机械化胶结充填采矿法的实践.doc

机械化胶结充填采矿法的实践 李长权 王安强 穆怀富 杨和玉 （吉 恩 镍 业 公 司 富 家 矿）摘要：吉恩镍业富家矿（以下简称富家矿）80m中段矿体，采用下向倾斜六角形高进路分层胶结充填采矿法开采。当开采至30m中段57m水平时，由于矿体变窄，储量减少，贫化率，损失率增大，已无法满足实际生产要求，对此改用下向高分层机械化胶结充填采矿法，取得了显著效果。本方法在技术实践中不断创新尝试,使转层、进路合并、高架金属(木)棚子成为其具有代表性的技术项目。关键词：胶结充填采矿法；斜坡道；回采方式；转层；进路合并1 前言富家矿于1990年转入井下开采以来至2001年，11年间采矿方法主要为下向倾斜六角形高进路分层胶结充填采矿法。设计生产能力19.8万吨/年，矿石品位平均含Ni：2.36%，Cu：0.75% 。转入30m中段开采以后，由于矿体赋存条件变化，矿体变窄，变小，储量与80m中段比较减少22%，面积减少33%，致使采切工程量增加，采场转层次数频繁，贫化率、损失率增高，劳动生产率降低。原有的采矿方法已远不能满足矿山生产能力的需求，必须探索一种新的采矿方法来适应生产。2 原采矿方法简介 2.1 采切工程沿矿体走向50m为一个矿块，段高50m，中央布置一条溜矿井，规格2m。两端各布置一条顺路天井，规格1.5m，通风，泄水。2.2 回采工艺 凿岩爆破：采用7655凿岩机钻凿水平炮孔，孔深2.02.5m，孔径3840mm。实行等边六角形全断面爆破。选用铵油乳化炸药，人工装药。采用微差爆破技术，以非电毫秒雷管的段别进行爆破时进行微差控制。 （1）出矿。分层道（2m2m）沿脉布置或垂直矿体，对进路(4 m4m)进行间隔式开采。2DPJ-15 型电耙子将矿石耙至溜矿井，由下一阶段运输巷运出。 （2）充填。 采空区封堵后，地表制备的充填料、水泥浆在搅拌站搅拌后经下料井、充填耙道由2DPJ-30型电耙子耙至充填小井、采空进路。 （3）通风。 新鲜风流由中段运输巷经溜矿井上部进入采场，污风由通风井，进路充填小井进入上中段回风石门，经风井排出地表。 下向倾斜六角形高进路胶结充填采矿法如图1所示。2.3 原采矿设计在开采30m中段57m以下水平时存在的问题2.3.1 采矿出矿效率低矿体在回采至30m中段后，厚度由平均25m逐渐降至12，每个单体采场采矿总量由7625吨/层降到3858吨/层。每层回采时间由原来的2个月降至1个月，频繁充填、转层，采矿效率低，采矿计划延期，直接影响经济效益。2.3.2 贫化率增大随着矿体变窄，由于多数采场充填耙道布置在矿体上盘，为了充填必须采下一部分镍品位在0.15%0.3%之间不需回收的表外矿才能上挑充填井实现充填。在不具备分出的条件下将增大贫化率。另外，矿体不规则变化，溜矿井远离矿井下盘界限多达78，为了回采矿石，必先回采一定的废石，废石混入矿石增大了贫化率，贫化率由设计的5增至9.8。2.3.3 劳动强度增大由于采场每一分层回采时间缩短，充填准备工作增大，转层次数频繁，工人向采场运送物料时间增加，采场内设备移动次数增多，这无疑增大了工人劳动强度。另外，采场渗水全部进入溜矿井，使矿石严重泥化，影响选矿回收率。污水排入阶段运输巷，污染巷道，每年清淤费投入多达2.53.0万元。3 新采矿设计3.1 开采技术条件 30m中段57m水平以下矿体走向长350m，平均厚度12m。墙状矿体，倾角7580o，走向北西60倾向北东。矿体上下盘边界各有12m左右的破碎带。57m水平以下矿石储量情况：矿岩主要为斜方辉岩和蚀变辉岩并有少量苏长岩，橄榄岩和辉石橄榄岩。矿石量358，670吨，金属量Ni 25，594.5吨，Cu 7737.8吨。