川口钨矿杨林坳矿区倾斜中厚矿体开采技术研究.pdf

中图分类号 旦墨2 U D C6 2 2 硕士学位论文 学校代码 Q 堇三圣 密级公珏 川口钨矿杨林坳矿区倾斜中厚矿体 开采技术研究 M i n i n gt e c h n o l o g ys t u d y o fi n c l i n e dm e d i u m - t h i c ko r e b o d y i nY a n g l i n a o m i n i n ga r e ao f C h u a n k o u t u n g s t e nm i n e 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 程健 矿业工程 充填理论与技术 资源与安全工程学院 张钦礼教授 论文答辩日期丝垒垒丛答辩委员会主席生』兰尘 中南大学 2 0 1 4 年0 4 月 万方数据 中南大学学位论文摘要 学位论文原创性声明、Y2685056Ill I r r l l H I I I I I J l lI l l l l l lI l l r l l l l lrlll 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已在论文中作了明确 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。 作者签名缎 日期珈苴k 年￡月五日 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。 作者签名导师签 日期睢年上月丛日 万方数据 中南大学学位论文摘要 川口钨矿杨林坳矿区倾斜中厚矿体开采技术研究 摘要川口钨矿是一座已有几十年开采历史的老矿山，其低品位钨矿 资源储量丰富，但由于矿体形态复杂多变，目前采用的无底柱分段崩 落法和连续回采分段空场法存在诸多技术难题，影响了矿山经济效益 和可持续发展水平。为了实现对该矿资源的安全、高效回采，提高资 源利用率，本文在现场调研和现有相关理论的基础上，对杨林坳矿区 开采工艺技术进行研究。针对杨林坳矿区矿体的地质条件，论文利用 综合评判方法选出最适合的采矿方法；运用数值分析软件分析不同采 场结构下的应力和位移，得出最佳采场结构参数；对选定的采矿方案 进行单体设计。本文主要内容如下 1 通过现场勘察，收集资料，熟悉矿山地质条件和开采技术 条件，获取矿岩的各种参数，收集后续工作所需资料。 2 对矿体进行分类，分类结果表明大部分矿体属倾斜中厚矿 体，针对此类矿体初步选出三个合适的采矿方案，并对各方案采场布 置和采切工艺等进行概述。 3 在综合层次分析法、灰色关联分析法和逼近理想解的排序 法的理论基础上，构建灰色关联- 力口权T O P S l S 综合评判模型，对三个 采矿方案进行优化选择，得到各方案的优越度，从而确定最优采矿方 案。 4 运用M I D A S 有限元分析软件模拟不同采场结构参数下的采 场应力和变形情况，确定最优的采场结构参数； 5 对优选采矿方法进行单体方案设计，包括采场构成要素、 采切工程的巷道布置、采场充填技术、采掘设备选型和技术经济分析 盘筮 守。 本文中包括图2 6 幅，表3 2 个，参考文献7 4 篇。 关键词倾斜中厚矿体；采矿方法；灰色关联分析法；逼近理想解的 排序法；采场结构参数；数值模拟； 分类号T D 8 5 2 I I I 万方数据 中南大学学位论文 M i n i n gt e c h n o l o g ys t u d yo f i n c l i n e dm e d i u m - t h i c k Y a n g l i n a om i n i n ga r e ao f C h u a n k o u t u n g s t e nm i n e A b s t r a c t T h eC h u a n k o ut u n g s t e nm i n e ，w h i c hh a sb e e nm i n e df o rd e c a d e s ，I S r i c hi nl o w - g r a d et u n g s t e nm i n e r a lr e s o u r c e ．H o w e v e r , b e c a u s eo ft h e m o r p h o l o g i c a lc o m p l e xo r e b o d y , t h e r ea r em a n yt e c h n i c a lp r o m b l e m si n c u r r e n t l yu s e dn o n - p i l l a rs 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 ss t o p i n g s u b l e v e lo p e ns t o p i n gm e t h o d ，a f f e c t i n gt h el e v e l so fe c o n o m i ce f f i c i e n c y a n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h em i n e ．I no r d e rt oa c h i e v et h es a f ea n d e f f i c i e n tr e c o v e r yo fm i n er e s o u r c e sa n di m p r o v er e s o u r c eu t i l i z a t i o n ，a s t u d yo nm i n i n gt e c h n o l o g yw a sm a d ei nY a n g l i n a om i n i n ga r e a , o nt h e b a s i so ft h es i t es u r v e ya n dt h ee x i s t i n gc o r r e l a t i o nt h e o r y ．A c c o r d i n gt o t h eg e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，t h em o s ts u i t a b l em i n i n gm e t h o dW a Ss e l e c t e d b yu s i n gt h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d ；t h eb e s ts t o p es t r u c t u r e p a r a m e t e r sw a so b t a i n e db ya p p l y i n gt h en u m e r i c a la n a l y s i ss o f t w a r et o a n a l y z es t r e s sa n dd i s p l a c e m e n to fu n d e rd i f f e r e n ts t o p es t r u c t u r e ；a n d t h em o n o m e rd e s i g ni sp u tf o r w a r df o rs e l e c t e dm i n i n gp l a n ．