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中图分类号 U D C T D 8 5 3 6 2 2 硕士学位论文 学校代码 Q 三兰 密级公珏 川口钨矿半风化矿脉群难采矿体采矿方法研究 S t u d yo nm i n i n gm e t h o d s o fs e m i - - w e a t h e r i n go r e v e i ng r o u pd i f f i c u l tm i n i n go r e b o d yi nC h u a n k o u T u n g s t e n M i n e 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 副指导教师 周登辉 采矿工程 采矿与充填技术 资源与安全工程学院 张钦礼 答辩委员会主席盔。尘竺少 中南大学 2 0 1 4 年0 4 月 万方数据 学位论文原创性声明 IYlll 1 121111161111181Ill8lIlll8ll1 1 6 I l l 9 l I I 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己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 虱墅塑_ 日期碰年』月丛日 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。 作者签名逖 日期咝年』月必日 导师签 日期巡年j 月夥日 万方数据 中南大学硕士学位论文摘要 川口钨矿半风化矿脉群难采矿体采矿方法研究 摘要湖南有色远景钨业有限责任公司 川口钨矿 杨林坳矿区为 一多年开采的老矿区，矿山采用的主要采矿方法为无底柱分段崩落 法和连续回采的分段空场法，但由于矿体形态复杂多变，矿体中存 在的采空区严重影响的矿山的生产，矿山原生矿体的开采已经不能 满足矿山生产的需要，必须开采半氧化矿体，而现用的采矿方法不 能开采半氧化矿，必须寻求适合半氧化倾斜低品位薄矿体的采矿方 法，并优化结构参数和回采顺序及回采工艺，使变更后的采矿方法 满足矿山产能的需求。本文的主要研究内容如下 1 根据地质资料、开采现状，分析矿区开采技术条件，对矿体 及开采技术条件进行了分类，从而为采矿方法选择做好基础。对矿 山的开拓系统，通风系统，运输系统及存在的一些问题进行了说明。 2 在研究矿山目前采用的采矿方法基础上，根据开采技术条件， 初步选定三种采矿方法，既上向水平分层充填法、上向水平分层进路 充填法、下向水层进路充填法，并采用层次分析法对采矿方法进行了 优选，选用上向水平分层进路充填法。 3 为了合理的确定采场结构参数，采用M I D A S 软件进行了数值模 拟，确定了最优结构参数，即采场的跨度为3 m ，长度为2 2 m 。 4 对上向水平分层进路充填法进行了设计和说明，主要包括设 备、矿块结构参数、采准切割、回采等几方面，并列出了主要的经济 技术指标。为防止浅地表氧化矿沉陷，文章提出一些安全与技术措施， 主要是充填采空区，合理的控制地压。 本文包括图3 0 幅，表2 9 个，参考文献7 7 篇。 关键词采矿方法、川口钨矿、半风化矿、M I D A S 、上向水平分层进 路充填法、地压 分类号T D 8 5 2 万方数据 中南大学硕士学位论文 A b s t r c t S t u d yo nm i n i n gm e t h o d so fs e m i - w e a t h e r i n go r ev e i n g r o u p d i f f i c u l tm i n i n go r e b o d yi nC h u a n k o uT u n g s t e nM i n e A b s t r c t C h u a n k o ut u n g s t e nm i n ei sao l dm i n ef o rm i n n i n gm a n yy e a r s w h i c hb e l o n g st oY a n gL i nP a s sm i n i n ga r e a ，w h i c hi sm a n a g e db yt h e v i s i o no ft u n g s t e ni n d u s t r yl i m i t e dl i a b i l i t yc o m p a n y , as u b s i d i a r yo f H u n a nN o n f e r r o u s ．T h em a i nm i n i n gm e t h o du s e di nt h em i n ea r e s u b l e v e lc a v i n gm e t h o da n dc o n t i n u o u sp i e c e w i s eo p e ns t o p i n gm e t h o d ． H o w e v e r , d u et ot h ec o m p l e xm o r p h o l o g yo ft h eo r e b o d y ，a n dt h eg o a f s i nt h em i n eo r es e r i o u s l ya f f e c t e dt h ep r o d u c t i o no fz h em i n e ．