无底柱分段崩落法与大型无轨设备的应用实践

孙毅民,郭海龙

(长春黄金设计院, 吉林长春 130012)

无底柱分段崩落法与大型无轨设备的应用实践

孙毅民,郭海龙

(长春黄金设计院, 吉林长春 130012)

针对某金矿采矿装备落后、技术水平低下,影响生产能力的现状,改变原有的采矿工艺,对比选择采用无底柱分段崩落法,并采用大型无轨设备,采矿能力提高到 2300 t/d,多采黄金 31.63 kg/a,并降低生产成本,提高企业综合效益。

采矿工艺;无轨设备;无底柱分段崩落法

1 矿床开采技术条件

矿体基本赋存于含金角砾岩中,体走向 112°,走向长 1000余 m,倾向北北东,倾角 78°～85°。矿体最大厚度 53 m,平均厚度 30～50 m,厚度变化稳定。矿山已开拓的 3个中段巷道中除局部有小断裂外,均无片帮、冒顶现象,较稳固。矿区开采范围内水文地质条件简单,矿体属裂隙充水岩带,富水性弱。顶、底板围岩属隔水岩层。地形极有利于地表水的排泄,故地下水对岩矿石的稳固性影响甚微。

该金矿采用平硐——盲竖井开拓,主要提升设施为罐笼井,罐笼井井筒直径Φ5.5 m,采用双层双罐提升,提升设备采用 2JK—2.5/20型双卷筒单绳缠绕式提升机。该竖井负责提升全矿的矿石、废石、人员、材料及设备的提升任务。目前,1250 m标高以下为矿山的主要生产采区,采用分段凿岩阶段矿房法和阶段崩落法回采,井下采矿能力可达 2000 t/d。

矿山投产至今一直使用 1950年代的出矿设备(电耙),设备落后、效率低、工人作业环境恶劣,与社会发展不相适应。该矿山属低品位的大型黄金矿山,入选品位在 1.5 g/t左右,借鉴国内外开采技术条件相似的冶金矿山的先进经验,企业增加经济效益的主要途径是对采矿工艺进行技术改造,降低采矿损失率、矿石贫化率,且采用大型无轨设备,提高劳动生产率,减少井下工作人员,降低发生安全事故的概率。

2 采矿方法的选择

矿山投产后的相当一段时间,一直采用分段空场法的采矿工艺,近年来采用了分段凿岩阶段崩落采矿法,使用比例逐年提高。矿山多年的生产实践证明,采用空场法,矿柱所占比例较大,回收困难,回收时损失、贫化指标较高,大块多,二次破碎工作量较大,采空处理也较困难。而矿山目前采用的分段凿岩阶段崩落法,由于采用电耙出矿,效率低,工人做业环境恶劣,出矿能力有限。

无底柱分段崩落法采用无轨设备出矿,采矿作业条件好,出矿能力大,较为适合矿床的开采技术条件,可大幅度提高矿山的生产能力。

2.1 2种采矿方法技术经济比较

2种采矿方法经济比较详见表1。

从表1可以看出,采用无底柱分段崩落法虽然需增加井巷工程和设备投资,但无轨出矿设备的使用可提高劳动生产效率,降低采矿成本,降低损失率、贫化率指标,提高出矿品位,从而提高企业的综合经济效益。

2.2 采矿方法技术分析

根据矿山的实际情况,采用无底柱分段崩落法采矿,比采用分段凿岩阶段崩落采矿法具有更多的优越性。主要表现在以下几个方面:

(1)无底柱分段崩落法没有底部结构,采场结构十分简单。而分段凿岩阶段崩落采矿法有复杂的底部结构,施工较困难;

(2)无底柱分段崩落法的采准布置简单,在竖向上各个分段从上往下回采,只要建成上部 1～2个分段就可以投入生产,故基建工程量小。而分段凿岩阶段崩落采矿法的采准布置较复杂,落矿在上部,出矿在下部,在竖向上各个落矿凿岩分段及下部出矿底部结构以及各个分段的联络工程都必须建成,才能生产,故基建工程量大;

