ValeInco公司的Creighton矿山每日掘进更

Viewpoint:perspectivesonmodernminingapublicationofcaterpillarglobalmining/2008:issue4©2008caterpillarinc.:issue4ValeInco公司的Creighton矿山:每日掘进更深拥有107年历史的Creighton矿山是位于加拿大安大略萨德伯里(Sudbury)地区ValeInco公司六大矿山之一—而且由于其较高的矿石品位、采掘年限、储藏量及现有基础设施，成为第二最盈利矿山。Creighton唯一的不足就是其深度—及将矿石输送到地面的成本不断增加。该矿场位于大萨德伯里市西部、2,400米（7,800英尺）深处，是加拿大最深的矿山之一—伴随这一特点的是诸多挑战：较高的岩石应力决定了开采方法，该方法旨在将次表层地震活动的影响降至最低，较高的原岩温度促使采用了新颖的“冰洞”冷却网络，从而将新鲜空气泵入矿坑。发现庞大的矿体Creighton的铜镍硫化矿体于1856年被发现，当时A.P.Salter观察到罗盘读数出现显著偏差。1901年，从露天矿坑开采出了第一块矿石。1906年，开始地下回采，两年以后，停止露天作业，每天产量达到725吨（800短吨）。改进开采方法Creighton开始地下开采作业之后的100多年以来，其开采方法不断变化，而且不断改进。留矿开采法一度让位于方框支架开采法、充填开采法、分段崩落采矿法和点柱开采法，之后又回归留矿开采法与下向机械化充填开采法。最近，则采用了大直径深孔爆破开采与垂直后退式开采相结合的方法。此外，装岩与支撑方法也同样得以发展。无轨作业、水力充填、间柱开采及引进胶结充填方法也都曾经在不同时期实施过。自开采以来，已经从Creighton矿山开采了1.55亿吨（1.71亿短吨）矿石—铜品位1.23%，镍品位1.59%。为了便于作业，矿山被划分成若干个区。4区是目前最高的作业区，从1,100米延伸到1,650米水平（3,570英尺到5,400英尺水平），矿床在上方展现。5区主要包括1,650米与1,950米水平之间的旧矿坑（5,400英尺与6,400英尺水平之间）。6区包括大面积矿体，已经从1,950米水平推进到2,390米水平（6,400英尺水平推进到7,840英尺水平），矿床在深部展现。此外，目前重新启用了3号竖井作为培训中心，并计划于2021年重新开采。Viewpoint:perspectivesonmodernminingapublicationofcaterpillarglobalmining/2008:issue4©2008caterpillarinc.确定矿石类型Creighton位于萨德伯里杂岩体(SIC)的南区。萨德伯里杂岩体的岩石有18.5亿年历史，岩体出露于一个72公里（45英里）长轴，27公里（17英里）短轴的椭圆环内。广义上，Creighton主要有三类矿化物：次层苏长岩或石英闪长岩上的硫化物；位于底板岩层的高品位硫化矿；以及与剪切相伴随的硫化物。Creighton矿体包含的主要贱金属矿物是磁黄铁矿Fe(1-x)S、镍黄铁矿(Fe,Ni)9S8和黄铜矿(CuFeS2)。近期对2,377米（7,800英尺）水平以下的勘探传出令人鼓舞的结果，预期将极大延长矿山的开采寿命。2007的产量达到793,000吨（873,617短吨）：铜品位1.62%，镍品位2.8%。“似乎在目前工作面以下还有充分的未动用矿化物，”Creighton的首席矿山地质师DaveAndrews解释道。“这些较深层矿石可能位于一个更多花岗岩的下盘杂岩上。这一（矿石形态）过渡对开采方法的影响与矿化物集中于狭窄区域相随，因此，我们可能必须缩减我们的回采规模，甚至使用更为选择性的方法来替代大量采矿法。”