摘要：为了充分合理的回收矿产资源,黄沙矿区根据矿体赋存条件,因地制宜的对采矿技术参数进行修改,优化采矿方案。通过实践,充分回收了资源、降低了生产成本,获得了良好的经济效果。
关键词:脉带型矿床;采矿方案;爆破参数
黄沙矿区矿床属高、中温气成热液型钨矿床,在横剖面从上往下看,矿脉依次为线脉带、细脉带、大脉带、单一大脉、尖灭带,形态上像一颗“无叶的大树”,矿体显聚集收敛状。对黄沙矿区矿体的开采,目前主要采用浅孔留矿法与中深孔阶段崩落法。这两种采矿方法在黄沙矿区已应用多年,然而,随着矿区开采的逐步进入深部,区内采后连续空场增大,地压活动加剧,加之矿体形态和地质构造复杂,对深部矿块的回采技术提出了新的要求。
1黄沙矿区的开采现状及存在的问题
1. 1 地质概况
黄沙矿区为一个含多金属硫化物的大型脉钨矿床,矿床赋存于寒武系变质岩中;成因类型为岩浆期后高、中温热液裂隙充填的内外接触带型矿床;工业类型为石英脉型黑钨矿床。矿区位于区域性东西向构造和北北东向新华夏系构造反接复合部位;区内东西向的FN 、FS 和南北向的FE、FW 断层将矿区切割成菱形隆起断块;矿床赋存于断块中,走向近南北的F3AB断层贯穿整个矿区,将矿区分割成东西两大部分;区内发育与成矿有密切关系的北东东- 东西、北西西、北东及南北向4组断裂构造。围岩有变质细砂岩,石英砂岩夹板岩以及花岗岩,区内断层、节理等构造很发育,矿岩坚固系数f = 8～12,矿脉倾角60°～85°。
区内按矿脉分布地域划分有:樟木林组、北组、中组、南组、芭蕉坑组、青山窝组和花岗岩内带盲脉组,共8个组。各脉组中以芭蕉坑组的矿脉规模最大,走向长1710 m,延伸深度795 m,矿化宽度不一,最宽150 m,最窄3 m,矿体以似层状、透镜状赋存于花岗岩的顶部或浅部,矿体连续性较好。
1. 2 矿体开采及存在的技术难题
黄沙矿区的的开采, 10 中段以上已结束,区内主要开采中段为11～13中段,阶段高度为40～50m,采矿地段集中在芭蕉坑组和樟木林组。根据矿带厚度大小选择采矿方法,采幅5 m以下选用浅孔留矿法(简称小采) ,采幅5 m以上选用中深孔阶段崩落法(简称大采) 。
1. 2. 1 浅孔留矿法回采过程存在的技术难题
黄沙矿区的矿体常出现上宽下窄情形,当矿块平均采幅在5 m左右时,因上大下小,上采时易出现以下问题:
(1) 上采过程中,采幅不断增大,由于地应力的影响,片帮、冒顶现象增多,为保证作业安全,常需要缩小采幅,从而造成矿产资源的浪费;
(2) 上部多为大采,而且大采矿房已经用中深孔崩落完毕,底部结构中的电耙层、平巷层已回收,为保证矿房的回采安全,往往留置4 m厚的顶柱不予回采,从而造成资源损失。
1. 2. 2 大采工程布置及爆破时存在的技术难题
(1) 多条走向平行或交叉矿脉,其间距较近( 2～4 m) ,在选择采矿方法时,若选择分采,则围岩太薄,采场的稳固性无法保证;若选择合采,则贫化率太大,尤其是矿体遇到多条断层破坏时,在三维空间上变化较大,给采矿方案选择带来了更大的困难。
(2) 在同一矿区,不同中段,或同一中段,不同区域,围岩的强度、硬度、稳固性并不相同,有时还相差很大。回采爆破设计时,要根据围岩岩性、强度的变化,改变各矿块的爆破参数。
(3) 在沿脉布置电耙道时,常出现两电耙道相接的区域,因电耙硐室或回风巷占据了位置而无法布置斗川,从而出现了出矿盲区,造成资源浪费。
2采矿方法的优化及效果、
2. 1浅孔留矿法的优化及效果
(1) 当矿房回采上至15～20 m高度时,预留2～3个保安矿柱,对应底部结构矿柱均匀布置;回采至30～35 m高度时,再留2～3个保安矿柱,并与第一次留设的保安矿柱交错布置。以此来控制矿房上采过程因采幅大而出现的大面积片帮、冒顶现象。
(2) 矿房回采至上中段巷道10 m左右高度时,若矿带较宽,采幅增大(大于5 m) ,浅孔回采困难时,则先打切割井,再采用中深孔凿眼,一次性爆破回收矿房、矿柱和上部中段对应矿块的底柱。黄沙矿区9中段9160矿块是一个典型的上宽下窄矿块,原设计采用简单的浅孔留矿法。根据F22断层对矿体的错动情况和因F3B形成的9160西头倒三角矿块等地质情况,对9160矿块设计作了较大的修改。
在9160矿块一半的高度增开一个盲中段,另开辟盲中段专用的人行井和放矿井,形成对应的采场人行、下矿系统。在9160和上9160采场的下半部分矿体用浅孔留矿法回采,上半部分则用中深孔崩落法一次性回采。把上9160采场与对应的8160大采底柱统一考虑,用中深孔崩落法回收,从而可多回收8160大采8. 5 m的底柱矿量。与原设计相比,其相关指标见表1。回采方案改进后,可多收钨金属量96. 7 t,若井下综合回收率按70% ,选矿回收率按85%计算,可多回收钨精矿88. 5 t,实际收益265. 6万元,经济效率明显。
2. 2 中深孔阶段崩落法的优化及效果
2. 2. 1 优化采场单体设计方案
