余建國

(大冶有色金屬股份有限公司銅山口銅礦, 湖北大冶市 435122)

銅山口礦邊深部礦體開采利用方案探討

余建國

(大冶有色金屬股份有限公司銅山口銅礦, 湖北大冶市 435122)

針對銅山口銅礦深部及露天境界外保有礦產(chǎn)資源儲量情況,根據(jù)礦區(qū)地質特點、礦床賦存特征、開采技術條件等實際情況,對該礦區(qū)地下開拓方案、采礦方法、生產(chǎn)規(guī)模、服務年限等進行了初步探討,為銅山口礦邊深部礦體開采提供參考。

銅山口銅礦;邊深部礦體;開拓系統(tǒng);分段空場嗣后充填采礦法

0 前 言

銅山口銅礦位于湖北省大冶市南西 18 km,是大冶有色金屬股份有限公司下屬的主要生產(chǎn)礦山之一。該銅礦于 1980年代中期建成投產(chǎn),至今已有20多年的開采歷史,經(jīng)過近幾年對選礦碎礦、浮選設備技術改造,目前礦山實際采選生產(chǎn)能力達 130萬 t/a,現(xiàn)為露天開采。

目前,礦山露天境界內(nèi)保有儲量按現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模僅能維持 6 a左右,礦山面臨生產(chǎn)接替的問題,但是銅山口礦深部和露天境界外保有資源儲量豐富,安全有效地對礦區(qū)邊深部礦產(chǎn)資源進行開采,不僅對大冶有色公司發(fā)展具有重要而深遠的戰(zhàn)略意義,而且能延長礦山生產(chǎn)服務年限,大大促進礦山與當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。

1 礦體特征及開采技術條件

銅山口銅礦床賦存于花崗閃長斑巖巖株與圍巖的接觸帶及層間構造帶中,礦體互相聯(lián)結,嚴格受接觸帶和層間構造控制。礦床由規(guī)模不等、形態(tài)各異、產(chǎn)狀多變的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ號礦體組成,東西長約 1400 m,南北寬約 1200 m。礦體之間幾乎彼此牽連互結生長,厚度、品位中等,埋深不大,分布較集中,另在巖株體內(nèi)局部地段見有斑巖型小銅礦體。根據(jù)礦石中的礦物成份、巖性及結構、構造等特點,礦區(qū)內(nèi)的銅礦石劃分為 3大類,分別為含銅火成巖礦石、含銅矽卡巖礦石和含銅矽卡巖化大理巖礦石。

本次設計開采礦體主要是Ⅰ、Ⅵ和部分Ⅱ號礦體。Ⅰ號礦體位于花崗閃長斑巖巖株與碳酸鹽巖層接觸帶中,是受巖株控制的“筒形”礦體。在平面上呈一直徑 500～600 m的“環(huán)狀”,局部呈 S形。礦體走向長 2100 m,傾向延伸 300～500 m;厚度 10～30 m,最大達 60 m。Ⅱ號礦體為層間盲礦體。由上下 2層組成,以下層為主,上層斷續(xù)出現(xiàn),兩層相距10～50 m,在巖體東、北、西 3面與Ⅰ號礦體相連。平面上似一不對稱的無頂“帽沿”,水平延伸 100～300 m;剖面延深至 -100～-200 m標高,傾角各段不一,北段幾乎水平,南段傾角較陡;厚度在近接觸帶最大,遠離接觸帶變薄,一般 5～10 m,平均 8 m。Ⅵ號礦體為一隱伏的大理巖、矽卡巖角礫巖的巖體,礦體埋深 -190～-250 m,呈似層狀,產(chǎn)狀平緩,走向近東西,向北傾,傾角 8°～22°,在 22線南北兩端與Ⅰ號礦體相連,礦體厚大,中間有夾石層。

銅山口銅礦床儲量較大,品位較低,邊深部-58～-400m及 -58m以上南部 (包括露天掛幫礦)控制以上地質儲量 56000 kt,銅平均品位 0.70%。

2 采礦方法研究

根據(jù)礦體的開采技術條件,考慮到礦石品位較低,所以適合本礦的采礦方法主要有崩落法和空場法。但由于該礦山露天和坑內(nèi)同時開采,而崩落法造成的圍巖移動將對露天開采產(chǎn)生影響,因此不應選擇崩落法?？請龇ㄖ休^適合的采礦方法有房柱法和分段空場法,但這 2種方法回采后會留有較大的采空區(qū),如不進行處理,采空區(qū)仍存在冒落的危險,對露天和坑內(nèi)的生產(chǎn)安全都有不利影響。為消除采空區(qū)冒落的危險,可以采用嗣后充填的方式處理采空區(qū)。另外,由于Ⅵ號礦體產(chǎn)狀為緩傾斜厚大礦體,適于上向分層點柱充填法。因此,本次設計可供選擇的采礦方法主要有分段空場嗣后充填采礦法、房柱法和上向分層點柱充填采礦法。研究確定的分段空場嗣后充填采礦法采場布置見圖1。

圖1 分段空場嗣后充填采礦法

由于礦體走向較長,礦體厚度變化較大,當?shù)V體厚度小于 15 m時,礦塊沿走向布置,長 50 m,間柱寬 4 m,礦房長 46 m,采場寬為礦體厚度;當?shù)V體厚度大于 15 m時,礦塊垂直礦體走向布置,寬 22 m,礦房寬為 10 m,礦柱寬為 12 m,長為礦體厚度,留15 m底柱,采場高度 45 m,分 3個分段。

