阿尔哈达多变矿体环境友好型回采技术研究.pdf

中图分类号工坌垒望 U D C 』22 学校代码 堂3 三 密级公开 硕士学位论文 阿尔哈达多变矿体环境友好型回采技术研究 S t u d y o fE n v i r o n m e n t a l a m i c a b l ym i n i n gT e c h n o l o g y f o rv a r i a b l e0 r eo fA e r h a d a 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 周彦龙 矿业工程 充填理论 资源与安全工程学院 王新民教授 论文答辩日期兰 生生兰I 答辩委员会主席盔堑三缈 中南大学 2 0 1 4 年4 月 万方数据 学位论文原创性声明 本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共 同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 作者签名压l 廛垄日期至Q 生年』月上日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位 论文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的 复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩 印或其它手段保存和汇编本学位论文。 保密论文待解密后适应本声明。 作者签名』里立盘 导师签名立妥睦兰纨 万方数据 阿尔哈达多变矿体环境友好型回采技术研究 摘要优质矿产资源的长期连续开采，以致我国浅部、易采资源逐渐消 耗殆尽，资源开发势必趋向深 部 、边 部 、残 矿 领域。阿尔哈 达矿地处生态脆弱、自然条件欠佳的内蒙地区，在该区进行环境友好型 高效回采研究，争取更好的经济效益、环境效益和社会效益，具有深远 的意义。本文借助对阿尔哈达矿采矿方法及综合保障性措施的设计研究， 来进行高寒草原地区环境友好型回采方案的探索，并取得如下成果 1 分析开采技术条件与自然环境条件，评价当前方案的适应合理性， 提出以充填方案为主的改进建议。 2 对阿尔哈达矿矿体进行了岩石力学试验和充填配比试验，得到方 案设计与研究的基础参数和较理想的充填配比。 3 针对阿尔哈达矿矿体特性，提出三个可行的备选方案，应用突变 理论确定上向水平分层充填法为最优方案；为增强方案灵活适用性提出 进路式替换方案；对选定方案进行参数优选和单体设计；应对矿体产状 剧变特性提出组合方案。 4 对充填系统进行防冻、保暖设计及部分环境保障性废石利用与水 土保持措施。 理论计算结果表明推荐方案具有较好的经济效益，结合相应措施， 能较好的践行“绿色开采”的理念。 关键词采矿方法；突变理论；组合方案；井筒防冻；废石充填；水土 保持 分类号 万方数据 S t u d yo fE n v i r o n m e n t a la m i c a b l ym i n i n gT e c h n o l o g yf o r v a r i a b l eO r eo fA e r h a d a A B S T R A C T L o n g - t e r mc o n t i n u o u sm i n i n gh a sl e a d e dt ot h ed e p l e t i o no f h i g h ．q u a l i t ym i n e r a lr e s o u r c ei ns h a l l o w , a n dt h er e s o u r c ee x p l o i t a t i o n ，a sa r e s u l t ，i Ss h i f t i n gt od e e p ，r e m o t e ，p o o rm i n e r a lr e s o u r c e ．A e r h a d am i n ei S l o c a t e di nN e i m e n gp r o v i n c ew h e r et h ee c o ．s y s t e mi Sf r a i la n dt h en a t u r a l c o n d i t i o n sa r eb e l o wt h ea v e r a g e ．T h e r e f o r e ，c o n d u c t i n g as t u d yo n e n v i r o n m e n t a lf r i e n d l ye x c a v a t i o ni nt h i sa r e a ，s t r i v i n gf o rb e t t e re c o n o m i c b e n e f i t s ．