（矿业工程专业论文）金川二矿区1lt＃gt矿体850m中段平面开拓系统优化研究.pdf

昆锯理工大学工程硕士学位论文摘要 摘要 金川集团有限公司是我国最大的镍钴基地，近年来随着企业的做大做强，原 材料的供应日渐紧张，而二矿区作为集团公司的主力矿山，目前面临诸多问题， 如何解决现存问题，是摆在广大工程技术人员面前的严峻课题。 本论文在对二矿区i 8 矿体深部矿体工程地质详细调查的基础上，利用岩石 质量( q 值) 分类法和岩体地质力学( 胁r ) 分类评价法对深部岩体进行科学的分 析研究，指出二矿区8 5 0 m 中段应采用上盘开拓方式，并进行了开拓系统设计，避 免了上部中段存在的问题。经过经济效益分析，得出了在目前经济技术条件下， 本设计提出的上盘开拓方案是经济、合理的。本项目的研究成果为二矿区8 5 0 m 中段矿体开采的投资决策提供了理论依据。 关键词：开拓系统岩石质量分类法r m r 分类法采矿充填 昆明理工大学工程硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t j i n c h u a nc o l t di st h eb i g g e s tm i n e r a ll a n d so fn i c k e la n dc o b a l ti nc h i n a ，i n r e c e n ty e a r s ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p p i n go f j i n c h u a nc o l t d ，t h es u p p l yo f r a wm a t e r i a l h a si n c r e a s i n g l yb e c o m el a c k t h en o 2m i n i n ga r e a , t h em a j o rm i n eo fj i n e h u a n c o l t d ，i sn o wc o n f r o n t i n gm a n yp r o b l e m s h o wt os o l v et h o s ep r o b l e m si sas e r i o u s t o p i ct h a te n g i n e e r sa n dt e c h n i c i a n sh a v et of a c e o nt h ef o u n d a t i o no fc a r e f u li n v e s t i g a t i o nt o g e o l o g i c a lr e s e r v e so fi # d e e p o r e r o c k s - b o d yi nt h en o 2m i n i n ga r e a , t h ew a t h o rs t u d i e di n d e t a i lr o c km a s s g e o l o g yt h r o u g ht h ew a y so fr o c kq u a l i t yc l a s s i f i c a t i o na n dr m r c l a s s i f i c a t i o n a c c o r d i n g t ot h ei n v e s t i g a t i o na n dt h es t u d y , t h ea u t h o rp o i n t so u tt h a td e v e l o p m e n t o p e r a t i o no f - 8 5 0 m l e v e lo f t h en o 2m i n i n ga r e am u s tb ed e s i g n e dt ol i ei np l u gp l a t e o fo 陀b o d yi nt h et h e s i s t h ep l a no ft h ed e v e l o p m e n ts y s t e m ，w h i c ht h ep a p e r p o i n t e do u t ，a v o i d so f s o m ep r o b l e m st h a tt h ea b o v e l e v e lh a de v e rc o n f r o n t e d o nt h e c o n d i t i o no fc u r r e n te c o n o m ya n dt e c h n o l o g y , t h ep a p e rc o n c l u d e st h et h e o r e t i c a l p r i n c i p l ef o ri n v e s t m e n to f g s 0 ml e v e l sp r o d u c t i o nb yv a l u i n gi t s s o c i a la n d k e yw o r d