缓倾斜薄矿体采矿方法与工艺优化研究

第３２卷第１期　２０１６年２月　

湖南有色金属　

ＨＵＮＡＮ　ＮＯＮＦＥＲＲ０ＵＳ　ＭＥＴＡＬＳ　５　

缓倾斜薄矿体采矿方法与工艺优化研究　唐湘华　（锡矿山闪星锑业有限责任公司，湖南冷水江４１７５００）　摘要：锡矿山闪星锑业有限责任公司南矿采用杆柱砂浆充填法开采缓倾斜薄矿体，为提高杆柱砂　浆充填法充填料浆浓度，防止采场充填水泛滥，满足浅部中段残矿和保安矿柱回采的需要，改进了　采准方式，并优化研究了充填工艺。优化后的充填工艺采用水泥、粉煤灰、分级尾矿、水制成尾矿似　膏体，使用柱塞泵高浓度输送至采场充填。满足了采矿安全生产需要，具有明显的经济效益和环境　效益。　关键词：杆柱；砂浆；似膏体；充填；采准　中图分类号：ＴＤ８５３．２１　１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—５５４０（２０１６）０１—０００５—０３　

杆柱房柱采矿法应用于开采缓倾斜薄矿体，取　消矿石护顶层，使开采回采率有了很大程度的提高。　不过该采矿法必须保留大量房间矿柱，这不仅损失　了大量矿石，而且大量的采空区未及时处理会造成　灾难性的地压活动。因此，除边角矿体或低品位矿　体外，一般均尽量采用能降低矿石损失贫化率的杆　柱砂浆充填采矿法。　杆柱砂浆充填法的优点是矿石损失贫化率低，　开采回采率高，其缺点是掘采比大，充填工艺复杂，　需要改进与优化，以降低掘采比，提高砂浆输送的质　量浓度和采场充填体强度，保证采场充填体充分接　顶，杜绝采空区充填时溢流水泛滥而污染井下环境，　为安全开采创造条件，以提高矿山经济效益和可持　续发展水平。　１矿山地质概况　锡矿山闪星锑业有限责任公司锑矿田位于新华　夏构造体系雪峰山隆起带的东南侧，处于沉降和隆　起分异构造运动较激烈的地带，褶皱和断裂十分发　育，构造线由南而北呈北北东偏转北就，略呈一弧形　构造。区域内出露地层有前泥盆系浅变质岩系和泥　盆系至三迭系石灰岩、砂岩和页岩。前泥盆系浅变　作者简介：唐湘华（１９７２一），男，工程师，主要从事采矿技术与管理　工作。　质岩系分布在隆起区，厚度达７　３００　ｍ以上，泥盆系　至三迭系石灰岩、砂岩和页岩分布在沉降区，厚度超　过７　０００　ｍ。　锡矿山锑矿田矿床产于入字型断裂下盘几个次　

一级两端倾没的短轴背斜中，它包括飞水岩矿床、童　家院矿床、老矿山矿床和物华矿床四个矿床，这四大　矿床，以飞水岩矿床最大，童家院矿床次之，物华矿　床最小。锡矿山闪星锑业有限责任公司南矿主要开　采飞水岩矿床。飞水岩矿床主要矿体均赋存在石灰　岩的硅化灰岩中。矿体具有多层性，其形态、产状和　规模也有差异。主要薄矿体均赋存于厚１　１０　ｍ钙质　页岩直接底板之下，呈缓倾斜似层状产出，沿走向长　３０—６００　ｍ，延深６０～１　８００　ｍ。矿体厚度变化稳定，　

一般为２～３　ｍ，局部地段达４—５　ｍ，倾角一般为１０。　～２０。。矿石坚硬稳固，ｆ＝１０—１８。顶板为页岩，起　伏变化不大，较规则，节理较发育，稳固性较差，ｆ＝３　

～５。矿体底板为硅化灰岩或灰岩，不规则，起伏变　化较大，稳固　厂＝１０～１８。　

２现有采矿方法与工艺及其存在的问题　２．１　现有采矿方法与工艺　飞水岩矿床第一号矿层为薄矿体，矿体顶板为　厚层页岩，属不稳固类型，特别是由于成矿运动影　响，接近矿体１～２　Ｉｎ的围岩节理较发育，极不稳固。　６　湖南有色金属　第３２卷　为了保证采场顶板安全，薄矿体一般采用杆柱砂浆　充填法开采。　矿体沿走向划分为盘区，其长度为８０—１００　ｍ，　