砀ep a p e r m a i n l ya c h i e v e st h ef o l l o w i n gr 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 1 I no r d e rt ob ef a m i l i a rw i t ht h em i n eg e o l o g i c a lc i r c u m s t a n c e a n dm i n i n gt e c h n o l o g yc o n d i t i o n s ，o b t a i nv a r i o u sp a r a m e t e r so ft h eo r e ， a n dc o l l e c ta l lt h er e q u i r e di n f o r m a t i o n ，t h es i t ei n v e s t i g a t i o na n dd a t a c o l l e c t i o na r em a d e ． 2 M o s to ft h eo r eb o d yi s d e t e r m i n d e da si n c l i n e dm e d i u m t h i c k o r e b o d yt h r o u g ho r eb o d yc l a S s i f i c a t i o n ，a f t e rw h i c ht h r e e t e n t a t i v e m i n i n gp r o g r a m m ea r es e l e c t e da l o n gw i t hp r o g r a m m e so fS t o p el a y o u t a n dm i n i n gp r o c e s so v e r v i e w ． 3 B a s e do nt h et h e o r yo fa n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，g r e yr e l a t i o n a n a l y s i s a n dT O P S I S ，t h ew e i g h t e dT O P S I S G R Ac o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o nm o d e li se s t a b l i s h e db e f o r e o p t i m i z i n gt h et h r e em i n i n g s c h e m es e l e c t i o n ，a f t e rw h i c ht h es y n t h e t i cs u p e r i o rd e g r e e sa r ec a c u l a t e d t od e t e r m i n et h eo p t i m u mm i n i n gp r o g r a m m e ． 4 B yu s i n g t h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i ss o f t w a r eM I D A St os i m u l a t e s t o p e s t r e s sa n dd e f o r m a t i o nc o n d i t i o n so fd i f f e r e n ts t o p es t r u c t u r e p a r a m e t e r s ，t h eo p t i m a ls t r u c t u r ep a r a m e t e r sa r ed e t e r m i n e d ． I V 万方数据 中南大学学位论文 5 T h em o n o m e rd e s i g no ft h eo p t i m a lm i n i n gm e t h o di sp e r f o r m e d ， i n c l u d i n gc o n s t i t u e n te l e m e n t so ft h eS t o p e ，m i n i n gc u t t i n ge n g i n e e r i n g o f r o a d w a yl a y o u t , s t o p ef i l l i n gt e c h n o l o g y , m i n i n ge q u i p m e n t s e l e c t i o n ，t e c h n i c a la n de c o n o m i ca n a l y s i s ，e t c ．． T h ea r t i c l ec o n t a i n s2 6F i g u r e s ，3 2 t a b l e s ，7 4r e f e r e n c e s ． K e y w o r d s i n c l i n e dm e d i u m - t h i c ko r e b o d y ；m i n i n gm e t h o d g r e y r e l a t i o na n a l y s i s ；T O P S I S ；s t o p es t r u c t u r ep a r a m e t e r s ； n u m e r i c a ls i m u l a t i o n C l a s s i f i c a t j o n 6 2 2 V 万方数据 中南大学硕士学位论文目录 目录 原创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 ●r 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．⋯⋯⋯．．．．．．⋯⋯⋯．．．．．．．．．】【 1 钨资源现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 世界钨资源现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。l 1 ．1 ．2 我国钨资源现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 研究背景及目的意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．3 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．3 ．1 采矿方法变更⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．3 ．2 倾斜中厚矿体开采⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 ．4 本文研究内容与技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 ．4 ．1 主要内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 ．4 ．2 技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 矿山概况与现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．1 矿区交通与自然地理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 0 1 ．1 地理位置与交通⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 1 ．2 自然地理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．2 地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．2 ．1 矿区地层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 2 ．2 ．