s ：d e v e l o p m e n ts y s t e m ；r e e k q u a l i t yc l a s s i f i c a t i o n ；r m r c l a s s i f i c a t i o n ；m i n i n g ；f i l l i n g 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下f 或 我个人) 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内 容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成 果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。本声名的法律结果由本人承担。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印或其他手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守) 导师签名： 槲疆 日 期：叫年弓月彩日 鏊 归 ，f 嘲肌 名 ， 签 沁， 者 声 雠 廿 论 k 位 嘲 剿 日 昆明理工太学工程硕士学位论文第一章文献综述及课题研究的意义 第一章文献综述及课题研究的意义 1 1金属矿床深部开采技术研究的意义 随着国民经济持续、稳定、快速的发展，国家对各种金属的需求量也在不 断的增长。然而，在现实中，金属矿产的浅部资源越采越少，资源开采不断地在 向深部发展，年需求的矿石量缺口越来越大，矿山的采矿困难重重。大批的金属 矿山转入深部采矿，其开采条件大大恶化，资源供需矛盾突出。目前大型露天矿 在逐年减少，有的己采到临界，面临关闭或转向地下开采。地下矿山占矿山总数 的9 0 ，其中5 0 年代建成的矿山，有3 5 因储量枯竭而接近尾声或已闭坑， 其余2 5 的矿山，陆续转入深部开采。即使“六五”、“七五”建成投产 的矿山，目前虽处于鼎盛时期，但3 5 年后，也将陆续转入深部开采。红透山 铜矿采深己近9 0 0 m ，冬瓜山铜矿床埋深超过1 0 0 0 m ，现已开始基建，两条超 1 0 0 0 m 的竖井己形成。深部开采的矿石品位下降，采切工程量急剧上升，废弃物 的处理大幅度增加，采矿工作越来越困难，深部开采技术难题急待解决。以铜矿 为例，1 9 5 0 年我国铜矿石平均开采品位为1 8 7 ，而今已下降到0 7 6 ；每生产 i t 铜，平均要开采1 3 0 t 矿石，尾矿量成倍增加；生产1 0 0 0 0 t 矿石，一般要掘进 3 5 0 4 0 0m 工程，大量掘进的废石，严重影响着矿山的经济效益和环境效益。 目前矿山机械化装备的配套性差、装备水平不高，虽然少数重点矿山基本达到 7 0 年代末、8 0 年代初国外的装备水平，但大部分矿山，仍处在国外5 0 6 0 年 代的水平。目前技术装备落后的矿山，大多无力进行技术改造和引进设备，难于 改变当前矿山经济效益差或亏损的局面。为了满足国民经济不断增长的需要，我 国进人深部开采的金属矿山将逐年增多，金属矿山必须有新的发展。矿山上不去， 冶炼、加工将是“无米之炊”。因此探讨深部开采的技术将是摆在我们面前的现 实问题，对金属矿床深部开采技术进行研究具有较大的理论意义和现实意义。 昆明理工大学工程硕士学位论文第一章文献综述及课题研究的意义 金属矿床深部开采，研究涉及到矿山生产的方方面面，是一项系统工程研究 课题，这项工作的开展将对我国采矿技术进步起很大的推动作用，具有重大的现 实意义。 1 2 国外矿山深部开采技术现状与发展趋势 深部开采和地下工程是未来发展必然趋势。据不完全统计，国外开采超千 米深的金属矿山有8 0 多座，其中南非最多。南非绝大多数金矿的开采水平都在 1 0 0 0 m 以下。其中a n g l o g o l d 有限公司的西部深水平金矿采矿深度达3 7 0 0 m ； w e s td r i e f o v t e n 金矿，矿体赋存地下6 0 0 m ，并一直延伸至6 0 0 0 m 以下。印度 的科拉尔( k o l a r ) 金矿区，已有3 座金矿采深超2 4 0 0 m ，其中钱皮恩里夫金矿 共开拓1 1 2 个阶段，总深3 2 6 0 m 。俄罗斯的克里沃罗格铁矿区，已有捷尔任斯 基、基洛夫、共产国际等8 座矿山采准深度达9 1 0 m ，开拓深度到1 5 7 0 m ，将来 要达到2 0 0 0 2 5 0 0m 。另外，加拿大、美国、澳大利亚的一些有色金属矿山采 深亦超过1 0 0 0 m 。 深井开采势在必行，已是国际矿业的重要研究领域。国外深井开采研究起 步较早，最早观察到岩爆是在1 9 0 0 年的印度科拉尔金矿。美国大西洋( a t l a n t i c ) 矿，1 9 0 6 年5 月2 6 日发生了一次较大的岩爆，当时估计的地震强度达到了里 氏3 6 级。美国密西根工业大学年有一份i , a k cs u p e r i o r 铜矿发生岩爆的报告( 1 9 3 9 年出版) 。