奴拉賽銅礦充填採礦法工藝研究論文
奴拉賽銅礦充填採礦法工藝研究論文
1研究的目的和意義
當前，我國的資源開發建設面臨著發展和保護的兩大難題，如何透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鉅的任務。我國提出了建設資源節約型、環境友好型社會的奮鬥目標，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。而大力發展迴圈經濟，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採過程中，一方面隨著開採空區的增加和開採深度的加大，礦石及圍巖節理、破碎加劇，上下盤圍巖呈現極不穩固狀態，對礦體開採造成很大困難和開採安全隱患;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物件，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。透過分析該礦山採、選生產中存在的兩難問題，提出對奴拉賽銅礦充填採礦工藝進行研究，探討和分析充填生產中可能出現的問題，提出對策，並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，既關係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，研究並解決好綜合利用與開採安全和環境保護的相互關係意義重大。
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採，該遺址位於現採空區的北西端。在近年來的開採活動中，所有開採活動均在古採坑以下安全隔離保護礦柱厚度以下進行的，均未對古採坑進行改造和破壞，保持了古採坑遺址的原貌。奴拉賽銅礦為小型銅礦。目前礦山採用平硐-盲豎井聯合開拓，地下開採。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。礦山採用淺孔留礦採礦法。目前I~1和I~2號礦體1200m中段以上為採空區，I~3號礦體為一個隱伏的小礦體，位於11號勘探線附近由1250m中段控制，現已基本開採完。
2.2工程地質條件
2.2.1構造帶工程地質特徵
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於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岩、岩石矽化、碳酸鹽化。成礦部位在斷層上下盤岩石形成破碎帶。目前已發現的銅礦體均賦存於斷裂構造破碎帶內。2.2.2礦區工程地質巖組特徵礦區內岩土體工程地質特徵，可分為風積鬆散巖組、堅硬的侵入岩、半堅硬的構造蝕變巖和沉積岩組三類。⑴洪積鬆散巖組∶土體主要為黃土，鬆散賦存於地表。⑵半堅硬沉積岩石組∶巖性為砂岩、砂礫岩、構造蝕變巖等，硬度5~6左右，含水性差；⑶堅硬的侵入岩及塊狀動力變質岩組：巖性為花崗斑岩，矽化構造角礫岩等，硬度7~8左右，岩石堅硬、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∶砂礫岩、花崗斑岩在地表因遭地表風化等破壞，岩層（體）完整性破壞較大，岩石質量低劣，穩定性差。此種風化岩石分佈於地表或近地表部位，且厚度不大，開採時可以剝離。塊體巖組∶砂礫岩層和花崗岩巖體整體強度中-較好，完整性好，空間形態穩定，厚度大，屬較穩定性岩石，但在開採時可能會造成區域性垮塌。
2.2.3.2礦體及其頂底板岩石的穩固性
⑴礦體的穩固性礦體傾角72°~85°，礦石為緻密塊狀，節理、裂隙不發育，屬堅硬~半堅硬岩石，礦體大部分穩固性一般，在以往的探採巷道施工過程中有發生冒頂、塌方現象，要求在造成區域性垮塌部位做穩定支護工作。⑵礦體頂底板岩石的穩固性礦體頂底板圍巖有砂礫岩、砂岩或花崗斑岩等。花崗斑岩岩石緻密；砂礫岩、砂岩層理與礦體傾向一致，穩定性一般，礦體頂底板岩石較為堅硬，牢固性一般，採場底板和頂板有產生崩落或塌陷的可能性。
3採礦充填工藝及相關引數
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製備站，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，透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製備桶中，水經高位水倉流入灰漿製備桶中，經過攪拌製備，自溜入攪拌機中，與戈壁集料攪拌，製成流動性較好的`混凝土充填料，經充填鑽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採場，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，水泥由衝板流量計計量，葉輪給料機控制給料，水由高位水倉恆位液麵控制給水，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引數
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，由於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，支承力的大小取決於充填體的強度。對兩者採礦方法的評價∶礦山目前所採用的淺孔留礦採礦法，能較好地適應該礦山淺部開採的需要，但為了解決深部礦體穩定性的要求及尾砂的綜合利用。若採用的下向進路膠結充填採礦法，採用混凝土人工假頂下作業，可以有效的避免採用淺孔留礦法回採時，回採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，有利於環境保護和廢物利用，綜合經濟效果較好，同時對地表古蹟也進行了有效保護。所以，採用下向進路膠結充填採礦法，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採礦法開採，其主要工序包括落礦、出礦、平底、鋪設假底、架設擋牆、分層充填等。盤區分層巷道垂直礦體走向佈置，回採進路沿走向佈置，礦塊長50m，寬為礦體厚度，採場端部預留穿脈充填道。回採進路長25m，轉層後進路斷面為3m×3m的正方型，擋牆為木板擋牆和礦渣砌塊，100mm充填管充填。正常情況下盤區內只有1~2條進路回採，進路回採結束後，應立即準備充填。採用的下向進路膠結充填採礦法，對開採礦、巖節理髮育、破碎，上下盤圍巖不穩固的採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，並在人工假頂下采礦。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、回採引數和開採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∶採空區的充填體具有較小的承載能力，充填體的主要作用在於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，其力學效能主要取決於充填材料質量、濃度及配合比，如骨料配比、水灰比等，同時與充填工藝、充填體結構特徵、分佈狀態有直接關係。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.錨杆；4.木板（空心磚）擋牆；5.充填管.金川有色金屬公司是採用下向進路膠結充填採礦法的典型礦山。由於礦巖破碎、地壓大，經常發生採場冒落塌方，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，經過鑽孔、充填管輸送到進路採場內。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，確保回採作業面的安全，並使二礦區生產能力達240萬噸/年以上。若該礦採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。對回採進路底部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，而回採進路上部充填體，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採礦法的研究和生產實踐表明，我礦充填工藝引數的選擇，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。進路採場頂板受力條件不好。據岩石力學研究表明，在三向受壓狀態下，正方形進路應力集中係數是六角形進路的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，寬度遠大於高度，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採。
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於對充填攪拌製備的管理，主要是保證充填生產正常執行和對充填製備料漿質量的控制。要依據充填指令和質量要求對充填材料質量、物料配比、漿體制備及各類裝置進行調控、計量、聯絡、檢驗等全面控制，按照採場準備、裝置檢查與檢修、料漿製備、順序充填等充填作業程式進行充填作業，確保料漿質量滿足井下回採作業的安全要求。提高膠結充填體穩定性是決定下向進路膠結充填採礦法成敗的關鍵工藝環節，需要在相關的工藝環節上採取措施，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，如充填計量儀控裝置的準確性、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，為提高採場作業安全條件，尋求一條經濟、可行、高效的採礦生產之路。新疆尼勒克縣奴拉賽銅礦充填採礦法的研究表明，充填技術是充填採礦法的核心，保證充填質量、搞好尾砂等“三廢”的綜合利用，不僅能有效地解決採礦生產中的難題，而且可以有效的保護礦山環境，提高資源利用率，真正達到綠色採礦的目的。
參考文獻
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