2 构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 2 ．2 - 3 岩浆岩⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．2 ．4 围岩蚀变⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．3 矿床地质特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．3 ．1 矿床类型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13 2 ．3 ．2 矿体地质特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 V 万方数据 中南大学硕士学位论文 目录 2 ．3 ．3 矿石质量特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．3 ．4 矿体围岩和夹石⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 2 ．4 矿床开采技术条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．18 2 ．4 ．1 水文地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18 2 ．4 ．2 工程地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．4 ．3 资源储量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 2 ．5 矿山开采现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 2 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 3 采矿方法优化选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。3 l 3 ．1 开采范围及矿体分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 3 ．2 采矿方法初选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 3 ．2 ．1 机械化上向水平分层充填法 方案I ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 2 3 ．2 ．2 无底柱分段崩落法 方案I I ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 3 ．2 ．3 分段凿岩阶段空场嗣后充填法 方案l i d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 3 ．3 采矿方法优选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 3 ．3 ．1 确定权重向量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 l 3 ．3 ．2 灰色关联分析法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 3 ．3 ．3 加权T O P S I S ．灰色关联综合评判模型建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 2 3 ．3 ．4 评判模型应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 3 ．3 ．5 最优方案评判⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 采场结构参数优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 4 ．1M I D A S 软件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51 4 ．2 模型建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51 4 ．2 ．1 基本假设及矿岩与充填体力学参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 4 ．2 ．2 模型构建原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 4 ．2 ．3 模型构建思路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 4 ．3 优化结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 V I 万方数据 中南大学硕士学位论文 目录 4 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 5 机械化上向水平分层充填法单体设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 5 5 ．1 采场构成要素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 5 ．2 采切工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 5 ．3 回采工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 5 ．4 充填工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 9 5 ．5 分层作业循环表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 0 5 ．6 主要采掘设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 5 ．7 主要技术经济指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 l 5 ．8 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 4 6 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 5 6 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 5 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 5 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 7 攻读学位期间主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 1 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。8 3 V I I 万方数据 中南大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 ．1 钨资源现状 钨素有“工业牙齿“ 之称，是一种非常重要的稀有矿产资源，因其具有高 熔点、高硬度、耐磨和耐腐蚀等优良特性，而被广泛地应用于军工、电子、冶 金、航空、航天、机械、石油等重要工业领域【l ‘2 1 。因此，世界上很多国家将钨 作为战略性资源进行储备。