某礦開采空區(qū)處理及礦柱回采方案研究

某礦開采空區(qū)處理及礦柱回采方案研究

一個礦經歷了多年的開采，在-50m和-100mm之間形成了123.4ms空間，在-100mm范圍內形成了135.5ms空間。在這樣的生產情況下,空區(qū)的存在、空區(qū)的染化直接危及井下生產安全,危及礦柱回采,使采掘、采充嚴重失調,采礦產量穩(wěn)定日趨艱難。為保證礦山的可持續(xù)性發(fā)展、避免資源的不必要浪費、增加企業(yè)的經濟效益,需對空區(qū)處理和礦柱回采制定經濟的、合理的、安全可靠的方案并進行分析比較。1頂底柱崩落礦礦山自1998年開始建設,初期投產達到采選能力500t/d,不久之后擴建,形成了1000t/d生產能力,從建設開始的10a間采出礦石439萬t,品位0.304%,金屬含量13342t。10a間生產能力為43.9萬t/a,日均1330t/d。礦山采用的采礦方法是有底柱淺孔留礦法,礦體大于10～15m,厚度是垂直走向布置,礦房寬12.5m,間柱12.5m,頂底柱合計15m,礦房高35m,使用YT-27淺孔落礦,然后大量放礦。礦柱(間柱)用中深孔鑿巖分段崩落,僅在100m中段以上部分回采。前幾年,由于受市場價格高漲刺激,0#線150m中段至-50m中段厚大富的礦體頂底柱、間柱全部用分段法把礦柱全部采完(造成大空區(qū)32.4萬m3),其它留有12.5m厚的礦柱大部分沒有回采,初步統(tǒng)計-100m中段以上有37個間柱沒采。礦柱分類見表1。由表1可見:(1)在-50m中段以上,間柱礦量165.1萬t,金屬量4111.7t,品位0.249%,而且在-50m,0m,50m及100m中段礦量即多又富,尤其是特大空區(qū)西側的礦柱礦量(在-50～100m中段間)有50萬t,占總間柱量的30%,金屬量1662.6t,占總間柱的40%。(2)在-50m中段以上頂底柱(階段礦柱)礦量161.84萬t,金屬量4028.1t,品位0.249%,而且在0m中段和100m中段2個中段,礦柱礦量又多又富,此2個中段的礦量81.2萬t,占階段礦柱的49%,金屬量2071.9t,占總階段礦柱的51%。(3)礦柱總量327萬t,金屬量8140t,品位0.249%。2空區(qū)處理和柱回收2.1空區(qū)礦房、空區(qū)處理的重要性空區(qū)分類見表2。從表2中可以看出,到-100m中段為止,已有空區(qū)及空場44個,總空間體積135.5萬m3,嚴格地說,大空區(qū)有5個,最大為32.4萬m3,5個空區(qū)總體積71.6萬m3,平均14.3萬m3/個,空場(礦房)39個,最大為7.1萬m3,總體積為63.9萬m3,平均1.64萬m3,最小為0.5萬m3。為保證礦山的可持續(xù)發(fā)展和安全生產,使正常的礦山采掘生產和礦柱回采相協調,就要深入研究空區(qū)處理和礦柱回采、生產環(huán)節(jié)和工藝過程,就要考慮成本與經濟效益?？諈^(qū)處理和礦柱回采是聯系在一起的,有互相制約和互相依存關系?？諈^(qū)處理與礦柱回采必須是安全的和可持續(xù)的,必須是資金投入最少,產生經濟效益最好。2.3“空”與“崩”的概念空區(qū)處理方法大致宏觀可分為“空、充、崩”。“空”就是空場(空區(qū)),因為圍巖條件好,空著不會影響采礦工程的持續(xù)進行?！俺洹本褪浅涮羁諈^(qū),用廢石、尾礦或其它充填料充滿采礦所留空間,使得采礦可持續(xù),地表不坍陷。“崩”就是在采礦過程中或在形成空區(qū)后崩落頂板圍巖(或低品位礦石),以緩解在崩落的覆蓋層之上再發(fā)生大的片落對以下開采的影響。當然,要在覆蓋層之上的空區(qū)與地表開通(即開天窗)。在很多情況下,“空”和“崩”是聯系在一起使用的。據以上分析,可提出3個方案:“全充”方案、“崩空”方案、“充崩結合”方案。2.3.1廢石場膠結充填采礦法這個構思是對-50m中段以上而言。因-100m中段及以下是淺孔采礦嗣后充填空區(qū)方案。-50m中段以上全部空區(qū)是123.4萬m3,全部用尾砂膠結充填。一是有足夠的尾砂(存在尾礦庫中—含蘇家鐵鋅礦尾礦庫)和適量的地表廢石(在廢石場);二是膠結充填后所有的礦柱都可以回采;三是安全生產有保障。