余建国

(大冶有色金属股份有限公司铜山口铜矿, 湖北大冶市 435122)

铜山口矿边深部矿体开采利用方案探讨

余建国

(大冶有色金属股份有限公司铜山口铜矿, 湖北大冶市 435122)

针对铜山口铜矿深部及露天境界外保有矿产资源储量情况,根据矿区地质特点、矿床赋存特征、开采技术条件等实际情况,对该矿区地下开拓方案、采矿方法、生产规模、服务年限等进行了初步探讨,为铜山口矿边深部矿体开采提供参考。

铜山口铜矿;边深部矿体;开拓系统;分段空场嗣后充填采矿法

0 前 言

铜山口铜矿位于湖北省大冶市南西 18 km,是大冶有色金属股份有限公司下属的主要生产矿山之一。该铜矿于 1980年代中期建成投产,至今已有20多年的开采历史,经过近几年对选矿碎矿、浮选设备技术改造,目前矿山实际采选生产能力达 130万 t/a,现为露天开采。

目前,矿山露天境界内保有储量按现有生产规模仅能维持 6 a左右,矿山面临生产接替的问题,但是铜山口矿深部和露天境界外保有资源储量丰富,安全有效地对矿区边深部矿产资源进行开采,不仅对大冶有色公司发展具有重要而深远的战略意义,而且能延长矿山生产服务年限,大大促进矿山与当地经济发展。

1 矿体特征及开采技术条件

铜山口铜矿床赋存于花岗闪长斑岩岩株与围岩的接触带及层间构造带中,矿体互相联结,严格受接触带和层间构造控制。矿床由规模不等、形态各异、产状多变的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ号矿体组成,东西长约 1400 m,南北宽约 1200 m。矿体之间几乎彼此牵连互结生长,厚度、品位中等,埋深不大,分布较集中,另在岩株体内局部地段见有斑岩型小铜矿体。根据矿石中的矿物成份、岩性及结构、构造等特点,矿区内的铜矿石划分为 3大类,分别为含铜火成岩矿石、含铜矽卡岩矿石和含铜矽卡岩化大理岩矿石。

本次设计开采矿体主要是Ⅰ、Ⅵ和部分Ⅱ号矿体。Ⅰ号矿体位于花岗闪长斑岩岩株与碳酸盐岩层接触带中,是受岩株控制的“筒形”矿体。在平面上呈一直径 500～600 m的“环状”,局部呈 S形。矿体走向长 2100 m,倾向延伸 300～500 m;厚度 10～30 m,最大达 60 m。Ⅱ号矿体为层间盲矿体。由上下 2层组成,以下层为主,上层断续出现,两层相距10～50 m,在岩体东、北、西 3面与Ⅰ号矿体相连。平面上似一不对称的无顶“帽沿”,水平延伸 100～300 m;剖面延深至 -100～-200 m标高,倾角各段不一,北段几乎水平,南段倾角较陡;厚度在近接触带最大,远离接触带变薄,一般 5～10 m,平均 8 m。Ⅵ号矿体为一隐伏的大理岩、矽卡岩角砾岩的岩体,矿体埋深 -190～-250 m,呈似层状,产状平缓,走向近东西,向北倾,倾角 8°～22°,在 22线南北两端与Ⅰ号矿体相连,矿体厚大,中间有夹石层。

铜山口铜矿床储量较大,品位较低,边深部-58～-400m及 -58m以上南部 (包括露天挂帮矿)控制以上地质储量 56000 kt,铜平均品位 0.70%。

2 采矿方法研究

根据矿体的开采技术条件,考虑到矿石品位较低,所以适合本矿的采矿方法主要有崩落法和空场法。但由于该矿山露天和坑内同时开采,而崩落法造成的围岩移动将对露天开采产生影响,因此不应选择崩落法。空场法中较适合的采矿方法有房柱法和分段空场法,但这 2种方法回采后会留有较大的采空区,如不进行处理,采空区仍存在冒落的危险,对露天和坑内的生产安全都有不利影响。为消除采空区冒落的危险,可以采用嗣后充填的方式处理采空区。另外,由于Ⅵ号矿体产状为缓倾斜厚大矿体,适于上向分层点柱充填法。因此,本次设计可供选择的采矿方法主要有分段空场嗣后充填采矿法、房柱法和上向分层点柱充填采矿法。研究确定的分段空场嗣后充填采矿法采场布置见图1。

图1 分段空场嗣后充填采矿法

由于矿体走向较长,矿体厚度变化较大,当矿体厚度小于 15 m时,矿块沿走向布置,长 50 m,间柱宽 4 m,矿房长 46 m,采场宽为矿体厚度;当矿体厚度大于 15 m时,矿块垂直矿体走向布置,宽 22 m,矿房宽为 10 m,矿柱宽为 12 m,长为矿体厚度,留15 m底柱,采场高度 45 m,分 3个分段。

3 开拓方案选择

根据矿体及围岩力学特性、开采技术条件,以及所选采矿方法确定地表开采移动范围,矿体上、下盘及侧翼移动角均为 70°。地下的主要开拓工程布置需要考虑露天开采的范围,应布置在露天生产爆破影响范围之外,同时,也应布置在地下开采的地表移动范围之外。

