废石_尾砂充填采矿法试验研究

废石—尾砂充填采矿法试验研究徐兰军Ξ(西北矿冶研究院,甘肃白银市,730900)摘　要　通过对深部铜矿露天坑底部废石覆盖层块度分布及流动性能的分析研究,确定在矿块一步回采(跨度10m)后采用水泥尾砂胶结充填,二步回采(跨度20m)后直接利用上部废石覆盖层充填的技术方案。

该方案技术难度大,但经济效益显著,为露天转井下生产的矿山充填提供了借鉴。

关键词　充填采矿法　露天坑　废石覆盖层　空场An Experiment on W aste R ock-tailings Filling MethodXu Lanjun(N orthwest Mining and Metallurgy Institute,Baiyin City,G ansu,730900) Abstract　Through an analysis and investigation on the fragment size and flow characteristic of the waste overburden at the open-pit bottom of Deep C opper Mine,it was determined that a scheme of using cemented tailings fill after the first step mining(10m span)of ore block and then directly utilizing the above waste overburden for filling after the second step mining(20m span)should be adopted.This scheme is difficuilt in technology but its economic result is obvi2 ous s o that it can be used for reference to the mines turning from open-pit mining into under2 ground mining.K ey Words　Filling method,Open-pit,Waste rock overburden,Mined-out area 深部铜矿是白银公司露天矿一号采场闭坑后转入井下开采的大型铜矿山,年产量达100万t。

矿山分东、西部开采,矿体东富西贫,采矿方法主要为无底柱分段崩落法。

为了进一步提高东部极厚大矿体的开采效率及技术经济指标,推荐采矿方法为无底柱分段崩落法。

经过多方论证,确定一步回采利用水泥尾砂胶结充填,二步回采后利用废石覆盖层直接充填的构思,并于1997年开始,由西北矿冶研究院与白银公司深部铜矿共同进行“废石—尾砂充填采矿法试验研究”,该项目被列为原中国有色金属工业总公司重点科研攻关项目。

1　开采技术条件1.1　地质概况深部铜矿矿石类型大部分为浸染状铜矿石。

矿体上盘围岩均为石英角斑凝灰岩,片理构造发育,具有变晶屑凝灰岩结构。

普遍受绢云母化、绿泥化、硅化、碳酸盐化等蚀变,并尤以近矿处、矿体夹层处蚀变更为强烈。

围岩硬度系数f=8～10。

浸染矿颜色为灰色、灰竭色,矿石中金属矿物主要呈星散状、网脉状或细脉状,矿石体积重量为2.95第19卷　第6期1999年　12月 矿业研究与开发MI NI NG R&DV ol.19　N o.6Dec.　1999Ξ作者:工程师;收稿日期:1999-07-21t/m 3。

块状矿致密坚硬,呈灰绿色。

矿物成分以黄铁矿为主,其次为黄铜矿、磁铁矿。

1.2　开采技术条件1#矿体走向N75°W ,倾向S ,倾角65°～75°,矿体厚度50～70m ,3中段425线以东分布地质储量1623414t ,地质品位1.761%,金属量28594.807t 。

2中段(1595m 水平)以上,1#主矿体已采用无底柱分段崩落法回采,废石覆盖层与露天坑相通,矿体上下盘围岩中积聚着随开采深度增加而增加的应变能,对深部矿体的开采造成较大困难。

2　废石覆盖层的分布及流动性分析2.1　块度分布与堆积范围试验在东部2中段无底柱分段崩落法地段(325～425线)的10条已回采完毕的进路中进行。

废石覆盖层块度分布抽样调查结果见表1,其直方图见图1。

图1　废石覆盖层块度分布直方图　表1　废石覆盖层块度分布频率块度分布(m )频数(m i )频率(f i )f i /△x ≤0.21020.1020.5100.2～0.42330.233 1.1650.4～0.63850.385 1.9250.6～0.81630.1630.8150.8～1.0670.0670.335≥1.0500.500.205 针对东部覆盖层的堆积范围及堆积量进行了露天坑底经纬仪测量,测量结果见表2。

表2　东部覆盖层废石量分布分布区域体积(m 3)325～35069687350～37583687375～40066975400～425709502.2　流动性能分析根据露天开采境界、废石块度分布及堆积量等条件,应用计算机对废石覆盖层充填采空区的全过程进行了仿真研究,获得了采场上下盘下料口的合理位置及形状大小、废石散体流动规律、充填后采空区形状等数据资料,为保证试验顺利进行提供了科学而可靠的依据。

3　废石—尾砂充填采矿方案废石—尾砂充填采矿方案即为:矿块一步回采后利用水泥胶结充填,二步回采后利用上部废石覆盖层充填,由于水泥胶结充填工艺成熟,本文不再赘述,下面重点介绍二步回采后的废石充填。