充填過程是有一定順序的,礦柱回采過程是自上而下,先150m中段,后-50m中段;礦柱回采后第二步回填是尾砂膠結交填。在地表建設一個大型的、正常的充填站。本方案的負面狀況:①影響-100m中段及以下正常回采;②基建投入和因回采礦柱滯后影響產量(即有一段時間要減產);③成本大,尤其短期成本會更大。頂底柱回采使用分層崩落法,間柱使用淺孔留礦(或分段空場)法,采后的空區(qū)用尾砂膠結充填。全充方案礦柱回收礦量270.9萬t,出礦品位0.223%,回收金屬6035.7t,回采率67%,貧化率9%,充采比0.46m3/t。2.3.2墊層和礦柱回采方式在+50m,-50m中段留永久階段礦柱。200～+50m中段、50～-50m中段間,是自上而下回采。為使空區(qū)(空區(qū)與空場)的底部存留20m的礦石(或巖)墊層,在崩落空區(qū)上下盤、頂柱的貧礦形成墊層過程中,必須使空區(qū)與地表有通路,即開“天窗”。根據空區(qū)現狀,需掘1個天井(實際是一個采場)直通地表,天井高度65m。形成墊層需要的礦巖量21.6萬m3,其中含金屬1162t,品位0.166%。墊層分布在100m中段底柱之上的有233m長,在150m中段底柱之上的有113m長,在50m中段底柱之上有74m長,在-50m中段底柱之上的有34m長。礦柱回采是在形成墊層后進行的。首先回采150m中段間的階段礦柱與100m中段的間柱,在100m中段出礦。100m中段可出礦量51.5萬t礦石,出礦品位0.160%,金屬824.0萬t;第二步回收50m中段間柱與100m中段階段礦柱,在50m中段可出礦83.2萬t礦石,出礦品位0.176%,金屬1464.3t;第三步回采0m中段間柱,在0m中段可出礦52.3萬t,出礦品位0.173%,金屬904.8t;第四步回采0m中段階段礦柱和-50m中段間柱,在-50m中段出礦,83.9萬t,品位0.182%,金屬1527t,總回收率60%,貧化率30%。采出礦柱礦量270.9萬t,品位0.174%,金屬量4720.1t。-100m中段納入正規(guī)采掘?！叭馈狈桨傅牡V柱回采全是中深孔落礦。-50m中段底柱以上的墊層是在-50m中段礦柱回采礦量放出60%左右時,崩落上下盤圍巖形成20m厚的松散巖層,崩落的巖石量為10萬m3。2.3.3充填采礦法:“崩空”還是“崩充結合”?“全充”方案與“崩空”方案相比較,“全充”方案經濟占優(yōu),每年毛利比“崩空”方案多1846萬元;“全充”方案施工準備時間較長(1a),“崩空”方案約0.75a時間;安全方面,充比崩安全,生產能力差不多。問題是利用-100m以下中段開采,充填方式與系統(tǒng)能否就空區(qū)較小,礦柱礦量又大、且富,用“充填”方案;而礦柱量小且貧的用“崩空”方式;相結合起來,做到又快、又好、又省的方案,即出現第三“崩充結合”方案。經統(tǒng)計分析:在1#空區(qū)西側2～0線,1#空區(qū)東側至0～1線處,在+50m中段至-50m中段之間是礦石品位大于0.200%的區(qū)段。礦量、空區(qū)、金屬分布矩陣圖見表3。由表3可知,膠結充填空區(qū)49.2萬m3,可獲得開采儲量91.1萬t,平均品位0.316%,金屬量2882.5t,充采比為0.54m3/t。這部分礦石用淺孔留礦法回采,采礦回采率90%,貧化率為10%,采出礦量91.1萬t,品位0.286%,金屬量2604t。這部分礦石的空區(qū)49.2萬m3,一個充填系統(tǒng)要1a的充填的時間,也就是在回采本段礦體應提前1a開始充填。除了這部份以外的礦柱回采與空區(qū)處理,采用“崩空”方案思路?；夭身樞蜃?50m中段下行回采至-50m中段止。2.4比較方案2.4.1比較方案方案比較見表4。2.4.2方案方案Ⅰ方案的生產成本為3422萬元/a,比Ⅱ方案高534萬元/a,比Ⅲ方案高376萬元/a。Ⅰ方案資金投入9843萬元,比Ⅱ方案多7567萬元,Ⅰ方案金屬損失少,比Ⅱ方案少1235.8t,比Ⅲ方案少520.9t。Ⅰ方案產值高,比Ⅱ方案高1831萬元/a,比Ⅲ方案高772萬元/a;Ⅰ方案毛利高,比Ⅱ方案高1846萬元/a;比Ⅲ方案高726萬元/a。Ⅰ方案生產安全條件最好。Ⅰ方案的不足之處是生產管理較Ⅱ,Ⅲ復雜。Ⅰ方案投資多,比Ⅱ方案多7567萬元,比Ⅲ方案多5