根据露天开采境界范围和地表移动范围,以及矿体赋存条件,适合坑内矿体开采的开拓方案有主副井开拓、混合井开拓和斜坡道开拓,运输方案有有轨运输和无轨运输。其中斜坡道无轨运输开拓方案由于基建工程量较大,所以本次设计不作重点考察,而主要进行主副井开拓方案和混合井开拓方案的分析比较。

(1)方案一:主副井方案。主井直径Φ4.5 m,井口标高 +60 m,井底标高 -540 m,担负矿石和废石的提升任务。矿石主溜井和废石主溜井联通-160～-400 m中段,最低卸载中段为 -400 m,中段高为 120 m,中间隔 60 m设一无轨副中段。副井直径Φ5 m,井口标高 +60 m,井底标高 -575 m,担负人员、材料、设备和粉矿的提升任务。中段矿石运输采用 10 t电机车双机牵引 4 m3底侧卸式矿车运至主井车场,卸入主井旁侧矿石主溜井。废石则用7 t电机车牵引 0.7 m3翻转式矿车运至主井车场,卸入主井旁侧废石主溜井。粉矿利用副井内罐笼回收。在矿区东侧设Φ5 m回风井,井口标高 +110 m,井底标高 -160 m,构成由副井和已有金狮矿斜井进风、回风井回风的对角抽出式通风系统。

(2)方案二:混合井方案。混合井直径Φ5.5 m,井口标高 +60 m,井底标高 -530 m,担负矿石和废石的提升任务。矿石主溜井联通 -160～-400 m中段,最低卸载中段为 -400 m,中段高为 120 m,中间隔 60 m设一无轨副中段。中段矿石和废石运输设备与方案一相同。粉矿利用电梯井回收。在矿区东侧设Φ5 m回风井,井口标高 +110 m,井底标高-160 m,构成由混合井和已有金狮矿斜井进风、回风井回风的对角抽出式通风系统。

方案一与方案二进行比较,方案一具有主、副井分开布置,提升能力较大,使用性好;副井进风质量好、通风条件好;管理方便、提升干扰少、生产安全可靠性好等优点。但基建工程量、投资比方案二多,工业场地占地范围略大;方案二虽然基建工程量、投资比方案一少,便于集中管理,但每年的运营成本比方案一多,矿石和废石提升有一定干扰,管理相对复杂,通风条件差。综合考虑矿山生产管理及矿山的持续发展等各方面因素,推荐采用方案一,即主副井开拓方案。

4 矿山生产能力

确定坑内矿山生产规模主要从合理服务年限、矿块布置以及开采下降速度等方面进行论证。考虑铜山口铜矿目前现状以及维持矿山总规模的稳定发展,经综合分析,确定地采前期生产规模为 3500 t/a,生产后期 (露天开采结束后)其生产规模达到4000 t/a。

按照美国《采矿工程手册》推荐的确定矿山最优生产能力的经验公式计算:

T=4.88×(T1×b)0.75/330×b=5388 t/d (1)

式中:T——矿山最优生产能力,t/a;

T1——设计利用储量,本次设计 T1=26880000 t;

b——短吨和公吨的换算系数,b=1.10231。

式 (1)的计算结果表明,若仅从矿山可利用储量的角度考虑,与本矿相应的生产能力约为 5300 t/d,相应的服务年限约为 15 a。

按中段可布矿块数 (见表1)验证,+2,-58,-100和 -160 m单中段生产能力基本上可以达到3500 t/d,-160 m以下需 2个以上中段同时生产才可以达到 3500 t/d。

表1 各中段可布矿块数及生产能力

5 结束语

铜山口铜矿在目前深部和露天境界外保有资源较丰富的情况下,用露天井下联合开采方案,最大限度地合理开发利用矿产资源。针对矿体开采技术条件,本次设计主要采用分段空场嗣后充填采矿法,选择主副井开拓方案,并对该矿区生产规模、服务年限进行了初步探讨,为矿山深边部开采提供了技术依据。该方案将在下一步的设计和建设实践中作进一步的研究和论证。

[1]黄铁平,韩仕权,谢世强.云浮硫铁矿尖山区段开发利用方案初探[J].采矿技术,2010,10(2):9-10,16.

[2]杨光毅,等.铜山口矿露天采选工程可行性研究[R].长沙:长沙有色冶金设计研究院,2007.

[3]李 钧,等.铜山口矿储量结算报告[R].大冶:湖北大冶鄂东南地质大队,2006.

[4]吴德权,郭忠林,孙国详.分段空场嗣后块石胶结充填采矿法在老厂锡矿的应用[J].采矿技术,2009,9(2):1-2,7.

[5]于润沧,等.采矿工程师手册 [M].北京:冶金工业出版社,2009.

[6]周冬冬,高 谦,余伟健,等.司家营铁矿阶段充填法开采流固耦合数值模拟[J].矿业研究与开发,2010,30(2):19-22.

2010-10-14)

;余建国 (1976-),男,湖北黄石人,助理工程师,主要从事矿山采矿工程技术及管理工作,Email:yujianguo-888@163.com。