(3)无底柱分段崩落法的回采和出矿工艺简单,易于掌握,而分段凿岩阶段崩落采矿法上下分段之间、落矿与放矿之间、放矿各进路之间的相互牵制关系多,工艺较复杂,如掌握不好,则不易实现均匀放矿和达到预期的出矿能力及损失贫化指标。

表1 采矿方法技术经济比较

(4)用无底柱分段崩落法,因是分段和进路回采出矿,灵活性大,易于调整和适应矿体产状、厚度、倾角的变化,而分段凿岩阶段崩落采矿法是下部底部结构集中出矿,不易适应矿体倾角和厚度的变化,致使巷道数目多,损失贫化不易控制;

(5)无底柱分段崩落法系分段回采,上下分段的下降距离不大,而且各矿块间也较容易实现均匀下降,故要求的一次放顶量不大,而分段凿岩阶段崩落采矿法由于竖向上垂高大,在放矿中形成的空间大,要求的一次放顶量大,也导致基建工程量增大;

(6)无底柱分段崩落法采用无轨设备出矿,大大提高了采场的生产能力和采矿功效,减轻了工人的劳动强度。无轨设备选用电动铲运机,较之柴油铲运机具有故障少、维修工作简单、所需风量及通风费用少、能见度高、噪音小、采场作业环境好等一系列优点。

通过上述技术经济比较与分析,矿山采用高端壁无底柱分段崩落法为主要的开采方法是适宜的。

3 无底柱分段崩落法的应用

3.1 矿块布置与构成要素

根据矿体产状的变化特点,矿块垂直走向布置,长 50 m划分为 1个矿块,阶段高度 50 m,分段高度10 m,1个阶段共计 5个分段,2个分段为 1个回采分段,矿块在每个分段上布置 4～5条出矿进路,出矿进路间距 10～12.5 m。每个矿块布置 1条脉外矿石溜井,每 2～3个矿块布置 1条脉外专用废石溜井,如图1所示。

3.2 采掘设备选择

根据矿山现有凿岩设备的使用情况,技术改造后矿山仍可使用已有的中深孔凿岩设备 YGZ—90型凿岩机。由于无底柱分段崩落法的出矿作业是在独头进路中进行,通风条件较差。为了减少废气污染,改善作业环境,确保实现高效出矿,采用电动铲运机作为主要出矿设备。出矿采用斗容 2.0 m3电动铲运机。该铲运机为目前国内金属矿山中使用最多的一种类型。

3.3 回采出矿工艺

(1)形成覆盖岩层。无底柱分段崩落采矿法要求崩落矿石在覆盖岩层下进行出矿。由于近几年矿山逐步采用分段凿岩阶段崩落采矿法代替原有的空场法,在矿体走向上逐步形成覆盖层,这就为无底柱分段崩落法的采用创造了条件。

(2)采矿切割槽的形成。开掘各分段的切割槽时先在矿体上盘布置 1条切割平巷和切割天井,在切割平巷内钻凿上向平行炮孔,炮孔排距 1.2～1.5 m,平行炮孔间距 1.0 m,炮孔完成后以切割天井为自由面爆破可形成切割槽。

(3)凿岩、爆破。最小抵抗线 (炮孔排距)W=1.5 m,孔底距 a=1.8 m,密集系数 m=1.20,排面倾角 90°,边孔角 45°～55°,每排 9～11个炮孔。凿岩设备选用 YGZ—90外回转重型凿岩机,在各分段出矿进路中钻凿上向垂直扇形炮孔,向先行开凿的切割槽崩落矿石。上下分段每排跑孔应尽可能对齐。

