经验的空场采矿法设计--秘鲁Cerro Lindo锌矿

文摘   科技   2024-08-23 10:11   内蒙古  

1. 引言

Cerro Lindo 多金属地下矿位于秘鲁钦查省(Chincha),是世界上最大的锌生产矿之一,也是秘鲁最大的地下矿,目前日采矿量超过 20,000 吨。Nexa Resources Peru(Nexa Peru)是总部位于卢森堡的 Nexa Resources 的子公司,拥有并运营着该矿,自 2007 年以来一直生产锌、铜、铅和银。2021 年,Cerro Lindo 矿生产了 10.2 万吨锌、2.9 万吨铜、1.3 万吨铅和 380 万盎司银。截至 2020 年 12 月 31 日,该矿估计拥有 5210 万吨探明和可能矿产储量,锌品位为 1.44%,铅品位为 0.20%,铜品位为 0.61%,银品位为 21.2 克/吨。2023 年 3 月,由于暴雨,Cerro Lindo 矿暂停运营 12 天,但随后又恢复了运营。

2. 位置和地质

Cerro Lindo 矿位于秘鲁伊卡省钦查省 Chavín 地区,Lima东南 268 公里处。该项目包括总面积为 43,750 公顷的 68 个矿产特许权和一个面积为 518 公顷的选矿特许权。Cerro Lindo 是一个黑子型火山成因块状硫化物(VMS)矿床,该多金属矿床由透镜状硫化物矿体组成,含有黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿和重晶石。Cerro Lindo总共发现了19个矿化带,每个矿化带厚达300米,宽100米。矿床呈西北走向,平均向西南倾斜 65°。矿床长 1350 米,宽 83 米,深 245 米。该矿床的特点是主要呈东北-西南走向的节理系统,以及在矿化区呈西北-东南走向的次级正交系统。岩体质量主要被评为一般 (RMR = 40~50),在某些特定区域被评为较差。

3. 空场采矿法
Cerro Lindo 采用机械化地下作业,在十个独立的矿体中使用分段深空空场胶结嗣后充填法进行采矿。从地下矿井开采出的矿石由卡车运往选矿厂,在那里经过破碎、研磨和浮选,生产出铜、铅和锌精矿。精矿通过公路运往距矿区 255 公里的卡亚俄港,或运往 Nexa 位于利马附近的 Cajamarquilla 冶炼厂,选矿厂的尾矿经过浓缩后被送往浆状回填厂或位于矿区内的干堆尾矿过滤厂。

为了优化分段空场的尺寸,使用了Potvin改进的稳定性图方法以及Clark and Pakalnis的ELOS(Equivalent Linear Overbreak Slough)方法。这两种方法都起源于UBC,下面简要回顾了这两种方法的背景。

3.1 稳定性图法

空场采矿法 (Open Stope Method)主要应用于倾角较陡的厚大矿体,其设计主要是确定空场的稳定性。有两种方法可以分析空场的稳定性:一种方法是通过解析或数值模拟技术分析空场围岩的应力和应变,例如使用FLAC3D, 3DEC, RS3,EX3等,另一种方法是基于经验的空场设计方法,简称稳定性图法(Modified Stability Graph Method),这种方法起源于加拿大,目前仍在世界范围内的地下金属矿山广为使用。


加拿大的地下金属矿山至少有50%都采用空场采矿法进行开采,因此积累了大量的实测数据。1980年,Golder Associates温哥华office的Mathews等人为CANMET提交了一份研究报告《Prediction of stable excavation spans for mining at depths below 1,000 metres in hard rock》,提出了基于经验的空场设计方法,后称Mathews稳定方法。 

Potvin(1988)在UBC完成他的博士论文时,对Mathews稳定方法作了改进,他使用了改进的稳定性数N′ (Modified Stability Number),如下图所示。图中的横坐标是静水力半径,它是空场面积与空场周长的比值。 

这种方法的一个主要特征是可以单独分析每个空场面的稳定性,N′越大,表明岩体的质量越好。 

其中Q′ 是改进的Q指标,A是应力系数,使用原岩的单轴抗压强度UCS和平行于空场面的压应力σ1来决定;B是岩石调节系数,表示空场面节理产状对稳定性的影响;C是重力系数,表示空场面的倾斜程度对稳定性的影响


3.2 ELOS法

Clark方法通常称作ELOS(Equivalent Linear Overbreak Slough)方法(Clark and Pakalnis, 1997)[An empirical design approach for estimating unplanned dilution from open stope hanging walls and footwalls],最初ELOS数据库是由削壁采矿【削壁充填采矿法(Narrow Vein Stoping)的发展】的案例组成的。最近Papaioanou在澳大利亚的6个空场采矿法矿山收集到226个案例增加了到原有的数据库中[Development of a Generalised Dilution-based Stability Graph for Open Stope Design]。

 

3.3 空场尺寸

考虑到岩体地质力学模型的结果和采矿活动现状,对质量一般和质量较差的岩石提出了空场尺寸建议。根据已开采的空场反分析的和楔形运动分析,制定了空场顶板的标准支护设计。在对空场顶部超挖高度与无支护空场宽度进行对比分析后,发现无支护顶的高度几乎是空场宽度的一半,这表明断层深度主要受岩体质量控制。对于顶板采用锚索支护的空场,发现空场内的超挖现象已经消除。此外,减少空场长度也有助于有效控制ELOS。


4. 结束语
本文基于SRK的研究工作,讨论了秘鲁Cerro Lindo锌矿的空场采矿法设计,在采用稳定性图形法和 ELOS 的同时,还对已开采的空场进行了反分析,这些方法有助于有效地确定空场的尺寸。通过对现有空场的测量,了解超挖类型及其程度,有助于有效确定空场顶所需的锚索支护尺寸;超挖控制有利于采矿周期的连续性以及次要或相邻空场的开采。

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