿上部采空区的3 2 9 万吨水平矿柱矿量。 4 本项研究的应用前景 我国使用水平分层尾砂充填采矿法的矿山很多，除水口山矿务局康家湾矿 外，还有我省的黄沙坪铅锌矿、安徽铜陵丰富、凤凰山铜矿、辽宁的红透山铜矿 数十座矿山。由于长期的大规模开采，地质勘探工作的滞后以及矿山的加速开采， 大部分矿山转入深部开采，开采条件大大恶化，其中五十年代建成的矿山，有 6 中南人学顾 ：论文 第一章概述 3 5 因储量枯竭而接近尾声或已闭坑，其余的2 5 的矿山陆续转入深部开采。即 使是“六五”、“七五”建成的矿山，目前，虽处于鼎盛时期，但3 5 年后也将转 入深部开采，储量日渐枯竭。但是这些矿山上部的老采区都还残留有大量的水平 矿柱( 顶柱、底柱) ，据一些资料统计，这些矿量总计达数千万吨( 其中仅凤凰 山铜矿的水平矿柱矿量就达1 2 5 4 万吨，铜金属1 1 5 0 6 吨) 。由于，我国很大一 部分矿山的资源面临枯竭，形势非常紧迫。如何安全、高效、低成本地回收残留 矿柱，显得曰趋重要。 本项课题的研究有助于解决地下金属矿残留的大量水平或缓倾斜薄矿脉的 回采提供一种新型的工艺和技术。其研究成果可在有色矿山的残矿回采中推广应 用，将为国家创造巨大财富。康家湾铅锌矿上部老采区残留富矿采矿综合技术研 究来自现场工业试验，其研究成果可操作性、适用性强，对上述这些矿山具有很 强的带动性、示范性。国内有色矿山大量残矿回采的技术市场中必然具有很强的 竞争能力。 7 第二章残留矿柱开采技术条件研究 1 矿山开采状况 根据原中国有色金属工业总公司“探采结合、依托老矿”的建矿原则，按 照长沙有色冶金设计研究院的水口山矿务局康家湾铅锌金银矿3 0 万t a 工程 初步设计，实施以矿养矿，于1 9 8 9 年投入试生产。矿区目前的生产范围已由首 采地段扩展到水平方向南自1 0 7 勘探线，北至1 3 5 勘探线，垂直方向由一1 3 4 o o m ( 四中段) 到一2 9 4 o o m ( 九中段) 区间五个中段的i 、i i 、i h 、v 号主矿体。 1 9 9 2 年5 月由湖南省有色地质勘探局2 1 7 队提交康家湾铅锌金银矿区八 中段( 一2 6 2 m 标高) 以上勘探地质报告，获铅锌金银储量见表2 - 1 。 袁2 - 11 9 9 2 年5 月获铅锌金银储量表 憾 矿石平均品位金属董 置 z n u a g sp bz n u , 4 9 sp b 万t ( )( ) ( g t )( g t ) ( )( t )( t ) ( k g )( k g ) ( t ) ib + 62 5 3 84 1 64 8 52 2 81 0 7 6 51 1 鹌1 0 5 5 6 21 2 3 0 5 45 7 7 632 7 3 2 5 8 72 9 3 9 4 6 o2 7 7 12 4 72 8 01 6 88 0 5 37 9 56 8 4 7 27 7 7 1 l4 6 6 6 52 2 3 1 6 5 52 2 0 2 1 6 lb + c + d5 3 0 93 2 83 7 81 9 7 9 3 5 09 6 81 7 4 0 3 42 0 0 7 6 5 1 0 4 4 2 84 9 6 4 2 4 25 1 4 1 6 2 矿山通过勘探、开发，截止1 9 9 6 年底，八中段以上历年消耗铅锌金银储量 i 0 8 8 万t ，纯增铅锌金银储量2 5 1 力t ，其保有铅锌金银储量见表2 - 2 。 表2 - 21 9 9 6 年底保有铅锌金银储量表 、r - 均品位金屈量 储量矿石量 p bz na u a g sp bz n u a g s 级别力t ( )( ) ( g t )( g t ) ( )( t )( t ) ( k g )( k g )( t ) 8 + c3 1 8 33 7 44 8 3l _ 8 19 8 3 61 0 9 l 1 1 9 0 4 41 4 3 7 3 25 7 6 5 23 1 3 0 7 7 73 4 7 2 1 6 d1 2 8 92 3 72 7 i1 7 27 8 0 66 9 83 0 5 3 73 4 9 9 22 2 2 2 3 i 0 0 6 0 1 59 0 0 2 1 b + c - d4 4 7 23 3 44 0 01 9 79 2 j 09 7 81 4 9 5 8 l1 7 8 7 2 4 7 9 8 7 54 1 3 6 7 9 24 3 7 2 3 7 8 第二章残留矿柱开采技术条件研究 1 矿山开采状况 根据原中国有色金属工业总公司“探采结合、依托老矿”的建矿原则，按 照长沙有色冶金设计研究院的水口山矿务局康家湾铅锌金银矿3 0 万t a 工程 初步设计，实施以矿养矿，于1 9 8 9 年投入试生产。