我国砂锡矿床的露天水力开采.pdf

； 每 萄， } 地质、采矿 3 {； ‘ I 司 口 t；j口 m 日口 日 c 5 1 。 f ， _ 牛 我国砂锡矿床的露天 北京有色冶金设计研究总院 ___● _一 【 摘要 】 我国 砂 锡 矿 床的 露 天 水 力 开 采． 自 建国 以 来 在 研 究 矿 床 地 质 成因 类 型． 砂 矿 层 土质及物理力学性质方面取得了进展。在此基础上．进一步应用水抢水力原理，改进了水抢射流 的质量和冲击力、提高了水枪的冲采教能 赴展了机械化水力开采与自流水力运输．取得了良 好 的经济效果。 关键词机械化水力开采 ＆ 水力原理 自流水力运输 THE 0P l ￡ N P I T HYDR UU[C ⅡN 『 G 0N ALLI MAI ．TⅡ DE I N CHI NA e i j i n g C e n t r a l E n g i n e e r i n g ＆ R e s e a r c h I n s t i t u t e f o r No nr e mu s Me t a l l u r g i c a l I n d u s t r y M o Y o u y i 【A B S T R A C T】S i n c e t h e f o u n d i n g o f t h e P e o p l e s R e p u b l i c o f C h i r , t h e o p e np i t h y d r a u l i c mi n i n g o n a l l u v i a l t i n d e p o s k i n C h i n a h a s ma d e e x t e n t p r o g r e s s i n t he s t u d y of t h e g e o l og i c a l g e n e s i s t y p e o f de p o s i t ，t h e s o U q u a l i t y o f p l a c e r l a y e r a n d t h e i r p h y s i m e c h a n i c a l p r op e r t i e s ． Up o n t h i s b a s e ， f ur t h e r a p p l i e d t he hy draul i c e l e me n t s o f mo n i 【 o r t o i mp r o v e j e t q u a l i t y , i mp u l s i v e f o r c e a n d e f f e c t i v e n e s s o f mo n i t o r ， w i t h d e v e l o p i n g t h e me c h a n i c a l h y d ra u l i c mi n i n g a n d t h e g Ⅲ i t y h y d rau l i c t r a n s p o r t a t ion ma d e t h e a c h ie v e me n t g o o d e c o n o mi c b e n e fi c a l r e s ul t ． KE Y W ORDS Me c h a n i c a l h v drau l i c mi n i n g Hy d rau l i c e l e me n t s o f mo nit o r Gr a v i 【 v h y d r a u l ic t rampo r t a t i o n l 概 述 好的 经济 效 果。 