e n v i r o n m e n t a lb e n e f i t sa n ds o c i a lb e n e f i t sh a sp r o f o u n ds i g n i f i c a n c e ． I no r d e rt op r o b et h ee r i e c t i v ee n v i r o n m e n t a la m i c a b l ym i n i n gt e c h n o l o g y , t h er e s e a r c ho nm i n i n gm e t h o da n dc o m p r e h e n s i v es a f e g u a r dm e a s u r e sw a s c o n d u c t e dw i t ht h em a i na c h i e v e m e n t sa sf o l l o w s A c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so fg e o l o g i c a le n g i n e e r i n gc o n d i t i o n si nm i n i n g a n dn a t u r a le n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n s ，a n dt h ee v a l u a t i o no fa p p l i c a b i l i t yo f c u r r e n ts c h e m e ，t h eb a c k f i l l i n gm e t h o d ，a sap r i m a r ys c h e m e ，w a sp r o p o s e d ． As e r i e so fe x p e r i m e n t sc o n c e r n i n gt or o c km e c h a n i c a lp a r a m e t e r sa n d b a c k f i l l i n gr a t i oa b o u tA e r h a d am i n ew e r ec o n d u c t e dS Oa st oo b t a i nb a s i c p a r a m e t e r so fs c h e m ed e s i g na n dr e l a t i v e l yi d e a lb a c k f i l l i n gr a d i o ． A c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fA e r h a d ao r eb o d y , t h r e ep r a c t i c a b l e m i n i n gs c h e m e sw e r ep u tf o r w a r d ，a n dt h eu p w a r dh o r i z o n t a lc u ta n df i l l s t o p i n gm e t h o da st h eb e s ts c h e m ew a ss e l e c t e db yc a t a s t r o p h et h e o r y ． U p w a r dd r i f ts t o p i n gw i t hb a c k f i l l i n ga sa l t e r n a t i v ew a sd e s i g n e dt oi m p r o v e t h ea d a p t a t i o no ft h es c h e m eb e f o r et h eo p t i m i z a t i o no fs t o p es t r u c t u r e p a r a m e t e r sa n ds c h e m a t i cd e s i g n i n g ．A n o t h e rp r o p o s a l t od e a lw i t ht h e v a r i a b l ec h a r a c t e r i s t i co ft h eo r eb o d Vi sc o m b i n a t i o ns c h e m e ． T h em e a s u r e so fa n t i f r e e z i n ga n dk e e p i n gw a r ma n ds t r a t e g i e so fw a s t e r o c kf i l l i n ga n dc o n s e r v a t i o no fo i la n dw a t e rw e r er e c o m m e n d e di nt h ee n d ． T h et h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o np r o v e st h a t 也es e l e c t e ds c h e m ei sc a p a b l eo fg o o d e c o n o m i cb e n e f i t s ，a n d “g r e e nm i n e sw o u l d ”b ec a r r i e do u t ，c o m b i n i n g r e l a t e dm e a s u r e ． K e y w o r d s “ m i n i n gm e t h o d ，c a t a s t r o p h et h e o r y , c o m b i n a t i o ns c h e m e ，t h e w e l l b o r ea n t i f r e e z e ，w a s t er o c kf i l l i n g ，s o i la n dw a t e rc o n s e r v a t i o n C l a s s i f i c a t i o n I I 万方数据 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I I 第1 章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 研究背景、目的与意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 l 。