谦比希铜矿井下深孔加密注浆堵水技术研究及效果分析

谦比希铜矿主矿体是典型的大水矿山,其深部开采过程中面临涌水量大的问题。防治水工程已成为主矿体深部开展采矿作业、确保生产能力的首要任务和重要保障。根据主矿体复杂水文地质特征,结合国内外优秀大水矿山井下防治水工程经验,首先揭示主矿体深部涌水机制,基于注浆堵水现场工业试验最终选用深孔加密注浆堵水技术治理涌水问题。为综合分析该技术在主矿体的应用效果,深孔注浆作业完成后,采用水文观测孔、叠加效应分析及检查孔多维度评估堵水效果。结果表明:通过在主矿体770 m中段2070~2700线矿体下盘进行深孔加密注浆堵水工程,涌水量明显减少,深孔注浆参数合理,有效解决了主矿体深部工程的突水威胁,并以此注浆隔水层为基础构筑下向充填采矿法的假顶,为后期回采矿体提供有利的开采条件。井下深孔加密注浆堵水技术在谦比希铜矿的成功应用,为国内外类似大水矿山深部开采过程中的防治水工程提供了经验借鉴。

分段空场嗣后充填采矿方法在谦比希铜矿中的应用

谦比希铜矿主西矿体原来主要采用分层充填体对其进行开采,劳动强度大,生产效率低下,开采成本高,无法适应当前的矿业形势。为了提高生产效率,降低开采成本,通过引用分段空场嗣后充填采矿法,介绍其采切工程布置、回采工艺、采场中深孔布置、井巷工程支护、采场通风及采场膏体充填情况。研究结果表明,分段空场嗣后充填采矿方法在谦比希铜矿主西矿体的成功应用,极大地提高了生产效率,生产成本显著降低,取得良好的经济效益和安全效益,对其它类似工程具有一定的借鉴意义。

Mathew法在谦比希铜矿东南矿体采场稳定性分析中的应用

在深井开采中,采场结构参数的选择对矿山的安全、高效和经济开采具有重要的意义。以谦比希铜矿东南矿体北采区为研究对象,根据该铜矿的开采技术条件,采用Mathew方法计算稳定性指数N和形状因子S,确定该铜矿的采场结构参数。研究表明,矿体沿走向布置时,顶板跨度需要限制在7.14 m左右,若需要加大跨度,则需要在中间预留少量点柱或对顶板进行支护,该研究成果可为矿山采场结构参数选择提供重要的参考依据。

谦比希铜矿上向中深孔爆破参数优化及应用

上向中深孔分条空场充填采矿法是谦比希铜矿东南矿体北采区主要的采矿方法之一,在回采过程中采用上向扇形中深孔,超挖、欠挖、边帮垮落及大块问题严重。以谦比希铜矿东南矿体1020-1-3采场为例,对上向中深孔爆破参数进行优化,通过三维扫描仪对窿型采空区切片比较不同方案的优劣,得出合适的爆破参数为:邻排间炮孔采用平行布置,排距2.0 m,加强排设置2个孔。爆破参数优化后爆破效果较好,可为矿山生产提供新的技术方案。

谦比希铜矿膏体充填料浆流动性测试

膏体充填可有效解决采空区固废处置问题,实现安全、高效、高质量回采。为最大程度使用尾砂,降低矿山开采成本及安全隐患,谦比希铜矿引入膏体充填技术,首先对该技术方案的基本构成系统进行了介绍,之后针对该充填方案设计出对应的环管实验,通过环管实验测试了不同浓度及配比条件下膏体的流动性能,最终确定最佳膏体充填浓度为66%~68%、最佳灰砂比为1∶16,此时膏体流动性较好,对应的沿程阻力为4.5~6.5 MPa/km,塌落度为26~28 cm,可保障膏体充填的高效性,为当地矿产资源有效利用、环境保护树立了典范。

谦比希铜矿膏体充填井下工业试验研究

考察了膏体充填系统在谦比希铜矿15#采场长距离、长时间运行状态,结合工业试验,推荐充填浓度66%~68%、充填管道压力不高于1 MPa,此时可保证浆体流动性较好,能满足采矿生产要求。

谦比希铜矿大型维修硐支护方案

谦比希铜矿东南矿体属于埋藏较深的缓倾斜中厚矿体。为满足生产需要,并实现将东南矿区建设成为自动化、机械化的现代化先进矿山,需在井下建立大型维修硐室,其稳定性对矿山的安全生产具有重要意义。通过采用BIENIAWSKI岩柱强度理论和普氏压力拱理论,对硐室的稳定性进行校核,并对冒落拱高度进行预测。提出该硐室的支护方案为锚喷支护,并结合工程地质调查、理论分析和经验取值法等,确定该方案的支护参数。可保证硐室的长期稳定性,对类似工程具有一定的借鉴意义。

