奴拉賽銅礦充填采礦法工藝研究論文

時間：2021-04-13 09:45:30 論文我要投稿

奴拉賽銅礦充填采礦法工藝研究論文

　　1研究的目的和意義

奴拉賽銅礦充填采礦法工藝研究論文

　　當前，我國的資源開發建設面臨著發展和保護的兩大難題，如何通過節約資源和減少對環境負面影響，保護和改善生態環境，實現社會經濟可持續發展，是我國經濟面臨的緊迫而艱巨的任務。我國提出了建設資源節約型、環境友好型社會的奮斗目標，堅持節約型資源和保護環境已是我們的基本國策。在我國環境保護意識日益加強、對環境治理日益嚴格的生產環境下，使得傳統粗放型的礦業開發與我國資源日益短缺的矛盾更加突出。而大力發展循環經濟，加大對“三廢”的綜合利用，提高資源利用率，是解決礦山資源與環境對經濟發展的必有道理。在奴拉賽銅礦地下開采過程中，一方面隨著開采空區的增加和開采深度的加大，礦石及圍巖節理、破碎加劇，上下盤圍巖呈現極不穩固狀態，對礦體開采造成很大困難和開采安全隱患;另一方面，經過多年生產，目前礦山選廠尾礦庫庫容已接近庫滿，受地形限制和環保要求，該尾礦庫已列為“頭頂庫”，成為要求必須進行治理的對象，而另外就地新建或擴建尾礦庫已不可能。因此，如何處理選礦尾砂排放，就成為礦山又一當務之急的重要問題。通過分析該礦山采、選生產中存在的兩難問題，提出對奴拉賽銅礦充填采礦工藝進行研究，探討和分析充填生產中可能出現的問題，提出對策，并就充填質量進行了分析評價。指出完善質量管理體制、控制充填工藝是保證充填體穩定性的關鍵。綜合利用“三廢”難度大、牽涉面廣，既關系到企業的生存與發展，又影響到環境與安全，是社會關注的熱點問題，研究并解決好綜合利用與開采安全和環境保護的相互關系意義重大。

　　2研究的背景

　　2.1礦山基本情況

　　新疆尼勒克縣奴拉賽古銅礦古時地表就有零星開采，該遺址位于現采空區的北西端。在近年來的開采活動中，所有開采活動均在古采坑以下安全隔離保護礦柱厚度以下進行的，均未對古采坑進行改造和破壞，保持了古采坑遺址的原貌。奴拉賽銅礦為小型銅礦。目前礦山采用平硐-盲豎井聯合開拓，地下開采。主要開拓生產中段有3個平硐中段，3個盲豎井為進風井。盲豎井產出的礦、廢石至1250m主運輸中段平硐，再由1250m平硐中段（7號平硐）直接運出地表。礦山采用淺孔留礦采礦法。目前I~1和I~2號礦體1200m中段以上為采空區，I~3號礦體為一個隱伏的小礦體，位于11號勘探線附近由1250m中段控制，現已基本開采完。

　　2.2工程地質條件

　　2.2.1構造帶工程地質特征

　　礦區地質容礦、控礦構造為礦區發育的兩條北西向延伸的斷裂，兩斷裂區內可見長均大于1200m，總體走向315°~340°，傾向南西，傾角72°~85°。斷層一般寬3~20cm，斷層內充填有構造角礫巖、巖石硅化、碳酸鹽化。成礦部位在斷層上下盤巖石形成破碎帶。目前已發現的銅礦體均賦存于斷裂構造破碎帶內。2.2.2礦區工程地質巖組特征礦區內巖土體工程地質特征，可分為風積松散巖組、堅硬的侵入巖、半堅硬的構造蝕變巖和沉積巖組三類。⑴洪積松散巖組∶土體主要為黃土，松散賦存于地表。⑵半堅硬沉積巖石組∶巖性為砂巖、砂礫巖、構造蝕變巖等，硬度5~6左右，含水性差；⑶堅硬的侵入巖及塊狀動力變質巖組：巖性為花崗斑巖，硅化構造角礫巖等，硬度7~8左右，巖石堅硬、含水性差。