采矿方法方案见图2。

图2　废石—尾砂充填采矿方法方案图1— 60中深孔　2— 100中深孔　3—废石覆盖层　4—充填巷道及顶柱回采巷道　5—上盘爆破口界线　6—水泥尾砂胶结充填体　7—堑沟巷道　8—上盘联络道　9—废石充填的采空区　10—下盘联络道3.1　采场结构参数9第6期 徐兰军　废石—尾砂充填采矿法试验研究采场均采用垂直矿体走向布置,采场长度即为矿体厚度,一步回采采场宽度为10 m,二步回采采场宽度20m,矿房(包括堑沟)高40m,分段高度为13～14m,共分3个分段(1573,1559,1546m水平),1587～1595m为采场顶柱,1546～1559m为采场底柱,各分段水平采用上、下盘沿脉采准,在1546m水平矿体上下盘每隔50m布置一条溜矿井。

3.2　回　采一步回采和二步回采其采场分别布置单进路和双进路凿岩。

在回采进路中用YG Z—90凿岩机凿扇形中深孔,各分段利用切天井和平巷联合拉槽,1559、1573m水平同时爆破落矿,1546m水平根据出矿进度单独爆破落矿,底部堑沟巷道受矿,W JD—1.5型铲运机在出矿横巷和堑沟巷道中出矿。

3.3　废石充填在1587m水平回采进路靠矿体上盘对应采空区位置爆破一个下料口,与1597m水平相通,使2中段废石覆盖层下充采空区,同时在1587m水平回采进路靠矿体下盘适当位置向下开凿一条溜井,并安装振动条筛,将2中段废石覆盖层引入采空区,这样通过上下盘的废石充填,采空区基本充满,采场中部未充满处可用铲运机铲装废石充填。

(1)上盘爆破口。

上盘爆破口选择在空场靠上盘边界部位,根据计算机对废石覆盖层流动性能的模拟结果分析,设计爆破口尺寸为6m×10m～10m×10m,K Q J—100凿岩机凿倾斜排面中深孔,凿岩地点选择在1587m水平相邻采场的充填巷道中,凿岩中心设计为2～3个点,以保证废石顺利通过爆破口充填空区。

(2)下盘振动条筛废石充填。

为了保证空场下盘部位的充填,在1585～1595m水平开凿一条斜溜井与空区相通,并在1595m水平溜井口安装振动条筛,上部废石覆盖层通过振动经斜溜井进入空区。

(3)剩余空区充填。

经过上盘爆破口和下盘溜井废石充填以后,采场上部仍留有20%左右的空间,这部分空区设计采用铲运机(或电耙)在1587m水平铲装废石进行充填。

3.4　顶底柱回收3中段顶柱待采空区充填完毕后,根据生产进度,用无底柱崩落法回收顶柱。

回采进路为1587m水平的充填巷道。

底柱回收与顶柱回收方式相似,采用崩落法回收,有一点不同的是覆盖层从侧面引入。

为了降低矿石的损失贫化,凿岩设计时将靠近覆盖层一侧的炮孔孔底距加大,顶部及另一侧放小,调整区域矿石块度分布,以改善顶部及远离覆盖层一侧矿石的流动性能。

3.5　方案特点目前,国内外许多矿山已将地表或井下废石加工处理后作为充填骨料进行井下充填,并且取得了较好效果。

与其相比,本方案具有以下特点:(1)具有特殊性和新颖性。

利用露天坑底废石(崩落法的覆盖层)作为充填料直接充填采空区,废石不需任何处理。

(2)废石充填体可以继续充当下中段矿体崩落法开采时的覆盖层,有利于深部矿体开采方法的优化选择。

(3)充填工艺简单、成本低、充填效率高。

(4)井下污染小,大大改善了井下作业环境。

3.6　主要技术经济指标及经济效益主要技术经济指标见表3。

根据深部铜矿井下生产进度,年充填空区体积约为10万m3,利用原水泥尾砂胶结充填,充填成本(矿房矿柱平均)为61.31元/m3,废石—尾砂充填与之相比降低充填成本35.76元/m3,矿山每年可节约资金357.6万元,经济效益显著。

01矿业研究与开发 第19卷表3　主要技术经济指标损失率(%)贫化率(%)采切比(m/kt)崩矿量(t/m)炸药单耗(kg/t)生产能力(t/d)充填成本(元/m3)吨矿成本(元/t)8.57.8 5.3 4.510.5323425.55794　结　语(1)废石—尾砂充填采矿法直接利用上部废石覆盖层充填采空区,技术难度大,方案新颖,试验成功将对提高矿山经济效益起到很大作用,同时也可改善矿山严冬无法充填的被动局面。

(2)运用先进的计算机仿真技术,获得了废石覆盖层的流动规律,为试验顺利进行提高了科学依据。

(3)与目前使用的碎石、块石胶结充填采矿法相比,大大降低了充填成本,简化了充填工艺,提高了充填效率,为露天转井下生产的矿山进行充填提供了借鉴。

11第6期 徐兰军　废石—尾砂充填采矿法试验研究。