浅谈永平铜矿露转坑工程设计的一些认识

朱贵波

(江西铜业集团公司永平铜矿,江西铅山 334506)

浅谈永平铜矿露转坑工程设计的一些认识

朱贵波

(江西铜业集团公司永平铜矿,江西铅山 334506)

本文对露转坑工程的设计进行分析,介绍了设计的优点及不足,提出了露转坑工程投产后需要继续完善的一些工作,为今后的工作提供参考。

工程;露转坑;设计

1 前言

永平铜矿是一个日处理量为10000t的大型生产企业,采用露天开采已20余年。2002年实施延深扩帮工程后,新增矿石量1400万t,延长服务年限5年,预计2015年闭坑。

矿床为矽卡岩型铜矿床,自上而下,由东而西有Ⅵ、Ⅰ、Ⅶ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ号等7个矿带。每个矿带由1个或多个矿体组成。各矿带走向与区内地层走向基本一致,近于南北,倾向东或北东东。露天境界外保有表内储量9407万t,平均铜品位0.63%,硫品位12.64%,铜金属量591351t,硫11892236t,此外矿石中伴生有金、银等有用成分。

除近地表的浅部矿岩外,各矿带及顶底板围岩主要由坚硬稳固～半坚硬稳固的混合岩组成;矿石主要为原生矿,不结块不自燃。矿区主要属裂隙含水,但富水性弱,地表无大的地表水体,矿坑充水来源主要为大气降水及露天坑的汇集水。

露采境界外地质资源虽然丰富,但含铜品位较低,开采条件存在先天不足的因素,必须打破常规思维方式,寻求一种高效率、技术可行、经济合理、安全可靠,适应现场实际的采矿技术工艺以及管理模式进行露天转地下开采。

经过多年的研究,露转坑工程设计采用了国内外先进的工艺理念与技术,研究取得了突破,项目终于在2006年底开工建设,工程投资约3.8亿元,建设工期三年,可采矿石量3017万t,可延长万吨服务年限7年,坑采服务年限至2026年。露转坑设计有许多值得推广的经验,同时也由于条件的限制,一些设施需要在今后的工作中补充完善,本文就露转坑工程的设计谈一些认识。

2 合理确定边界品位

对一个要进行地下开采的铜矿来说,0.63%的含铜品位是较低的,存在先天不足的因素,必须采取高效和低耗的开采工艺,实行规模效应,适当的提高出矿品位,才能使开采具有经济效益。提高合理的铜边界品位,使矿石品位有所提高,露转坑工程有显著的经济效益。

露转坑设计确定坑采的合理铜边界品位为0.4%。按照铜边界品位0.4%计算,已探明的C+D级地质储量约5021万t,含铜平均品位0.668%,铜金属量约33万t;含硫品位平均12.35%,含硫量620万t;矿石中还伴生有金、银等贵金属。此外,还可根据铜市场情况,及时调整边界品位,最大效率的回收矿产资源。

确定边界品位,要结合本矿的生产实际情况、各项技术经济指标全面衡量。要与生产成本、产品价格、管理水平、采矿工艺、产值相配套,坚持贫富、大小、难易兼采,这样才能有利于资源的综合利用,为矿山延长服务年限。这个指标是一个动态的指标,随着市场价格的变化、开采技术水平的提高,品位指标需跟随着变化调整,从而正确指导矿山生产。

根据目前的铜价及资源情况,适当调整边界品位,加强井下与露天生产的配矿管理,多回收0.2%～0.4%品位的矿石,可最大限度的利用资源,对矿山的可持续发展具有重要意义。

3 露坑联合开采

随着露采的不断延深,爬坡及运距越来越长,工作面越来越窄,加上设备不断老化原因,露采保持10000t/d的出矿能力越来越困难,提前进行地下开采可以补充露采出矿能力下降的问题。如果露采结束以后才转入坑采,对于坑采要达到10000t/d的规模困难很大,选厂两个系统,每个系统5000t/d,如果坑采规模在5000t/d,系统只能开一个,方案体现不了规模效应,效益差。如果规模在7000t/d,选厂要进行大规模的改造,投资将大大增加。

