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大红山铜矿废石充填工艺的实践

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ISSN 1671—2900 采矿技术第6卷第3期 2006年9月 CN 43—1347/TD Mining Technology,Vo1.6,No.3 Sep.2006 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 石充填斜井,并在地表充填站增设两个 9 m的立 式砂仓。 大红山铜矿属海底火山喷发沉积变质中厚缓倾 充填系统工艺流程为:选矿厂全尾砂浆由水隔 斜高温矿床,由7层矿体组成,I 、I:、I 3层铜矿体, 离泵直接输送到充填制备立式砂仓,经立式砂仓自 Ia、Ib、Ic、10 4层铁矿体。地质储量铜金属792301 t, 然分级沉淀,沉砂经立式砂仓造桨自流输送到井下 品位0.81%。矿体走向Ew—N60。w。走向长1800 采空区进行充填;立式仓溢流水进入圆形卧式砂仓, m,倾向S3。w,倾斜宽1200 m。倾角25。~5。;埋深 溢流水浓度在14%左右,圆形卧式砂仓上部分进入 191~705 m。矿体平均厚度11.61 I13,矿岩坚固系 污水处理系统进行二次登清,弥补充填生产上用水 数/=10~14。 不足。卧式砂仓的泥沙直接排人圆形卧式砂仓或直 大红山铜矿建设总规模为日采选铜矿石4800 接排往尾砂库。水处理系统的细粒泥尾砂由排污溢 t,分两期建设;一期工程建设规模为日采选矿石 流系统直接排往尾砂库。 2400 t,于1997年7月1日建成投产。二期工程于 采场充填密闭墙采用C25钢筋混凝土浇灌,密 2000年元月开工建设,建设规模为日采选矿石2400 闭墙周边施工锚杆相连。采场脱水主要靠滤水管溢 t,于2003年6月建成投产。 渗水,中深孔溢水、裂隙渗水等多种综合脱水。 为了提高投产初期开采的经济效益,一期先采 1.1充填材料与充填参数 550~620 m富矿,采矿方法为底盘漏斗嗣后充填法 大红山矿充填料源为自然分级尾砂。来自选矿 占85%,房柱法和全面留矿法占15%。二期为 厂的全尾砂输送到充填制备站经自然分级沉淀后的 兼采,主要回采标高为400~550 m,采矿方法为小 分级尾砂作为井下充填料。分级尾砂充填系统技术 中段空场嗣后充填法和房柱法,采用瑞典进口的 参数为: Boomer281、Simbar H1354台车凿岩、芬兰进口的 分级尾矿密度:尺 =2.95 t/m ; TOYO一400E、TOYO一007铲运机出矿,设计充填材 充填浓度:C =55%~78.8%,C幽=68%; 料为分级尾砂。 砂浆输送工作流速: =1.98~2.36 m/s; 大红山铜矿井下充填料主要为分级尾砂,分级 充填料浆流量:Q=126~160 m /h; 界限为+0.018 mm,由于铜矿床中有铁金属伴生, 采场充填能力:60~90 m /h。 铁作为附产品需进行回收,尾砂产率不高,井下充填 大红山铜矿自然分级尾砂粒级组成见表1。 料源不足,分级尾砂充填料的缺口为13万m /a。 表1大红山铜矿自然分级尾砂粒级组成 1 充填系统 粒级 产率累计产率 粒级 产率 累计产率 98u 10.38 1O.38 18u l9.39 86.91 期充填系统包括:地表充填站、水力输送管 74u 8.84 l9.22 l0u 4.85 91.76 一37u 48.3l 67.52 —9u 8.24 l00 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 7 m立式砂仓。 1.2历年采充情况及充填系统存在的主要问题 二期充填系统在一期充填系统基础上增加了废 大红山铜矿历年采充情况见表2。’ 维普资讯 http://www.cqvip.com

吴东旭,等: 大红山铜矿废石充填_T-艺的实践 表2大红山铜矿历年采充情况 193 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 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 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。 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 目前充填尾砂一18 Ixm占13.09%,溢流砂中+18 m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4800 t/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5000 t/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7000 t/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,600 m 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 矿体已从 535 m中段开采到600 m中段,下层I 矿体也开始 回采。I。矿体所形成的空区大多已充填结束,I 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 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600 m以上中 段采用I I: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 、I 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 表3各中段间柱应力 550中段26盘区东矿柱一10.569—28.559—12.473 34.137 550中段36盘区东矿柱一10.569—34.113—12.473 34.137 550中段48盘区东矿柱一10.569—39.666—12,473 —.40.530 550中段62盘区东矿柱一10.569—39.666—12.473 —40.530 575中段34盘区东矿柱一14.501—34.113—19.187 53.315 575中段52盘区东矿柱一12.535—45.219—12.473 53.315 600中段36盘区东矿柱一10,569—39.666—10.235 40.530 600中段44盘区东矿柱一16.468—34.113—14.711 34.137 600中段60盘区东矿柱一16.468—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600 ITI水平B64线以西I 矿体已尖灭,矿体厚度在4~8 ITI,属单层矿体开采 的条件下,对600 ITI水平B64线以西I 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I>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 矿体,两个中段的I 矿体采充结束后再回采下 一中段的I,矿体。同中段上实行两步骤回采即跳 采,先采充I 矿体再回采I 矿体。在回采过程中出 现I 、I 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 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,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8 ITI),采 维普资讯 http://www.cqvip.com

194 采矿技术 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12 m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8~12 m 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 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 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10996 1TI ,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 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。 上述废石充填工艺技术在二期工程的34~38 盘区、58~62盘区成功应用。 3 废石充填技术应用效果 (1)经过对运输系统的改造,使一期废石充填 率由现在的6%~13%提高至33%,二期废石充填 率为76%,矿山废石总充填率51.4%。2004年12 月开始一期废石已完全充入采空区,2005年1~5 月,已充填废石89260 m 。 (2)实现利用现有充填料满足矿山充填持续生 产的需要,采充不平衡的矛盾得到有效控制,充填欠 帐量开始下降。 (3)采空区充填及时,相邻盘区顶板矿柱稳固 性提高,生产作业的安全条件大幅改善;同时也为降 低贫化损失率创造了良好条件。 (4)采充顺序良性循环,跳采盘区大量减少,生 产衔接持续工程投入大幅减少,降低生产组织管理 的难度。 (5)废石尽量不出坑,矿山系统提升矿石时间 增多,提升能力得到充分,为大红山矿完成生产 任务奠定了坚实基础。 (6)废石大量排入井下采空区,工业固体废弃 物减少,矿山的环境生态得到根本性的好转和保护。 (收稿日期:2006—05—30) 作者简介:吴东旭(1962一),男,广东连县人,采矿高级工程 师,副总工程师,主要从事以矿山资源开采为主的设计,生产 管理及安全生产工作。 

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