某铀矿顶柱回收上向扇形深孔爆破开采技术
摘要:某铀矿采场采用传统的人工进入采场回收顶柱的方法,存在安全风险。通过对常规工艺、下向扇形深孔爆破、上向扇形深孔爆破在顶柱回收中的优缺点比较,最终确定选用安全高效的上向扇形深孔爆破工艺回收顶柱。通过对该采场顶柱现状、地质构造、安全性等参数的综合分析,采用脉外凿岩及脉外出矿、上向扇形深孔布孔方式、BQF-100装药器、电子雷管进行网络连接起爆的上向扇形深孔爆破方式,达到了安全高效回收该采场顶柱的目标。
铀矿资源是国家的战略性资源,对于铀矿资源必须尽可能地回采利用,减少资源损失。顶柱回收受矿体岩性、厚度、地质条件、回采设备、环境条件等因素影响,不同的条件适宜的回收方法也不同[1-2]。在铀矿采场顶柱回收中,普遍采用的方法是人工在采场顶柱下采用凿岩机进行凿岩作业;但某铀矿采场因顶柱有较大裂缝,存在冒顶塌方风险,因此禁止作业人员进入采场进行回收施工作业。
为了充分回收铀矿资源,寻求安全高效的顶柱回收模式,通过对顶柱回收方法的优缺点比较,结合顶柱实际情况,选择适合该采场的经济、安全的回收方法,实现对顶柱的安全高效回收。
1 采场概况
1.1 地质概况
某铀矿床位于211矿区中部偏西,北接305矿床,西为306矿床,位于棉花坑断裂带(走向50~60°)与油洞断裂带(295~310°)的夹持部位。该矿床属于热液充填型矿床,矿体走向330~355°,倾向南西,倾角70~85°,局部近于直立。
矿体为急倾斜脉状矿体,矿石主要为含赤铁矿化硅化岩和含矿蚀变破裂花岗岩,矿石密度2.56 t/m3,松散系数1.5,赋矿围岩为花岗岩或石英脉岩,矿石及围岩的含水性极弱,渗透性差。矿区内无大的地表水体,且区内地势较陡,沟壑纵横,利于自然排水,地表水垂直渗入差,水文条件总体简单。
围岩硬度系数介于8~12,坚硬完整。围岩蚀变普遍而强烈,自岩浆晚期的自变质至岩浆期后的高、中、低温蚀变作用均很发育,岩性致密,裂隙不发育,含水率低。各类蚀变主要受近南北向断裂构造控制,特别是中低温热液蚀变,具有显著的水平分带性[3]。自构造带中心向两侧依次为硅化、赤铁矿化、绢云母化、绿泥石化、高岭石化,直至正常花岗岩;而在垂直方向上的分带性不明显[4]。与铀矿化关系密切的蚀变主要是硅化、赤铁矿化、黄铁矿化及紫黑色萤石化。
某采场矿体主要以硅化碎裂岩为主,偶见硅化破裂花岗岩,围岩为粗、中粒蚀变花岗岩,绢云母化、绿泥石化明显。矿体整体呈梯形,下部矿体厚长,越往上矿体厚度越薄、长度越短。矿体靠近顶柱,晚期构造活动越强烈,硅化碎裂岩越发育,矿体越破碎,矿带两边存在主裂隙和次级陡倾斜裂隙。
1.2 采场现状
某采场位于302矿床,纵向位于-50 m中段至0 m中段,高50 m;横向位于33号勘探线以北30 m,31线以南24 m,矿体倾向属急倾斜矿体,倾角88°,走向NNW。采场共布置3个顺路井,3个充填井(10Z01、10T02、10T01),采场底部保留5 m自然底柱,采用上向水平分层干式充填采矿法。采场从切割层开始拉底往上回采,分层高度2 m,采用两采一充方式,即每回采4 m高度后,采场内崩落的矿石通过顺路井集中出矿,采空区通过充填井下放充填料进行充填。充填平场完成后,保留2 m的作业空间,进行下一循环回采。
该采场在回采到距离上中段运输巷道5 m左右时,采场矿体长度沿走向从104 m减小至65 m。采场目前处于充填阶段,采场10T01天井以南的充填已完成,10T01天井以北采空区为空顶状态,空顶高约5.5 m。该采场顶柱长65 m,剩余高度4.6 m,矿石量2 908 t。