2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．1 高原地区采矿现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2 ．2 矿业开发对内蒙草原地区的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2 ．3 内蒙地区矿业开发的发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．2 ．4 矿山防冻研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．3 研究内容及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3 ．1 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．3 ．2 研究技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。4 第2 章矿山概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．1 气候与自然地理条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2 矿区地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2 ．1 矿床地质特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．2 ．2 水文地质特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 2 ．2 ．3 工程地质特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 2 ．2 ．4 矿岩物理性质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 2 - 3 开采技术条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．4 开采技术条件分析评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．5 当前采矿方法评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 2 ．5 ．1 开采方式及现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．5 ．2 方案分析评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．5 ．3 当前采矿方法总体评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．5 ．4 建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 第3 章岩石力学试验与配比试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 3 ．1 岩石力学实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 5 3 ．1 ．1 试样采集与加工⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 3 ．1 ．2 单轴抗压试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 3 ．1 ．3 单轴抗拉试验 劈裂法 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17 3 ．1 ．4 岩体工程力学参数折算方法㈨2 5 1 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 8 I I I 万方数据 3 ．1 ．5 阿尔哈达矿岩体工程力学参数折算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 3 ．2 充填配比试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 1 3 ．2 ．1 阿尔哈达矿充填材料选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 l 3 ．2 ．2 充填材料物理力学性质测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 ．2 ．3 充填配比试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．2 ．4 推荐配比参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 第4 章采矿方法优选及采场结构参数优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 4 ．1 采矿方法选择基本要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 7 4 ．