劉智勇 邵長(zhǎng)亮 李宗瑾 劉文杰 段慧紅

(1.天津華勘老撾礦業(yè)有限公司;2.天津華勘礦業(yè)投資有限公司)

460鈾鉬礦開采方案探討

劉智勇1邵長(zhǎng)亮2李宗瑾2劉文杰2段慧紅2

(1.天津華勘老撾礦業(yè)有限公司;2.天津華勘礦業(yè)投資有限公司)

為提高460鈾礦采礦生產(chǎn)水平，提升礦山經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)采礦工藝進(jìn)行整體規(guī)劃和技術(shù)改造。將原小型露采改為露天、地下兩期開采，優(yōu)先開采鈾礦體。地采采用中深孔房柱法，嗣后尾砂充填，后期對(duì)鈾礦體外部包裹的單鉬礦體開發(fā)利用，達(dá)到礦產(chǎn)資源綜合利用的目的。

露天、地下兩期開采 露天開采境界 中深孔房柱法

460鈾鉬礦是中核北方鈾業(yè)公司與華勘集團(tuán)合作開發(fā)的大型鈾鉬礦山，由于選礦廠產(chǎn)能的限制，以及鈾鉬產(chǎn)品價(jià)格的持續(xù)下降，該礦一直以小型露采進(jìn)行生產(chǎn)。隨著選廠技術(shù)改造的推進(jìn)，選場(chǎng)礦石處理能力有了較大提升，同時(shí)國家開始大力發(fā)展清潔能源，特別是核電產(chǎn)業(yè)(中國目前核電僅占總發(fā)電量的2%，這與發(fā)達(dá)國家存在很大差距)，將對(duì)核原料構(gòu)成較大利好，有望支撐鈾產(chǎn)品價(jià)格持續(xù)上行。為此，460礦決定對(duì)采礦廠進(jìn)行全面升級(jí)改造，計(jì)劃先對(duì)鉬包裹的單鈾礦體先行開采。

1 礦床地質(zhì)

(1)礦體的形態(tài)與產(chǎn)狀。礦體形態(tài)多呈柱狀、筒狀、脈狀、透鏡狀、鐮刀狀。礦體產(chǎn)狀宏觀上與次流紋斑巖體產(chǎn)狀基本一致，另有部分礦體與巖層產(chǎn)狀一致，顯側(cè)伏特征。礦體沿走向、傾向表現(xiàn)出陡、緩、厚、薄，個(gè)別礦體還有尖滅、再現(xiàn)、分支復(fù)合等特征。根據(jù)工程統(tǒng)計(jì)，含礦裂隙總體產(chǎn)狀為傾向35°～45°∠55°～70°。

(2)礦體規(guī)模與分布特征。該礦床為大型鈾鉬共生礦床。共圈出鈾工業(yè)礦體101個(gè)，其中金屬量大于100 t的、50～100 t的、10～50 t的、不足10 t的均有分布。鈾礦體集中在9～8勘查線，水平長(zhǎng)度320～360 m，寬300 m，礦體標(biāo)高為1 200～1 580 m。

圈出鉬工業(yè)礦體8個(gè)，其中Ⅰ#主礦體占礦床總資源量的95.69%，Ⅱ#主礦體占總資源量的4.2%。鉬礦體主要分布在15～10勘查線，水平長(zhǎng)520～600 m，寬300 m，礦體標(biāo)高1 100 m至地表。

2 礦床開采技術(shù)條件

(1)水文地質(zhì)條件。該礦床位于丘陵地帶，地貌北高南低，相對(duì)高差100 m。礦床中心地段為基巖出露，東、西、南三面被第四系覆蓋，礦床地處兩水庫流域的分水嶺部位，基巖含水性較弱，最大涌水量約80 m3/h。水文地質(zhì)條件屬簡(jiǎn)單類型。

(2)工程地質(zhì)條件。經(jīng)工程力學(xué)試驗(yàn)，礦體頂?shù)装鍘r石力學(xué)性質(zhì)屬中等，穩(wěn)定性較好，斷裂構(gòu)造不發(fā)育。但局部圍巖不堅(jiān)固，巖石破碎松散、孔隙率大、穩(wěn)定性差，容易坍塌冒頂。綜合各種工程地質(zhì)指標(biāo)，該礦床工程地質(zhì)條件屬于簡(jiǎn)單類型，但應(yīng)重視局部不穩(wěn)固地帶的不安全問題。

(3)環(huán)境地質(zhì)條件。礦區(qū)屬于低山丘陵地貌，地勢(shì)平緩。年平均氣溫1.97 ℃，月平均最高氣溫20.2 ℃，月平均最低氣溫-22 ℃，無霜期只有101～152 d，每年10月至次年4月為封凍期，凍土深2.0～2.82 m；常年干旱少雨，山間溝谷中多為第四紀(jì)風(fēng)沙堆積，幾乎不存在山體崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的破壞。對(duì)環(huán)境的影響因素主要來源于礦床露天開采過程中產(chǎn)生的粉塵，在生產(chǎn)過程中要加強(qiáng)重視。

