大红山铜矿废石充填工艺的实践吴东旭,刘 让,舒为民(玉溪矿业有限公司技术中心, 云南玉溪市 653100)摘 要:大红山铜矿通过优化设计,充分利用废石进行采空区充填,成功地解决了尾砂充填料不足与采充严重不平衡的问题,有效地保证了矿山持续生产。
关键词:废石;充填材料;采充平衡;充填工艺0 前言大红山铜矿属海底火山喷发沉积变质中厚缓倾斜高温矿床,由7层矿体组成,I3、I2、I13层铜矿体,I a、I b、I c、I o4层铁矿体。
地质储量铜金属792301t,品位0.81%。
矿体走向E W—N60°W。
走向长1800 m,倾向S3°W,倾斜宽1200m。
倾角25°～5°;埋深191～705m。
矿体平均厚度11.61m,矿岩坚固系数f=10～14。
大红山铜矿建设总规模为日采选铜矿石4800 t,分两期建设;一期工程建设规模为日采选矿石2400t,于1997年7月1日建成投产。
二期工程于2000年元月开工建设,建设规模为日采选矿石2400 t,于2003年6月建成投产。
为了提高投产初期开采的经济效益,一期先采550～620m富矿,采矿方法为底盘漏斗嗣后充填法占85%,房柱法和全面留矿法占15%。
二期为贫富兼采,主要回采标高为400～550m,采矿方法为小中段空场嗣后充填法和房柱法,采用瑞典进口的Boomer281、Si m bar H1354台车凿岩、芬兰进口的T OY O-400E、T OY O-007铲运机出矿,设计充填材料为分级尾砂。
大红山铜矿井下充填料主要为分级尾砂,分级界限为+0.018mm,由于铜矿床中有铁金属伴生,铁作为附产品需进行回收,尾砂产率不高,井下充填料源不足,分级尾砂充填料的缺口为13万m3/a。
1 充填系统一期充填系统包括:地表充填站、水力输送管路、水处理系统、排污系统。
地表充填站设有两个矩形砂仓,两个圆形卧式砂仓和两个Φ7m立式砂仓。
二期充填系统在一期充填系统基础上增加了废石充填斜井,并在地表充填站增设两个Φ9m的立式砂仓。
充填系统工艺流程为:选矿厂全尾砂浆由水隔离泵直接输送到充填制备立式砂仓,经立式砂仓自然分级沉淀,沉砂经立式砂仓造桨自流输送到井下采空区进行充填;立式仓溢流水进入圆形卧式砂仓,溢流水浓度在14%左右,圆形卧式砂仓上部分进入污水处理系统进行二次登清,弥补充填生产上用水不足。
卧式砂仓的泥沙直接排入圆形卧式砂仓或直接排往尾砂库。
水处理系统的细粒泥尾砂由排污溢流系统直接排往尾砂库。
采场充填密闭墙采用C25钢筋混凝土浇灌,密闭墙周边施工锚杆相连。
采场脱水主要靠滤水管溢渗水,中深孔溢水、裂隙渗水等多种综合脱水。
1.1 充填材料与充填参数大红山矿充填料源为自然分级尾砂。
来自选矿厂的全尾砂输送到充填制备站经自然分级沉淀后的分级尾砂作为井下充填料。
分级尾砂充填系统技术参数为:分级尾矿密度:RT=2.95t/m3;充填浓度:Cv=55%～78.8%,C v均=68%;砂浆输送工作流速:Vi=1.98～2.36m/s;充填料浆流量:Q=126～160m3/h;采场充填能力:60～90m3/h。
大红山铜矿自然分级尾砂粒级组成见表1。
表1 大红山铜矿自然分级尾砂粒级组成粒级产率累计产率粒级产率累计产率98u10.3810.3818u19.3986.9174u8.8419.2210u 4.8591.7637u48.3167.52-9u8.241001.2 历年采充情况及充填系统存在的主要问题大红山铜矿历年采充情况见表2。