露转坑设计采用露坑联合开采方案,即露天与井下同时开采、形成露坑并举的开采模式,在露天坑底留有20～40m的底柱,井下开采首采中段为-100m中段,露天与井下开采均向下,坑采的生产中段始终与露天坑保持100m以上的安全距离, -50m以上中段矿体、露天坑底柱及边帮的矿体待露采结束后,用坑采方式进行回采。

露坑联采方案露采规模逐渐减少,坑采逐步增加产量,仍保持10000t/d的出矿量,延长了露天矿服务年限,使万吨生产规模时间延长了7年,可服务至2019年。

优点是:

(1)可使永平铜矿现有10000t/d的生产规模延长7年,充分利用现有的选矿厂等资产充分发挥其效益;

(2)由于提前采用分级尾砂充填采空区,使尾矿库节省了库容,不用再扩建改造尾矿库;

(3)有利于保持矿山生产和职工队伍的稳定;

(4)可保证江铜公司各大硫酸厂的硫原料供应;

(5)有利于永平铜矿露天采矿设备的有效利用。

缺点是:

(1)露天矿需要减产;

(2)采矿成本稍有增加,对近期效益有一定影响;

(3)露天及地下开采相互影响。

综合来看,露坑联合开采要较露天结束后再转地下开采有优势。

4 采用新工艺、新技术和高效率的设备

露转坑设计采用胶带斜坡道和辅助斜坡道开拓、开拓系统简单灵活,自动化程度较高。

辅助斜坡道主要运输废石、材料和设备,坑内生产工人亦从该斜坡道通过人车运往坑内各工作面。矿石采用皮带运输,连续性好,通过能力大,运行成本低。

中段全无轨开采,采用高效率的大型无轨设备为主,引进国外先进采矿设备,有S imba H1354凿岩钻机, B00mer281凿岩台车,Atlascopco ST-1020(4.6m3)大吨位柴油铲运机、VOLVO(A25D)坑内卡车、BoltecMC锚杆台车、及装药台车、破碎机等。

胶带斜坡道由于距离长、坡度陡,胶带运输机主要部件采用进口。运矿长胶带与坑内破碎站采用一个控制系统,控制系统安装在坑内破碎站控制室。控制系统采用PLC控制。运矿长胶带设置胶带防撕裂保护装置、防胶带跑偏保护装置、紧急停车用拉绳开关等。长胶带的调速装置,工艺专业选用CST机械调速装置。皮带全程配备了电视监控系统。

主要采用中深孔房柱嗣后充填采矿法,矿块沿走向布置,分为矿房和间柱,矿块长度100m,矿房宽度为15m,矿房与矿房之间留2～5m壁柱,矿块与矿块之间留10m间柱,并留5～8m底柱。矿块高度50m(即中段高度),在50m高度的中段内矿块斜长为100～146m。

采用SimbaH1354凿岩台车,在凿岩巷道内凿上向扇型炮孔,炮孔排距为1.5～2m,孔底距为1.5～2m。采用装药车装药,炸药为乳化炸药,微差爆破,非电导爆系统起爆。每次爆2～3排炮孔,侧向崩矿。爆破落矿后进行通风,排出炮烟。然后对凿岩巷道进行撬毛,对不稳固处作支护处理。

爆下的矿石通过ST-1020型柴油铲运机(斗容4.6m3)出矿,将矿石卸到采场矿石溜井中。矿块综合生产能力确定为850～900t/d,生产能力大。

井下通讯采用移动通讯与有线通讯并用的方式,主要巷道及硐室均可与外界保证联络,有利于生产的组织与调度。

5 用尾砂充填采空区,减少了尾矿库尾砂排放量,保证露坑联合开采的安全

露转坑设计采用尾砂分级,粗尾砂做采空区充填料,减少尾矿库的尾砂排放量,可不建新尾矿库。永平铜矿现有的燕仓尾矿库原设计最终尾矿堆积标高150.0m,仅满足堆放露天矿的尾砂排放要求。

