汉白玉大理石矿开发可行性研究和试开采方案设计

九道拐大理石矿试生产方案一．矿区概况1.矿区位置矿区行政区划隶属四川省宝兴县五龙乡，位于县城西北方向，距县城直线距离9公里，面积8.88平方公里，地理坐标为：E102º44´15~102º46´30N30º24´00＂~30º26´45＂。2.自然地理矿区海拔高度1100~1600m。地势北高南低，地形陡峻，属深切割高山峡谷地貌。相对侵蚀基准面高程1060m，远低于最低开采标高1256m。区域内内最大河流西河横贯勘查区南部，流量0。86~1.8m³/S。矿区主要气候特征为河谷气候，冬无严寒夏无酷暑，四季湿润温和。每年7~9月为雨季，年平均降雨量99.7mm,最大日降雨量101.8mm。3.区域地质区域大地构造隶属松潘甘孜地槽褶皱系和扬子地台四川台坳的接合部五龙断裂东侧。区内主要出露地层为元古界前震旦系盐井群蜂桶寨组、黄店子组、锅巴盐组；志留系下统、中上统；泥盆系下统；二叠系上统龙潭组、长兴组及第四系冲积层等。矿山主要开采层位为盐井群锅巴盐组三段（Ptg3）。其中五龙断裂呈北东向展布并从矿区东南方向通过。矿区内地层倾向西北，倾角60~80º，与区内地形倾向相同，为一单倾构造。区内岩浆岩主要为少量碱性喷出岩－粗面岩和一套酸性侵入岩－花岗岩（位于矿区正东0.2~0.4公里处）。4.矿床地质盐井群锅巴盐组共分四段，其中锅巴盐组三段为主要可采层，并可大至划分成三部份，即上、下两个含矿层，中间夹大约32米厚的绿泥绢云千枚岩。每个含矿层内都可明显划分成乳白色和灰白色两种大理岩。其中上矿层层厚30~80米，最大可采垂直高度240米，乳白色高品级大理石主要分布于上矿层的中下部，约占总厚的29.62%；下矿层与上矿层平行产出，水平面上相上含矿层相距约30米左右，矿层厚20~60米，最大可采垂直高度为230米，乳白色高品质大理石主要分布于矿层下部，约占总厚度的34.78%。矿区内已发现F1、F2两条逆断层,一组北西－南东向剪节理和一组北东－南西向剪节理。北西－南东向剪节理产出频率为0.5~0.8条/米，局部达2~3条/米；北东－南西向剪节理产出频率为0.1~0.3条/米。层面裂隙根据岩芯长度统计为3~4条/米。风化裂隙一般基岩以下5~10米自然消失。5.矿体评价1）物理指标区内乳白色大理岩质地细腻（半隐晶质），锯切磨光后具半透明质玻璃光泽，且颜色纯正。其它物理指标亦均符A类饰面石材标准如下：天然密度2.64~2.70g/cm²、耐磨性0.47~0.51g/cm²，光泽度56.8~57.3º、单轴抗压强度75.93~89.09Mpa、放射性比活度内照射指数（IRa）0.00751.0、外照射指数（IR）0.00961.3；2）化学指标乳白色大理岩除可做为饰面石材开采以外，因其含钙量较高（CaO55.40~55.82%）,含铁量较低(Fe2O30.14~0.26%)，所以也是重钙加工行业的优质原料；3）矿体完整性指标矿体的完整性指标以荒料率表示。按川西北地质队提供的数据，地表体图解总荒料率为31.60~40.90%，平均36.49%。其中Ⅰ、Ⅱ类（大于1立方米荒料）荒料率为15.40~27.55%,Ⅲ类（0.5~1.0立方米）荒料率为8.61~16.20%。根据地表观察（两组X型相交的剪节理间距0.1~0.2米左右）和岩芯长度（层间节理间距0.1米左右）统计数字推测，实际成荒率可能远小于上述给定数字，预计不会大于10%。成荒率是饰面石材矿山的最关键的指标，它的大小直接和矿山企业的经济效益相关，同时，它也是选取不同采矿方法的主要参考指标:因为无论采用何种分离工艺（从矿体中分离出体积为荒料若干倍的条状块石），其成本都远大于一般爆破剥离成本。对于成荒率较低的矿山，或只能采用最原始的松动爆破分离荒料的方案。二．矿床开拓方案按山坡露天石材矿山自上而下分台阶开采的一般性原则，同时，也是受矿区内地形条件的限制，目前九道拐大理石矿只有两个可供选择的开拓方案：1.