一个盘区内又划分矿壁和矿房，矿壁和矿房斜长６０　

－７０　ｍ。采准切割巷道包括：脉外运输平巷、放矿溜　井、切割平巷、采准天井（上山）、回风巷、电耙硐室。　回采工作是在拉开的切割平巷的基础上，以采　准天井（上山）为自由面，用浅孔落矿的方法进行回　采。凿岩采用ＹＧ一４０型钻机，逆矿体倾向沿工作面　全宽布置平行炮眼，孔径约４２　ｍｍ，孔深２．２—　２．４　ｍ，最小抵抗线为０．６～０．７　ｍ，间距０．８—　１．２　ｍ。每班崩矿４０　ｔ左右。爆破采用２　岩石乳化炸　药，非电导爆管雷管起爆。　由于直接顶板为不稳固的页岩，采用杆柱维护　顶板。杆柱安装的参数为：长１．８～２．０　ｍ，网度１×　０．８　ｉｎ　，每套杆柱实际担负的面积为０．７７　ｍ２。　矿壁和矿房回采结束之后，分别采用水泥砂浆　充填料和分级尾矿进行充填处理采空区。　２．２现有采矿方法存在的问题　杆柱砂浆充填法矿块沿走向划分为矿壁和矿　房，矿壁与矿房宽度均为６　１１３，每个采场布置溜矿漏　斗与电耙硐室，采准切割工作量大，其掘采比高达　４６　ｍ／ｋｔ。　砂浆胶结充填系统由水泥浆输送系统、尾矿分　级系统、搅拌制浆系统组成，由于充填浆料采用自流　输送，存在充填质量浓度过低（３Ｏ％左右）、水泥消耗　过大（２００　ｋｇ／ｍ　）、采场充填脱水量大、充填质量低、　污染井下环境等缺陷。同时，砂浆设计输送浓度（重　量浓度）约为６０％，系统自流倍线为５．７—６．１，流速　０．９８～１．０５　ｍ／ｓ，水泥与尾矿重量比为ｌ：８，砂浆需　耗水泥量１９４～２１０　ｋｇ／ｍ。，充填体强度Ｒ　８＝１．６７～　２．０９　ＭＰａ。实际砂浆输送浓度（重量浓度）约为　３０％，充填体强度Ｒ２８＝１．００～１．５０　ＭＰａ，达不到设　计要求。　３　采矿方法及其工艺的优化　３．１　采场结构参数的优化　合理的采场结构参数是地下矿山安全、高效生　产的前提，也是采矿设计中必须面对的问题。杆柱　砂浆充填法采场结构参数一是采场跨度，二是采准　切割巷道布置。减少采场跨度，有利于提高作业安　全性，但掘采比相应增大；反之，采场跨度增大，可降　低掘采比和采矿成本，但安全性相应降低。因此，必　须综合考虑经济、安全因素，确定合理的采场跨度。　通过长期的生产实践和采场顶板沉降观测分析，该　开采技术条件下的采场跨度是合适的。优化采场结　构参数只能从采准切割巷道布置上着手。　杆柱砂浆充填采矿法的矿块垂直矿体走向布　置，每个矿块划分为矿壁和矿房，宽度均为６　ｍ，改变　原矿壁和矿房中轴各布置一个漏斗和采准天井的采　准方式，在矿壁右侧和矿房左侧设计采准天井，两个　采场共用一个漏斗，两个采场可节省一个漏斗和电　耙硐室，可大大降低掘采比。同时，先掘矿壁采准天　井，矿壁回采充填后再掘矿房采准天井，可防止因矿　房中采准天井掘偏，致使矿壁充填跑浆的弊端。其　采准布置如图１所示。　

图１　杆柱砂浆充填采矿法示意图　１一采准天井；２一溜矿井；３一回风巷；４一电耙硐室；５一运输平　巷；６一切割平巷；７一矿壁；８一矿房　

３．２采场充填工艺的优化　改进后的充填系统是把分级尾矿制成尾矿似膏　体，采用柱塞泵用管道泵送至采场，砂浆和尾矿输送　共用一套系统。　３．２．１充填工艺流程　尾矿似膏体充填工艺是把全尾矿进行脱泥分　级，通过管道自流到卧式砂仓，滤水后进入稳料仓，　再通过稳料仓底部的振动放料机和皮带秤的计量后　通过皮带运输机输送至搅拌桶。　第１期　唐湘华：缓倾斜薄矿体采矿方法与工艺优化研究　７　各种充填物料在搅拌桶内强力搅拌形成合乎质　量浓度要求的分级尾矿似膏体料浆，然后通过高压　泵加压后经管道输送至待充采场。　３．２．２充填材料及其配比　１．骨料。用于制备尾矿似膏体的骨料采用以浮　选全尾矿经一道分级后的沉砂，其沉砂料级组成为：　粒级＋０．３　ｍｍ的沉砂占２３．３５％，粒级０．３～　０．１５　ｍｍ的沉砂占２２．２５％，粒级０．１５～０．０２　ｍｍ的　沉砂占５４．４％。　２．胶凝材料。胶凝材料采用该公司水泥厂生产　的矿渣硅酸盐水泥，标号为３２．５级。　３．改性材料。采用附近发电厂从烟道中回收的　粉状粉煤灰。　４．水。采用普通自来水。　５．充填配比。矿壁充填配比：水泥：粉煤灰：尾　矿：１：２：８（质量比），质量浓度７４％～７６％，充填体　强度１．５　ＭＰａ；矿房充填配比：水泥：粉煤灰：尾矿＝１　：４：１５（质量比），质量浓度７４％～７６％，充填体强度　０．５～１．０　ＭＰａ。或分级尾矿非胶结充填。　３．２．３充填作业　充填作业前，首先用混凝土做采场下部密闭，并　用混凝土砌筑上分层预留漏斗和通道。充填准备工　作完成后即可充填，在采场用电耙扒运，直至充满采　