I SS N1671-2900 CN43-1347/T D 采矿技术 第6卷 第3期M ining Technol ogy,Vol.6,No.3 2006年9月Sep.2006表2 大红山铜矿历年采充情况年份年末充填欠帐(m 3)年充填量(m 3)年空区量(m 3)19991407716368020445120002026761070923097682001301050160921461971200247281321400568681820033318332840386158712004387516334356722623 大红山矿充填系统存在的主要问题为:(1)一期废石系统建设滞后,在充填料不足的情况下,充填欠帐越来越严重,采充矛盾十分突出;(2)自然分级尾砂分级效果不理想。
大红山矿目前充填尾砂-18μm 占13.09%,溢流砂中+18μm 尾砂达30.7%,造成可充尾砂流失严重,可供充填的合格分级尾砂产率大大下降,充填料源短缺;(3)充填制备站充填工艺系统的一、二期工程设计是按4800t/d 生产能力所产出尾矿量配置,随着矿山逐年产量的增长,制备站在原有设备的基础上,虽通过增加了一根DN150管道的技改项目,基本满足矿山日处理矿量在5000t/d 所产出尾矿处理分级尾砂量的需要,但不能满足矿山日处理矿量在7000t/d 所产出尾矿处理分级尾砂量的需要;(4)中段废石充填运输系统能力不畅,600m 水平废石充填斜井提升达不到设计生产能力。
2 充填工艺综合研究2.1 多层矿体开采地压控制大红山矿为多层矿体开采,上层I 3矿体已从535m 中段开采到600m 中段,下层I 2矿体也开始回采。
I 3矿体所形成的空区大多已充填结束,I 2矿体开采是否需要充填,进行了全面分析研究并通过三维有限元模拟计算。
从模拟分析采区整体及夹层塑性区分布来看,上、下两层矿体均充填方案明显优于只充上层矿体方案,且对夹层的影响较小,若只充上层矿体方案夹层上有较多塑性区连片的现象,容易造成夹层不稳定,因此要求对下两层矿体采空区都进行充填。
I 2矿体开采时,各中段矿柱受力情况计算结果见表3。
2.2 回采顺序和充填工序的有效结合结合矿山采矿工艺特点,一期在600m 以上中段采用I 3、I 2矿体共用中段运输巷走向上实行连续回采工艺;竖向方向上I 3、I 2矿体同时考虑回采,两层矿体先采上层矿体,上层矿体出矿结束后再回采下层矿体,下层矿体出矿结束后两层矿体同时充填的开拓布置回采工艺。
两层矿体原则上先采上层矿体,上层矿体出矿结束后再回采下层矿体,下层矿体出矿结束后两层矿体同时充填。
上层矿体采空区充满系数可以降低,一般上层矿体充满系数达到50%即可满足生产的需要。
回采顺序为走向上由两翼向中间连续推进回采,由东向西(中部)回采时,区段盘区结束后,即可辙出该区段的巷道的运输设施;倾向上由南向北上行式回采。
表3 各中段间柱应力间柱名称I 2矿体空区充填σ1(MPa )垂直方向(MPa )I 2矿体空区空场σ1(MPa )垂直方向(MPa )550中段26盘区东矿柱-10.569-28.559-12.473-34.137550中段36盘区东矿柱-10.569-34.113-12.473-34.137550中段48盘区东矿柱-10.569-39.666-12.473-40.530550中段62盘区东矿柱-10.569-39.666-12.473-40.530575中段34盘区东矿柱-14.501-34.113-19.187-53.315575中段52盘区东矿柱-12.535-45.219-12.473-53.315600中段36盘区东矿柱-10.569-39.666-10.235-40.530600中段44盘区东矿柱-16.468-34.113-14.711-34.137600中段60盘区东矿柱-16.468-28.559-19.187-40.530根据生产实际情况,采取局部区段降低空区充满系数,缓解采充矛盾。