T h e p r i m a r yo r eb o d y h a sb e e nu n a b l et om e e tt h en e e d so fm i n e p r o d u c t i o n ， s e m i - w e a t h e r i n go r em u s tt ob em i n e d ．T h ep r e s e n tm e t h o dc a nn o tb e u s e di nt h em i n i n go fs e m i - w e a t h e r i n go r e ，m u s ts e e ks u i t a b l em e t h o d f o r s e m i w e a t h e r i n go r e v e i n g r o u p d i f f i c u l tm i n i n go r e b o d y ．A n d o p t i m i z et h es t r u c t u r a lp a r a m e t e r sa n ds t o p i n gs e q u e n c ea n dr e c o v e r y p r o c e s s ，S Ot h a tt h ec h a n g e d m i n em e t h o dt om e e tt h en e e d so ft h em i n e p r o d u c t i o nc a p a c i t y ．T h i sa r t i c l em a i n l yr e s e a r c hr e s u l t sa n dc o n c l u s i o n s a r ea sf o l l o w s 1 A c c o r d i n gt og e o l o g i c a ld a t a ，t h ep r e s e n tm i n i n gs i t u a t i o n ， a n a l y z em i n i n ga r e a ’st e c h n i c a lc o n d i t i o n s ，a tt h es a m et i m e ，o r e b o d i e s a n dm i n i n gt e c h n i c a lc o n d i t i o nh a v eb e e nc l a s s i f i e d ，t h o s eb a s i ct h i n gi s u s e df o rt h es e l e c t i o no fm i n i n gm e t h o d ．D e s c r i b i n gt h ep i o n e e r i n g s y s t e m ，v e n t i l a t i o ns y s t e m ，t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，a n dt h ee x i s t e n c eo f s o m e p r o b l e m so f m i n e s ． 2 O nt h eb a s i co fs t u d y i n gc u r r e n t l yM i n i n gm e t h o d s ，a c c o r d i n gt o t h em i n i n gt e c h n i c a lc o n d i t i o n ，i n i t i a l l ys e k c tt h r e em i n i n gm e t h o d s ． U p w a r dh o r i z o n t a l s l i c i n ga n df i l l i n gm e t h o d ，U p w a r dh o r i z o n t a ls l i c i n g a p p r o a c h e sf i l l i n gm e t h o d ，U n d e rh o r i z o n t a ls l i c i n ga p p r o a c h e sf i l l i n g m e t h o d ，f i n a l l y , a c c o r d i n gt ot h em i n i n gc o n d i t i o n s ，c o m p r e h e n s i v e c o n s i d e r a t i o no ft h es e c u r i t y , e c o n o m i c ，t e c h n i c a l ，U p w a r dh o r i z o n t a l s l i c i n ga p p r o a c h e sf i l l i n gm e t h o di ss e l e c t e da st h eb e s tm e t h o d ． 