　　2.2.3礦床工程地質評價

　　2.2.3.1巖組工程地質評價

　　散體巖組∶砂礫巖、花崗斑巖在地表因遭地表風化等破壞，巖層（體）完整性破壞較大，巖石質量低劣，穩定性差。此種風化巖石分布于地表或近地表部位，且厚度不大，開采時可以剝離。塊體巖組∶砂礫巖層和花崗巖巖體整體強度中-較好，完整性好，空間形態穩定，厚度大，屬較穩定性巖石，但在開采時可能會造成局部垮塌。

　　2.2.3.2礦體及其頂底板巖石的穩固性

　　⑴礦體的穩固性礦體傾角72°~85°，礦石為致密塊狀，節理、裂隙不發育，屬堅硬~半堅硬巖石，礦體大部分穩固性一般，在以往的探采巷道施工過程中有發生冒頂、塌方現象，要求在造成局部垮塌部位做穩定支護工作。⑵礦體頂底板巖石的穩固性礦體頂底板圍巖有砂礫巖、砂巖或花崗斑巖等。花崗斑巖巖石致密；砂礫巖、砂巖層理與礦體傾向一致，穩定性一般，礦體頂底板巖石較為堅硬，牢固性一般，采場底板和頂板有產生崩落或塌陷的可能性。

　　3采礦充填工藝及相關參數

　　3.1充填系統

　　充填骨料為戈壁集料和分級尾砂，戈壁集料是用自卸卡車運至制備站，鏟運機倒運到臥式戈壁料倉，經斜面振動格篩由皮帶機運送至臥式攪拌機中進行攪拌；分級尾砂則由尾砂料倉，通過料倉底部造漿放砂管，送至攪拌機中；水泥由水泥料倉經葉輪給料機下放至灰漿制備桶中，水經高位水倉流入灰漿制備桶中，經過攪拌制備，自溜入攪拌機中，與戈壁集料攪拌，制成流動性較好的`混凝土充填料，經充填鉆孔下放到井下充填輸送站，再由混凝土輸送泵，由充填輸送管沿巷道輸送至充填采場，充填能力15~20m3/h。戈壁集料由皮帶稱計量，由下料口的電磁振動給料機控制給料，水泥由沖板流量計計量，葉輪給料機控制給料，水由高位水倉恒位液面控制給水，所有計量由儀控室進行監控及配比調控。

　　3.2充填骨料及充填料漿參數

　　充填戈壁骨料來自附近戈壁集料場區，其粒度組成平均為10.93mm,見表1。混凝土戈壁尾砂充填配比見表2。在礦體與充填體共同變形中，由于充填體彈性模量較小，礦體受力向充填體擠壓變形，充填體則呈高壓狀態，同時給礦體一個支撐應力，使其變形過大而發生破壞，支承力的大小取決于充填體的強度。對兩者采礦方法的評價∶礦山目前所采用的淺孔留礦采礦法，能較好地適應該礦山淺部開采的需要，但為了解決深部礦體穩定性的要求及尾砂的綜合利用。若采用的下向進路膠結充填采礦法，采用混凝土人工假頂下作業，可以有效的避免采用淺孔留礦法回采時，回采人員在礦體頂板下作業時所面臨的危險性，同時尾砂充填的應用，可以有效的解決尾砂堆放的問題，有利于環境保護和廢物利用，綜合經濟效果較好，同時對地表古跡也進行了有效保護。所以，采用下向進路膠結充填采礦法，可以有效的解決礦山面臨的實際問題。使用下向進路膠結充填采礦法開采，其主要工序包括落礦、出礦、平底、鋪設假底、架設擋墻、分層充填等。盤區分層巷道垂直礦體走向布置，回采進路沿走向布置，礦塊長50m，寬為礦體厚度，采場端部預留穿脈充填道。回采進路長25m，轉層后進路斷面為3m×3m的正方型，擋墻為木板擋墻和礦渣砌塊，100mm充填管充填。正常情況下盤區內只有1~2條進路回采，進路回采結束后，應立即準備充填。采用的下向進路膠結充填采礦法，對開采礦、巖節理發育、破碎，上下盤圍巖不穩固的采場來說是安全有效的。它的最大特點是用膠結充填體做人工假頂，并在人工假頂下采礦。生產中保證充填體暴露部分頂板的穩定性，是決定作業安全、回采參數和開采經濟指標的主要因素。因此充填質量的好壞，直接影響人工充填體頂板的穩固性。