采场在充填阶段作业时,顶板出现冒顶脱层现象,10T01天井和10Z01天井之间顶板的东西两侧出现大口裂隙,上部中段沿脉顶板有裂隙。出于安全考虑,避免造成冒顶塌方生产安全事故,作业人员不能再进入采场进行施工作业。
2 顶柱回收工艺优选
2.1 常规工艺回收顶柱
采用常规工艺回收顶柱,需要作业人员进入采场,每班通过YT-28型风动凿岩机对顶板进行凿岩布孔爆破,崩落的部分矿石需要留在采场内作为作业平台,同时要留有足够的作业空间;多余的矿石需要用电耙耙至顺路井出矿格内,在顶柱全部回收完后集中出矿。
2.2 下向扇形深孔爆破工艺
下向扇形深孔爆破工艺即根据采场顶柱现状,布置合理的深孔爆破参数,利用原上部中段沿脉作为凿岩巷道,在上部沿脉内使用钻机向底部采场顶柱施工下向扇形深孔,在完成凿岩装药爆破工作后,通过在顶柱脉外布置的出矿巷道与采场连通,用无轨铲运机出矿。
2.3 上向扇形深孔爆破工艺
根据采场顶柱现状,在顶柱脉外布置1条上向扇形深孔凿岩巷道,在凿岩巷道内进行深孔凿岩布孔,然后通过一次性装药爆破来崩落顶柱矿体,再通过在顶柱脉外布置的出矿巷道与采场连通,用无轨铲运机出矿。
2.4 工艺优选比较
根据各顶柱回收工艺内容,结合生产实际情况,对比分析优缺点(表1),优选出合适、安全的顶柱回收工艺。
为降低作业难度和强度,降低安全风险,提高作业效率,通过顶柱回收工艺的比较,选用上向扇形深孔爆破技术回收顶柱,满足安全生产需要的同时高效回收铀矿资源。
3 采矿设备配置
3.1 凿岩设备
选择凿岩设备主要考虑炮孔深度、矿体赋存条件、矿岩性质、采矿方法和装药方式等因素。矿岩坚固性系数(f)为8~12,矿石密度为2.56 t/m3,松散系数为1.5,炮孔直径为55 mm。为节约生产成本,充分利用原有设备,本次深孔凿岩最深炮孔长为10.5 m,结合矿山现有设备情况,选取YGZ-90型矿用圆盘式钻机作为凿岩设备,可满足炮孔深度施工要求。
3.1.2 装药设备
目前矿山有BQF-100型风动装药器,是专门使用散装铵油炸药的装药设备。为节省成本和采购时间,选取BQF-100型风动装药器作为本次深孔爆破散装铵油炸药的装药设备。
3.1.3 出矿设备
采用无轨铲运机进行出矿作业,出矿巷道断面为2.6 m×2.6 m,属于小断面巷道,巷道转弯半径最大5.8 m、最小3.2 m。矿山现有WJ-1内燃铲运机机身宽1.3 m,转弯半径最大4.3 m、最小2.6 m,满足要求,可选为出矿设备。
3.3 爆破参数设计
地下矿山深孔爆破采矿,首先要形成自由面和补偿空间,然后进行崩矿作业。在回采过程中,通过设置炮孔、排距、抵抗线等爆破参数,提高爆破效果。
根据采准工程布置,本次采场顶柱回收在凿岩巷道进行炮孔凿岩,炮孔深度在5 m以上,炮孔布置采用上向扇形方式,炮孔直径(d)为55 mm。根据最小抵抗线经验计算公式W=(25~30)d,可得最小抵抗线为1.37~1.65 m,即最大不能超过1.65 m。根据采场顶板矿石岩性,本次爆破炮孔排间距取1.40 m。
4 结论
上向扇形深孔爆破技术在顶柱回收中的成功应用,形成了适合中等厚度及以下矿体的深孔爆破技术,并得出相应爆破参数。结合无轨开采应用的优势,上向扇形深孔爆破技术进一步提高了采矿工效和本质安全度,为矿体破碎、易冒顶脱层、安全风险较大的采场顶柱回收,提供了一种安全回收技术。
来源:网络
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