3 I no r d e rt ot os e tt h es e n s i b l es t r u c t u r a lp a r a m e t e r so fs t o p e ，t h e n u m e r i c a ls i m u l a t i o ni su s e df o rt h i s t h r o u g hM I D A Ss o f t w a r e ． D e t e r m i n i n gt h eo p t i m a ls t r u c t u r ep a r a m e t e r s ，w h i c hi st h es t o p es p a ni s I I 万方数据 中南大学硕士学位论文摘要 3 m ，l e n g t ho f2 2 m ． 4 A d e t a i l e da n dc o m p r e h e n s i v ed e s i g na n dd e s c r i p t i o n si s g i v e d ， m a i n l yi n c l u d e se q u i p m e n t ，o r eb l o c ks t r u c t u r ep a r a m e t e r s ，q u a s ic u t t i n g ， m i n i n ga n do t h e ra s p e c t s ，a tt h es a m et i m e ，l i s t i n gt h em a i ne c o n o m i c a n dt e c h n i c a li n d i c a t o r s ．T op r e v e n tt h es e t t l e m e n to fs h a l l o ws u r f a c e o x i d i z e do r e ，f i n a l l y , t h ea r t i c l e p u t f o r w a r ds o m e s e c u r i t y a n d t e c h n o l o g i c a lm e a s u r e s ，i ti sm a i n l yF i l l i n gm i n e d o u ta r e a ，r e a s o n a b l y c o n t r o lt h ep r e s s u r e ． 1 1 1 ea r t i c l ec o n t a i n s30F i g u r e s ，2 9t a b l e s ，7 7r e f e r e n c e s ． K e y w o r d M i n i n gm e t h o d ，C h u a n k o ut u n g s t e nm i n e ，M I D A S ， s e m i w e a t h e r i n go r e ，U p w a r dh o r i z o n t a ls l i c i n ga p p r o a c h e sf i l l i n g m e t h o d ，p r e s s u r e C l a s s i f i c a t i o n 6 2 2 Ⅲ 万方数据 中南大学硕士学位论文目录 目录 1 绪论 1 ．1 研究背景及目的意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 1 ．2 ．1 国内研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．2 ．2 国外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．2 ．3 国内外研究现状综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．3 主要研究内容和方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 1 ．3 ．1 主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．3 ．2 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 矿山概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．1 采矿权划分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 2 ．2 矿区交通位置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 2 ．3 矿山开采现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．4 矿区地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．4 ．1 矿区地层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．4 ．2 构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．4 ．3 岩浆岩⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 4 2 ．