南非金矿赋存较深，早在1 9 0 8 年就成立了专门委员会研究深井岩爆 问题。加拿大于1 9 2 8 年在安大略( o n t a r i o ) 矿首次出现岩爆，m o r d s o n 于1 9 4 2 年完成了一份研究报告至今仍被视为这方面的经典岩爆研讨报告。 2 0 世纪8 0 年代以来，深井开采的事故越来越严重。以南非为例，在南非深 部金矿的开采中，由于地震等事件诱发的岩爆。岩石冒落，使南非的采矿工业成 为最危险的工业之一。一些有深井开采矿山的国家，如美国、加拿大、澳大利亚、 昆明理工大学工程硕士学位论文第一章文献综述及课题研究的意义 南非、波兰等，政府、工业部门和研究机构密切配合，集中人力和财力紧密结合 深部开采相关技术开展基础问题的研究。南非政府、大学与工业部门密切配合， 从1 998 年7 月开始启动了一个“d e e p m i n e ”的研究计划，耗资约合1 3 8 0 万 美元，旨在解决3 0 0 0 5 0 0 0 m 深度的金矿安全、经济开采所需懈决的一些关键 问题，已在南非金矿深井开采技术上取得了系歹n 创新性成果。加拿大联邦和省政 府及采矿工业部门合作开展了为期1 0 年的两个深井研究计划。在微震与岩爆的 统计预测方面的计算机模型研究，以及针对岩爆潜在区的支护体系和岩爆危险评 估等进行了卓有成效的探讨。美国爱大荷( i d a h o ) 大学、密西根工业大学及西 南研究院就此展开了深井开采研究，并与美国国防部合作，就岩爆引发的地震信 号和天然地震与核爆信号的差异与辨别进行了研究。西澳大利亚大学在深井开采 方面也迸行了大量工作。 南非采金业目前面临的挑战在于开发地处深部的富矿资源。为此要克服的 主要技术问题包括：地热、岩爆、品位波动以及最大回采率的需求。克服这些困 难并降低总费用又最大限度地利用资金的首要办法是挖掘高强度采矿的潜力。未 来的采矿系统必须明确相关品位的分布，矿脉形态以及辅助作业的可靠性。因此 地表和矿体内地球物理技术的常规使用相当重要，计划和开采控制也必须更加准 确。 目前采金业中主要的技术发展是更深部的开采，但重要的是为更深的开采 生产出新的技术设备之前需要这些深部开采技术被充分证明并在现场操作中进 行过试验。尽管目前技术的发展对迎接挑战是可行的，但进一步的研究和开发对 迅速增加开采利润潜力很大。 目前某些技术改进后用于深部矿山是可行的，估计能获得巨大利润。深度 大于3 0 0 0 m 的开采，采用新技术也不存在安全闫题。考虑深度的选择开采也应 昆明理工大学工程硕士学位论文第一章文献综述及谋熙研究的意义 进一步提高出矿品位。重要的问题是时间的即时性和地点的准确性，以保证最大 效率。运用电子媒体提高收集、管理和传送相关数据以及更多尖端计算机软件的 运用都至关重要，无论是矿山规划还是操作控制都保证了这些概念的实施。较好 地掌握地质结构知识和对矿体品位的了解，通过对地表和矿体地球物理以及其它 可预测技术的广泛运用，对确保这些概念实施也起到了重要作用。 在完善的设备中运用集成技术大大减少了劳动力的需求，这对减少事故， 增加工资都很重要。劳动力必须在具餐更高的激励和技能后才能完成预期的生 产。更高的报酬和参与相关决策的制定以及注重管理结构和管理队伍都会迸一步 增强生产的动力。 尽管能在可接受成本情况下完成开采，但提供合适的开采环境所需的成本 仍是关键之一。然而，在所有采矿领域中要达到此目的必须研究和发展新技术， 而且不断采用目前韵新技术。 1 3 国内矿山深部开采技术现状与发展趋势 我国已探明的煤炭资源量占世界总量的1 1 1 ，今后相当长的历史时期内仍 需保证煤炭的高产稔产。我国煤炭资源埋深在1 0 0 0 m 以下的为2 9 5 0 0 万亿吨， 占煤炭资源总量的5 3 。目前煤矿开采深度以每年8 1 2 m 的速度增加，东部矿 井正以每l o 年1 0 0 2 5 0 m 的速度发展，预计在未来2 0 年很多煤矿将进入到 1 0 0 0 m 1 5 0 0 m 的深度。在我国，一批金属矿山近年也已进入深部开采，例如红 透山铜矿目前开采已进人9 0 0 il o o m 深度：冬瓜山铜矿现已建成2 条超1 0 0 0 m 竖井来进行深都开采；弓长蛉铁矿设计开拓深度7 5 0 m 距地表达1 0 0 0 m ；夹皮 沟金矿二道沟坑口矿体延深至1 0 5 0 m ：湘西金矿开拓3 8 个中段，垂深超过8 5 0 m 。 此外，还有寿王坟铜矿、b , m 铅锌矿、乳山金矿等许多矿山都将进行深部开采。 我国抚顾胜利矿于1 9 3 3 年最早发现岩爆，到目前为止已有2 0 多个矿井有过发生 4 昆明理工大学工程硕士学位论文第一章文献综述及课题研究的意义 岩爆的记录。 寿王坟铜矿是国家第一个五年计划重点项目，1 9 5 7 年4 月投产。矿山设计 服务年限1 1 5 年，将远景矿量估计在内为1 9 年，年采选能力6 6 万吨。投产后 为回收铁、钼，分别于1 9 5 9 年和1 9 7 0 年进行了两次扩建，生产能力提高到3 5 0 0 3 9 0 0 t d 。至1 9 9 2 年底，矿山累计出矿量3 5 7 7 万t 。年平均生产能力1 0 3 2 万t ， 最高年生产能力达1 4 2 万t 。