2 方案初选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 8 4 ．2 ．1 上向水平分层充填法 方案I ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 4 ．2 ．2 分段空场嗣后充填法 方案I I ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 4 ．2 ．3 爆力运搬法 方案I I I ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 2 4 ．3 方案优选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 5 4 ．3 ．1 优选理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 ．3 ．2 突变优选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 4 ．4 采场结构参数优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 0 4 ．4 ．1 基本假设及参数选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 4 ．4 ．2 上向水平分层充填法采场结构参数优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 4 ．4 ．3 上水采场结构参数优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 4 ．4 ．4 上向进路充填法进路采场参数优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 4 ．4 ．5 进路规格数值模拟结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 4 ．5 组合方案及无缝转换技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 7 4 ．5 ．1 方案提出背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 4 ．5 ．2 矿岩稳固性突变矿块采矿方法组合方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 4 ．5 ．3 矿体倾角突变矿块采矿方法组合方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 4 ．5 ．4 矿体厚度突变矿块采矿方法组合方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．5 ．5 同～矿块内采矿方法平稳转化技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 第5 章采矿方法单体设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 5 ．1 上向水平分层充填法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 1 5 ．1 ．1 主要回采设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 l 5 ．1 ．2 矿块布置和结构参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 5 ．1 ．3 采准切割⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 5 ．1 ．4 回采⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 5 ．1 ．5 作业循环图表与采场生产能力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 I V 万方数据 5 ．1 ．6 主要技术经济指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 5 ．2 上向进路胶结充填法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 8 5 ．2 ．1 主要回采设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 5 ．2 ．2 矿块布置和结构参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 5 ．2 ．3 采准切割⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 5 ．2 ．4 回采⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 5 ．2 ．5 作业循环图表与采场生产能力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 5 ．2 ．6 主要技术经济指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 第6 章综合保障性措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 6 ．