平均品位Ni 1.72%，Cu 0.52%。采矿能力根据公司的要求近年逐渐降低，目前采矿能力设计为16.5万吨。3.2 采矿方法选择根据开采技术经济条件及采矿作业适应条件可供选择的采矿方案有两种： a、下向同分段胶结充填采矿法；b、下向高分层机械化胶结充填采矿法。3.3 两种采矿方案的比较（1） 采切工程量相比。方案a中每年计划采矿期外必须掘进分段道和分段充填耙道。共计掘进量17465.3m3，工程量大；方案b 中两年掘进一次充填耙道及在生产期内施工联络道，掘进量3232.1m3。（2） 采矿“两率”指标相比。方案a中损失率6-8%，贫化率6-10%，方案b中损失率1-1.5%，贫化率3.0%。（3） 设备，技术 操作可行性相比。方案a中凿岩采用YGZ-90型中深孔凿岩设备，出矿采用WJD0.75型电动铲运机。工人对两种新型设备缺乏技术性操作。另外，中深孔凿岩爆破落矿技术在我矿没有实践经验。方案b中凿岩采用气腿式7655凿岩机，出矿采用WJD-0.75型电动铲运机。在全断面法凿岩爆破技术上积累了丰富经验。对工人只需进行出矿、设备操作培训即可。 综上所述，选择下向高分层机械化胶结充填法采矿为宜。4 采矿方法实践4.1 采准工程布置4.1.1斜坡道布置根据矿体赋存形态、设备运输及采掘装矿条件，同时考虑矿体围岩的稳固程度和无轨铲运机的适用性，各中段采用下盘脉外斜坡道与分层联络道采准。30m中段斜坡道坡度17。每一盘区布置一条斜坡道。双线盘区斜坡道下口布置在1线穿脉内，全长112m。单线盘区斜坡道下口也布置在1线穿脉内，全长87m。斜坡道中心距矿体下盘12m。每一分层通过联络道与斜坡道连通。20m中段采用脉外折返式两条斜坡道布置，全长598m，70m中段采用脉外3条直线型斜坡道布置，坡度30，全长850m。 溜矿井仍沿用原采矿方法中正勘探线50m，一条溜矿井。但为了转层，“贫”、“富”、“废”三者分采、分出及采场泄水，在负勘探线处适当加密溜矿井，即溜矿井间隔25m。斜坡道坡度17，30，断面规格2.2m2.4m。4.1.2 盘区划分根据矿体赋存条件，中段沿走向长度划分为2个盘区：4-2线至1线为双线盘区，走向长125m；1线至5线为单线盘区，走向长100m。盘区以外的翼部矿体设两个翼部盘区，盘区大小依矿体延伸而变。4.1.3 采场进路及分层道规格尺寸的确定（1） 确定开采空间的跨度a。开采空间极限跨度a为： a=4.5(l+s)/gH(1-0.8l)-0.8s s允许用压应力，其值等于破坏压应力除以安全系数n, n取2； l 侧压系数，取0.43；R充填体比重，2.2吨/米3； H采空区顶板覆盖厚度，100m； 求得a=4.3。 当开采空区长度L2a时，暴露面积的稳固性取决于它的跨度a，a应小于a，现场取a 为4。（2） 确定分层道的高度。 矿柱宽度b取4m，由经验a/h1/3，间柱高取h=56m合理。根据盘区回采方式分层道高2.53m。通过实践，考虑围岩和顶板充填体的稳固性及铲运机效率，最终分层道高取2.5m。分层道沿矿体下盘边界掘进，规格2.5m2.5m。（3） 进路稳固性分析 对矩形开采空间次生应力场中应力集中情况分析开采空间稳定性得出，开采空间有三个部位的稳固性容易遭到破坏：两侧压应力和剪应力高度集中部位；顶板受拉应力部位；开采空间断面转角应力集中部位。 由理论研究知降低转角处应力集中最简易的方法是将转角圆化。 当开采空间很矮，宽度很大时，顶板内压力降低区很大，拉应力也很大。若开采空间旋转90，使之成为窄而高的状态，则两壁没有应力集中现象，在跨度很小的顶板中拉应力减少或消失1。 所以，在设计中采用非等边六角形进路，将转角进行圆化。