Creighton矿石含多种金属，其中包括镍、铜、铂、钯、铑、钌、铱、金与银，但大部分是镍和铜。Creighton矿山使用大量采矿与选择性开采法。使用选择性开采法选择性开采使用下向机械化充填(MCF)法，主要用于水平层区域和狭窄高品位细碎带。目前在Creighton使用选择性开采法开采的矿石约占5%。在下向机械化充填法中，回采工作面从一个起始7.5米宽（25英尺宽）的矿槽在4.5米高（15英尺高）的升降机中横向驱动。在两个回采工作面之间留下5×6米宽（16×20英尺宽）的间柱。近期，下向机械化充填法已经改进为下向机械化充填掘进法，实现纵向开采矿体。选择性开采法目前应用于5区（即1,650米与1,950米水平或5,400英尺与6,400英尺水平之间的矿坑）。应用大量采矿法如果矿体很大而且急倾斜，则使用大量采矿法，目前Creighton使用该方法开采的矿石约占95%。首选大量采矿法为槽切开采法(slot-slash)。垂直后退式开采(VRM)于二十世纪八十年代中期引进，取代了充填开采法。经改进的垂直后退开采法—槽切开采法于二十世纪九十年代后期引进，取代了垂直后退开采法。从垂直后退开采法转而采用槽切法是为了将爆破次数减至最少，从而减少爆破导致的损害。这两种方法都是大量采矿法，运用了从顶坎钻出的152毫米（6英寸）开采爆破孔一直穿透到底坎。在这些爆破孔内填满爆炸物并引爆，然后在底坎使用铲运机(LHD)铲起破碎的矿石并倒入矿石溜井。在槽切开采法中，将使用一个1.2米（4英尺）直径的天井钻孔在回采工作面钻出一个槽天井。回采工作面底部和槽天井周围的开采爆破孔将填满爆炸物并引爆。该方法形成更多的自由爆破面，使Creighton可以通过较少爆炸次数来开采回采工作面。回采工作面的高度介于26至61米（85至200英尺）之间，但“内部”水平尺寸则变化不大，因此从一个回采工作面开采的矿石介于6,300至91,000吨（7,000至100,000短吨）之间。较低品位的矿石则可能需要二次爆破。在6区域内，使用了下向顺序开采法，开采顺序向邻近前一充填回采工作面的下方进行。但是，下向开采法对顺序（必须遵守严格的梯段）和充填质量作出了限制，其显著优势则是由于没有形成底柱，从而减少了地震活动性。此外，由于将应力推出至拱座，因此不会产生永久性的坎/柱，并提升了回采率。ValeInco的安大略营运业务规划与矿山技术服务经理AlexHenderson承认：“由于我们开采的深度，遵照此顺序显得尤其重要。否则，我们的开采工作很可能遭受可观的地震强度。在此区域，水平应力是垂直应力的两倍。我们希望随着深度增加，水平与垂直应力之间差异会变得均一。”Viewpoint:perspectivesonmodernminingapublicationofcaterpillarglobalmining/2008:issue4©2008caterpillarinc.以开发为目的的钻探使用了两台臂架车装式钻机，功率为6立方米（8立方码）的Caterpillar®R1700G柴油铲运机在开发及回采工作面上装岩与运载。在较低区域则使用了卡车将破碎的矿石运输到2,100米水平（7,000英尺水平）上的井下破碎站。管理地震活动Creighton的采矿工程师考虑的主要问题之一就是开采/挖掘活动引起次表层地震活动的发生。“我们遇到过的大部分重大的地震活动都是由于存在断层平移，”Henderson解释道，“大部分地震活动都是在开采爆破期间或紧接其后发生的。每一班结束时，我们会留出若干小时让“地震衰减”，然后才重新进入该区域。我们会在矿山周围策略性地部署众多的地震检波器来监控这些区域，如果我们感觉衰减速度和我们期望的不一样，我们将临时关闭这一矿山区域，并延长重新进入该区域的等待时间。我们曾经多次遵照此规定并避免了导致工人受到伤害的事故。”使用的开采方法由ValeInco内部人员使用应力模式不断改进。