4 ．4 围岩蚀变⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 5 2 ．5 矿床特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．5 ．1 矿体特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 5 2 ．5 ．2 矿体分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 7 2 ．6 矿床开采技术条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 2 ．6 ．1 水文地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 8 2 ．6 ．2 工程地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 2 ．6 ．3 环境地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 2 3 采矿方法选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．1 矿体开采技术条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．2 采矿方法初选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．2 ．1 选择采矿方法时的基本原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 6 3 ．2 ．2 上向水平分层充填法 方案I ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 3 ．2 3 上向水平分层进路充填法 方案1 1 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 3 ．2 ．4 下向水平分层进路充填法 方案I I I ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 4 3 ．3 采矿方法优选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 万方数据 中南大学硕士学位论文 目录 3 ．3 ．1 采矿方案综合评价指标体系构建⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 7 3 ．3 ．2 层次分析法确定权重向量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 8 3 ．3 ．3 模糊综合评判⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 2 3 ．3 ．4 最优方案选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 7 4 采场结构参数优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．1M I D A S 软件简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．2 三维模型构建及网格划分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．3 数值模拟结果和分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 5 上向水平分层进路充填法单体设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 5 ．1 主要回采设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 5 ．2 矿块布置和结构参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 5 ．3 采准切割⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 5 ．4 回采⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 5 ．5 迸路生产能力与进尺作业循环图表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 5 ．6 主要技术经济指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 5 ．7 安全与技术措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 5 。7 。1 矿山浅地表沉陷现状分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 8 5 ．7 ．