谦比希铜矿露天转地下开采保安矿柱稳定性分析

为实现矿山由露天向地下开采的平稳过渡,需留设一定厚度的保安矿柱,对于确保矿山的安全开采具有重要的意义。针对谦比希铜矿露天转地下开采技术条件,在采用工程类比法和理论计算法确定保安矿柱厚度范围的基础上,选取典型剖面作为研究对象,建立露天转地下开采数值模拟模型,采用有限差分法对保安矿柱的稳定性进行分析计算。结果表明,保安矿柱厚度为20m时,塑性区未与露天坑底贯通,既能保证露天转地下开采过程中的安全,又能最大限度地回收矿石资源,为谦比希铜矿露天转地下开采留设合理厚度的保安矿柱提供了依据,同时对类似由露天转地下开采的矿山有一定的借鉴意义。

无轨化开采技术在谦比希铜矿的应用与优化

谦比希铜矿西矿体采用全无轨化开采,达到了基建投资少、基建期短、投产快的目的。针对谦比希铜矿西矿体开采技术条件、无轨开拓运输及通风系统、无轨采矿工艺和采用全无轨化开采技术后存在的问题,提出了优化的改进方案,并结合国内外无轨开采技术现状指出了无轨开采技术今后的发展方向,可为其他类似矿山的开采提供一定的借鉴。

谦比希铜矿多爆区连续开采技术

预切顶下向平行中深孔采矿法是谦比希铜矿东南矿体的主要采矿方法之一,目前,其作业形式已由采场多爆区间断打孔改为连续打孔,充分发挥了凿岩设备效率,实现了采场连续爆破与出矿。然而在多爆区连续爆破回采作业过程中,边帮垮落、爆破后冲、临爆排炮孔破坏以及大块问题亟需解决。以谦比希铜矿东南矿体732-1-W7L采场为例进行了多爆区连续开采现场试验,对采场凿岩设计及爆破设计流程进行详细研究探讨,爆破效果良好,为后续采场安全高效开采提供了新的技术方案。

谦比希铜矿大型维修硐室支护方案研究

深井开采中,大型维修硐室是大型设备进行维修的主要场所,其稳定性是保证矿山安全和高效生产的重要前提。以谦比希铜矿东南矿体-980 m中段大型维修硐室群为研究对象,结合理论计算和工程类比法等,确定该硐室群的支护方式为锚网喷联合支护,并建立该硐室群的数值计算模型,对其稳定性进行了分析,结果表明,采用锚网喷联合支护的效果较好,可为其他类似大型硐室支护提供一定的参考。

智能Cabletec M型锚索台车在谦比希铜矿的应用研究

谦比希铜矿西矿体井下长锚索+注浆支护原先采用凿岩设备、服务平台设备、注浆泵来完成锚索注浆支护工作,锚索注浆支护工艺技术落后,工作量大、耗时长,影响生产效率,在安装锚索及注浆时完全靠多人配合作业来完成。直到2020年引进了Cablete M型锚索台车,并进行了1年多的生产实验,通过不断强化设备操作流程,提高设备使用效率,目前已经完全能够满足井下锚索+注浆支护要求,大大提高了生产效率。

非洲某铜矿大断面深井硐室围岩稳定性分析

为了解决深井大断面硐室稳定性问题,在充分掌握非洲某铜矿东南矿体中央配电硐室围岩物理力学性质及工程地质条件的基础上,根据弹塑性理论,将硐室周边的区域划分为破裂区、松动区、塑性区和弹性区。结合理论公式和工程类比法,提出了"锚杆+锚索+钢筋网+喷射混凝土"的联合支护方案,采用经验公式法确定其支护参数,并在现场进行监测。工程实践表明,硐室的表面位移和深部位移较小,围岩的变形得到有效控制,其支护效果较好,可为类似硐室工程提供一定的借鉴。

某铜矿深部中央运输巷道支护参数优化研究

为了解决某铜矿深部中央运输巷道变形破坏严重问题,在工程地质调查的基础上,分析了巷道的变形特征和巷道变形的原因,提出了底梁加固底板、两帮采用锚索支护,并加密钢拱架的支护方案。结合巷道的赋存条件,建立该中央运输巷道的三维数值模拟模型,分析不同支护参数情况下巷道的稳定性。计算结果表明,减小钢拱架排距比减小锚索排距对巷道的稳定性影响更大,最优的巷道支护参数为:钢拱架的排距为0.8m,锚索的排距为2.4m。现场工程应用结果表明巷道的稳定性得到有效控制,能为矿山的安全生产提供保证,也可为类似工程提供一定的借鉴。