自矿区北端界线边缘+1430米标高处沿矿体走向由北向南开挖并逐步形成水平台阶工作面（现有方案）。东侧台阶坡面角与矿体自然倾角一至，台阶宽度等于矿体水平投影宽度，长度等于矿体在矿区范围内的走向长度，台阶高度暂定9米，分台阶高度3米。该方案的优缺点如下：1）前期准备工作量较少，可既日投入生产；2）可直接将松动爆破松动后的岩石推下山坡，使剥离工程量大为降低；3）爆破工程在背向高压线和居民点的山沟内进行，安全可靠；4）工作水平降低以后，修路工程量相对较大；5）需不断清理道路中间因开采和剥离工作丢弃的大量废石。大规模开采时，随工作水平台阶的不断降低，后期势必造成难以进行二次排碴的困境；6）排土场需占用山下大量基本农田尚未办理相关手续等，初期投资过大，得不偿失。2.自矿区北端界线边缘+1460米标高处沿绢云绿泥千枚岩顶板自北向南开挖并逐步形成水平台阶工作面（改进方案）。东侧台阶坡面角与绢云绿泥千枚岩的顶板自然倾角一至，台阶宽度等于矿体水平投影宽度，长度等于矿体在矿区范围内和走向长度，台阶高度暂定9米，分台阶高度3米。该方案的优缺点如下：1）前期准备工作量略大，需先修一小段上坡山路通达+1460米标高；2）工作平台和剥离产生的大量废石需经装→运→倾倒工序后方可排除，这大大增加了剥离工程量；3）开采和开拓系统依然存在相互严重干扰的问题，同样需要不断清理因开采和剥离丢弃的大量废石；4）早期（+1370米以上）随工作面台阶的不断降低，相对方案1可节省部分修路工程量；5）高压线距采矿工作面距离小于300米的安全距离。距民点距工作面的水平距离为520米，但由于采矿和剥离工作面正对居民点，且两者高程相差较大（540米），不排除个别碎石块伤及村民的可能；6）排土场占地为集体林地，早期修路阶段已办理完结各种相关手续，可节省大笔资金。由于目前矿山处于勘探试采阶段，且征占基本农田尚需时日，为早日开工，同时为降低投资风险，建议采用改进方案进行初期试采。三．开采方法选择饰面石材矿山的开采工艺可分为剥离—分离—顶翻—分割—整形—吊装运输—清渣、排废共七道工序，其中以剥离和分离工程量为最重，而剥离和分离工作，又以凿岩和锯切工作为主。所以，开采方法选择也主要是指适合具体矿山条件的剥离和分离方法的选择。剥离工程，目前为止国内对于坚硬覆盖层依然采用钻孔凿岩加松动爆破的方式进行，同时，为避免放炮破坏可采岩体的完整性，一般可考虑在待剥离岩体中留设2~4米的影响隔离带。分离工程，目前可采用的方法较多，包括水力切割、火焰切割、密集排孔人工胀裂法、园盘锯切割法、链臂锯切割法、金刚石串珠锯切割法等。水力和火焰切割在饰面石材矿山应用较少，所以暂不做考虑，以下重点对目前矿山常用的密集排孔劈裂法、刻槽劈裂法和钢绳串珠锯三种方法进行分析比较，并从中选出适合九道拐大理石矿的开采方法如下：1.凿岩方法试开采阶段采用人工风动浅孔凿岩，工作台价形成以了后，改为机械液压凿岩。凿岩可分为人工凿岩和机械凿岩，按动力类型划分也可分为风动凿岩和液压凿岩。凿岩是任何矿山一切工作的起点，也是作业时间要求最紧、工作量最为繁重工作，尤其饰面石材矿山，凿岩更成为日常工作的重中之重。可以毫不夸张地说，凿岩效率不高的矿山，其经济效益一定大打折扣。有试验数据表明：在相同功率条件下，对于岩石坚固性系数相同的花岗岩（F=14），钻径为40mm时，液压凿岩机的钻孔速度为1m/min,风钻速度为3～5m/h,两者相差至少6倍以上。同时，液压凿岩机体积小、重量轻、振动噪声低、操作灵活、故障率低、使用寿命更长等，所以，在公司条件允许的情况下，应尽早改风动凿岩为液压凿岩，提高凿岩速度，为企业提高经济效益创造必要的条件。可以预计，在大理石荒料率不高的情况下（此时不宜采用成本过高的分离方法如绳锯、园盘锯、链臂锯等），提高凿岩效率可能就是企业惟一的生存之道（见下“液压凿岩+刻槽劈裂+绳锯水平切割时的盈亏分析”）。2.选择分离方法主要考虑的因素1）矿床的地质条件：节理产状、发育程度、矿体形态等。矿体厚度大有利于机械化开采，薄的宜采用手工开。