2 上向水平分层进路充填法对地表沉陷的控制作用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 5 ．7 ．3 其他安全与技术措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 1 6 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 3 6 ．1 结{ 念⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 3 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 3 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 5 攻读学位期间主要的研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 1 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 3 万方数据 中南大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 绪论 1 ．1 研究背景及目的意义 采矿方法在矿山生产中占有十分重要的地位，因为它对矿山生产的许多技 术经济指标具有非常重要的影响【l 】。所以采矿方法选择的合理、正确与否，将 直接关系到矿山企业的经济效果和安全生产状况【2 4 】。矿山采矿方法受许多因素 的影响，不仅取决于矿体和围岩赋存状况、产状 倾角、厚度 、储量及储量级 别、品位和价值、物理力学性质 坚固性系数、体重、稳固性、含水性、粘性 等工程地质条件与水文地质条件【5 J ，而且受许多特殊条件影响，如地表是否有 需要保护的地貌、地物以及保护级别 即地表是否允许陷落 ；加工部门对矿石 质量的特殊要求 如贫化率指标、矿石块度等 ；国家行业政策和环保政策；市 场条件；当地交通运输条件；设备及三材供应状况；施工队伍技术水平等。 对于新建矿山，由于技术资料有限，尤其是受勘探程度影响，对矿床开采 技术条件掌握有限，采矿方法更难优化选择【6 】。一般是根据地质报告中给出的 开采技术条件，初选2 3 种采矿方法方案，通过经济技术比较，最终确定一种 主体采矿方法。许多矿山投产后，在按照初步设计推荐的采矿方法进行生产过 程中，会发现所选用的采矿方法并不适合经工程揭露的矿山实际开采技术条件， 不能达到理想的技术经济指标，必须通过试验改用其他采矿方法【7 母J 。但由于此 时矿山己按照初步设计推荐的采矿方法进行了采准与切割工作，已有的采准与 切割工程对采矿方法转化增加了难度，必须研究在用采矿方法平稳过渡到另一 种采矿方法的关键技术，以保证采矿方法转化过程中采准切割工程的有机衔接， 稳定产能，提高效益，保证安全。 衡阳远景钨业有限责任公司 以下简称“远景钨业” 是中国五矿集团湖南 有色金属股份公司控股的钨矿企业，前身为有几十年开采历史的川口钨矿。拥 有大皂和三角潭两个工区，其中三角潭工区主要生产黑钨，是上世纪5 0 年代建 设的老矿区，现己基本回采完毕，正在进行外围探矿工作；大皂工区主要为白 钨矿石，包括正在生产的杨林坳矿区和尚未开发的窑木岭矿区。根据湖南省国 土资源厅2 0 11 年4 月2 6 日以湘国土资储备字[ 2 0 11 ] 0 6 4 号文批准的湖南金伯利 矿业有限公司提交的湖南省衡南县川口矿田杨林坳、窑木岭矿区钨矿矿山储 量年报 2 0 1 1 ．3 ，杨林坳矿区1 l O m - 3 7 0 m 中段尚有保有资源储量 11l b 1 2 2 b 3 3 3 3 3 2 低 3 3 3 低 3 3 2 难 3 3 3 难 钨矿石量4 8 6 0 0 k t ，W 0 3 量2 0 4 8 4 4 t ， 平均品位钨O ．4 2 ％，属储量丰富的低品位钨矿资源。矿山采用的主要采矿方法 为无底柱分段崩落法和连续回采的分段空场法，但由于矿体形态复杂多变，存 万方数据 中南大学硕士学位论文第1 章绪论 在以下技术难题，影响了矿山经济效益和可持续发展水平 1 矿体形态复杂多变，受构造裂隙制约明显。矿体厚度变化大且极不稳 定，沿倾向表现为上部厚度较大且稳定，下部矿体分支、变薄乃至尖灭；沿走 向表现为中部较稳定，向两端变小乃至尖灭在平面上表现为南段厚大稳定， 北段分支乃至尖灭。当前采用的无底柱分段崩落法和连续回采分段空场法适用 性差，经济指标不佳，尤其不适合开采作为矿山主要矿体类型的倾斜薄矿体 倾 角3 6 0 ，厚度5 m 左右 ，必须寻求适合倾斜低品位薄矿体的采矿方法，并优化 结构参数和回采顺序及回采工艺。 2 无底柱分段崩落法【l o 】设计分段高度l O m ，贫化率2 8 ％，损失率2 5 ％， 但由于矿体形态多变，且各分段联络巷道没有完全形成，不能实现分段进路出 矿，只能2 0 m 段高集中出矿，实际损失率和贫化率与设计指标相差较大，致使 品位本来就低的远景钨业杨林坳矿区矿体开采效益进一步降低。必须对其适用 性进行评价，并提出改进或变更方案。 3 连续回采分段空场法【l l 】的设计贫化率为1 5 ％，损失率为1 6 ％，虽然 贫损指标优于无底柱分段崩落法，但由于采场连续布置，且采场宽5 0 m ，长 l O O m ，水平暴露面积达5 0 0 0 m 2 ，中深孔崩矿容易造成相邻采场坍塌，恶化相 邻采场开采技术条件和经济指标与回采安全性，必须从整体上，而不是仅从1 个采场角度优化采场布置方式和结构参数，提高矿山整体开采经济效益。 