壁式爆力分采全面采矿法在摩天岭矿区的应用研究

黄传宝,盛 佳,周慧霞

(1.嵩县前河矿业有限责任公司, 河南嵩县 471433;2.长沙矿山研究院有限责任公司,湖南长沙 410012;3.国家金属采矿工程技术研究中心, 湖南长沙 410012)

壁式爆力分采全面采矿法在摩天岭矿区的应用研究

黄传宝1,盛 佳2,3,周慧霞1

(1.嵩县前河矿业有限责任公司, 河南嵩县 471433;2.长沙矿山研究院有限责任公司,湖南长沙 410012;3.国家金属采矿工程技术研究中心, 湖南长沙 410012)

针对摩天岭矿区F658缓倾斜极薄矿脉原采矿方法开采时贫化率大、出矿品位低等问题,为了充分有效利用这部分高品位资源,根据开采技术条件开展壁式爆力分采全面采矿法的应用研究,并且对具体回采工艺进行了优化计算,回采实践表明,分爆分采、分装分运回采降低一次贫化率近41个百分点,取得了良好的技术经济指标,壁式爆力分采全面采矿法在矿区类似条件下具有推广应用价值。

缓倾斜极薄矿脉;全面法;壁式爆力分采;分装分运

缓倾斜极薄矿体开采时,往往会受到作业空间、出矿方式等方面的限制而导致出现高贫化率和大量矿石损失等问题[1-7]。摩天岭矿区经过多年开采, F707和F101主采金矿体采用浅孔留矿法是合适的,但是对于新探出的F658金矿体,由于其矿体赋存条件和产状发生较大的变化,浅孔留矿法无法满足回采需要。同时,矿山通过多次采矿方法比较论证,需要将开采F658缓倾斜极薄矿体的采矿方法变更为全面法,但若采用普通的全面法回采,其贫化率将超过52%,最终出矿品位也将低于盈亏平衡点,因此有必要结合矿体开采技术条件和实际开采需要,对开采工艺进行深入的优化研究,以降低贫化率,提高出矿品位,充分回收利用资源。

1 缓倾斜极薄矿脉开采技术条件

摩天岭矿区F658矿脉分布于七号角砾岩体中,破碎带蚀变岩型矿脉,带内主要由石英多金属脉及矿化蚀变岩组成,多数地段矿化角砾岩含金。已控制矿脉长度154m,矿体倾角18°～43°,平均倾角25°,矿体厚度为0.50～1.73m,平均厚度为0.72m,厚度变化不稳定,变化系数为23.21%,总体而言属缓倾斜极薄矿脉。矿体规模为中型,控制最大长度为154m,控制最大斜深77m,下部矿体没有封闭,矿体呈薄板状,平面形态呈长条状,无分支复合现象。金矿石平均品位约为3.51g/t,品位分布均匀,变化系数83.16%。

蚀变破碎带围岩多为片麻岩,少数石英斑岩,界线明显。其中片麻岩抗压强度为88.7～103.3 MPa,抗剪强度为15.6～35.2MPa,抗压、抗剪特性均较好,可形成较大采矿空间,井下实际回采过程中一般不需支护,工程地质条件良好。区内含金构造带,由于硅化作用普遍,构造岩一般变得致密坚硬完整性好,与围岩接触紧密,不易坍落。总体而言,开采技术条件良好。

基于矿体赋存状况和开采技术条件,针对普通全面采矿法开采此类缓倾斜极薄矿脉时存在的问题,经过多次比较论证,矿山决定选取典型矿块进行壁式爆力分采全面采矿法试验研究。

2 壁式爆力分采全面法回采工艺

2.1 矿块布置及采场结构参数

壁式爆力分采全面法(见图1),其实质是在普通全面法的回采工艺基础上,在崩落围岩过程中采用了爆力抛掷技术[8-9],并且在崩落围岩与落矿时分两步实施,因此壁式爆力分采全面法是普通全面采矿法的变形方案,是对全面采矿法的进一步优化[10]。采场沿矿体走向布置,长40～60m,宽为矿体厚度,高为中段高度,中段斜长40～60m,相邻中段之间留设2～3m矿柱。

2.2 采切工程及回采工艺

(1)采切工程:壁式爆力分采全面采矿法的主要采切工程包括中段运输巷道、切割上山、切割巷、电耙硐室等。首先利用原沿脉探矿巷道作为中段巷道,在中段水平掘进1～2个上山作为自由面;在所留设的底柱中每隔5～7m开一个漏斗口;在切割巷另一侧每隔7m布置一个电耙绞车硐室。

(2)回采工艺:回采工作由切割上山开始,沿壁式工作面向两侧推进,分条宽度为1.7m(见图1)。先采围岩,围岩炮孔布置见图2,围岩抛掷孔与工作面夹角为45°,采用秒差抛掷爆破法,将围岩抛至采空区,在工作面形成一岩槽,用电耙清理残留在底板上的废石。废石清理干净后施工水平炮眼,向下爆破顶板上矿石。落下的矿石用电耙沿壁式工作面耙运至漏斗,最后运输到硐外矿石料场。