上缴利润2 8 0 亿元，是建矿总投资的3 4 倍。目 前，矿山己开拓到下九中段，进入了深部阶段开采，主要矿体为1 8 4 、4 6 4 、2 4 、 5 6 4 的深部部分，矿置约5 0 0 万t ，铜、铁品位分别为0 , 4 1 和3 0 1 1 。 深部开拓系统根据矿体赋存条件，上部为0 米以上平硐一溜井开拓方 式，下部为平硐一竖井一盲竖井开拓方式。深部延深开拓方案经过斜坡道、斜井、 混合井等六个方案比较最后确定采用双罐笼混合盲竖井开拓方案。该方案工程 量及投资较少，与下五阶段以上已形成的开拓系统衔接合理，较好地利用了上部 主竖井延深所积累的经验。主竖井延深由下三水平延深至下六水平，计1 8 0 m 于1 9 7 0 年开始，在不停产的条件下用两年时间建成投产。主竖井施工采取先下 掘主溜井，然后吊罐上掘天井，蠼后将天井扩帮成为竖井的施工方法。盲竖井全 高2 4 9 m ，直径5 ；8 m ，采用下掘方式，施工中成功地解决了涌水、光面爆破、喷 浆支护等闯题。1 9 8 2 年4 月施工，1 9 8 4 年7 月投入使用。目前下六为出矿水平， 下七采准，下八、下九阶段水平为开拓水平。 深部通风系统该矿原先主要采用东西对角两翼抽出式通风。新鲜风流 由主平调、主竖井、辅助竖井进人，东部7 “、2 7 。、西部2 6 4 、6 6 。风井抽出。 装机容量1 0 7 0 k w ，总风量1 8 3 m 3 s 。进入深部开采后，西部矿体开采基本结束， 旧巷道、采空区漏风严重，网路复杂，自然风压较大，有效风量率低。为改善通 风效果，在1 9 8 5 年1 9 8 7 年，对原有通风系统进行了节能技术改造。改造的主 昆明理工大学工程硕士学位论文第一章文献综述及课题研究的意义 要内容是：采取分区通风方式，将原来的两翼抽出中路进风方式，变成东部区、 西部区、深部区。三区各有进、回风系统，匹用3 台k 系列新型高效风机。经 生产实践证明，节能效果明显，年节电达4 7 8 万k w h ，节电率达7 6 6 。下 六、下七阶段开拓结束，下六水平投产后，风量不足的矛盾日益突出，主要原因 有： ( 1 ) 原通风系统对深部通风困难估计不足，随着竖井的延深和巷道延长。 风量降氐明显，与理论计算不符；( 2 ) 多中段作业漏风严重，有效风量率低， 经查证，深部6 l 线主扇有效风量率仅为3 4 7 。( 3 ) 部分新鲜风流由箕斗井 泄出，一旦下六以上3 0 m 的永久顶柱崩落，深部将与五阶段水平以上近3 0 0 m 高、4 0 万m 3 的大空区接通，通风条件将更加恶劣。单纯依靠分区通风系统已不 能解决深部通风问题，必须对深部区通风进行二次改造。改造内容包括： ( 1 ) 6 1 线现有主扇为d k 3 5 - - n 0 1 7 ，双机总功率为1 5 0 k w 。由于风机结构上存在缺 陷，该矿无法开动双机，长期单机运行，风压、风量不足，应更换风机。考虑以 后形成大空区下作业，下八阶段贯通，应将风机计算理论风量加大。( 2 ) 加设 辅扇，形成多级站通风方式。因深部区进回风线路过长，将辅扇直接安装于生产 阶段，辅助通风，效果明显。应注意辅扇安装要加固，大爆破时要有密闭保护揞 施。( 3 ) 采准设计，应重视深部通风的困难性，工程规格要保证，通风是否合 理应给予足够重视。( 4 ) 加强通风管理，该密封的及时牢固她密闭，疏通回风 井巷，调整通风路线。 深部采矿方法生产初期，该矿采用浅孔留矿法。实践证明，该法适用 于开采3 1 0 m 厚，矿石和围岩稳固，界线明显的矿体。对开采上一、上二阶段 的富集小矿体是合理的，1 9 5 7 年投产，当年产量即达7 9 万蚀。但浅孔留矿法的 缺点是劳动生产率低，生产技术管理复杂。随着大矿块矿体及采空区老窿周围矿 体的出现，1 9 5 8 年试用了平孔落矿的阶段矿房法。该法适合于大中厚矿体开采， 昆明理工大学工程硕士学位论文 第一章文献综述及课题研究的意义 机械化程度提高，采矿效率成倍提高。但在该矿的矿岩条件下，大块产出率高， 损失、贫化较大。1 9 6 5 年以后，试验采用了小分段空场法，或称作垂直深孔落 矿的阶段矿房法。该采矿法沿矿块走向划分成矿房和临时矿柱，在靠近间柱一侧 ( 或矿体肥大部位) 以切割天井、切割平巷为初期空间拉开8 1 2 m 宽的切割槽。 矿房与矿柱同时采准设计和施工，分次回采。矿房回采以后切割槽为补偿空间， 侧向挤压爆破或空场爆破，沿走向连续推进，放出纯矿石。矿房回采后，立即崩 落一侧的问柱和顶柱。垂直深孔落矿的阶段矿床法兼有矿房法和崩落法二者之 长，便于机械化作业，生产安全，适应性强。 陕西太自金矿是我国黄金行业在二十世纪9 0 年代崛起的一座大型黄金采、 选、治联合企业。建矿十多年来，有底柱阶段崩落采矿在太白金矿得到了广泛的 应用和推广，为太自金矿带来了巨大的社会效益和经济效益。不但满足了矿山生 产能力6 0 万妇、日处理矿石量1 8 0 0 t 的要求，而且为我国在开发低品位黄金资 源方面取得了宝贵的经验，也为太白金矿的生存和发展，奠定了坚实基础。近年 来随着开采深度的不断下降、地质品位的降低，原来的采矿方法已不再适用。