1 供保暖措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 5 6 ．1 ．1 井筒防冻⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 6 ．1 ．2 砂仓保暖⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 6 ．1 ．3 充填管道防冻⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 7 6 ．2 废石胶结充填技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 8 6 ．2 ．1 出井废石⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 6 ．2 ．2 不出井废石⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 9 6 - 3 水土流失防治措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 0 6 ．3 ．1 采矿工业场地防治措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 0 6 ．3 ．2 井下采场防治措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 0 6 ．3 ．3 废水处理、循环利用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 0 6 ．3 ．4 完善检测、监管机制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 l 第7 章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 3 7 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一7 3 7 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。7 3 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 5 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 9 攻读学位期间主要的研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 1 V 万方数据 中南大学硕士学位论文 第1 章绪论 第1 章绪论 1 ．1 研究背景、目的与意义 矿产资源是人类赖以生存和发展的物资基础【1 ，2 1 。近半个世纪以来，由于缺乏合 理的规划管理、技术运作及环保等前瞻性意识，资源利用在地广物丰的华夏大地上 呈现出不均衡的问题在条件便捷的腹地资源消耗过快，近2 0 年来，我国原有的近 2 0 0 座大型有色金属矿山超过6 0 ％业已闭坑停产。中原地区浅部资源和优厚资源正逐 步迈向告罄边缘，因此我国的矿业发展开始转向深部矿体、偏远地区矿体及具有时 代特色的环境友好型绿色开采【3 ‘5 】。 我国地域广阔，其主要矿产资源分布并不均衡，中西部及内蒙地区蕴藏大量矿 产资源，尤其以天然气、煤炭和铝土矿表现最为明显。随着时代发展的需要，中西 部及内蒙地区的矿产资源正逐日走入规模化开发章程。 内蒙锡林郭勒盟山金阿尔哈达矿是一个以硫化矿为主，铅锌共生的大型有色金 属矿床。矿山地质报告提供的1 2 2 b 3 31 3 3 2 3 3 3 地质储量达2 2 7 0 万t 矿产，初步 设计核定的保有储量1 3 4 8 2 8 9 6 t 3 3 3 级别按6 0 ％计入 ，设计利用资源量1 2 7 2 1 9 9 2 t 。 设计生产能力3 0 0 0 t ／d 。目前，箕斗竖井与3 0 0 0 t ／d 选厂正在建设中，同时正筹划建设 胶结充填系统。随着相关工程的建成投产，矿山将稳定达到预期产能并有较大产能 提升空间，是一个极具发展潜力的铅锌资源基地。矿山地处经济实力相对较弱的内 蒙古草原，资源的安全高效开采对提高当地经济发展水平具有重要意义【6 】o 分析矿山开采技术条件、环境地质条件和矿山开采现状，矿山存在如下多项安 全、环境和技术难题，制约矿山产能提高和可持续发展水平 1 矿体多呈小规模层、脉状分布，且品位分布不均，致使回采效果不甚理想。 2 矿岩 特别是上盘围岩 稳固性差，部分采场坍塌严重，回采作业难以为继， 损失贫化率高，必须引进经济有效的支护工艺和技术，并优化回采顺序和破碎采场 顶板管理技术。 3 矿体形态复杂多变，复合分支、尖灭再现现象严重。部分薄矿体在中段高度 内沿倾向方向会产生突变 如倾角下陡上缓 ，必须解决上部矿石无法利用重力顺利 放出的难题。 4 局部矿脉集中的厚大矿体，上盘存在厚大破碎带，加之本身矿岩稳固性差， 回采条件极为复杂，回采技术难度大，必须解决厚大破碎带下厚大矿体的安全、高 效开采问题。 5 矿区地处高海拔草原地带，生态环境脆弱。矿山采用房柱法和分段空场法回 万方数据 中南大学硕士学位论文第l 章绪论 采产生的大量空区不仅造成生产安全隐患，也危害区域生态平衡，必须寻求有利于 矿山可持续发展的空区处理方法。 6 为提高资源回收率，降低贫化率，保证回采作业安全，保护地表环境，矿山 准备引进充填类采矿方法。