3 礦山建設(shè)方案

從單鈾礦體賦存狀況、開采技術(shù)條件以及合理利用現(xiàn)有開采設(shè)施設(shè)備、及單鉬礦今后的開發(fā)利用考慮，擬對(duì)原采場(chǎng)進(jìn)行技術(shù)改造。礦山開采計(jì)劃分兩期進(jìn)行：一期露天開采至1 510 m標(biāo)高，留保護(hù)礦柱10 m；二期地下開采1 500～1 200 m標(biāo)高的礦體。

單鉬礦走向長(zhǎng)320～400 m，厚3～60 m，傾向35°～45°∠55°～70°,主要賦存在標(biāo)高1 200～1 580 m，圍巖整體穩(wěn)固，礦區(qū)地勢(shì)平緩，故二期采用側(cè)翼豎井開拓，將主井與風(fēng)井布置在礦體走向兩側(cè)下盤，充填井在礦體上盤，開拓系統(tǒng)如圖1。

圖1 開拓系統(tǒng)

4 一期露天開采

4.1 露天境界的確定

按境界剝采比、平均剝采比、生產(chǎn)剝采比3者均不大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比確定露天開采境界。采用礦石成本比較法計(jì)算:

N=(c-a)/b,

(1)

式中，c為地下開采每噸礦石成本，取80元/t；a為露天開采費(fèi)用(不包括剝離費(fèi))；b為露天開采每噸剝離費(fèi)用，取30元/m3；N為經(jīng)濟(jì)合理剝采比。

將各參數(shù)代入式(1)，計(jì)算得N=5.24.

露天開采采用分層平面法，開采境界見表1。

表1 開采境界

4.2 礦山規(guī)模及產(chǎn)能驗(yàn)證

礦山設(shè)計(jì)年產(chǎn)礦石20萬t，服務(wù)年限23 a，其中露天階段14 a，地下階段9 a。按年下降速度驗(yàn)證礦山生產(chǎn)能力：

(2)

式中,A為露天礦生產(chǎn)能力，t/a；P為水平分層礦量，取20萬t；V為礦山工程(或采礦工程)延深速度，取15 m/a；h為階段高度，取12 m；η為礦石回采率，取93%；e為廢石混入率，取3%。

將各參數(shù)代入式(2)，計(jì)算得A=24萬t/a，可以實(shí)現(xiàn)礦山的生產(chǎn)目標(biāo)。

4.3 開拓運(yùn)輸方式

礦床的走向長(zhǎng)度與開采深度都不大，露天礦近似橢圓形狀，采用公路開拓，挖掘機(jī)、汽車運(yùn)輸。

汽車運(yùn)輸線路采用樹枝直進(jìn)式，深凹線路采用螺旋式。總出入溝采用固定坑線布置，線路技術(shù)等級(jí)為三級(jí)，線路總寬度為9.5 m，設(shè)置路基、路肩、排水溝等。

4.4 采剝方法及工作面參數(shù)

4.4.1 采剝方法

采用橫向采剝法，工作線橫交礦體走向布置，沿礦體走向推進(jìn)。開段溝布置在露天礦的端部，垂直礦體走向形成初始工作線，從一端向另一端推進(jìn)。該方法可以減少基建工程量和采場(chǎng)內(nèi)部運(yùn)輸距離、減少開段溝工程量，增加工作線長(zhǎng)度。

4.4.2 工作面參數(shù)

4.4.2.1 臺(tái)階高度

根據(jù)挖掘機(jī)工作參數(shù)、礦巖埋藏條件及礦巖性質(zhì)、運(yùn)輸條件等選擇臺(tái)階高度為12 m。

4.4.2.2 工作線長(zhǎng)度

考慮到挖掘機(jī)的生產(chǎn)能力，穿爆和采裝的配合，以及最小長(zhǎng)度應(yīng)滿足挖掘機(jī)的正常作業(yè)，使一次爆破量保證挖掘機(jī)有5～10晝夜的裝載量，滿足運(yùn)輸調(diào)車的要求，選擇工作線長(zhǎng)度150 m。

4.4.2.3 工作平盤寬度

(1)剝巖臺(tái)階的工作平盤寬度應(yīng)不小于最小工作平盤寬度Bmin。

Bmin=b′+c′+T+d+e′+f,

(3)

f=h(ctgγ-ctgα) ,

(4)

T=2bc+2 ,

(5)

式中,Bmin為最小工作平盤寬度，m；b′為爆堆寬度，取18 m；c′為爆堆坡底線至道路內(nèi)側(cè)邊緣距離，取2 m；d為道路外側(cè)邊緣至動(dòng)力電桿的距離，取5 m；e′為動(dòng)力電桿至臺(tái)階穩(wěn)定邊界線的距離，取4 m；f為安全寬度，m；h為臺(tái)階高度，12 m；α為臺(tái)階坡面角，取70°；γ為臺(tái)階穩(wěn)定坡面角(即非工作臺(tái)階坡面角)，取33°;T為車輛的運(yùn)行寬度，m；bc為汽車車體寬度，取2.909 m。

經(jīng)計(jì)算得Bmin=50.9 m.