我国砂锡矿床的露天水力开采，从人工 采掘发展到机械化；从探明资源开始，进一 步研究矿床地质成因类型，砂矿层土质及其 物理力学性质；应用水枪水力原理，改进原 有水枪以及研究适合水力开采的综合条件等。 在取得经验的基础上．逐步发展水力开采法， 建设大型机械化水力开采矿山。通过长期的 生产实践．积累了丰富的经验．并取得了良 2 资源简况 我国砂锡矿资源丰富．分布范围亦广． 主要是云南 、广西、广东和湖南等省 。 云南 省主要分布在个旧以及外围的老厂、 马拉格、 松树脚 、牛犀坡、卡房、田心、石岩寨和古 山等地广西省主要公布在贺县 钟山、富 川和恭城等地；广东省主要分布在坂潭、新 岭 ， 平岭、牛牯领、揭阳和海丰等地；湖南 我国砂锡矿床的露天水力开采奠友怡 邮编 】 0 0 0 8 8 ， 天一 ． 维普资讯 省主要分布在湖南与广西交界的萌渚岭附近。 3 砂锡矿床地质威囡类型与 砂矿层土质 砂锡矿床的形成是由于原生矿床受物理、 化学和风化作用的结果，造成残积 一堆积砂 矿；河流对形成砂矿的作用也很重要， 如受风 化侵蚀造成的碎屑矿物与岩石， 从山地斜坡滚 入河谷 ， 经河流的搬运、 破碎、集中， 形成冲 积矿床等，其它地质成困类型分类如表 l 。 表1 砂锡矿床地质成因类型表 成因 滨海沉积 残积层，坡积层 残积层、 坡积层、 类 型 三 角 洲 沉 积 冲 积 层 ． 洪 积 层 竺 豢 骗、 冲积层、垃 { 彝 海沉积 层、 风积层 蔷5 层 形态 类 型 躯 薹 河 谷 ， 阶 地 、 滨 楚 踅 ’堡 岸 、 层 状 嚣 i 蓉 龛 嚣 形j 吉矿 砥岩、 细砾岩 残积层、 珍 松散 残积层、砂砥格 沉 积 层 册物 、 砾 岩 豢 特性 沉积物、风砂 3 ． 1 地质成因类型 在表 l 所列的地质成因类型中，残积砂 矿、冲积砂矿 、 洪积砂矿、 滨海砂矿和三角 i } ll砂矿具有较大的现实意义。 3 ． 1 ． 1 残积砂矿 残积砂矿的特征决定于原生矿床的大小 和特征 。原生矿床风化后一般分布在矿床上 部露头的平缓斜坡或小丘上，矿物颗粒一般 呈棱角状，这类砂矿常会沿山坡滑落至山麓， 形成堆积或坡积砂矿。 该矿床主要分布在个 旧的老厂，牛犀坡、松树脚的半坡、早谷地 等处；广西大厂的砂矿也属这种类型。 3 ． 1 ． 2 冲积砂矿 冲积砂矿是由于原生矿床被风化剥蚀破 碎后，经斜坡滚入河谷 ，被河流搬运至离其 原生地点很远的地方沉积而形成的．其特征、 大小和含砾后的多少是按流入河谷中的疏松 吉锡物质的数量 、 粒度、 锡石连生体的大小 以及砂矿的地貌而定。在广西富贺钟区的石 灰岩地带，常发现在喀斯特溶洞内形成含锡 石 2 ～5 k g ／ n 富矿囊的洞穴冲积矿床 冲积砂锡矿床，主要分布在广西的水岩 坝 、 广东的揭阳、海丰和湖南的某些地区。 3 ． 1 ． 3 洪积砂矿 洪积砂矿是由暂时流动的水流和洪水沉 积物所形成，这种类型的砂矿由于水流的短 期性，其沉积物的分布远不如冲积砂矿均匀， 常形成扁豆状和较小的夹层状，同时由于水 流的周期性，在一个断面内常发现数层砂矿。 这类砂矿特别发育在荒漠和草原地区。 我国 个旧老厂区部分地段属洪积 一堆积砂矿床。 3 ． 1 ． 4 滨海砂矿 这类砂矿分布于湖泊或海洋沿岸，是由 湖岸或海岸的原生矿床经冲蚀作用而形成的， 亦有古代砂矿再经冲蚀作用而形成的。在这 种砂矿层内不常含卵石，矿层赋存于砂砾层 或赋存于由砂砾、砂质牯土组成的沉积物中。 矿层组织疏松，大部分在海潮线以下，矿层 露出地表。