“我们目前正在努力的一个主要创新”，矿山经理KellyStrong解释道，“不是开采方法本身，而是其随后的支撑方法。Creighton从来不会使用单一的矿山支撑系统。我们目前在开发与开采巷道和拖运区域采用了一系列的支撑系统。”这些支撑系统包括如水力充填的尾砂胶结；喷射混凝土；喷射拱；加强支撑；和大直径缝管式锚杆—46毫米直径（1.8英寸）未夹，相较于传统34毫米直径（1.3英寸）未夹缝管式锚杆。“这些‘肥大的’缝管式锚杆非常结实，无法用手安装，因此，我们采用了一人操作的锚杆钻车装置，该装置可钻孔并将这些46毫米直径（1.8英寸）的锚杆安装到位，”Strong说道。“这种锚杆钻车是一种远程操作机器，因此操作员可以在距非支撑区域一定距离的小室进行操作。这点很重要，因为我们经常发现我们要在充填区下方挖掘巷道。”充填区包含来自Clarabelle工厂的尾砂，这种尾砂作为浆料（40%的固体物和60%的水）沿40厘米（16英寸）直径的表面管注入一个存储槽并搅拌，等待与水泥/飞尘混合，然后注入地下进行充填。“充填回采工作面时，我们必须分阶段进行，以使多余的水能通过岩石内缝隙渗透，”Strong说道。“我们目前正在研究使用浆体进行充填，但到目前为止，并未在Creighton作出其商用决定。”处理矿石与废物所有矿石都使用一个5,200千瓦（7,000匹马力）的双臂吊车和两个13.5吨（15短吨）的铝质箕斗吊高到9号竖井。矿石从以下三个独立区域之一运到竖井：4、5或6区。•4区矿石被倾倒至矿石溜井，并送入一个在1,500米（5,000英尺）水平的柴油机车上。矿料将被运输1,400米（4,500英尺）到一个破碎站，而破碎的矿石将被输送到9号竖井1,600米（5,280英尺）水平的装载硐室。此水平装载硐室的输送速度为每小时308吨（340短吨）。•5区矿石被倾倒至矿石溜井，并送入一个在1,950米（6,400英尺）水平的柴油机车上。矿料将被运输到一个矿石溜井，并送入2,000米（6,600英尺）水平的破碎站，而破碎的矿石将被输送到9号竖井2,036米（6,680英尺）水平的装载硐室。•6区矿石将通过卡车经斜坡道运输到2,124米（6,970英尺）水平的堆放处。然后，此矿料被倾倒至2,133米（7,000英尺）水平的破碎站，破碎的矿料与5区矿石一样，将（通过一个传输带）送入9号竖井2,036米（6,680英尺）水平的装载硐室。此2,036米（6,680英尺）水平装载硐室的运输速度为每小时272吨（300短吨）。所有人员和矿料都通过9号竖井罐笼出入矿山。矿山目前正寻求其它途径代替卡车沿斜坡道向上运输矿石。“我们矿山深处还有大量矿石，而且我们必须确保不会因为使用不合适及不可持续的矿石运输方法而浪费这里的财富，”Henderson说道。“我们可能会讨论安装一个带装料斗的二级内部吊装系统，从而实现在竖井之间运输矿石。”Viewpoint:perspectivesonmodernminingapublicationofcaterpillarglobalmining/2008:issue4©2008caterpillarinc.提供充分的通风Creighton9号竖井矿坑使用一个通风系统实现每分钟送入45,000立方米（160万立方英尺）新鲜空气。新鲜空气是从地面经过3号竖井附近的旧回采工作面上的破碎岩石送入，这由于寒冷的冬天和空气中的湿气而形成的“冰洞”。该冰洞起了热交换的作用，温暖了冬天的冷空气，冷却了夏天的热空气。次表层平均气温为摄氏3度（华氏37度），各季节略有差异。采用冰洞系统后，到目前为止，还不用提供机械制冷。目前为止，在节约设施费用、维护和功耗方面效果显著。Creighton是率先在加拿大采用此简化、新颖的冰洞冷却系统的矿山之一。Strong解释说：“由于在不久的将来，我们的工作将超出现有冷却系统的极限，我们必须寻求众多替代方案。其中一个选择就是使用昂贵的机械制冷设备