装药采用国产风动装药器,炸药为 2#岩石粒状炸药,每次爆破 2排炮孔,崩矿步距 3 m,每个矿块4～5条回采进路同时组织爆破,爆破时先爆上分段,后爆下分段,严禁先下后上。上下 2个分段要呈

直端壁后退式回采。起爆采用全非电起爆系统。

图1 无底柱分段崩落采矿法(图中尺寸单位:m)

(4)采场出矿。采场出矿一般采用单分段 (2个分段凿岩,1个分段出矿)出矿方式,特殊情况需采用上下分段同时出矿时,为了出矿安全,在平面上分段应超前下分段 20 m以上,并尽量避免 2个分段同时使用 1条矿石溜井。每个矿块同一分段的所有出矿进路应全部完成上向扇形深孔凿岩工作后,才能进行爆破落矿及采场出矿工作。1个矿块有 4～5条出矿进路供 1台铲运机作业,4～5条出矿进路可以保证铲运机出矿效率和时间得到充分发挥。

(5)采场通风。新鲜风流经采区进风天井进入各分段平巷,再通过局扇引风进入工作面,废风通过采区回风天井至最上一个分段的主回风道。

3.4 放矿管理

低贫化放矿方式是近些年提出的一种放矿方式,介于截止品位放矿和无贫化放矿之间。在无底柱分段崩落法中,随着矿石被放出,放出体不断扩大,废石漏斗不断下移,当放出体的顶点达到矿岩接触面的原始位置时,废石漏斗最低点恰好到达放出口,此时纯矿石放出量达到最大值。再继续放出,放出体伸入覆盖岩中,废石漏斗顶点被放出,成为破裂漏斗。废石漏斗一旦破裂就停止放矿 (或见到废石漏斗为止)。

矿山的生产实践证明,采用低贫化放矿方式时,随着开采分段的下降,由于上部未放出矿量的下移,下分段的矿石回收率进一步提高,即体现出无底柱分段崩落法“上面丢,下面拣”的特点,其总的回收指标将明显改善。

4 配套设施

采矿工艺改造后,井下出矿设备采用 2.0 m3电动铲运机。根据矿山的开拓现状,现有的开拓系统基本上不需要改造。2.0 m3电动铲运机在地表经解体后,可通过现有的罐笼竖井下放到井下主要运输水平,再经过组装,通过辅助斜坡道到达个生产分段。

采矿工艺改造后新增的井巷工程最主要的为辅助斜坡道,它是主要运输中段与各生产分段联络的通道,是电动铲运机及人员、材料、设备进出各生产水平的通道。辅助斜坡道沿矿体下盘布置,通过联络道与各分段相通,斜坡道坡度为 20%,净断面11.93 m2。其它主要工程有:斜坡道联络道、矿石溜井、废石溜井、进风天井、溜井联络道、风井联络道、分段脉外平巷、无轨设备修理硐室等。采矿工艺改造工程量见表2。

5 投资估算

本工程建设投资估算1533.00万元,工程费用1164.00万元。其中:建筑工程 373.20万元,占投资额的 24.35%;设备购置 781.40万元,占投资额的 50.97%;安装工程 5.50万元,占投资额的0.36%;工器具费 3.90万元,占投资额的 0.25%;其他费用 369.00万元,占投资额的 24.07%。

表2 采矿工艺改造工程量

6 结 论

某矿山采用新的采矿方法,采矿生产能力明显提高,由目前的 2000 t/d提高到 2300 t/d,增幅15%。损失、贫化指标降低,每年可多产黄金 31.63 kg。由于采用了大型无轨设备,井下采矿作业人员减少,作业条件改善,劳动生产率提高,采矿成本降低。采矿工艺改造投资 1533万元,改造后比改造前每年可以多获得税后利润 576.5万元。技改投资返本期 2.7 a,返本后利润可达 5073万元。

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2011-06-08)

孙毅民 (1958-),男,山东人,高级工程师,主要从事采矿工程设计,Email:sym1732@sohu.com。