图1 壁式爆力分采全面法

图2 围岩与矿脉炮眼布置

2.3 采幅及围岩炮孔与工作面夹角优化

(1)采幅的确定。为保证作业人员正常的作业空间,所需的最小采幅可根据公式(1)计算确定。

式中,a为采幅宽度,m;b为人体身高,按中国男子平均身高1.7m计;α为矿体平均倾角,取25°。

通过计算可知,适合矿山缓倾斜极薄矿脉开采的采幅宽度为1.5m。

(2)围岩炮孔与工作面夹角优化计算。壁式爆力分采法关键是利用爆力作用将围岩抛至采空区,为下一步爆破上盘矿石提供落矿空间,实现矿岩分爆分采,其主要影响因素是炮孔与工作面的夹角β。若夹角过小,爆破侧向分力大,围岩抛掷距离太远,炸药消耗量大,同时分条宽度小,凿岩频繁,工作效率低;若夹角过大,爆破侧向分力小,围岩抛掷距离太近,清理残留工作面废石工作量大,且易造成一定贫化。围岩炮孔与工作面夹角关系见图3。

图3 围岩炮孔与工作面夹角关系

爆破作用导致的围岩抛掷距离根据公式(2)进行测算。

式中,Lp为围岩抛掷距离,m;m为矿体平均厚度,取0.72m;n为爆破作用指数,取1.3;w为最小抵抗线,取1m;β为围岩炮孔与工作面夹角,(°)。

当β分别取30°、45°、60°时,Lp计算结果见表1。

表1 Lp与β的对应关系计算结果

对比分析表1可知:当围岩炮孔与工作面夹角β为30°时,围岩抛掷最远距离达6m多,平均可达3m,但由于分条宽度b仅有1.2m,凿岩频繁,炸药消耗量大,明显不经济;当β为45°时,围岩抛掷平均距离为2m,分条宽度b为1.7m,利用电耙清理废石工作量不大;当β为60°时,虽然分条宽度b能达到2.1m,但围岩抛掷平均距离不足1m,充入采空区的废石非常少,仅仅只有10%左右,如果再用人工转运废石充填采空区,不仅劳动强度大,而且效率低,安全性差,影响了落矿效率,增加了作业成本。综合经济技术等方面因素,确定β选取45°较优,此时既能满足分条宽度的要求,又能保证清底工作量较小,充入采空区废石达60%～80%以上。

3 现场工业试验结果

基于所提出的壁式爆力分采全面采矿法回采工艺及优化参数,在摩天岭矿区F658缓倾斜极薄矿脉选取典型位置进行了现场回采工业试验,并对主要的技术经济指标和材料消耗等参数进行了统计,其结果如表2所示。根据现场工业试验结果可知,壁式爆力分采全面采矿法的回采工艺和优化计算得到的参数能够满足矿山安全高效回采需要,试验期间,共回采矿量约5万t,与原设计方法相比降低贫化率约41个百分比,矿石的贫化、损失得到了有效控制,经济效益得到显著提高,总体而言现场试验效果良好。

表2 现场工业试验主要技术经济指标及材料消耗统计结果

4 结 论

基于矿山缓倾斜极薄矿脉的开采技术条件,在普通全面法的基础上,提出了变形优化后的壁式爆力分采全面法,并进行了回采工艺优化和现场回采实践,取得了较好的效果。

(1)现场试验结果表明,矿块生产能力可达15～25t/d,矿石损失率为7%,贫化率为11%,壁式爆力分采法有效地解决了极薄矿体因混采造成的矿石贫化问题,实现了矿岩分爆分采,保证了矿岩能够分装分运,降低一次贫化率近41个百分点,取得了良好的技术经济指标。

(2)在该回采工艺中,一方面围岩通过爆力抛掷作用,70%以上被充填到了采空区,减少了废石的运输费用;另一方面,少量残留在工作面的废石通过电耙耙到漏斗,运至地表,减少了征地面积,从而保护了环境。

壁式爆力分采全面采矿法在摩天岭矿区的成功回采实践,能够有效解决矿区范围内类似缓倾斜极薄矿脉的开采技术难题,壁式爆力分采全面采矿法的应用不仅可有效降低矿石贫化率,充分回收利用矿山低品位资源,而且绝大部分废石充填到了采空区,从而保护了环境,对于矿山企业的可持续发展具有重要意义,在矿区范围内和国内类似条件矿山具有推广应用价值和借鉴意义。

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2017-05-14)

黄传宝(1971－),男,安徽安庆人,采矿工程师,主要从事矿山采矿技术及现场管理工作,Email:2684404287＠qq.com。