4 矿区己产生了3 个大的空区，其中1 4 空区面积1 3 5 5 0 m 2 ，岁空区面积 1 1 l O O m 2 ，均已自然塌落直通地表；3 4 空区面积4 8 0 0 m 2 ，虽然暂时没有塌落， 但随着更多采场的回采和时间的推移，塌落也只是时间问题。除以上3 个大的 空区之外，3 3 0 m 水平一3 7 0 m 水平之间老川口钨矿采用空场法回采后也存在一 些空区 已探知3 个 ，这些空区附近矿石品位较高，但受空区及以前回采影响， 矿体完整性差，回采难度大。虽然杨林坳矿区地表允许陷落，但空区频繁塌落， 不仅不利于环境保护，而且会影响矿山作业安全。更为重要的是，本阶段空区 大面积塌落，给下阶段回采带来了极大的技术难题和安全隐患 地表水灌入井 下、需留设大量顶柱等 ，必须加强回采过程中空区的处理力度，并采取必要的 监测手段。 5 矿山老尾矿库已经闭坑，新建尾矿库距选厂1 l k m ，设计服务年限2 0 a ， 考虑到未来矿山扩能的可能性，其服务年限相当有限，尾矿排放与处理仍然是 制约矿山未来可持续发展的主要瓶颈问题，必须未雨绸缪，结合采矿方法优化 选择和空区处理需要，探讨全尾矿胶结充填的可能性，以减轻尾矿库压力，同 时提高采矿回采率，减低贫化率，显著提高矿山经济效益和社会效益。 万方数据 中南大学硕士学位论文第1 章绪论 1 ．2 国内外研究现状 1 ．2 ．1 国内研究现状 平房金矿【1 2 】位于辽宁省北票市平房乡水泉村境内，隶属于中国黄金集团北 票鑫龙矿业公司 控股公司 。矿区地处华北台北缘内蒙地轴建平一北票隆起 之阜新一建平复背斜大好村沟向形褶皱中。矿体为含金蚀变岩夹石英脉型，在 构造蚀变带中呈扁豆状断续展开，长几米至几十米，最长达百米以上。矿体总 体走向北西，倾向南西，倾角在6 3 0 ～8 3 D 之间，矿体走向及倾向均为舒缓波状， 矿体厚度变化较大，一般0 ．2 m - - , O ．3 m 。 1 在用采矿方法 根据矿体上述的开采技术条件，自建矿以来一直采用浅眼留矿法[ 1 3 - 1 6 1 。其 主要优点是 1 采场结构和回采工艺简单； 2 采准工程量少，坑木消耗小； 3 不需要复杂的设备，所需设备少； 4 便于生产管理，工人容易掌握，技术简单； 6 矿石块度小，出矿效率高。 其缺点主要是 1 工作面平场和二次破碎工作量较大； 2 工人劳动强度大，作业面环境较差，要求顶帮特别安全，需要增加支 护； 3 效率低，不能使用机械化作业 4 回采中一次放出矿石量过少，会使资金积压； 5 留矿法会产生大量采空区，采空区对矿山的回采安全有影响，会增加 治理采空区的费用，后期治理麻烦。 2 变更采矿方法的原因 平房金矿已经有3 0 a 的生产历史，自上而下留下几十万m 3 的采空区，这些 采空区有点已经塌陷至地表，对矿山安全有着中大的威胁，在过去几年中，矿 山曾经发生改过多次事故，造成重大的人员财产伤亡事故。 随着开采深度的增加，部分采场围岩由于本身稳固性差、节理发育或可能 因空区应力的影响【1 7 舶】，围岩及其不稳固，导致采场不能全部开采完毕，影响 了采矿工作正常进行。随着中段的延深，这种情况更加明显，经研究、论证， 围岩的稳固性差与上部大面积空区的形成有直接关系，如果继续采用浅眼留矿 法，深部开采难度更大，直接影响到矿山的安全管理和年生产能力。为了企业 安全、持续、稳定发展，必须在对以前采矿留下的空区进行处理的同时，引进 万方数据 中南大学硕士学位论文 第1 章绪论 不会造成空区进一步增加的新型采矿方法，以达到控制地压之目的。平房金矿 综合矿体的赋存条件、企业生产技术条件、矿石价值等方面的因素，选择了削 壁充填法[ 2 0 - 2 1 】代替在用的浅眼留矿法。 3 新采矿方法的应用 削壁充填法采场生产效率达到2 0 t l 台班，落矿贫化率由原来留矿法的 3 0 0 ／扩3 5 ％降到了1 0 ％以下，矿石质量明显提高。由于采场上下盘从开始就得到 充填料的支撑和保护，加之上采过程中有效控制了采幅和采高，减少了采场的 暴露面积【2 2 彩】，使得围岩的稳定性得到了有效的控制，保证了采场的安全生产。 平房金矿能够根据采深的增加及岩石性质的变化及时改变地压【2 6 】管理方 案，新的采矿方法改变了地压分布状态，进而使采场顶板安全性更高，有更加 好的作业环境，保障了人员的安全提高了矿石回收率，降低了损失率，提高了 矿山的效益。 1 ．2 ．2 国外研究现状 切诺佩奇[ 2 7 ] C h e l o p e c h r 旷床是目前欧洲最大的地下开采金铜铁混合矿床，， 位于保加利亚首都索菲亚东面7 0 k i n 远处。其地质特征为高硫化的金～硫砷铜浅 成热液矿床，矿体大致成扁豆状和管状，垂高范围4 0 0 m ～6 0 0 m 。矿体的矿物组 分复杂，含有8 7 种矿物，主要是黄铁矿，其次是硫砷铜．硫锑铜矿，还有砷黝 铜矿、黄铜矿、斑铜矿等。该矿于1 9 5 3 年开始开发，1 9 8 3 年其产量达到5 0 万 t 。 2 现用采矿方法 切诺佩奇矿现用采矿方法为分段崩落法【2 8 ，3 0 1 。1 9 9 5 年以前用该方法回采时 使用瑞典S i m b aJ u n i o r 钻机凿岩、保加利亚气动装载机T M T - 3 出矿。