因 此，寻求更高效率和更高效益的开采技术方案，对矿山来讲，就显得更为突出和 重要。 1 4 课题研究的意义与必要性 金川集团有限公司依靠科技进步，依托金川硫化铜镍矿藏的矿产资源优势， 经过几十年的建设发展，已成为我国镍钴金属的生产基地和铂族金属的提炼中 心。镍和铂族金属的产量分别占全国产量的8 0 和9 0 p a 上，在我国的国民经济 中占有重要地位。 二矿区是金川集团公司的主力矿山，2 0 0 3 年底矿石产量突破3 0 0 万吨，矿 石含镍金属量占集团公司自产矿石原料的2 3 。目前实施1 1 5 0 m 和1 0 0 0 m 两中段 昆明理工大学工程硕士学位论文第一章文献综述及课艇研究的意义 开采。l1 5 0 m 中段预计2 0 0 9 年结束，因此，在此之前必须建成8 5 0 m 中段的开拓 系统，以接替1 1 5 0 m 中段的生产，以便提供充足的矿石原料，维持金川集团公司 的稳定高产。所以，8 5 0 m 中段开拓系统的设计与开采方案，己成为金川集团公 司当前研究工作中的当务之急。为此，金川集团公司已将此项列为“十五”重点 课题，开展研究。 金n - 矿区l t 旷体8 5 0 m 中段埋深接近1 0 0 0 m ，属于深部开采范围。与上部 开采相比，深部开采不仅大大提高提升成本，而且采矿环境随着深度的增加，也 将发生不利的变化。一般表现在采场地压大，温度高，并潜在着深部开采难以预 料的地质灾害，如突水、岩爆、冲击她压、大面积来压等。因此，重视深部矿藏 的工程地质研究，借鉴国内外先进技术，尤其是总结分析金n - - - 矿区1 0 0 0 m 中段 以上开采的经验和教i jw i ，深入研究深埋矿床的开采环境、开采技术条件，揭示深 部采场地压规律，科学合理地进行8 5 0 m 中段的开拓系统设计、开采方案研究， 并对深部开采过程中所潜在的地质灾害进行预测、评价和预防，以确保深部矿床 安全、经济、高效生产，对金j l | 深部开采不仅是必要的，而且也势在必行。 昆明理工大学工程硕士学位论文第二章矿山开采现状 第二章矿山开采现状 2 1 概述 金川集团有限公司地处河西走廊中部、龙首山北麓、巴丹吉林沙漠南缘的甘 肃省金昌市，是我国最大的镍钴生产基地和铂族金属提炼中心，镍和铂族金属的 产量分别占全国的8 8 和9 0 以上。金昌市是以金川集团有限公司为基础形成和 发展起来的城市。除金川集团有限公司外，全市还有化工、电力、煤炭、钢铁、 建筑和食品加工、皮毛加工等企业。金昌市也是河西走廊商品粮基地之一。 目前，金昌市已成为中国首批人均生产总值达到小康水平的城市之一。 矿区所在的金昌市是以得天独厚的资源优势为背景发展起来的。金昌市建于 1 9 8 1 年2 月，本着为矿区生产服务，为职工生活服务的方针，市政建设己初具 规模。全市面积9 6 0 0 k m 2 ，市区面积达2 0 0 0k i n 2 。全市人口4 5 万余人，市区人口 1 6 万余人，可为矿区建设提供充足的劳动人员。 金昌市属温带大陆性气候，空气干燥，风沙大，冬季漫长而不严寒，夏季暖 热而不酷暑，日照丰富、太阳辐射强，降水少而集中，7 0 降雨集中在7 9 月， 年平均降雨量为1 3 9 8 m ：蒸发量大，年平均蒸发量为2 8 8 6 7 m 。该地区昼夜温 差悬殊，年平均气温9 1 。该地区年主导风向为西北风。 气象资料： 极限最高温度 3 9 5 c 极限最低温度- - 2 3 3 年最大降雨量 2 8 2 1 6 m 一日最大暴雨量1 2 9 5 m 冬季空气相对湿度4 5 夏季空气相对湿度 3 9 9 昆明理工大学工程硕士学位论文第二章矿山开采现状 年主导风向 西北 基本风压 基本雪压 土壤冻结深度 根据国家建筑抗震设计规范g b 5 0 0 1 1 - - 2 0 0 1 的规定，本工程抗震设防烈 度为七度，设计基本地震加速度值为0 1 5 ，设计特征周期为0 4 s 。 鉴于镍和以镍为基础的合金材料所具有的耐磨、耐腐蚀等优良性能，及其在 军事、宇航和国民经济其它产业部门发展中的重要作用，镰矿产资源的开发利用 历来为各国所重视。 建国初期。我国的镍矿资源十分短缺，五十年代以来，经各部门地质工作者 的辛勤努力，陆续发现新的硫化镍矿床及矿点二十多处，提交硫化镰金属储量 6 10 多万吨，使我国探明的硫化镍矿产资源一跃而居世界前列。其中金川镍矿 床的镍金属储量为全国镍金属总储量8 2 1 4 ，占全国硫化镍金属总储量8 9 1 6 ，为全国矿石平均含镍0 8 以上商品级的硫化镍金属储量的9 4 2 3 。因此， 金川镍矿的开采对我国军事、宇航和国民经济其它产业部门发展起着重要作用。 金川地质资源极为丰富，金川铜镲矿石产于超基性岩体中，矿床被划为四个 矿区。二矿区为金川矿区中规模最大的矿区，占总储量的7 6 5 ，全区共发现3 5 1 个矿体。其中主矿体仅1 。和2 两个，占二矿区总储量的9 9 3 1 。l 矿体为二矿区 最大的矿体，以富矿为主，占全区总储量的7 6 4 5 ，是目前的开采对象。 昆明理工大学工程硕士学位论文 第二章矿山开采现状 金川硫化铜镍矿各矿区位置图2 1 集团公司目前有两座大型矿山，即龙首矿和二矿区，分别开采一矿区、二矿 区的1 矿体。