但充填技术引进存在如下困难 1 矿山地处偏僻草原，交通不便，水力资源匮乏，充填材料 尤其是胶凝材 料 运输困难且成本高，必须合理确定各种充填 普通尾砂胶结充填、打底胶结充 填、胶面充填、尾砂非胶结充填 的比例，优化充填配比参数，降低充填综合成本； 2 矿区年平均气温仅为2 ．5 ℃，最低气温达．3 7 ．4 “ C ，要实现全年无休生产， 必须解决充填料浆的防冻问题； 3 减少尾砂充填量，减轻废石提升压力的最好途径是井下掘进废石不出井就 地充填，需设立合理的废石集料系统及采场布料系统。 由于矿床位于广袤的内蒙古高原，常年多风，气候干寒，地表为天然草场，生 态脆弱，恶劣天气有大雪封路情况发生，总体自然作业条件及交通条件欠佳，且矿 体形态变化较大，品位较低，如采矿方法选择不当，采矿工艺不合理，不仅会恶化 经济指标，而且会破坏当地脆弱的生态环境。为此，开展环境友好型高效回采技术 研究，旨在改善矿山经济效益、探求长期可持续发展作业模式，同时该研究可以丰 富我国复杂条件下资源开发技术，社会效益和环境效益显著。 1 ．2 国内外研究现状 高原地区的矿产资源一般伴随着高寒、生态脆弱、材料供应困难等不利条件， 且个别矿体形态特征复杂，故高原地区的矿产资源开发也更具困难性。 1 ．2 ．1 高原地区采矿现状 我国内蒙、青海、西藏与新疆地区已有数百年的开采历史。受技术、成本等因 素制约，早期的矿产开发以露天方式为主。后来的地下开采或露天地下联合开采为 了保障经济效益也以空场法为主。多年来的露天开采或空场开采造成的空区治理状 况也大多不甚理想，加之总体缺乏规范管理，矿业开采为高原地区的生态和人民生 活造成了较为严重的影响。呼伦贝尔草原上千的沉陷坑即是环境影响的有力证明。 近年来，随着资源价值的升温、环保意识的提高及政策的推行，充填法在高原地区 渐渐得到应用和推广，如青海果洛龙洼矿区拟用中深孔嗣后废石充填机械化采矿法。 目前，结合绿色开采、机械化开采、智能高效开采等的环境友好型高效回采技术正 逐步被提入高原地区的矿业发展章程。 1 ．2 ．2 矿业开发对内蒙草原地区的影响 1 矿业开发与经济发展 2 万方数据 中南大学硕士学位论文 第1 章绪论 根据内蒙的统计资料，2 0 0 0 年以后的该区经济有了突飞猛进的发展，由矿业开 发为主的第二产业发挥了关键性作用。以新巴虎右旗为例，2 0 0 0 之后的8 年里其财 政收入增长了近7 3 倍。该旗较具规模的1 1 家工业企业之中有7 家矿业开发企业，2 家电力企业。证明了地方经济对矿业开发的依存度之高【7 J 。 2 矿业开发与就业机会 矿业资源开发为当地居民创造了一定的就业机会，但工矿企业一般要求工人有 一定的技术背景，由此为当地牧民提供的就业空间也就十分有限。千百年来沿袭的 生活习性也决定了牧区的主要剩余劳动力仍集中于从事放牧或短期牧业雇工上。 3 矿业开发与畜牧业 草原地区矿业开发利用对牧区畜牧业发展的影响具有两面性。一方面矿业开发 需要的公路、电力、通讯等基础设施建设为畜牧业发展提供便利，同时也促进了传 统畜牧业的市场经济化发展；但是道路建设及矿业开发需征用草场，局部出现车辆 通行及钻探机器的临时运行因其私用草场的碾压、破坏草场网围栏及极少数探矿取 土造成的坑洞及废弃物的未及时处理造成部分牲畜伤亡。 4 矿产开发与生态环境 矿业开发对草原环境造成的问题主要体现在坑道工程、地表构筑物、堆弃物、 道路等对土地的侵占、挖损；矿山长期疏干排水将导致矿区地下水位大下降，造成 地下水资源破坏；生产、生活污水排放及废弃物丢弃，对环境造成一定影响尾矿 库不仅占压大片土地，选场尾矿中选矿药剂的下渗也会污染对地下水体产生；空场 采矿法遗留大量空区影响地下水径流，局部空区塌陷对区域生态平衡造成严重影响悼， 9 1 。 5 矿业开发与资源浪费 内蒙地区的矿业开发由于受气候、地形与交通的影响，致其较高的回采代价。 为平衡保障良好的经济效益，在矿产资源的实际开发方式仍以粗放形式为主，“挑肥 弃瘦”，“大矿小采”的情况较为普遍。再者由于受材料运输与供应的制约，矿产资 源的开发利用技术水平和综合利用率需要加强。 1 ．2 ．3 内蒙地区矿业开发的发展 1 绿色开采与高效回采 环境问题日益严峻的当今，绿色开采作为未来矿业发展的主要方向在内蒙地区 正逐步得到重视和应用。应用充填采矿法充填采空区，充填处理遗留空区，将有如 下效果提高回收率，降低资源贫损；改善矿岩受力状态，提高矿岩稳定性；不留 或少留空区，消除空区安全隐患，极大地提高作业安全保证性，同时保护地下水体 与区域生态稳定，避免地表塌陷与地表构筑物裂损充填消耗尾矿，减少堆坝占地 与污染；能实现多采场同步作业提高产能。 万方数据 中南大学硕士学位论文 第1 章绪论 时代的进步催生了矿山领域诸多技术与装备的高新成就，引进高新技术与工艺 设备，优化回采结构，提高技术工艺水平，无疑是矿山行业实现革新、与时俱进的 必经之路。 2 法律法规建设‘1 0 ，1 1 】 草原是生态极度脆弱的环境特区，千百年来又是牧民重要的生存保障，谋求工 业开发与生态家园和谐发展，在民众精神、法制文明建设不太完善的当今，法制法 规建设已迫在眉睫。内蒙的法律法规建设应着力于1 ．完善相关法律法规并切实落实 2 ．增强民众的环保意识与社会责任感3 ．规范矿业资源开发秩序整顿环境污染环节4 ． 落实政府责任、加强执法监督5 ．明确矿产开发者的矿业权私权性质，强调生态保护 是矿业开发者的应尽之责6 ．规划整合矿产资源与矿业权，对优势资源进行宏观调控。 3 草原复垦 矿业开发对草原生态造成了严重的影响，其中以露天采矿，工业厂房及交通占 地，排土场及尾矿库占地及污染为主。对于以草原为生存命脉的内蒙，生态修复， 草原复垦【1 2 】也正逐步提上章程。对于闭坑矿山对掘空坑洞进行充填处理，上覆足量 表土，培植草场。