进路规格为4m5m，断面20m2。进路边帮倾角65，腰线角130，垂直矿体布置，间隔式开采是合理的。 4.2 回采工作4.2.1 凿岩爆破 凿岩工作采用气腿上式7655凿岩机钻凿。进路断面采用下导硐开挖落矿。下导硐施工工艺为二次爆破，一次出渣。出渣前要检查清理顶板。起爆方式采用火雷管非电导爆管微差爆破。4.2.2 矿石运搬 为了满足实际生产的需要，共用4台WJD0.75型电动铲运机实行定点出铲。4.2.3 充填充填仍沿用原有的充填系统。每20m下降一次耙道。新方案实施时充填耙道降至64m标高。充填料由耙道通过充填小井扒至进路。 下向高分层机械化胶结充填采矿如图2所示。4.2.4 回采工作的技术措施4.2.4.1 转层方法（1） 转层过程如图3机械化采场转层示意图。单线盘区利用（3-5）溜矿井转层。当整个一个盘区的分层道即1线至5线之间的分层道两端掘到位后，进行重点回采（3-5）线至5线间的进路，退式回采退式充填(图3中图a)。充填时将（3-5）溜矿井、5线溜矿井封闭假底进行充填，使其不能利用放矿。在（3-5）溜矿井与5线溜矿井之间进路充填体在进行养生时。两台铲运机重点合理调节，有序进行回采1线与3-5线之间的进路，退采退充。当充填体养生期达到7天后，采场内其中一台铲运机进行下掘下层分层道 (图3中图b)。到（3-5）线溜矿井、5线溜矿井后将其掘开利用其出矿。此时1线至（3-5）线之间进路如果全采完，那么滞留在上层的铲运机行至下层后将1线至（3-5）线间进路及（1-3）线，3线溜矿井封闭充填(图3中图c)。养生期7天后向1线方向施工分层道，将3线、（1-3）线溜矿井揭露出来利用溜矿，完成转层。如果1线至（3-5）线之间进路没采完，剩余较多。那么只将（3-5）线溜矿井靠近3线方向的两条进路进行采完充填将盘区隔断。其中一台铲运机滞留在上层回采剩余进路，下至下层的铲运机等7天养生期后向3线方向掘进分层道与上层贯通(图3中图d)。滞留在上层的铲运机将剩余进路采完后下至下层。将上层进路进行充填来完成转层。养生期7天后两台铲运机中其中一台向1线方向施工分层道，将3线、（1-3）线溜矿井揭露出来利用溜矿，完成转层。图a 图b图 c 图d图3 机械化采场转层示意图 1转层下掘的铲运机；2转层溜矿井；3滞留在上层的铲运机；4斜坡道5溜矿井；6上层已充填分层道；7下层分层道；8隔断上下层充填的分层道其它盘区的转层皆如此方法。（2） 采充平衡。采充如果不平衡造成生产失调，影响年计划的完成，月产量忽高忽低。供矿时断时续,影响公司整体调节及整体经济效益。所以在采矿期间必须根据分层道、进路、联络道的施工进度进行整体计划,全盘超前考虑,使施工中环环相扣,使各采场采掘合理搭配,做到采矿和掘进互相不制约,均匀出矿。（3） 采充顺序。转层时以掘进分层道为主,调节出矿可适当开进路，进路回采时以两翼向转层井处退采，充填时两条进路做为一次充填单元进行充填。调整转层在转层井附近选择固定的两条或一条进路先重点回采进行充填,将采场分隔开。4.2.4.2 进路合并 原采矿方法采矿时，对进路规格施工的不标准，使得有的进路过窄。新方法用铲运机回采进路，对过窄进路无法回采。若强行开采将造成下层回采的进路在本层被“吃掉”使下层回采的进路顶板充填体没有支撑点及进路与分层道交叉口处暴露面积过大，以至形成不安全隐患。对不标准进路进行重新规范。使3条进路并为2条或2条进路并为1条。调整回采顺序，通过一层或二层的时间以完成合并的目的，来保证进路的正常开采。4.2.4.3 采场封闭、吊挂封闭是指进路充填时，在分层道处用200mm圆木，30mm板材和麻袋片做封墙。