节理裂隙发育且规则的宜选用人工凿眼劈裂法；2）岩石类型：大理岩的单轴抗压强度约为抗拉强度的30倍，为抗剪强度的10倍。所以采用劈裂楔对岩石产生挤压张力，可使岩石较为容易地沿预定的方向破裂。人工劈裂法尤其适合水平节理裂隙发育的矿床；3）矿山规模：人工劈裂法分离荒料因为投资少，见效快，所以小规模生产的矿山适宜采用；4）所需荒料规格：九道拐大理石矿体的节理裂隙发达，预计规格尺寸较大的荒料不会太多，所以采用人工劈裂法更加机动灵活，有利降低开采成本；5）自然地理条件：本区冬无严寒夏无酷暑，人工露天作业条件相对较好；6）环保要求：矿区距离居民点相对较远，凿岩机等产生的噪音不至影响居民正常生活；7）技术经济指标：若可采用刻槽胀裂法，预计成荒率和开采成本都会有所降低（见下面分析）；8）产量、效率、效益：现阶段受矿区可采范围限制，以及工作面走向长度、排土场、开拓系统能力、荒料远储能力（无荒料储存场地）、矿体赋存状态等的影响，预计矿山产量不会很大（暂按每日剥采合计30~60m³/d计算）。3.三种分离荒料方法的经济性比较为了有可比性，三种开采方法都设定在台阶上采，台阶高度2.2m，并在其上进行分离、解体成荒料，最终计算出荒料三个面的生产费用指标。设一次分离岩体尺寸为：长x宽x高=12mx3mx2m=72m3，然后将分离岩块解体成8块形状尺寸相同的荒料，每块荒料尺寸为：长x宽x高==3m×1.5m×2m=9m3以上述分离、解体荒料的尺寸要求为条件，分别由三种方法去完成，看各自产生的费用有多大差额，技术上各自有哪些优缺点：1）绳锯锯割法：一块9m3的荒料，底面积为3m×1.5m；两个竖直面面积分别是2m×1.5m=3m2；3m×2m=6m2(1)绳锯锯割面积：底平面+两竖直平面=4.5m2+3m2+6m2=135m2(2)荒料三个面锯割生产费用为：13.5m2×386元/m2=5211元(选取中硬石材的实际消耗综合指标计算，即386元/m2。包括穿绳费用)。2）密集排孔胀裂法：荒料底平面采用绳锯锯割，两个竖直面用密集排孔胀开。(1)底平面锯割费用：4.5m2×386元/m2=1737元(2)两竖直面凿密集排孔孔数及费用孔数：1.5m×0.12m/个+3m×0.12m/个=38个(孔距取0.12m)；凿孔总深：38×2m=76m；则凿岩总费用：76m×5.8元/m=4.41元(每m凿岩费取矿山中硬岩石实际消耗综合指标计算即5.8元/m)；(3)胀裂剂用量及费用：(岩孔直径为0.04m，胀裂剂容重1.7dm3，胀裂剂矿山价1200元/t)；胀裂剂用量=岩孔容积x装孔系数=76×IIR2×0.7=0.048m3；胀裂剂费用：0.048m3×1.7t/m3x1200元/t=98元；则荒料三个面分开的生产费用总和为：锯割费+凿岩孔费+胀裂剂费二1737元十441元+98元=2276元。3）刻槽胀裂法：荒料底平面用绳锯锯割，两个竖直面用刻槽岩孔胀开。(1)底平面锯割费用：4.Sm23×86元/m2=1737元；(2)两竖直面凿刻槽岩孔孔数及费用；孔数：1.5m÷0.6m/个=3m÷0.6m/个=8个(孔距取0.6m)；槽孔总深8×2m=16m；则刻槽岩孔费用：1.6m×元/m=128元(每m刻槽岩孔费用取矿山中硬岩石实际消耗综合指标计算即8元/m)；(3)胀裂剂用量=岩孔容积×装孔系数=16I×IR2×0.7=0.02m3。胀裂剂用量：0.02m3×1.7t/m3×1200元/t=28元；则荒料三个面分开的生产费用总和为：锯割费+凿刻槽岩孔费+胀裂剂费=1737元+128元+28元=1893元。在开采台阶上采出一块9m3的荒料，采用三种方法来完成，各自生产费分别是：绳锯法5211元；密集排孔胀裂法2274元；刻槽胀裂法1893元。为了便于比较，再折算成单位生产费用消耗。则：密集排孔胀裂法：2274元÷9m3=253元/m3；绳锯法：5211元÷9m3=579元/m3；刻槽胀裂法：1893元：9m3=210元/m