下向充填法钢筋混凝土假顶布筋参数及最优吊点位置研究

人工假顶构筑方案的合理性是急倾斜破碎矿体实现下向充填法安全高效充填回采的关键和核心环节。本研究以某铜矿钢筋混凝土人工假顶为研究对象,基于薄板理论和弹性力学并结合实际下向进路充填回采工艺,建立人工假顶等效力学模型,解析钢筋混凝土人工假顶布筋参数:30 m长沿脉进路假顶至少需布置底筋104根;同时采用斜吊筋吊挂于底筋距离边帮0.8 m的位置,设计上下盘帮吊筋间距为500 mm,则上下盘斜吊筋各60根;吊筋的最优悬吊位置为距端部0.2~0.25人工假顶跨度的位置,此处吊筋受力合理且较为经济。本研究为钢筋混凝土人工假顶布筋设计及吊筋悬吊方案提供了计算思路及工程参考。

凡口铅锌矿深部通风系统测定与三维仿真优化研究

为改善凡口铅锌矿深井通风条件,对深部通风系统进行了风量、风阻的测定与需风量的计算,深部通风系统总进风量为330.38 m^(3)/s,总回风量为345.95 m^(3)/s;矿井深部总风阻为0.0123 N·s^(2)/m^(8)。为解决其深部各中段及各工作面之间风量分配不合理、通风线路长且阻力大的问题,提出了4种优化方案并进行了三维仿真模拟。结果表明:深部通风系统的优化改造应选择“增加进、回风措施井+设置多级机站”的方案,既能够实现不同中段、采场风流的按需分配,也能够增加进入各个中段及分段采场的风量,适应未来生产需求。

深井矿山膏体充填管网与满管率优化研究

优化充填管网的布置和选型不仅能够延长管道使用寿命,还可以节约施工成本。以谦比希铜矿东南矿体900 mL充填为案例,以室内实验和阻力模型为基础,研究了3种充填管网布置方案的施工难度、压力分布及满管率。结果表明,充填管道内径从175 mm更换为152 mm后,3种方案管道最大压力分别从2.70,2.40,3.66 MPa提高至4.42,3.97,5.80 MPa,在管道承压范围内增大了沿程阻力;缩小管径使一级钻孔满管率从8%,7%,16%提高至24%,19%,37%,二级钻孔满管率均为100%,降低了一级钻孔和二级钻孔的磨损风险。从生产安全、施工成本、安装效率、管道磨损等方面综合分析后认为,利用了斜坡道960 mL风井的方案三为最优方案。本研究可为深井管网优化提供工程借鉴。

自动化铲运机在缓倾斜中厚矿体开采中的应用

为了解决缓倾斜中厚矿体采切工程量大、生产效率低的问题,提高矿山的机械化程度、减小矿山生产成本,以谦比希铜矿东南矿体为研究对象,在分析该矿区开采技术条件和工程地质条件的基础上,提出将自动化铲运机应用于该矿山井下开采的方案,介绍了自动化铲运机的工作原理、生产能力及矿山生产的各个工艺环节。应用结果表明将自动化铲运机应用于缓倾斜中厚矿体的开采中能大大提高矿山的生产效率,缩小生产区域,并提高盘区生产能力,真正实现矿山的安全、经济和高效开采,可为类似矿山的生产提供借鉴。

缓倾斜中厚破碎矿体采矿方法优化实践

为了安全、高效和经济地开采缓倾斜中厚破碎矿体,以谦比希铜矿西矿体为研究对象,在分析谦比希铜矿西矿体地质概况和开采技术条件的基础上,探讨了谦比希铜矿西矿体目前开采存在的问题,提出了"采准斜坡道+采联布置的上向分层充填采矿法",并对采场结构参数进行了优化,实现了空间立体式采矿资源的优化配置。现场实践表明,2019年谦比希铜矿西矿体实现达产达标,采矿125万t,直接人均采矿效率达到7.5 t/d,是2016年的2.8倍,经济效益显著。

深井膏体自流充填压力与满管率优化研究

以谦比西铜矿东南矿体深井充填为工程案例,通过室内实验、理论分析、现场验证相结合的方式,研究了自流充填管网系统的压力分布及提高深井垂直钻孔满管率的措施。首先分析当前管网压力分布及满管率,随后开展管道压力和满管率优化,最后结合现场研究了部分使用小管径、提高膏体浓度等方法对压力和满管率的影响。研究表明,南采区2条管路当前满管率仅在17%~41%之间,水平管阻力损失约1.4 MPa/km,自流对垂直管的冲刷极大;采用150 mm内径管部分替代175 mm内径管,每替换100 m可提高0.63%和0.71%满管率;膏体浓度若由69%提高到71%,最大倍线下满管率分别从原来的37%和41%增加到70%和82%,然而垂直管底部压力分别由3.72 MPa和1.75 MPa大幅增加到6.7 MPa和3.06 MPa,增加了堵管爆管风险。工程中,可通过适当增加浓度、部分减少管径、提高倍线等多种方法相结合的方式获得较高满管率。本研究可为深井自流充填提供良好工程借鉴。