主要分布在广东沿海地区，赋存 于花岗岩地带，如海丰县的杨柳埔地区，属 滨湖堆积 一冲积矿床。 3 ． 1 ． 5 三角洲砂矿 此类型砂矿实际上属冲积砂矿，其沉积 层是在河流流入湖海时形成的，但由于分布 在湖海及河口三角洲，故称三角洲砂矿，我 国尚未发现三角{ III砂锡矿床。 3 ． 2 砂矿层土质 砂矿层土质对决定水力采矿的用水量具 有重要意义，它是一种复杂的物质，由于其 组成颗粒的大小、含水量的多少和胶结物成 分的不同，其性质亦互异，也经常变化。 3 ． 2 ． 1 土质分类 土质按砂矿层砂石含量的多少、松散及 致密程度等可分为Ⅶ类； 第1 类，无粘性 、含量大于 5 0 ％、 粒径 有色矿山l 9 9 8 ． 2 维普资讯 为 0 ． 2 --0 ． 0 5 c m的细砂；粘结性弱的轻松砂 质土和松散黄土； 第Ⅱ类，无粘性 、 含量大于 5 0 ％ 粒径 为 0 ． 2 5 --0 ． 5 c m中粒砂；稍具粘性的轻质垆 坶和粉质颗粒 ，但不大坚硬的致密黄土 ； 第Ⅲ类，无粘性 含量大于5 0 ％、粒径 为 0 ． 2 ～1 ． 2 c m的中粗粒砂；半粘结性的砂 质垆坶和半粘结性、稍具适水性的中砂质粘 土 ； 第Ⅳ类，无粘性，含量大于5 0 ％、粒径 为 0 ． 2 ～2 a n的粗粒砂；呈粘结性的重质垆 坶和有粘结性、 适水性不强的重砂质粘土以 及有足够粘结性的致密含砂垆坶； 第V类．无粘性 、 含砾石4 0 ％的砂；致 密度与粘结性大 、 含砾石 1 5 ％以下的粘土和 致密度与粘结性大、 挖掘困难的半油性牯土； 第Ⅶ类，砾石超过 4 0 ％、无粘结性的砂 质砾石粘土；砾石超过 1 5 ％、 粘结性大、挖 掘困难的致密粘土和致密度与粘结性极大、 不透水 挖掘困难的油性粘土。 3 ． 2 ． 2 土质的物理力学性质 土质的物理力学性质包括粒度、密度、 重量、孔隙度、透水性、松散性与抗压强度 等 。 4 适合水力开采的矿山 综合条件 适合水力开采的矿山的综合条件为 I 砂矿层的可冲采性，包括砂质牯土 多、 湿度大、重量轻、安息角小、孔隙度大 和松散系数大等有利条件； 2 矿区附近赋存有丰富的地表水与地 下水及充足的电源，水电能经济地利用； 3 矿区在冬季不冻结，管道可露天铺 设， 全年可进行作业 ， 无须为采矿工人设置 特殊的防冻装备； 4 矿区附近有足够的排弃砾石和尾砂 场地，有回收水的有利条件，为选厂创造良 好的环境 。 5 水力开采法 水力开采法是借助于水的能力与砂矿本 身的重力把砂矿层冲击崩落，使其从整体破 碎分离出来的方法 。 水力开采分天然水力开 采和机械化水力开采。 前者是把山坡堆积砂 矿层，分成阶段 约 l O re ， 在阶段工作面的 最低点开挖浅淘，引用天然压力水流过，把 工作面的砂矿冲涮下来；后者系用水泵加压， 通过采掘机械水枪冲采。 5 ． I 采矿装备 采矿准备工作，对凹陷的砂矿，首先是 剥离无矿的表土层，采用水力剥离，一般剥 离工作提前半年进行，即可取得足够的备采 矿量 。 在已剥离的砂矿层内最低处的基岩位置 上开挖长 5 0 m、 宽 1 5 m、 深沟 l o re一个回采 阶段高的砂泵站，并在泵站附近的基岩内开 凿一个深 I ． 5 --2 ． O m的集浆池，收集来自水 枪工作面流入的矿浆，用砂泵送到选矿厂。 对山坡的残积 一堆积砂矿区，选矿厂一 般选择在矿区外或离矿较远的最低标高处 。 此时的准备工作包括在矿区最低处矿层内的 开挖堑淘、 输矿支沟和水枪工作面。 5 ． 2 水枪冲采作业 采矿开始，用水枪在工作面掏槽，其深 度以达到砂矿层自行崩落为准，再用水枪破 碎冲洗，把混合的矿浆送到矿浆池．用砂泵 提升输送至矿区外的选矿厂。 