矿区目前的生产范围已由首 采地段扩展到水平方向南自1 0 7 勘探线，北至1 3 5 勘探线，垂直方向由一1 3 4 o o m ( 四中段) 到一2 9 4 o o m ( 九中段) 区间五个中段的i 、i i 、i h 、v 号主矿体。 1 9 9 2 年5 月由湖南省有色地质勘探局2 1 7 队提交康家湾铅锌金银矿区八 中段( 一2 6 2 m 标高) 以上勘探地质报告，获铅锌金银储量见表2 - 1 。 袁2 - 11 9 9 2 年5 月获铅锌金银储量表 憾 矿石平均品位金属董 置 z n u a g sp bz n u , 4 9 sp b 万t ( )( ) ( g t )( g t ) ( )( t )( t ) ( k g )( k g ) ( t ) ib + 62 5 3 84 1 64 8 52 2 81 0 7 6 51 1 鹌1 0 5 5 6 21 2 3 0 5 45 7 7 632 7 3 2 5 8 72 9 3 9 4 6 o2 7 7 12 4 72 8 01 6 88 0 5 37 9 56 8 4 7 27 7 7 1 l4 6 6 6 52 2 3 1 6 5 52 2 0 2 1 6 lb + c + d5 3 0 93 2 83 7 81 9 7 9 3 5 09 6 81 7 4 0 3 42 0 0 7 6 5 1 0 4 4 2 84 9 6 4 2 4 25 1 4 1 6 2 矿山通过勘探、开发，截止1 9 9 6 年底，八中段以上历年消耗铅锌金银储量 i 0 8 8 万t ，纯增铅锌金银储量2 5 1 力t ，其保有铅锌金银储量见表2 - 2 。 表2 - 21 9 9 6 年底保有铅锌金银储量表 、r - 均品位金屈量 储量矿石量 p bz na u a g sp bz n u a g s 级别力t ( )( ) ( g t )( g t ) ( )( t )( t ) ( k g )( k g )( t ) 8 + c3 1 8 33 7 44 8 3l _ 8 19 8 3 61 0 9 l 1 1 9 0 4 41 4 3 7 3 25 7 6 5 23 1 3 0 7 7 73 4 7 2 1 6 d1 2 8 92 3 72 7 i1 7 27 8 0 66 9 83 0 5 3 73 4 9 9 22 2 2 2 3 i 0 0 6 0 1 59 0 0 2 1 b + c - d4 4 7 23 3 44 0 01 9 79 2 j 09 7 81 4 9 5 8 l1 7 8 7 2 4 7 9 8 7 54 1 3 6 7 9 24 3 7 2 3 7 8 ! 堕叁兰堡：! 笙奎 笙三主壁里! 堡茎墨垫查垒壁塑翌l 一 根据当时的矿山客观情况分析，八中段以上b + c + d 级4 4 7 2 万t 储量中， 有裂3 1 6 7 万t 储量暂不能利用，能参与排产的可采储量仅有1 3 0 5 万吨a 暂不 能利用储量见表2 - 3 。 表2 - 3 哲不能利用的储量表 矿石量 旧 项日 不能利用原因 ( 万t ) 分布在各中段的零星小矿体，近期不具生探条件，也难以进行规模 l 小矿体 3 5 5 生产 2 底柱 3 2 9 底柱矿量回收困难 因封孔质量不严，导致裂隙带不清，隔水层缺蚀出现“天窗”等原 防水矿柱 1 1 5 3 3因需留防水矿柱 41 9 9 7 年消耗3 1 0 5 v - 2 矿体 1 9 7 矿山生探中尚来发现 四中段上通风运输等不到位，无开采条件：六七中段距开拓系统远， 6v l 矿体4 2 6 无开拓平巷，无法进行生探证实 分布在七中段下，九中段开拓系统未形成，在八中段采只采到一点帽 7 i 一2 矿体2 0 3 子，因此，待深部开拓系统形成后，从下往上采较为合理 矿体规模小，分布在七与八中段1 1 9 1 2 1 线之间。