　　4充填體穩定性分析

　　4.1充填體強度特性及其在人工假頂中的作用

　　大量的試驗研究結果表明∶采空區的充填體具有較小的承載能力，充填體的主要作用在于預防兩幫碎裂巖體的位移和提高其穩定性，防止地壓的集中。充填體是人工假頂的主要結構材料，其力學性能主要取決于充填材料質量、濃度及配合比，如骨料配比、水灰比等，同時與充填工藝、充填體結構特征、分布狀態有直接關系。圖1進路充填鋪底準備工作示意圖1.鋪底鋼筋焊網；2.吊筋；3.錨桿；4.木板（空心磚）擋墻；5.充填管.金川有色金屬公司是采用下向進路膠結充填采礦法的典型礦山。由于礦巖破碎、地壓大，經常發生采場冒落塌方，巷道變形破壞，所以要求充填體有較高的強度質量保證。充填骨料選用3mm的棒磨砂加粉煤灰和42.5水泥，按灰砂比1∶4（承載層）、1∶8（進路上部）的配比攪拌均勻，經過鉆孔、充填管輸送到進路采場內。料漿重量濃度為76%～78%，水泥單位用量200～320kg/m3，充填體單軸抗壓強度R28=3～5MPa。該礦三十年的生產實踐證明，充填體能較好的承載地壓層破壞，確保回采作業面的安全，并使二礦區生產能力達240萬噸/年以上。若該礦采用的分級尾砂和部分戈壁集料為充填骨料，42.5水泥為膠結劑，管道自流充填。對回采進路底部1.0m厚的充填體，灰砂比1∶4，充填體承載層單軸抗壓強度要求R28=4～5MPa，而回采進路上部充填體，灰砂比1∶8，充填體單軸抗壓強度R28=2MPa，充填料漿濃度為70%～75%。從國內下向進路膠結充填采礦法的研究和生產實踐表明，我礦充填工藝參數的選擇，是比較符合該礦實際情況，能夠保證礦山生產需要。

　　4.2充填體暴露面積和進路斷面形狀

　　該礦進路斷面形狀為正方形，進路斷面3m×3m。進路采場頂板受力條件不好。據巖石力學研究表明，在三向受壓狀態下，正方形進路應力集中系數是六角形進路的4.3倍，地應力容易集中拱角及拱頂，造成拱頂塌落，層狀脫層。而六角形進路周邊受壓，易形成一個承載環，可充分利用進路間柱自身承載能力，改善頂板受力狀況。這是因為間柱形狀為正梯形，寬度遠大于高度，當頂板作用力作用間柱時，會使間柱產生向內約束力，使間柱承載能力提高。針對該礦進路斷面形狀，極有必要對該礦進路斷面形狀加以改進，可試驗六角形進路回采。

　　5提高膠結充填體穩定性的工藝措施

　　膠結充填體的穩定性取決于對充填攪拌制備的管理，主要是保證充填生產正常運行和對充填制備料漿質量的控制。要依據充填指令和質量要求對充填材料質量、物料配比、漿體制備及各類設備進行調控、計量、聯絡、檢驗等全面控制，按照采場準備、設備檢查與檢修、料漿制備、順序充填等充填作業程序進行充填作業，確保料漿質量滿足井下回采作業的安全要求。提高膠結充填體穩定性是決定下向進路膠結充填采礦法成敗的關鍵工藝環節，需要在相關的工藝環節上采取措施，以提高充填混凝土整體性質量，而獲得保證。

　　6結束語

　　膠結充填體的穩定性對下向進路膠結采礦法的使用至關重要。而影響這方面的因素很多，如充填計量儀控設備的準確性、充填骨料選擇及配比等，都需要我們結合現場實際，探討合理的工藝改進措施，為提高采場作業安全條件，尋求一條經濟、可行、高效的采礦生產之路。新疆尼勒克縣奴拉賽銅礦充填采礦法的研究表明，充填技術是充填采礦法的核心，保證充填質量、搞好尾砂等“三廢”的綜合利用，不僅能有效地解決采礦生產中的難題，而且可以有效的保護礦山環境，提高資源利用率，真正達到綠色采礦的目的。

　　參考文獻

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