根据现有的生探资料,在确切撑握矿体赋存条件,在600m 水平B64线以西I 2矿体已尖灭,矿体厚度在4～8m ,属单层矿体开采的条件下,对600m 水平B64线以西I 3矿体实施回采后其采空区不进行充填作业,让其空区顶板自行垮落充填密闭采空区。
为保证顶板垮落期间不造成安全危害,其采空区采取如下措施。
(1)空区充满系数≥30%。
充填井布置在盘区N 端部,用废石充填满充填井,以保护中段或分段矿柱的稳定性。
采用这一措施解决了一期受充填制约而造成中段与中段之间先回采下一中段和上一中段的I 3矿体,两个中段的I 3矿体采充结束后再回采下一中段的I 2矿体。
同中段上实行两步骤回采即跳采,先采充I 3矿体再回采I 2矿体。
在回采过程中出现I 3、I 2矿体开拓系统的运输和充填回风工程互相交织、多中段难以同时作业、I 2矿体回采损失增加等问题。
(2)为解决废石充填在采空区只能形成半个圆锥体,空区废石量受到很大的限制,盘区废石充填量一般在8%～12%这一大难题,通过对地压变化规律的研究和充填机理的研究分析,根据充填回风平巷和空区顶板位置关系(一般高差不低于8m ),采391 吴东旭,等: 大红山铜矿废石充填工艺的实践切盘区在设计时中部优先布置一条充填井回风井,在盘区N端尾部布置两条充填回风井,形成三角形方式进行盘区废石充填。
在充填回风平巷和空区顶板位置为12m以上时,3条井可同时进行废石充填作业;在充填回风平巷和空区顶板位置为8～12m 以上时,先对布置在盘区N端尾部的两条充填回风井进行废石充填,然后再开始进行中间充填进路的废石充填作业工作,实行波浪式的充填推进作业方式。
为确保中间废石充填进路的安全,在空区顶板充填段进路采取了铁道整体固定悬掉的技术措施方案进行确保。
以提高盘区废石充填和达到保护中段或分段矿柱的目的,采用以上工艺盘区设计废石充填率可达35%以上,如575中段62盘区废石充填量为10996m3,占充填量的55.29%。
2.3 提高废石充填率根据充填回风井的布置情况,充填环节上采用充填尾砂和充填废石形成泥石流的方法进行空区充填。
盘区充填过程中废石、尾砂交替充填的措施,增加盘区废石充填量。
一、二期工程可充填的盘区,各条充填井首先充填废石,当废石充到离空区顶板2 m时,用尾砂把废石带入空区再进行废石充填,通过多次的循环交替充填以增加盘区废石充填量。
由于采用无轨设施备具有比较灵活,二期工程生产的废石直接充入采空区。
在现有的开采工艺上,从一分段的二分层施工一条充填措施道联通采空区,作为盘区废石充填的通道,位置为盘区中间矿柱或二分层的铲矿进路的延伸,通过该技术方案的实施,同分层的周边废石可充入充填空区,可使盘区废石充填率达15%～20%。
根据上下段矿体的回采时间关系,利用时间差,在下段矿体出矿的期间,优先在上段矿体施工一条措施道进入下段矿体的采空区,措施道按今后盘区设计中的铲矿进路进行设计,以达到共用的目的。
设计工程位置一般在下段矿体空区的采矿顶板标高及盘区的东中西部。
通过该技术方案的实施,可使盘区废石充填率达60%以上。
结合两种工艺的实施情况和一期充填的生产经验,根据二期生产盘区的条件,针对一些有条件充填盘区采取充填井布置呈三角形布置,同分段上分层布置充填废石措施道,上分段充填废石铲运措施道同时布置的技术方案,该技术方案实施时,第一步先在同分段上分层措施道进行废石充填,废石充填量可占空区充填量的10%～15%;第二步在上分段充填废石铲运措施道进行大量废石充填,废石充填量可占空区充填量的60%以上,完成上两步工艺废石充填量可占空区充填量的70%以上;第三步从充填回风顶沿进行大量废石充填,废石充填量可占空区充填量的20%～25%以上;完成以上三步废石充填工艺,其废石充填量可占空区充填量的90%以上。