炮孔直径 5 1 m m ，分段高度1 0 m ，分段进路尺寸3 ．2 m 3 ．6 m ，矿柱宽4 m ，盘区宽度8 m 图1 ．1 。1 9 9 6 年后凿岩改为自动推进的S o l o } 1 5 0 6 R A 凿岩机，出矿改为 T o r o ．3 0 0 D 铲运机。炮孔直径则为6 4 m m ，分段高度改为1 5 m ，进路尺寸 4 m x 4 ．2 m ，矿柱宽度6 m ，盘区宽度l O m 。 3 采矿方法变更 分段崩落法由于其本身的缺点不能满足矿山扩大生产规模的需要，矿山将 采矿方法变更为两步骤回采的分段空场嗣后充填法【2 9 1 。 空场嗣后充填法取代分段崩落法意味着岩体压力控制方法的改变。它需要 解决一系列问题，例如采场的水平和垂直方向允许稳定变形量【3 0 】，矿柱的允 许变形量，开采角度【3 l 】以及与矿房相关的开拓采准位置优化。 4 万方数据 中南大学硕士学位论文 第1 章绪论 图1 ．1 分段崩落法典型方案图 为了解决上述问题，该矿做了多项研究，其目的旨在掌握地质力学条件以 服务于新采矿方法的设计和应用。由此建立的数据库包含的信息有岩芯的 R Q D 指标【3 2 1 ，岩石和矿石强度和变形指数【3 3 1 ，地质结构数据以及这些参数对 现行采矿工艺的影响。 为了实现由分段崩落法向分段空场嗣后充填法的平稳过渡，矿山对作业和 出矿过程进行了修改。在采场底板，每2 个工作面成直角方向推进。这样扇形 炮孔在2 个工作面成直角。采场矿石分2 阶段开采。第一阶段沿采场长轴方向 用扇形炮孔推进，以控制采场宽度。第二阶段垂直采场长轴方向每边打2 排扇 形孔，通过光面爆破弘4 邻1 形成采场轮廓。这时采场的矿石需出空，无需留下爆 破矿石支撑岩壁。要保证采场壁面光整并使矿柱的爆破震动效应降低到最小程 度，则应仔细计算设计爆破参数并降低装药密度。由于在采场内每2 个工作面 相互垂直，使得铲运机可从4 个方向进入采场。铲运机为遥控式，这可避免人 员迸人采场出矿。 在第二步骤回采时，为了不损坏胶结充填体，需用V C R 法回采，但目前 该矿还没有能凿岩大直径炮孔的钻机。在这种条件下，为了保证充填体的稳固， 还是采用第一步骤回采时的方法，即在第二阶段爆破二排扇形周边孔。现在， 矿山已建立了钻机位移测量和应力变化观测系统p 6 。8 1 。 1 ．2 ．3 国内外研究现状综述 1 采矿方法变更原因 万方数据 中南大学硕士学位论文 第1 章绪论 纵观国内外采矿方法变更矿山的应用和研究现状，以及上述实例可以发现， 采矿方法中途变更非常普遍。变更的原因各不相同，但可以归纳为以下几个方 面 1 矿床开采技术条件发生变化 矿床开采技术条件变化是采矿方法变更的最主要原因，随着生产勘探的深 入，矿体赋存状况 如倾角、厚度、品位、矿岩稳固性等 与地质报告中描述 发生重大变化，或者随着开采范围的增加，深部和边远矿体产状【3 9 】发生变化， 在用采矿方法经济上、技术上或安全保障程度上不能适应发生变化了的矿床开 采技术条件，必须改用其他采矿方法。 2 矿山产能调整需要 矿山规划产能 主要是扩大 发生变化，原有采矿方法不能满足变化了的 产能需求，需改用其他高效率、高生产能力的采矿方法。 3 市场条件发生变化 矿产品价格走高时，矿山会自觉地采用回采率高、贫化率【4 0 】f 氐的采矿方法 即使可能会增加开采成本 ，以提高矿山经济效益；如果产品价格下降，会迫 使矿山改用低成本的采矿方法 即使可能会增大损失率和贫化率 。 4 国家行业政策或环保政策要求 随着国家对环保问题的高度重视，近年来，不少省份国土资源部门和安全 生产监管部门都对矿山开采对地表破坏程度以及矿山生态恢复提出了严格的要 求，促使许多矿山，尤其是传统上采用崩落法的铁矿，纷纷改为对地表环境破 坏较小，或不产生地表破坏的采矿方法，如充填类采矿法【4 1 4 3 1 。 2 采矿方法变更类型 采矿方法变更的主要类型包括 1 为提高资源回采率，防止地表塌陷范围进一步扩大，无底柱分段崩落 法变更为分段空场嗣后充填法或上向水平分层充填法[ 4 4 1 ； 2 为提高资源回采率，处理空区，房柱法或留矿法变更为房柱嗣后充填 法或上向水平分层充填法； 3 矿岩稳固性变差，上向水平分层充填法变更为上向水平分层进路充填 法【4 5 舶1 或下向水平分层进路充填法； 4 矿体厚度变薄，稳固性变差，中深孔采矿方法变更为浅孔采矿方法， 如分段空场嗣后充填法变更为上向水平分层充填法。 6 万方数据 中南大学硕士学位论文第1 章绪论 1 ．3 主要研究内容和方法 1 ．3 ．1 主要研究内容 1 采矿方法选择 2 矿体开采技术条件分析和矿体分类；特别是矿山经过多年开采，原生 矿及厚大矿体开采过后，对风化矿及半风化矿等难采矿体的分类。 3 当前采矿方法 无底柱分段崩落法和连续回采的分段空场法 适用性 评价； 4 不同类别矿体采矿方法优化选择。 2 开采工艺技术研究 1 各采矿方法采场结构参数优化 2 采矿设备选型与配套； 3 各采矿方法采准、切割与回采工艺研究； 4 各中段矿块划分； 5 中段间及矿块间回采顺序优化。 3 适用于本研究的半风化矿体的采矿方法单体开采工程设计 1 典型矿块采准、切割工程设计； 2 典型矿块回采工程设计； 3 已完成采切工程的无底柱分段崩落法矿块变更为新采矿方
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