金川集团有限公司经过3 0 年的建设，冶炼厂具有一定的潜力，惟独 矿山的自产原料跟不上公司的发展要求。在“做大、做强”战略思想指导下，目 前正在进行矿山改扩建的建设，使二矿区的l 矿体由日产富矿8 0 0 0 t 提高到日产 9 0 0 0 t ；二矿区的2 。矿体f ，以东富矿开采，新增日产矿石2 0 0 0 t ；同时三矿区贫矿 的开发利用也在设计中，三矿区的开发使公司新增日产矿石5 0 0 0 t 。 金川集团有限公司是生产多年的老企业，已形成良好的外部条件。永昌一河 西堡一雅布赖公路穿过矿区，在永昌与3 1 2 国道相接，矿区距兰新铁路金昌站2 0 公里，有专用线与兰新线接轨，外部年运输量达2 0 0 万吨，具有一定的富裕能力； 水源来自金川峡和皇城滩水库，公司总水源位于金昌市工农联合渠道旁的迎山坡 净化站，经净化站配送至各用户；公司、二期工程有两个变电所供电，一是由 连城供电的宁源堡2 2 0 k v 变电所，另一个是由海石湾供电的3 3 0 k v 变电所，用电是 有保证的。 作为主力矿山二矿区的1 可。体开采，尚有以下问题急待解决。l 。矿体日产9 0 0 0 吨的矿石是由两个中段同时回采完成的，即1 2 5 0 1 1 5 0 m 中段和1 1 5 0 一1 0 0 0 m 中段。 昆明理工大学工程硕士学位论文第二章矿山开采现状 由1 2 5 0 m 标高和1 1 5 0 m 标高同时向下回采，上、下两个中段分别承担4 0 0 0 t d 和 5 0 0 0 t d 产量。根据生产实际情况，11 5 0 中段将在2 0 1 0 年回采结束，进行深部接 替开拓工程的建设已迫在眉睫。 二矿区1 矿体作为金川目前生产的主矿体，一期工程中已将1 2 5 0 m 中段以上 的富矿采出，二期工程正在1 2 5 0 m 以下回采，截1 1 ：2 0 0 2 年底保有的可采储量( 6 行- 2 4 行) 为： 富矿( 含带采贫矿) 矿石量1 2 3 4 9 6 3 万t 品位：n i 1 7 4 金属量：n i c u 1 4 5 6 5 万t 8 5 0 m 一1 0 0 0 m 保有的可采储量为： 富矿( 含带采贫矿) 矿石量 品位：n i c u 金属量：n i c u 4 0 1 i “万t 1 8 1 1 _ 2 7 7 2 5 6 万t 5 0 8 2 万t 8 5 0 m 中段开采工程，是在一期、二期以及矿山改扩建工程的基础上进行的。 为工程的建设和生产创造了良好的条件。 金i l l - 矿区l t 旷体富矿开采已经形成了一套完整的生产系统。8 5 0 m 中段开采 工程除提升系统需进行改造外，其余各系统全部可利用。这些设旌有：东西副并、 1 8 行副井、1 4 行回风井及地表扇风机房、西部第一、第二搅拌站、地表供风、供 水系统、井下1 1 5 0 m 、l o o o m h u 段开拓、采准等工程、水泵房变电所、破碎站等。 昆明理工大学工程硕士学位论文第二章矿山开采现状 这些井筒和设施均满足井下生产的需要。二期工程的主斜坡道已达9 3 5 m 水平，继 续延伸后，设备和部分材料可从主斜坡道直达8 5 0 m 中段。 矿山改扩建工程完成后，二矿区1 矿体的出矿能力为9 0 0 0 t d 。其中1 1 5 0 m 中 段承担4 0 0 0 t d ，1 0 0 0 m 中段承担5 0 0 0 t d 。8 5 0 m 中段设计能力仍为4 0 0 0 t d 当 1 1 5 0 m 中段矿量消失后，二矿区1 4 矿体豹出矿能力仍保持9 0 0 0 t d 2 2 矿山开拓系统 金川集团有限公司目前开采的地下矿山有龙首矿和二矿区两个矿山，三矿区 正在进行开发设计。 历经一期、二期工程及矿山改扩建工程建设，二矿区1 。矿体富矿形成了比较 完整的开采系统。现有两个中段同时回采。即1 2 5 0 m l l s o m 中段和1 1 5 0 m 1 0 0 0 m 中段，分别由1 2 5 0 m 标高和1 1 5 0 m 标高向下回采。1 2 5 0 m - v 1 1 5 0 m 中段正在1 1 9 8 m 分 段采矿，盘区采出的矿石由盘区矿石溜井下放到1 1 5 0 m 水平。1 1 5 0 m 中段矿石采用 无轨柴油卡车运输，经1 1 5 0 m 中段无轨运输巷道，卸入1 1 5 0 m l o o o m 水平的1 。或 2 。矿石溜井。主溜井内的矿石，经设于溜井底部的振动放矿机下放到1 0 0 0 m 破碎 站内。1 0 0 0 m 中段正在1 1 1 8 m 分段采矿，采出的矿石直接由铲运机搬运到盘区本分 段的矿石溜井，在1 0 0 0 m 中段主运输水平，由轨柴油卡车运往破碎站。 矿石破碎后，利用1 。、2 。、3 、4 皮带将其转运至西主井，由西主井提升至地 表，再经5 、6 。、7 皮带倒运至矿石转运站，装火车运往选矿厂。 1 1 5 0 中段采准、开拓废石由铲运机倒入废石溜井，由无轨柴油卡车运往设于 东西副井附近的1 1 7 0 m 废石转运仓，装入1 2 【f 矿车，由东西副井提升至地表，运 往地表废石场排放。 