5 - 2 - l 水枪水力原理 由于水枪喷嘴是圆锥形，其流量系数值 较圆柱形喷嘴大，这一系数也随着圆锥形喷 嘴顶角的大小变化而变化 见表2 ，当锥角 为 1 3 。 3 4 时， 喷嘴出口断面的流量系数达 到最大值 0 - 9 4 6 ，当锥角继续增大时，流量系 数随之减少。因而把原有水枪的喷嘴顶角 1 2 。改为 1 3 。 2 4 ，改善了射流质量，使水枪 出口 射流压力比原有水枪大2 倍，其流量和 射程均有增加，保持了良好的冲击力。 我国砂锡矿床的露天木力开采奠友情 f 邮犏 】 0 0 0 3 8 3 维普资讯 表 2 圆锥形喷嘴在不同锥角下的各种系数 5 ． 2 ． 2 水枪离工作面的距离 水枪射出的射流射到工作面的压力是随 水枪距工作面的距离而变的，距离愈远，压 力愈小 见表 3 ， 故力求把水枪置于距工作 面最近的地方 。 但对呈崩落现象的致密砂矿 层，水枪离工作词的距离可等于阶段高，而 对孔隙度大、透水性强 、不胶结的砂矿层， 经冲采后砂矿层易于沿阶段面方向滑落时， 在不影响安全的条件下，水枪离工作面的距 离可小于阶段高，以提高冲射压力。 表3 水枪距工作丽距离的理论压力 5 - 2 ． 3 水枪的供水系统 当水源标高高于矿区，其高差的天然压 力水可利用时，可在水源最高处建水池或在 水源最高处的峡谷建水库储水，然后铺设连 接水池或水库与采场之间的主管道，在主管 道接支管给水枪的进水管使水枪加压；另一 支管接入水力提升机，使提升机产生动力以 吸入矿浆。其生产实践证明，节省了电源， 其成本比用电力开采低 5 0 ％。 当水源标高低于矿区时，供水系统包括 建吸水泵站和在泵站至采场最高点建蓄水池， 在水池或矿区附近建加压水泵站和铺设加压 泵站至水枪的分支管道，把压力水送入水枪。 这样大大节省了电力资源 。 5 ． 3 水力输送 水力运输包括砂泵提升和水力提升，管 道加压运输和沟道 自流运输 。 在泵升运输中，砂泵或水力提升机的提 升管与水平线构成 7 0 --8 0 。角，常用直径 2 0 0 m m的无缝钢管，长一般 3 5 m ， 为保证泵 升效率，必须对矿浆中大于 f o ru m的石块用 条格筛筛除，在矿浆浓度8 ％ --1 0 ％的情况下， 提升砂矿约 3 0 --3 5 万 咿 ／ a 。 水平管道加压运输， 应用较少。 广西水岩 坝的新桂矿区， 由于距选厂较远 ， 铺设 9 0 0 m 长的管道， 用直径 2 0 0 ra m、壁厚 8 ra m的无缝 钢管，用三段砂泵加压，把矿浆进至选厂。 采用输矿淘自流运输时，沟的线路尽可 能取直 线，如 需 拐 弯，其 角 度 不 小 于 1 3 0-- 1 5 0。 ，而淘的坡度大于 蛳 。 6 结 论 我国砂锡矿床的露天水力开采已取得很 大发展，也积累了丰富经验。主要是根据水 枪水力原理，改造原有水枪，改善了射流质 量，提高射流致密度和增加长度，使采冲的 主要工作段扩散慢，射程远，保持良好的冲 击力， 提高了水枪的冲击效能 。 其次是投资 少，成本低，如新冠采场基建投资与机采投 资的比例是水采为 l 时，机采为 1 ． 5 ， 采矿 成本的比倒是水采为 l 时，机采为 1 ． 4 ～1 ． 8 。 且投资返本年限短，如新冠采场，投产后第 一 年的9 个月，产量的返本率为 2 5 ％ 第二 年返本率高达 6 o ‰ 到第三年头 3 个月就全 部收回了基建投资。 这说明水力开采砂锡矿 的优越性。在水采中要提高投资返本率，还 必须改进技术装备，提高设备效率，加快采 掘速度，在增加产量的基础上，降低生产成 本以扩大年净效益 。 I 有 色 舢 ■ ； 维普资讯