在黄沙矿区,对同类型矿体,根据矿块划分的灵活性,将开采矿块与相邻矿块作为一个整体统一考虑,合理选择采矿方法和布置采准、切割工程。一可实现连续回采矿体,二可减少采准切割工程量,三可充分回收矿产资源。黄沙矿区9中段9242大采10～13线工程就是按此方案布置的。
(1) 针对中组239# , 242# ,N242# , 261#矿脉相距较近,矿脉在8～9中段10～13线位置间距均在3m以内,所以在选用采矿方法时,打破了矿脉界限,对4条矿脉回采方案统一考虑,重新地质圈定9242大采界限。调整后的(10～13线)大采平均采幅为19. 8 m。总体上,电耙道沿脉布置,但在11线位置因断层错动,矿带重叠,采幅约40 m,选用穿脉方向布置电耙道。在10～11线和11～12线区域,因“中239”老放矿井和“2422”老放矿井影响,为避开老放矿井工程,选择在矿脉的上、下盘分别布置了1条电耙道;在12～13线区域,电耙道则采用沿脉布置、双向漏斗的方案。
(2) 分层联络巷垂直矿脉方向布置,分层平巷沿主脉242#矿脉布置。施工时先根据8中段地质资料指导3分层工程施工,根据9中段地质资料指导1分层工程施工;然后根据1, 3分层揭露的地质资料和8中段、9中段地质资料来指导2分层和电耙道工程的施工,以减少工程施工中的失误,确保工程布置合理。
(3) 为减少切割工程量,除端部拉槽位置布置切割硐室和切割井外,后续的大爆破全部利用前次爆破后的松散矿堆进行挤压爆破。
黄沙矿区9242大采10～13线工程通过上述方案改进后,顺利的完成了整个大采的大爆破,前后两个方案相比较,改进后的方案比原方案多回收矿量140769 t,钨金属量528. 4 t,直接经济效益为1400万元以上(见表2) ,折合65%钨精矿812. 9 t,井下综合回收率按70% ,选矿综合回收率按85%计算,实际多回收钨精矿483. 7 t。
2. 2. 2 降低大爆破对人行设备井的破坏
每次井下大爆破时,大采工程及周边的井巷工程都遭到不同程度的破坏。为此,采取了措施。
(1) 控制每次大爆破的最大段别药量,控制地震波强度。
(2) 每次大爆破时,在各分层平巷设置冲击波的防护栏栅,削弱大爆破的地震波和冲击波。
(3) 在大采矿块设计时,适当地拉开大采人行设备井到爆破中心区域的距离,最好要设计一个90°的转角,避免大爆破地震波和冲击波直接破坏大采人行井等工程。
为了解决大采各分层掘进施工过程的手工装矿问题和大爆破后大量的人工清理返冲矿工作量,在大采现场进行拆卸装岩机,吊运至各分层后再重新装配。此项改革,虽然有一定技术难度,但彻底解决了原来各分层掘进时和大爆破后清理返冲矿依靠手工装运矿石的难题,使工人从繁重体力劳动中解脱出来,大大提高了劳动生产效率。
2. 2. 3 调整中深孔爆破的技术参数
根据黄沙矿区现有的地质资料,对该矿区围岩坚固系数的重新测定后,发现围岩的强度和硬度随着开采中段的下降而逐步增大,深部中段f系数高达12～14。因此,及时对井下大爆破的中深孔排距、孔底距等爆破参数进行了调整。
(1) 在深部12中段的芭蕉坑组111#矿脉的大采方案中,及时对井下大爆破的中深孔排距、孔底距进行了调整(见表3) 。调整修改后,在技术上确保了大爆破的崩矿效果,降低了大块产出率,从而减少了大采出矿的二次破碎工作量,提高了出矿效率,节约了出矿成本。
(2) 按矿山原来的大采中深孔设计,中深孔只布置在矿体圈带内,上、下盘矿脉正好处在炮孔密度最小的部位,爆破后往往会采下围岩,而部分矿脉却依然挂在上、下盘的两壁,从而造成资源的损失。为了确保矿产资源的充分回收利用,根据各个地质矿块的矿岩稳固性以及地质构造特点,在大采中深孔设计时,设计了炮孔超深,把中深孔布置在矿体上、下盘的地质圈带外0. 3～0. 6 m处,以确保边界矿脉的资源回收。此方法在12 中段111E大采矿房和11中段111E大采底柱的回收中开始实践,后推广应用, 8次大爆破的出矿品位反馈数据证实该技术改进的效果好, 8 次大爆破的损失率平均降低了8% ,多回收钨精矿200. 6 t。
(3) 为了减少大爆破的返冲,降低大爆破对后续爆破中深孔的破坏,采取了改革措施:适当控制每次大爆破最后一段炮孔的药量;加大每次大爆破最后一排炮孔与下次大爆破第一排炮孔的间距,排距由正常的1. 6～1. 8 m增加到2. 5 m,并在其后面增设一加强排炮孔,加强排的排距为0. 8～1. 0 m;两次爆破的交界处选择在巷道断面相对较小,围岩稳固的位置,以减轻下次清理返冲矿的工作难度。
3结束语
在井下开采过程中,由于矿体性质和形态的变化较大,优化回采工艺及其参数有非常重要的意义。黄沙矿区因其矿体的形态特征,在同一矿块的回采中,采取了多种方法和手段,充分体现了回采工艺的灵活性、多样性,做到因地制宜,优化采矿方案。通过技术参数的改进,不但可以充分回收矿产资源,获得良好的经济效益,而且可以减轻员工的劳动强度,改善作业环境,提高生产效率。
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