目前，矿山作业人员可由西副井下放到各作业中段，1 1 5 0 m 水平以上步行到 作业点，1 1 5 0 m 水平以下的作业人员由人行盲井到达作业分段及1 0 0 0 m 运输中段。 昆明理工夫学工程硕士学位论文第二章矿山开采现状 这些井筒和设施均满足井下生产的需要。二期工程的主斜坡道已达9 3 5 m 水平，继 续延伸后，设备和部分材料可从主斜坡道直达8 5 0 m * 段。 矿山改扩建工程完成后，二矿区l 矿体的出矿能力为9 0 0 0 t d 。其中1 1 5 0 m 中 段承担4 0 0 0 t d ，1 0 0 0 m q b 段承担5 0 0 0 t d 。8 5 0 m q 6 段设计能力仍为4 0 0 0 r i d 当 1 1 5 0 m 中段矿量消失后，二矿区1 。矿体的出矿能力仍保持9 0 0 0 t d 2 2 矿山开拓系统 金川集团有限公司目前开采的地下矿山有龙首矿和二矿区两个矿山，三矿区 正在进行开发设计。 历经一期、二期工程及矿山改扩建工程建设，二矿区1 + 矿体富矿形成了比较 完整的开采系统。现有两个中段同时回采，即1 2 5 0 m 1 1 5 0 m 中段和1 1 5 0 m l o o o m 中段，分别由1 2 5 0 m 标高和1 1 5 0 m 标高向下回采。1 2 5 0 m - 1 1 5 0 m 中段正在1 1 9 8 m 分 段采矿，盘区采出的矿石由盘区矿石溜井下放到1 1 5 0 m 水平。1 1 5 0 m 中段矿石采用 无轨柴油卡车运输，经l l s o m 中段无轨运输巷道，卸入l l s o m 1 0 0 0 m 水平的1 4 或 2 。矿石溜井。主溜井内的矿石，经设于溜井底部的振动放矿机下放到1 0 0 0 m 破碎 站内。1 0 0 0 m 中段正在1 1 1 8 m 分段采矿，采出的矿石直接由铲运机搬运判盘区本分 段的矿石溜井。在1 0 0 0 m 中段主运输水平，由轨柴油卡车运往破碎站。 矿石破碎后，利用1 。、2 。、3 、4 皮带将其转运至西主井，由西主井提升至地 表，再经5 、6 。、7 。皮带倒运至矿石转运站装火车运往选矿厂。 1 1 5 0 中段采准、开拓废石由铲运机倒八废石溜井，由无轨柴油卡车运往设于 东西副井附近的1 1 7 0 m 废石转运仓，装入1 2 【一矿车，由东西副井提升至地表，运 往地表废石场摊放。 目前，矿山作业人员可由西副井下放到各作业中段，1 1 5 0 m 水平以上步行到 作业点，l1 5 0 m 水平以下的作业人员由人行盲并到达作业分段及1 0 0 0 m 运输中段。 作业点，l1 5 0 m 水平以下的作业人员由人行盲井到达作业分段及1 0 0 0 m 运输中段。 昆明理工太学工程硕士学位论文 第二章矿山开采现状 坑内通风的进风井有西风井、东西副井、1 8 行副井，坑内污风由1 4 行专用回 风井集中抽出地表。坑内建有5 个进风机站和1 个回风机站，地表1 4 行回风井口设 有主回风机站。 2 2 1 金i l l - 矿区1 计体现有开拓系统概述 2 2 1 1 一期工程开拓系统 二矿区一期工程采用竖井开拓。1 9 6 6 年以来共建成7 条竖井，至1 9 8 2 年 期工程投产，共开拓出五个中段。一期工程主要开拓对象为l 。与2 。矿体1 2 5 0 水 平以上，f 1 ，以西富矿体。由于l 、2 。矿体不连续。故以3 0 行勘探线为界划分成 东西两个采区，1 帘体为西部采区，2 矿体为东部采区。开拓中段西部采区有1 2 5 0 、 1 3 0 0 两个，东部采区有1 2 5 0 、1 3 0 0 、1 3 5 0 、1 4 0 0 、1 4 5 0 五个。为一期工程服务 的竖井有4 条，其中有： 东主井：设计井筒净直径为4 5 m ，井深为5 5 0 m ，是一期工程东西部采区的 主提升井。采用j k w 2 3 x 6 a 型多绳卷扬，直流电机1 2 5 0 k w ，1 8 t 底卸式单箕斗 带平衢锤提升矿石，设计最大提升能力为5 4 0 0 t d 。 西副井：井筒净直径5 8 m ，井深6 6 1 m 。装两台j k w 2 8x6 型多绳卷扬机， 直流电机功率为1 0 0 0 k w ，提升两个三层单罐配以平衡锤。该井为上下人员、材 料和出废石用，是东西采区共用的副井。 3 6 行措施井：井筒净直径4 0 m ，原设计井深4 8 5 m ，到1 2 5 0 中段，由于该 井下部在矿体中，随着开采，1 4 0 0 水平以下已被充死，井深只剩3 2 9 m 。单绳双 简卷扬，配单层双罐提升人员、材料。 1 6 行充填井：井筒净直径为4 5 m ( 局部己缩为3 8 m ) ，井深4 7 8 m 。原设计并 筒内安装有6 条巾l o o m 充填管路，为西部采区充填井。现在已用钻孔代替了井 筒内的充填管，该井目前主要为西部采区回风井。 1 4 昆明理工大学工程硕士学位论文 第二章矿山开采现状 2 2 1 2 、二期工程开拓系统 二期工程主要是开采西部1 。矿体。开拓系统是在一期工程七条竖井开拓的基 础上，又增加了一条斜坡道和皮带斜井。因此，二期工程为竖井、斜坡道、斜井 联合开拓系统，见图2 2 。 ( i ) 二期工程竖井 二期工程建成投产后，除原有为一期工程服务的西副井继续当副井、1 6 行 充填井继续当回风井使用外，又增加西主井、西风井和东副井三条，这样二期工 程共有竖井五条。 西主井：设计井筒净直径为5 。0 m ，井深为6 8 3 m 。由于该井下部处于f l 破碎 带，地压大，施工后1 1 5 0 水平以下大部分井筒已变形破坏，所以现在竖井井筒 只用1 1 5 0 以上，其长度为6 0 5 m 。为二期主提升井，与皮带斜井接力将矿石提升 到地表。提升机为引进g h h 公司落地式4 4 5 x 4 型多绳卷扬，配3 5 0 0 k w 交流变 频电机，提2 7 t 双箕斗，提升能力为1 1 5 1 7 t h 、1 7 0 0 0 t d 。 西风井：位于二矿区西部下盘2 行。井筒净直径4 0 m ，井深5 4 6 m ，是提升、 进风井。 东副并：井筒净直径5 6 m ，井深6 5 9 m ，主要为进风，铺设高压控制通讯等 电缆及上下辅助材料设备提升。东副井深部将穿过f 压碎岩组。 ( 2 ) 二期工程主斜坡道 为了适应现代化矿山开采的需要，在二期工程开拓系统设计时又增加了一条 由地表直通井下各中段的斜坡道。 嚣 薛 张 散 鲁 k 舯 i l 球 杈 强 捌 扑 书 氍 删 h 扑 斗 1 0 0 0 。7 5存在i v 、刚性结构 o 6 0 6 0 构v 擐面 整体块 块状 1 5 00 7 5 0 3 5 以i v 、v 缓剐性结构 0 4 0 0 6 0 3 0 6 0 状结构 结构 为主面、局部为 破碎结构 面 层状5 0 3 0 0 6 0 0 3 0 i i i 、i v 投刚性结构 0 3 0 0 6 0 3 0 结构为主面、柔性结 层状构面 结构 薄层状 3 0( 0 4 0i i i 、i v 擐柔性结构 o 3 0 0 4 01 0 3 0 结构显著面 镶嵌( o 5 0 6 0 结构 集面、破碎结 梅面 碎裂屡状碎 o 5 0 0 4 0i i 、i i i 、 破碎结构 0 ，2 0 0 4 03 0 左右 结构 裂结构i v 媛均发 面、扼化结 育构面 碎裂 5 0 0 3 0 各级结构 0 1 5 o 4 0 3 0 结构纵横交织 散体 ( o 2 节理密集呈无序状分布， 0 2 0岩块强度无 结构 表现为泥包块或块包泥 意义 i v 级结构体岩块，主要由i v 级结构面切割面成，或者与高级别结构面 组合切割而成。如含矿超基性岩为菱形岩块等。 综合考虑结构面、i v 级结构体两方面因素，及其对岩体不均一性、不连续性 的影响程度，将矿区划分为八种结构类型：整体块状结构、块状结构、镶嵌结构、 层状结构、薄层状结构、层状碎裂结构、碎裂结构和散体结构，主要结构特征如 表3 2 3 8 昆明理工大学工程硕士毕业论文第三章二矿区i 。矿体工程地质调查研究 岩体稳定性分类与评价 为对金川岩体作出定量或半定量的评价，更好地为矿山工程设计、施工服务， 在岩体结构分类的基础上，采用了当代国际最广泛使用的两种岩体稳定性分类评 价方法。 ( 1 ) 岩体质量( q 值) 分类法。岩体质量( q ) 稳定性分类评价法是挪土木 研究所、b a r t o n 等人所提出的，它在现场工程地质调查基础上，应用下面公式求 出岩体质量值： q ：r q d 立立 ，。 j 。s r f 式中r q d 为岩石质量指标， 垫! 塑黛嬖黧擎堂壅x l o o a r q d = 钻孔深度或侧线长度 ； j n 为节理组数系数： j r 为节理砸的粗糙度系数： j a 为节理面的蜕化变质系数 j w 为节理的小折减系数； s r f 为应力折减系数。 上述各参数的取值可详见中国有色金属矿山地质一书。各工程她质岩组 的岩体质量( q ) 见表3 3 。q 值稳定性分级有：很好、好、一般、坏、很坏和极 坏。不同结构类型的岩体所对应的q 值一般为，散体结构：0 = 0 o l e o 1 ( 极坏) ： 层状碎裂和碎裂结构：q = o 1 1 0 ( 很坏) ；层状结构：q = 1 o 4 0 ( 坏) ；镶嵌 结构：q = 4 o 4 0 ( 好) ：块状结构：q = 4 0 0 i 0 0 0 ( 很好) 。 刮 悄 酃 删 联 鼍g 糕 嗥心 删 锚辩 镏 埘 埘埘 憎议 删 峰瓣 辫删瓣怍瓣倒 瓣灏删瓣埘倒 艇瓣 瓣 蝌联e 港 联皤辎泗埘 g 辫搿瓣糖酃联 蔷骞 岿 稃趔 窑士 聋 一 掣 g 驿驿 虫 蝾 删 删 g唔 砖 虫 t m l 蛞 蝽 蜓 v蜂 v v程 ： 1淼 v v 耀 最蜂 皇 v o 埒 o 、一 ovvoo 稍帮 鼍一 辎 o8 一d 一 v 占占v 占 占 2 下 上。占 占 宝 一 占 一 o 一 甘o一甘一 od 一。 瞬 高8 r 占 蓍蓦 昌= 器 2罄寸 占 占 下下艟器 求魁“卜 翟昌描陋 粗 辩韫 邻 长 剐 锱薄粼艟妇妲 律嚣隶需姆缸 副垦+ 察暄划鞋 社嶂艟 庭 噬剐 雹 ， 蜜蹦 襄 释 蜷 靼 曩 枉轻 搬删 肇 h 甾 褥最 搬酬最靼 屋 舡瞰塔 捂 缸 长础 色 谁- f噬州犯 赠 话挺婶轻 谍 割和 晦杈 轻搓社雌鞋 簦揖 枉芷 被 螭