镍矿资源深部开采面临的技术问题及对策_杨长祥

镍矿资源深部开采面临的技术问题及对策

杨长祥,辜大志,张海军,杨长超

(金川集团有限公司,　甘肃金昌市　737100)

摘　要:金川镍矿是我国最大的镍矿资源生产基地,年产矿石量达640万t /a 以上,其开

采深度超过1000m 。随着开采深度的加深,矿区地压、地热、涌水等显现日趋剧烈,镍矿深部资源高效、安全和低耗开采是金川镍矿乃至金属矿山亟待解决的重要课题。结合金川镍矿主力矿山———金川二矿区目前开采现状和遇到的问题,探讨分析了镍矿资源深部开采所面临的技术问题,并提出了研究对策,对深部矿山资源开采具有一定借鉴意义。关键词:金川镍矿;深部开采;岩爆;井巷支护;深井通风

0　引　言

镍金属以其独特的材料特性,一直是航空、国

防、电气、轻工、机械制造、建筑、化工等行业不可或缺的原材料。我国最大的镍矿资源生产基地———金川镍矿1#

矿体开采已经进入到850中段,部分工程超过1000m ,最大开拓深度达1165.5m ,属世界公认的深部开采工程,现还在逐年向下延深,与浅部生产中段相比,随着开采深度增加,采矿作业环境发生变化,面临着岩石力学、地热、岩爆、巷道支护、通风、充填等一系列问题。

研究表明,深部开采是地下采矿工程的发展方向。因此,如何面对深部开采的复杂开采技术条件,及时解决镍矿资源深部开采所涉及的技术性难题,是摆在当前技术生产管理者和广大工程技术人员面前的重要课题。本文结合金川镍矿主力矿山———二矿区目前开采现状和遇到的实际问题,对镍矿资源深部开采可能出现的问题做出了分析与探讨,并提出了解决策略与建议。这对国家大型有色金属矿山的深部开采设计和安全开采具有十分重要的意义。

1　开采现状

承担着金川镍矿76.5%以上自产矿石原料的二矿区采用机械化盘区下向分层水平进路胶结充填采矿法开采,盘区垂直矿体走向布置,大面积无矿柱连续回采。

目前,金川二矿区正在进行开采的中段为1150中段和1000中段,地下已形成水平矿柱和垂直矿柱“两柱”结构,并正在加速“两柱”的回采,850中段

已进入掘进施工,18行副井工程垂深超过1000m ,达1165.5m ,还将向更深部掘进,2008年850中段开始首采层978分段的回采(见图1)。与浅部生产中段相比,深部850中段水文地质条件、岩体强度特性变得更加复杂,矿区地压、地热、涌水等日益显现。

2　深部开采面临技术问题分析

2.1　整体稳定性问题

由于金川矿体特殊的赋存条件及其固有的金属价值,决定了对富矿的开采使用胶结充填采矿法,并

已成功地实现了5万m 2

的大面积无矿柱连续回采,有效地控制了岩层移动和充填体滑移。

目前,金川镍矿二矿区地下已形成“两柱”结构,且正在加速水平矿柱和垂直矿柱的回采。然而多中段大面积无矿柱连续开采的问题极具挑战性,在国内外尚属首例,没有相同或相似的范例可供参考和借鉴,且进入850中段开采后,采场面积将扩大

至10万m 2

,地应力将超过50M P a ,对于急倾斜特厚大1#

矿体,在充填体与贫矿及围岩接触带又是软弱破碎带,以及沿矿体倾斜方向和走向不留矿柱的条件下,能否安全平稳地实现大面积无矿柱连续下向开采是一个亟需解决的问题。2.2　地热升高问题

研究结果表明,原岩温度随开采深度的增加而升高,开采深度每增加100m ,岩石温度增高3～5℃,在深度为1000m 时,地温将达到30～50℃。目前,1150中段和1000中段采矿过程中暴露出回采工作面环境温度较高,实测局部回采工作面环境温度已达32℃。

I S S N 1671-2900C N 43-1347/T D 采矿技术　第8卷　第4期M i n i n g T e c h n o l o g y ,V o l .8,N o .4

2008年7月

J u l y 2008

DOI :10.13828/j .cn ki .ckjs .2008.04.014

图1　金川二矿区开采现状

金川镍矿进入850中段及其更深部,由研究推理并结合1150中段和1000中段回采实际情况分析可得,深部开采时作业环境温度可能达到40℃以上,将面临着严重的地热问题,持续高温将对人员的健康和工作能力造成极大伤害,工人在热湿的空气环境中较长时间的劳动,会发生中暑晕倒、呕吐和湿疹等疾病,使劳动生产率大大下降,生产事故大大增加,同时还会降低井下设备的工作性能,减少井下设备的使用寿命。

2.3　涌水问题

根据金川镍矿以往水文地质资料,金川水文地质简单、地下涌水量小。然而,二矿区850中段24行主井在掘进施工过程中,由于井筒涌水,平均月进尺不到20m。为堵水,2005年停止掘进2个月, 2006年停止掘进4个月。目前24行主井井筒涌水量达60m3/h,850m水平废石运输巷涌水量达80 m3/h,严重影响施工质量和工程进度。

经分析发现,24行主井、850m水平运输道涌水主要原因是工程处在超基性岩体的上盘混合片麻岩中,岩体构造、节理发育,各种断裂带和小岩体接触处富含裂隙水。

面对水文地质条件、岩体强度特性复杂的深部,其开采过程中,一旦遇到类似于24行主井、850m 水平运输道涌水,必然给深部开采带来严重的困难,对二矿区乃至整个金川集团公司的正常生产将造成极大影响。

2.4　岩爆等地质灾害问题

实践表明,对于高应力区较坚硬岩石,深部围岩潜存着岩爆破坏类型。实际上,早在1984年,在围岩破坏调查中就已经发现金川镍矿二矿区发生过一些小规模的岩石劈裂现象,只不过由于岩爆发生规模较小,没有引起人们的足够重视。

南非B l y v o o y u i t Z i c h t金矿、抚顺红透山铜矿深部矿山的岩爆现象表明,随着深度增加,地应力呈线性或非线性增加趋势,岩体变硬变脆,地温升高,地质条件进一步恶化,岩爆问题将会变得突出。

2.5　巷道稳定性问题

研究结果表明,金川矿区以水平构造应力为主,进入中深部开采后,地应力呈线性增加,水平应力随深度增加而增大,水平最大主应力与最小主应力差值随深度增加而增大。以致巷道岩体强度降低,巷道与支护体破坏非常严重。据统计,1150中段和1000中段,从1999年开始,井下巷道返修量急剧增加,由1999年的3200m增加到2007年的15617.3 m,这可以认为是长时间岩体移动的集中表现,足以形成一次大范围的地压活动。

进入850中段及更深部开采后,矿山开采深度加大、采动影响加剧,必然导致巷道周围地应力分布

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　杨长祥,等:　镍矿资源深部开采面临的技术问题及对策