封墙上部1m用硬杂木做顶子向分层道顶板斜支，下部2m用毛石堆起。充填封闭设计如图4所示。 图4 充填封闭设计1废旧麻袋；2板材；3圆木吊挂是为保证充填体整体性及避免脱落。采用钢筋和钢丝网吊挂。分层道，进路底板两侧为两排锚杆，间距1.5m，12mm，L500mm，钓状锚杆 插入深为300mm。每根锚杆与顶板对应锚杆用10mm钢筋相连。钢丝网用6（号）铁线穿连离地300mm高与锚杆交叉连接。采矿充填吊挂设计如图5所示5 安全技术措施（1） 进路回采原则。每层在施工中先以掘进分层道为主。分层道掘完后，从边部进路开始进行退式回采，退式充填。避免进路无规则开采使盘区顶板暴露面积过大而造成整体塌落的事故的发生。（2） 提高充填体强度。在实施中，严抓充填工艺，提高充填体质量，以保证井下现场顶板的安全。混凝土7d抗压强度0.71.0MPa。水泥3天抗压强度，其厂内标准11.6 Mpa；水泥7天抗压强度，其厂内标准18.5Mpa。（3） 顶板维护。盘区在开掘分层道时，对顶板充填体强度不够，脱落的地方及充填体起层处采用高架木棚子或高架金属棚子等临时支护，以确保其安全。分层道维护如图6中a所示。进路维护如图6中b所示。图5 采矿充填吊挂设计1钢丝网；2锚杆；3分层道； 4 6#铁线； 5 钢筋；6 进路 支护a 支护b图6 顶板维护示意图1充填体起层线；2刹顶坑木；3高架金属(木)棚梁；4高架金属(木)棚腿；5刹帮坑木；6充填体；7欠充采空区；8木棚横梁；9刹顶坑木；10单侧棚腿6 工程质量管理 盘区所有工程进行严格的质量管理。向技术要安全，以质量保安全。提高工人的思想素质，实行自主管理。在全矿推行安全标准化建设,矿内职能管理科室出台相应的管理办法及事故责任追究制度，加大管理力度,严格按照制度进行现场管理.7 技术经济分析（1） 贫、损指标：采用高分层机械化采矿后，矿体下盘急剧变化电耙无法采出的矿石，铲运机发挥作用可将分层道随矿体边界布置而充分收回。这样损失率由1.5%降至0.95%。由于降低了损失率，每年可多回收矿石891吨，创价值269.35万元。贫化率主要为充填体混入、电耙采矿下盘分层道无法随矿体边界行走而导致废石无法分出、挑小井的废石及充填体以及上盘表外矿混入。采用铲运机出矿后，采场平整规范，充填体脱落量减少，即便极少量的废石和充填体也可以单翻或倒入其他采空区，待条件成熟后一并分出。因此，实践证明贫化率由电耙出矿的5%降至铲运机出矿的2.97%，下降2.03个百分点。年少混入废石：3288.6吨，节省选矿处理费用33.65万元。合计贫、损指标可增加178.48万元。（2） 矿石含水：采用铲运机出矿后，可将新崩矿石直接倒入溜矿井，减去了电耙耙运过程中水混入的机会，从而使矿石含水率从8%降至6%，降低了两个百分点。年可节约废水提升费用9720元。（3） 选矿回收率上看：因矿石含水率低，矿石倒运过程中减少了泥化现象。另外，可根据各盘区进路地质品位状况来合理配矿，确保了供矿品位的均衡。为提高选矿回收率创造了良好的条件。资料表明，选矿回收率可达到85%，提高了2.5个百分点。年可多回收镍金属13.3吨，创价值1462.57万元。8 结束语 经过两年的理论与实践，在摸索中前进，在前进中创新。证明了“下向高分层机械化胶结充填采矿法”是成功的。这一成果在国内国际都无相关报道。它有许多成功之处： （1） 采用高分层进路回采，提高了开采强度，满足了生产要求。 （2） 采用0.75m3铲运机出矿，随着矿体边界采矿，矿岩分采分出，贫、损指标大大降低。 （3） 在无泄水井条件下，矿石直接搬运至溜矿井，减少泥化现象，矿石含水率降低，矿泥产生量减少。（4） 采用高分层进路回采后，采场生产能力大。从