(2)采礦臺(tái)階。

B=Bmin+Bp,

(6)

Bp=Aptp/(Lh) ,

(7)

式中,Bp為備采礦量平盤寬度，m；Ap為露天礦實(shí)際生產(chǎn)能力，取77 000 m3/a；tp為備采礦量開采時(shí)間，0.5 a；L為采礦工作線總長(zhǎng)度，600 m；B為工作平盤寬度，m。

經(jīng)計(jì)算：B=54.6 m.

工作面參數(shù)見表2。

表2 工作面參數(shù)

5 二期井工開采

(1)生產(chǎn)規(guī)模為20萬t/a，服務(wù)年限為9 a，連續(xù)工作制，330 d/a，3班/d，8 h/班。

(2)開拓運(yùn)輸。采用無軌斜坡道開拓，鏟運(yùn)機(jī)裝載配合運(yùn)礦卡車運(yùn)輸?shù)V巖。中段標(biāo)高為：1 350，1 300，1 250，1 200 m?；ㄆ跓o軌斜坡道開拓至 1 300 m 中段，采用運(yùn)礦卡車運(yùn)輸?shù)V巖。

(3)采礦方法。為適應(yīng)無軌設(shè)備的開拓運(yùn)輸，選用中深孔房柱法，嗣后尾砂充填。

(4)采場(chǎng)垂直礦體走向布置，礦房、礦柱寬度均為20 m，長(zhǎng)度為礦體厚度。底部采用平底結(jié)構(gòu)，底柱高度為10 m。礦柱、礦房分別開采，分段高度為10 m，共4個(gè)分段布置分段鑿巖巷。采用YGZ-90鑿巖機(jī)鑿上向扇形孔，采用非電導(dǎo)爆管毫秒延時(shí)爆破，CY-2型鏟運(yùn)機(jī)出礦。出礦完成后，采用尾砂嗣后充填。

(5)礦井通風(fēng)。采用抽出式通風(fēng),礦井采用單翼對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)。無軌斜坡道及北部入風(fēng)井進(jìn)風(fēng)，新鮮風(fēng)流由北部入風(fēng)井經(jīng)中段運(yùn)輸巷分配到各工作面，污風(fēng)匯集到回風(fēng)巷經(jīng)中段回風(fēng)井進(jìn)入東翼回風(fēng)井排出。通風(fēng)機(jī)布置在地表。

(6)充填系統(tǒng)。充填料可直接從地表輸送到采場(chǎng)，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢石量較少，可用運(yùn)礦卡車將廢石運(yùn)到充填中段，直接倒入采空區(qū)與尾砂混合進(jìn)行充填。采用井下移動(dòng)攪拌方式，將砂石料下放至充填中段，再采用運(yùn)礦卡車或鏟運(yùn)機(jī)，將砂石料、水泥等運(yùn)到膠結(jié)充填現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行攪拌使用。

(7)主要采礦設(shè)備見表3。

表3 主要采礦設(shè)備 臺(tái)

型號(hào)鑿巖設(shè)備型號(hào)YSP-45YT24YG-80運(yùn)礦卡車CA-12柴油鏟運(yùn)機(jī)CY-2潛孔鉆機(jī)KQD100吊罐及絞車華-1型錨桿臺(tái)車Boltec系列混凝土噴射機(jī)PZ-5B型混凝土攪拌機(jī)JG250型局扇DJK50-№6.5數(shù)量48666221226

6 結(jié) 語

通過對(duì)460礦原露天采場(chǎng)升級(jí)改造，不但提高了采礦生產(chǎn)能力，提升礦山經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)兼顧了對(duì)深部礦體及單鉬礦體的后期開發(fā)利用，達(dá)到了對(duì)礦產(chǎn)資源綜合利用的目的，為今后礦山經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步提高打下了基礎(chǔ)，有利于該礦的可持續(xù)發(fā)展。

[1] 張富民.采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1989.

[2] 解世俊.金色礦床地下開采[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

[3] 吳啟海,周 禮，趙國彥.緩傾斜中厚礦體房柱嗣后充填采礦法實(shí)踐[J].化工礦物與加工，2013(12)：43-45.

2015-04-28)

劉智勇(1987—)，男，助理工程師，300170 天津市河?xùn)|區(qū)廣瑞西路67號(hào)。