场为止。　４结论　１．采用柱塞泵实现充填浆体高浓度输送，充填　质量浓度从３０％提高到７６％，减少了采场的脱水　量，减轻了井下环境污染程度，增大了充填料浆的有　效利用率，提高了实际充填能力，明显改善充填体的　物理力学性质，提高了充填体强度，达到了有效控制　地压，提高充填作业效果的目的。　２．在矿壁右侧和矿房左侧设计采准天井，共用　

一个漏斗，可降低掘采比，防止因矿房中采准天井掘　偏，致使矿壁充填跑浆的弊端。　

参考文献：　［１］王洋，易志清，祝禄发．尾矿似膏体胶结充填采矿法的研究与　应用［Ｊ］．湖南有色金属，２０１３，２９（１）：７—９．　［２］祝禄发．矿石损失贫化的综合治理［Ｊ］．湖南有色金属，１９９３，　９（３）：１２９—１３２．　［３］　曾永志，潘谨，祝禄发．块石胶结充填采矿法的研究与应用　［Ｊ］．采矿技术，２０１２，１２（６）：３—４．　［４］　周爱民．有色矿山采矿技术新进展［Ｊ］．采矿技术，２００６，６　（３）：Ｉ一７，４　８＿　收稿日期：２０１５—０９—２５　

Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｔｈｉｎ　Ｏｒｅｂｏｄｙ　ｏｆ　Ｓｌｏｗｌｙ　Ｉｎｃｌｉｎｅｄ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　

ＴＡＮＧ　Ｘｉａｎｇ—ｈｕａ　（Ｈｓｉｋｗａｎｇｓｈａｎ　Ｔｗｉｎｋｌｉｎｇ　Ｓｔａｒ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｅｎｇｓｈｕｉｊｉａｎｇ　４１７５００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｏｏｔｂｏｌｔ　ｍｏｒｔａｒ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｍｉｎｉｎｇ　ｔｈｉｎ　ｏｒｅｂｏｄｙ　ｏｆ　ｓｌｏｗｌｙ　ｉｎｃｌｉｎｅｄ　ｉｎ　Ｈｓｉｋｗａｎｇ　Ｓｈａｎ　ｓｏｕｔｈ　ａｎｔｉｍｏｎｙ　ｏｒｅ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｓｌｕｒｒｙ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｔｏ　ｐｒｅｖｅｎｔ　ｔｈｅ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｆｌｏｏｄｉｎｇ，ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｏｒｅ　ｉｎ　ｓｈａｌｌｏｗ　ａｎｄ　ｓａｆｅｔｙ　ｐｉｌｌａｒ　ｓｔｏｐｉｎｇ，ｉｔ　ｉｍｐｒｏｖｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｅｐａｒａｔｏｒｙ　ｗｏｒｋ　ｗａｙ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｆｉｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗｉｔｈ　ｃｅｍｅｎｔ，ｆｌｙ　ａｓｈ，ｇｒａｄｅ　ｔａｉｌｉｎｇｓ，ｗａｔｅｒ　ｍａｄｅ　ｆｒｏｍ　ｔａｉｌｉｎｇ　ｐａｓｔｅ．Ｕｓｉｎｇ　ｐｌｕｎｇｅｒ　ｐｕｍｐ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｉ　ｇｈ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｓｔｏｐｅ　ｆｉｌｌｉｎｇ，ｉｔ　ｍｅｅｔｓ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｍｉｎｉｎｇ　ｓａｆｅｔｙ　ｉｎ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｈａｓ　ｏｂｖｉｏｕｓ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｏｏｉｂｏｌｔ；ｍｏｒｔａｒ；ｔａｉｌｉｎｇ　ｐａｓｔｅ；ｆｉｌｌｉｎｇ；ｐｒｅｐａｒａｔｏｒｙ　ｗｏｒｋ