七中段平面发现 si 一4 矿体1 9 4 矿帽，八中段无开拓系统平巷，待整体开拓系统形成后才能回采 l 合计3 1 6 7 上述情况表明，矿山实际可采矿量不足，到1 9 9 7 年未能布置开采的可采矿 量1 3 0 5 万t ，仅能维持4 年左右。因此，必须加速八中段以上及九至十一中段 探矿，并立即着手进行二期改扩建工程，继续贯彻“探采结合”的方针，以维持 矿山年产3 0 万t 的生产能力并适度扩大生产规模。 二期开采设计依据湖南省地质勘察局二一七队于1 9 9 6 年1 0 月经审查通过并 提交的湖南省水口山康家湾铅锌金银矿区第二期地质勘探设计。设计范围为 南1 0 4 勘探线至北1 3 1 勘探线，垂深从一2 9 4 o o m ( 九中段) 到- 3 5 8 0 0m ( 十一 中段) 区域内的i 、i i 、i 、v 号五大主矿体群。目前二期工程正在施工之 中。 根据康家湾矿三级矿量计算报表统计，截止1 9 9 9 年1 2 月底尚余的铅锌 9 中南人学烦卜论文 第一二章残留矿桂开采技术条件研究 会银储量见表2 - 4 。 表2 - 41 9 9 9 年底保有铅锌金银储量表 旧 矿石f ，均品位 f会属量 坐 p b z na u、g5p bz n舢l 、g s 万t ( 吣( 1 ( g t )( g t ) r 嗡( tj( t ) ( k g ) ( k g ) ( t ) 叶f 3 0 5 03 4 63 9 91 7 98 8 7 69 3 71 0 5 6 4 71 2 1 8 0 25 4 4 7 42 7 0 6 7 0 9 2 8 5 8 2 4 i 。5 1 44 1 44 7 8j 6 5 t 2 3 1 2 82 l 2 1 2 6 82 4 5 3 l2 9 0 l6 6 3 2 4 6 74 2 1 8 3 b + 。3 s 33 5 6 4 1 l2 3 49 3 7 192 11 2 6 9 1 51 4 6 3 3 3 8 3 4 9 03 3 3 9 i 7 63 2 8 0 0 7 2 矿区地质 2 1 矿区地质概况 康家湾铅锌金银矿床为一中温热液矿床。矿区位于盐湖复式倒转向斜中的次 级构造四丘网倒转向斜北端，衡阳盆地的南缘。 矿区地层为套沉积岩层，从石炭纪中上统壶天群至第四系均有。石炭系中 上统壶天群( c n ，) 地层位于康家湾倒转背斜的核部，岩性为白云岩、白云质灰 贮存岩，厚3 0 0 3 5 0 m 。二叠系( t ) 地层位于背斜的核部及f 。：逆冲断层的上盘， 岩性为各种灰岩、页岩、砂岩及硅质岩，厚4 4 4 6 6 0 m 。三叠系f 系统大冶群( t d n ) 地层在矿区分布很少，岩性为灰岩和页岩，厚3 0 0 m 左右。侏罗系下统高家田组 ( t g ) 地层广泛分布于矿区东部，岩性主要为各种砂岩、泥岩、页岩，厚j 3 4 9 t o m 。白垩系f 统东井组( k d ) 地层广泛分布于矿区东部，岩性为砂岩、泥岩， 厚6 5 2 m 以上。第四系( q ) 地层岩性为蠕虫状红土和含砂岩、硅质岩碎块的黄土 及腐植土，厚0 2 2 0 m ，前者多分布于白垩系地层区及山沟，后者多分布于侏 罗、二叠系地层区。 与矿区成矿有关的主要褶皱构造为康家湾倒转背斜，该背斜隐伏于白垩系地 层之下，全长3 0 0 0 余m ，走向n n e ，向s 倾没，由s 向n 逐渐抬起，局部呈波浪 式起伏a 伴随褶皱产生的层间滑动破碎或层间剥离空间为矿液充填交代提供了良 好的场所。 与本区成矿有关的f z z 逆冲断层为矿区内的一级断裂构造。长6 k m 以上，但 i o 中南人学烦卜论文 第一二章残留矿桂开采技术条件研究 会银储量见表2 - 4 。 表2 - 41 9 9 9 年底保有铅锌金银储量表 旧 矿石f ，均品位 f会属量 坐 p b z na u、g5p bz n舢l 、g s 万t ( 吣( 1 ( g t )( g t ) r 嗡( tj( t ) ( k g ) ( k g ) ( t ) 叶f 3 0 5 03 4 63 9 91 7 98 8 7 69 3 71 0 5 6 4 71 2 1 8 0 25 4 4 7 42 7 0 6 7 0 9 2 8 5 8 2 4 i 。