坑采时用尾砂对采空区进行充填处理,剩余尾矿排入量为3020万t,需要的尾矿库库容为1888万m3,尾矿库从133m标高至150m标高间尚有2600万m3的容积,完全可以堆放矿山全部服务期内的尾矿量,不用再对现有尾矿库进行加高或新建尾矿库。且尾矿库输送设施仍沿用现有的系统,节约了工程投资。

露转坑尾砂充填至采空区,使采空区不会有大的塌陷,有利于露坑同时开采。

6 采矿方法及充填

根据矿体的赋存条件及矿岩稳固性特性,Ⅱ号矿体属缓倾斜中厚矿体,Ⅳ号矿体属急倾斜中厚矿体,稳固性属中等稳固到稳固。设计中Ⅱ号矿体采用房柱采矿法嗣后充填,Ⅳ号矿体采用分段空场法嗣后充填。从经济效益角度考虑,为了降低采矿成本,均是分级尾砂充填。

采矿方法所占的比例(按回采矿量计算)为:中深孔房柱嗣后充填采矿法占70%,浅孔房柱嗣后充填采矿法10%,分段空场采矿法嗣后充填占20%。

地下开采平均出矿品位为:铜0.599%,硫11.787%,由于矿石品位偏低,设计中充填采用分级尾砂充填,将导致房柱法中矿柱回采一是可能会影响矿房的正常回采,二是回采安全得不到保证,矿柱不能回采。底柱、间柱和壁柱的回采安全也得不到保证。分段空场嗣后充填法采场的间柱、顶柱的回采也同样如此。全尾砂充填采矿法,矿石损失率、贫化率偏高,资源得不到有效回收。

目前基建在尾砂充填系统中预留了胶结充填接口,也是考虑到今后若为了多回收资源,充填工艺改造的方便。

充填是否采用全尾砂或胶结充填,取决于铜价、生产成本、矿产政策等诸方面的因素。

充填料制备站原设于露天矿西北部已剥离靠帮的宽平台上,标高约320余米,对于南部矿体-50m中段、-100 m中段的回采,虽然平巷长度有近1000m,但有足够的充填倍线。

由于清华大学做的流体力学试验表明,永铜分级尾矿是一种细颗粒含量少,粗颗粒含量多的尾矿砂,与其他尾矿差别较大,管道输送必须采用大流速输送,且由于含有大量粗颗粒,矿浆沉降呈典型分选沉降,沉积砂形成硬底,很难插入。根据输送浓度、流速、水力损失、管径和输送压力的关系,为避免事故返砂和事故停泵淤堵,敷设坡度不小于4%,不大于35%。

充填管路至该充填料制备站,要跨过运输公路,敷设坡度得不到保证。且该位置高差大,生产水池位于230m标高,为节省工程投资,充填料制备站改在北风井工业场地,标高为180m。这导致对南部矿体的开采,充填倍线可能不够,要配置加压泵,特别是对于南部-50m以上如0m、50m中段矿体的回采充填,压力更不够。目前基建主要考虑到北部矿体的充填,今后南部矿体的回采充填,要对充填系统改造完善。

7 达产达标与稳产年限

露转坑工程投产后,可使永平铜矿10000t/d规模的生产时间延长。因此露转坑工程达产达标必须抓紧进行,越早达产越有利。由于露采保有储量较少,截至2008年底,露采区保有矿量为1658万t,露天开采调节余地不大,如果坑采能力受限,只有露天多生产,将减少万吨稳产规模时间,万吨规模生产时间可能缩短1～2年,对露转坑工程效益产生极大的影响。

对于井下矿山来说,5000t/d的生产能力比较大,永平铜矿多年从事露天开采,井下开采经验及人员技术力量都显得不足,早日达产达标,延长万吨规模生产能力,延长露天服务年限,显得颇为重要。