对于在采矿山，需革新回采工艺技术，应用充填法保护区域环境， 减少废弃物排放，同时注重厂区内生态保护与修复。 1 ．2 ．4 矿山防冻研究 为保证部分高原矿山在高寒条件下的稳定生产，需对矿山建筑、井硐等构筑物 进行保暖防冻措施设置。较常用的方法为水暖加热方式、电暖加热方式、热风炉加 热方式、烟气余热加热及太阳能加热方式，配合特殊保温材料，能起到较好的采暖 保温效果【1 3 _ 15 1 。 1 ．3 研究内容及技术路线 1 ．3 ．1 研究内容 本文针对阿尔哈达矿进行最优回采方案研究，主要研究内容包括 1 矿体开采、技术条件的分析以及当前方案评价； 2 采矿方法比较分析，择优选择； 3 采场结构参数优化； 4 最优采矿方法的单体方案设计； 5 综合保障性措施。 1 ．3 ．2 研究技术路线 进行现场勘查与资料收集，分析开采技术条件，对现用方案进行适用性评价， 提供改善建议进行岩石力学试验与充填配比试验，测定基础技术参数与充填配比； 万方数据 中南大学硕士学位论文 第1 章绪论 针对阿尔哈达矿矿体特性与地域特性提出三类初选方案，针对决策最优回采方案的 技术条件，应用突变理论进行方案优选；结合现场条件，提出三种可选结构参数， 运用有限元软件M i d a s ／G T S 对选定回采方案进行参数优化模拟，验证矿柱围岩应力 及变形规律，求得最优结构参数；对选定方案进行回采方案单体设计。针对矿体复 杂多变特性，研究组合方案；提供环保、保暖等综合性保障措施 万方数据 此页不缺内容 万方数据 中南大学硕士学位论文第2 章矿山概况 第2 章矿山概况 2 ．1 气候与自然地理条件 1 矿区位置与交通条件 阿尔哈达矿坐落于内蒙东乌旗辖区北东部，距市区约2 2 5 k r n ，海拔一般在 9 2 0 ～1 0 6 0 m 之间，为低中山区，交通以公路运输为主，交通条件欠佳。 2 气候条件 阿尔哈达矿去属典型的大陆性季风气侯，风多雨少，最大风力8 级以上，年平 均气温2 ．5 。C ，最低气温．3 7 ．4 。C ，最高气温3 8 。C ，元月平均气温．1 4 ．1 ℃，冰冻期从 l O 月至次年4 月，长达7 月之久【1 6 1 。 2 ．2 矿区地质概况 2 ．2 ．1 矿床地质特征 1 矿体特征 根据地质图、工程揭露和物化探测特征，在本矿区内已经发现有三条大的含矿 脉带，由北向南依次编为I 、I I 、I I I 号矿脉带，I 号矿脉带是地勘部门工作的主要对 象，也是矿山当前利用的对象。 I 号矿脉带位于矿区北部，带宽3 5 0 ～6 0 0 余m ，工程实际控制长度3 4 0 0 m ，即西 起2 4 线东至1 1 l 线，矿带走向2 9 0 。～3 2 5 。左右，总体走向3 0 5 。，倾向南西，倾 角2 5 。～5 5 。，该矿脉带是矿区主要的含矿带。主要回采矿脉中规模较大的矿体统计 见表2 ．1 。 2 矿石质量 1 矿石化学成分 根据矿石光谱定量和半定量分析结果和矿体组合分析结果，在矿床中有工业价 值的元素主要有铅、锌，伴生有益元素主要是银，另外含有C u 、S n 、S 、A u 、A s 、 S b 、B i 、G a 、I n 、T 1 、C d 、G e 多种伴生组分，其中S 、C d 含量达到综合评价指标。 2 矿石类型 矿床以隐伏矿体为主，根据铅锌矿物化学物相分析结果，呈氧化状态存在的P b 、 Z n 相对含量不足原矿中铅、锌含量的5 ％。矿床的硫化率平均达到了9 5 ％以上。由 于氧化矿和混合矿的范围比较小，仅在地表和浅部钻孔中见到氧化矿石，不易在矿 体中单独划分，矿石类型基本为原生矿石。 矿石的工业类型含银的铅锌硫化物矿石为主，及少量银铅锌氧化矿石。 万方数据 中南大学硕士学位论文第2 章矿山概况 2 ．2 ．2 水文地质特征 矿区位于额仁高毕复式向斜北翼，为一套向北缓倾的单斜构造。地下水的补给 来源主要为大气降水。地下水迳流方向与地形坡度基本一致，总体由北东流向西南。 水位年变化幅度2 2 ．5 0 m 。 2 ．2 ．3 工程地质特征 本矿区的矿岩根据岩石形成时代、成因类型、岩性及工程地质特征，以及岩石 的物理力学性质等，主要分为四个岩组，其特征分述如下 泥质、粉砂质板岩岩组抗压强度最大1 7 8 ．1 M P a ，最小9 5M P a ，平均为1 2 8 ．2M P a ， 抗拉强度最大9 ．9M P a ，最小6 ．1 2 M P a ，软化系数平均为0 ．8 4 。 凝灰岩岩组岩石抗压强度最大1 4 6 ．O M P a ，最小6 3 ．6 M P a ，平均为1 0 8 ．1 M P a ，抗 拉强度最大1 0 ．0 7 M P a ，最小3 ．1 7 M P a ，平均为6 ．3 5 M P a ，软化系数平均为O ．8 1 。 铅锌矿体坚硬，最大抗压强度1 1 6 ．7 M P a ，最小6 7 ．7 M P a ，平均为9 3 ．5 3 M P a ，抗 拉强度最大4 ．1 4 M P a ，最小3 ．8 6 M P a ，平均为4 ．0 3 M P a ，软化系数平均为0 ．7 7 。 根据地矿部门的计算及分析，本矿区矿体及顶底板围岩，岩体质量等级属一般 岩体，岩体质量属良好。 2 ．2 ．4 矿岩物理性质 1 矿石硬度系数9 - 1 3 ； 2 松散系数1 ．5 5 ； 3 矿石体重3 ．1 3 t ／m ’； 4 岩石体重2 ．7 1 t ／m 3 。 R 万方数据 中南大学硕士学位论文 第2 章矿山概况 2 ．3 开采技术条件 采区矿体主要分布在I 号矿脉带内，呈平行脉状、似层状、透镜状产出。经探矿 工程共圈定出1 2 1 个矿体，矿体以隐伏矿体和盲矿体为主，平均品位7 ％。矿头埋深 1 2 ～9 3 m ；矿体的赋存标高 3 3