3 開拓方案選擇

根據(jù)礦體及圍巖力學特性、開采技術條件,以及所選采礦方法確定地表開采移動范圍,礦體上、下盤及側翼移動角均為 70°。地下的主要開拓工程布置需要考慮露天開采的范圍,應布置在露天生產(chǎn)爆破影響范圍之外,同時,也應布置在地下開采的地表移動范圍之外。

根據(jù)露天開采境界范圍和地表移動范圍,以及礦體賦存條件,適合坑內(nèi)礦體開采的開拓方案有主副井開拓、混合井開拓和斜坡道開拓,運輸方案有有軌運輸和無軌運輸。其中斜坡道無軌運輸開拓方案由于基建工程量較大,所以本次設計不作重點考察,而主要進行主副井開拓方案和混合井開拓方案的分析比較。

(1)方案一:主副井方案。主井直徑Φ4.5 m,井口標高 +60 m,井底標高 -540 m,擔負礦石和廢石的提升任務。礦石主溜井和廢石主溜井聯(lián)通-160～-400 m中段,最低卸載中段為 -400 m,中段高為 120 m,中間隔 60 m設一無軌副中段。副井直徑Φ5 m,井口標高 +60 m,井底標高 -575 m,擔負人員、材料、設備和粉礦的提升任務。中段礦石運輸采用 10 t電機車雙機牽引 4 m3底側卸式礦車運至主井車場,卸入主井旁側礦石主溜井。廢石則用7 t電機車牽引 0.7 m3翻轉式礦車運至主井車場,卸入主井旁側廢石主溜井。粉礦利用副井內(nèi)罐籠回收。在礦區(qū)東側設Φ5 m回風井,井口標高 +110 m,井底標高 -160 m,構成由副井和已有金獅礦斜井進風、回風井回風的對角抽出式通風系統(tǒng)。

(2)方案二:混合井方案?；旌暇睆溅?.5 m,井口標高 +60 m,井底標高 -530 m,擔負礦石和廢石的提升任務。礦石主溜井聯(lián)通 -160～-400 m中段,最低卸載中段為 -400 m,中段高為 120 m,中間隔 60 m設一無軌副中段。中段礦石和廢石運輸設備與方案一相同。粉礦利用電梯井回收。在礦區(qū)東側設Φ5 m回風井,井口標高 +110 m,井底標高-160 m,構成由混合井和已有金獅礦斜井進風、回風井回風的對角抽出式通風系統(tǒng)。

方案一與方案二進行比較,方案一具有主、副井分開布置,提升能力較大,使用性好;副井進風質量好、通風條件好;管理方便、提升干擾少、生產(chǎn)安全可靠性好等優(yōu)點。但基建工程量、投資比方案二多,工業(yè)場地占地范圍略大;方案二雖然基建工程量、投資比方案一少,便于集中管理,但每年的運營成本比方案一多,礦石和廢石提升有一定干擾,管理相對復雜,通風條件差。綜合考慮礦山生產(chǎn)管理及礦山的持續(xù)發(fā)展等各方面因素,推薦采用方案一,即主副井開拓方案。

4 礦山生產(chǎn)能力

確定坑內(nèi)礦山生產(chǎn)規(guī)模主要從合理服務年限、礦塊布置以及開采下降速度等方面進行論證?？紤]銅山口銅礦目前現(xiàn)狀以及維持礦山總規(guī)模的穩(wěn)定發(fā)展,經(jīng)綜合分析,確定地采前期生產(chǎn)規(guī)模為 3500 t/a,生產(chǎn)后期 (露天開采結束后)其生產(chǎn)規(guī)模達到4000 t/a。

按照美國《采礦工程手冊》推薦的確定礦山最優(yōu)生產(chǎn)能力的經(jīng)驗公式計算:

T=4.88×(T1×b)0.75/330×b=5388 t/d (1)

式中:T——礦山最優(yōu)生產(chǎn)能力,t/a;

T1——設計利用儲量,本次設計 T1=26880000 t;

b——短噸和公噸的換算系數(shù),b=1.10231。

式 (1)的計算結果表明,若僅從礦山可利用儲量的角度考慮,與本礦相應的生產(chǎn)能力約為 5300 t/d,相應的服務年限約為 15 a。

按中段可布礦塊數(shù) (見表1)驗證,+2,-58,-100和 -160 m單中段生產(chǎn)能力基本上可以達到3500 t/d,-160 m以下需 2個以上中段同時生產(chǎn)才可以達到 3500 t/d。

表1 各中段可布礦塊數(shù)及生產(chǎn)能力

5 結束語

銅山口銅礦在目前深部和露天境界外保有資源較豐富的情況下,用露天井下聯(lián)合開采方案,最大限度地合理開發(fā)利用礦產(chǎn)資源。針對礦體開采技術條件,本次設計主要采用分段空場嗣后充填采礦法,選擇主副井開拓方案,并對該礦區(qū)生產(chǎn)規(guī)模、服務年限進行了初步探討,為礦山深邊部開采提供了技術依據(jù)。該方案將在下一步的設計和建設實踐中作進一步的研究和論證。

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2010-10-14)

;余建國 (1976-),男,湖北黃石人,助理工程師,主要從事礦山采礦工程技術及管理工作,Email:yujianguo-888@163.com。