8 安全环保

地下开采引起周边应力改变与岩层变形,鉴于地采与露采的空间关系,露天高边坡均处于地采的移动境界内,必然对边坡的维护与加固带来严重影响。处理不当,有可能导致大面积滑坡,影响露天矿开采和地下采矿,并造成重大人员财产损失。因此,分析与观测地采对露天境界的位移与变形,寻找露天矿边坡维护与安全技术措施尤其紧迫。同时地采与露采同时进行,露采在地采的直接上方,两者的相互干扰与影响是必然,其中以爆破震动影响很大。减少露天开采对地下开采的影响,对保证安全生产十分重要。

由于从空间位置来说,露天开采位置正处于地下开采上部,一次生产爆破的炸药量达15～30t,爆破震动很大。它对井巷工程的影响程度如何,需进行专题研究,研究爆破地震效应的破坏规律,找出减小爆破震动的方法和确定爆破安全距离,控制爆破震动带来的危害。

露坑联合开采,虽然井下采空区用尾砂充填,露采与坑采有一定的间隔厚度,但露天作业仍是在地下开采的移动带内进行。监测地下开采的岩体位移和应变,坑内开采可能产生的少量岩体移动对露天开采和露天边坡稳定性的影响,及时预报可能发生的地压灾害。

根据水文地质条件,坑内正常涌水量10000m3/d,最大涌水量30000m3/d;充填回水约530m3/d,采矿凿岩、防尘回水约750m3/d。

井下水泵房设在北进风管缆井-200m中段石门旁侧,泵房负责将所有坑内废水通过北进风内的管道排出地表。由于矿石中含硫较高,矿井涌水受其影响呈强酸性,pH值为2.5～6.5。目前在东风井-100m、-50m巷道掘进遇水,水量超过100m3/h,排水已有1年仍未排干,西风井-100m、辅助斜坡道0m中段也遇水,均说明露转坑工程地下水丰富。对于我矿生产来说,露天生产的水文地质条件相对简单,而对于地下开采,水文地质调查仍要做一定的工作,以保证井下开采的安全。

井下矿体采矿后,采空区用分级尾砂进行充填,不可避免地溢出一定量的泥砂。在-200m中段水泵房附近设排泥硐室,通过泥浆泵直接将泥浆排出地表。

目前设计中仅考虑排水、排泥引至北风井地表,投产前需接管路把污水引至污水库或尾矿库,或至污水处理站。

9 其它

西厢岭排土场对露转坑工程显得较为重要,要尽早建成,可做为坑采的排土场,运输距离近,且排土时不需再经过采矿场单身职工宿舍与办公楼附近,消除安全隐患。

采矿方法中需在充填体内重新开掘出矿平巷和出矿进路,对充填体有破坏,且充填体坚硬强度不均,掘进难度大,在采矿试验中要予以解决。

-100m主溜井车场设计采用倒卸式卸车,卸车时间长,车辆相互影响,且是独头巷道不通风,粉尘大。根据测算,达产5000t/d时,平均4.32min一车矿石到达-100m主溜井,在-150m未开拓、没有采场或副产矿石到达主溜井的情况下,卸矿卡车的密度相当大。需改造成环形车场,提高卸矿效率,并解决通风防尘问题。

永平铜矿露转坑工程年底就要投产,对露转坑工程设计做一个小结,找出设计的关键点,分析长处,指出不足,并逐步完善,为今后的井下生产提供参考,以保证露转坑工程创造良好的经济效益与社会效益。

REFERENCES

[1] 中国恩菲工程技术有限公司.永平铜矿露天转地下开采技术改造初步设计书.

[2] 徐长佑.露天转地下开采.

[3] 中南工业大学、永平铜矿.永平铜矿露采延伸扩帮新境界边坡稳定性分析及合理边坡角确定研究报告.

Some Understand ings on Project Engineering of Transition from Open-cut into UndergroundM in ing I n Yongping CopperM ine

ZHU Gui-bo
(Jiangxi Copper Corporation Yongping CopperMine,Yanshan 334506,Jiangxi,China)

This article analyzes the engineering of the transit project of Yongping CopperMine from open-cut into underground mining,describes the good points and deficiency of the engineering,and puts forward to some improvements to be done after commissioning of the transit project.

BZproject;transition from open-cut into underground mining;Engineering

TD21

:B

:1009-3842(2010)01-0021-04

2009-12-28