5 1 44 1 44 7 8j 6 5 t 2 3 1 2 82 l 2 1 2 6 82 4 5 3 l2 9 0 l6 6 3 2 4 6 74 2 1 8 3 b + 。3 s 33 5 6 4 1 l2 3 49 3 7 192 11 2 6 9 1 51 4 6 3 3 3 8 3 4 9 03 3 3 9 i 7 63 2 8 0 0 7 2 矿区地质 2 1 矿区地质概况 康家湾铅锌金银矿床为一中温热液矿床。矿区位于盐湖复式倒转向斜中的次 级构造四丘网倒转向斜北端，衡阳盆地的南缘。 矿区地层为套沉积岩层，从石炭纪中上统壶天群至第四系均有。石炭系中 上统壶天群( c n ，) 地层位于康家湾倒转背斜的核部，岩性为白云岩、白云质灰 贮存岩，厚3 0 0 3 5 0 m 。二叠系( t ) 地层位于背斜的核部及f 。：逆冲断层的上盘， 岩性为各种灰岩、页岩、砂岩及硅质岩，厚4 4 4 6 6 0 m 。三叠系f 系统大冶群( t d n ) 地层在矿区分布很少，岩性为灰岩和页岩，厚3 0 0 m 左右。侏罗系下统高家田组 ( t g ) 地层广泛分布于矿区东部，岩性主要为各种砂岩、泥岩、页岩，厚j 3 4 9 t o m 。白垩系f 统东井组( k d ) 地层广泛分布于矿区东部，岩性为砂岩、泥岩， 厚6 5 2 m 以上。第四系( q ) 地层岩性为蠕虫状红土和含砂岩、硅质岩碎块的黄土 及腐植土，厚0 2 2 0 m ，前者多分布于白垩系地层区及山沟，后者多分布于侏 罗、二叠系地层区。 与矿区成矿有关的主要褶皱构造为康家湾倒转背斜，该背斜隐伏于白垩系地 层之下，全长3 0 0 0 余m ，走向n n e ，向s 倾没，由s 向n 逐渐抬起，局部呈波浪 式起伏a 伴随褶皱产生的层间滑动破碎或层间剥离空间为矿液充填交代提供了良 好的场所。 与本区成矿有关的f z z 逆冲断层为矿区内的一级断裂构造。长6 k m 以上，但 i o ! 塑查堂堡：! 丝苎 苎三兰垡堕笙壁茎墨蕉查釜堡竺塑一 大部分地段被f 。、f 。、f 。等逆断层切割。f ：。逆冲断层走向与褶皱轴方向基本 一致，近似s n ，倾向w ，倾角l o 。6 0 。，一般为3 0 。4 0 。f ：! 逆冲断层形成时 使不整合面附近的地层产生剥离破碎，形成破碎带，区内主要矿体基本上同赋存 在这一破碎带中。 2 2 矿床地质特征 康家湾铅锌金银盲矿床，矿化带呈n n e l 4 0 走向，控制长度达3 0 0 0 m ，宽1 5 0 7 0 0 m 。主矿体群7 个。沉走向单个矿体矿体长3 l o 1 5 0 0 m ，平均厚3 l o m ，沿 倾斜延深3 0 2 0 0 m 不等。全区平均品位p b o 9 7 5 9 2 ，z n l 0 4 1 3 9 ， a u 2 ，3 5 9 4 3 9 t ，银8 8 7 4 9 t 。主矿体多呈似层状、透镜状产于康家湾倒转背 斜东西两翼的两种不同岩性的硅化破碎角砾岩带层间。小矿体多产生于主矿体下 部碳酸盐岩石裂隙中，呈脉状分布。 i 号矿体分布于本区1 0 0 1 2 3 线之间，产于康家湾倒转背斜轴部及东翼硅 化破碎带下段含燧石硅化灰岩破碎角砾岩与下伏碳酸盐岩接触界面间，长度近 1 5 0 0 m ，平均厚度 s m ，铅+ 锌品位8 9 5 。 i l 号矿体分布于本区1 0 0 1 0 3 线之间，垂深- 2 9 9 m 至一3 6 0 m 标高。产于倒 转背斜东翼硅化破碎带下段含燧石硅化灰岩破碎角砾岩内。 号及v 一2 、v 一3 矿体群产于倒转背斜轴部及两翼1 0 7 1 3 9 线的硅化破碎 角砾岩与含燧石硅化灰岩破碎角砾岩的接触界面间。 号及v l 矿体分布于1 1 9 b 1 3 1 c 线之间，产于倒转背斜轴部及东翼硅化 破碎带下段含燧石硅化灰岩破碎角砾岩与下伏碳酸盐岩接触界面间。 、两矿体产于倒转背斜南端倾末部位( 1 0 3 1 0 8 线) 当冲组下段泥灰 岩中。 八中段以上主矿体形态、产状、规模见表2 - 5 。 2 3 矿床开采技术条件 2 3 1 矿体围岩及夹石情况 由于矿体赋存的部位不同，因此矿体的围岩也不一样。i i 、i i i 、v 号矿体位 中南人学顺上论义 第一二章残留矿柱开采技术条件研究 表2 - 5 各矿体地质特征表 矿休编0 i1 1 1v 形状似层状、透镜状