随着未来信息技术的迅猛发展，钨的战略作用将越 发突出，是未来社会发展不可缺少的原材料。钨在地壳中平均含量为百万分之 一 重量 ，属稀少的元素。在自然界中大部分钨呈钨酸盐形式存在，仅有少部 分存在于辉钨矿 W S 2 中【3 刮。 1 ．1 ．1 世界钨资源现状 钨矿在世界分布很广，约有三十五个产钨国家和地区。但资源分布很不平 衡，储量差异很大，主要分布在环太平洋地I X t 孓。7 1 。亚洲蕴藏量最丰富，而大部 分欧美国家产量很小。根据美国地质调查局 U S G S 2 0 1 2 年底的统计，全球钨矿 资源探明总储量为2 8 9 ．8 万t ，其中中国钨矿资源所占比重最大，已探明储量约 为1 9 0 万t ，占全球己探明储量的6 5 ．5 ％，其次是俄罗斯、美国、加拿大和玻璃 维亚等国，占全球己探明储量的1 9 ．5 ％，其他国家及地区钨矿资源占1 5 ％ 详见 表1 - 1 。 表1 ．1 世界已探明钨金属资源量分布表 1 ．1 ．2 我国钨资源现状 我国钨矿资源十分丰富，储量和产量均居世界第一【8 1 。根据美国地质调查局 万方数据 中南大学硕士学位论文1 绪论 U S G S 2 0 1 2 年底的统计，全球已探明的2 8 9 ．8 万t 钨矿资源储量中，中国占有 1 9 0 万t ，占6 5 ．5 ％。钨矿资源在我国分布十分广泛，据初步统计，我国拥有3 8 2 处钨矿区，遍布全国2 3 个省 市、自治区 ，主要集中于湖南、江西、广东、 福建、河南、云南等省【9 ‘10 1 。 湖南、江西、河南三省的钨资源储量居全国的前三位，共占全国已探明钨 资源储量的5 7 ％，其中湖南占3 2 ％、江西占1 8 ％、河南占7 ％。我国钨矿类型主 要以白钨矿和黑钨矿为主，白钨矿占全国总储量的6 8 ．5 4 ％，黑钨矿占2 2 ．2 0 ％， 其中白钨矿主要分布于湖南，黑钨矿则主要分布于江西【1 1 。1 3 】。 自上世纪8 0 年代钨资源开采失控以来，我国钨资源总体一直呈下降状态， 资源储量急剧下降，储采比已经失衡，资源优势正逐步减弱【l4 1 。尤其是黑钨矿 资源，其资源储量减少明显，导致我国现在主要以白钨矿为主。 由于钨的特殊战略意义，随着国内经济的快速增长，国内市场对钨金属的 需求在2 0 0 1 年～2 0 0 7 年间一路增长，从1 ．3 9 万t ／年上涨到2 ．5 万t ／年【l 孓1 6 】。近些 年，由于受到全球金融危机的影响，国内外对钨金属的需求受到冲击，一直处 于疲软状态。但从2 0 1 0 年开始，随着全球经济的复苏，国际市场需求的逐步恢 复，以及国家的积极调控，国内钨金属的市场需求也开始恢复，并保持稳定增 ．I 二【1 7 1 9 】 L - ＼o 1 ．2 研究背景及目的意义 衡阳远景钨业有限责任公司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，现已基本回采 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 1 1 年4 月2 6 日以 湘国土资储备字[ 2 0 1 1 ] 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，杨林坳矿区 1 1 0 m ～3 7 0 m 中段尚有保有资源储量 1 1 1 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0 ．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 万方数据 中南大学硕士学位论文1 绪论 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中厚体 倾 角3 6 0 ，厚度5 m 以上 ，必须寻求合适的采矿方法，并优化结构参数和回采顺序 及回采工艺。 2 无底柱分段崩落法设计分段高度l O r e ，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 撑空区面积1 3 5 5 0 m 2 ，2 4 空区面积 ll l O O m 2 ，均己自然塌落直通地表；3 “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1l 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。 因此，在杨林坳矿区现有采准与切割工程的基础上，选用合理的采矿方法， 使采矿方法的转化平稳过渡，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，是矿山亟需解决的问题。为此，本文 开展杨林坳矿区倾斜中厚矿体开采技术研究，通过理论研究和分析，确定杨林 万方数据 中南大学硕士学位论文 1 绪论 坳矿区合适的采矿方法及合理的采场结构参数，以解决影响矿山经济效益和长 期可持续发展的上述重大技术难题，为企业健康稳定发展提供技术支撑。 1 ．3 国内外研究现状 1 ．3 ．1 采矿方法变更 在地下矿山的生产实践中，由于矿床赋存条件和矿体形态的变化，采矿设 备的更新，采矿强度的要求以及采矿工艺的改变等原因，有时必须改变原来的 采矿方法【2 0 1 。例如切诺佩奇矿经历过分段崩落法向两步骤回采的分段空场嗣 后充填法的转变【2 1 】；辽宁北票平房金矿经历过潜眼留矿法向削壁充填法的转变 【2 2 】；马钢 集团 控股有限公司姑山矿业公司和睦山铁矿后观音山矿段经历过 分段空场嗣后充填法向上向进路充填法的转变等【2 3 J 。采矿方法的改变必然要涉 及生产组织、损失贫化指标、采场结构参数等一系列问题。因此，国内外各采 矿方法变更矿山都十分重视采矿方法变更过程中的技术研究和工程管理工作。 1 采矿方法变更原因 纵观国内外采矿方法变更矿山的应用和研究现状，采矿方法中途变更现象 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、贫化率低的采矿方法 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 万方数据 中南大学硕士学位论文l 绪论 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。 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； 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。 1 ．3 ．2 倾斜中厚矿体开采 根据矿体产状分类，矿体倾角3 0 0 “ - - 5 5 0 的为倾斜矿体，矿体厚度4 ～1 5m 的为中厚矿体【2 4 。2 5 1 。对于此类矿体的开采，由于其特殊的矿体产状，开采中会 面临采切工程量大、出矿困难、机械化程度低和作业效率低等技术难题，故一 直是矿业界较为棘手的问题【2 6 ‘2 8 1 。目前，针对倾斜中厚矿体的开采，国内外用 的比较成功的采矿方法有 1 分段矿房法1 2 9 ] 法国苏蒙特铁矿矿体为倾斜中厚矿体，矿脉厚度为3 , - - 一6 m ，矿体倾角3 0 0 ～ 5 0 。，矿岩稳固性好，产状规则。根据矿床赋存条件，采用分段矿房法，阶段高 度7 5 m ，采区长2 5 0 m ，矿房和矿柱宽为9 m 和6 m ，分段高1 0 “ - “ 1 2 m 。采用凿岩 台车掘进和铲运机出矿。回采时，先沿底盘拉底，待全部拉底后，向下凿平行 斜炮孔进行崩矿。经实践证明，分段矿房法对倾斜中厚矿体的开采是行之有效 的，具有良好的适应性。 2 留矿全面法【3 0 j 湖北鸡冠嘴金矿矿体属于倾斜中厚矿体，平均厚度8 m ，倾角3 0 0 “ - 4 5 0 ，矿 体围岩稳固性中等以上，结合矿床特征和矿山实践条件，运用留矿全面法回采 矿体。矿块沿走向布置，矿块高度3 0 m ，长度为8 ～l O m ，宽为矿体厚度，间柱 宽度为2 m ，底柱高6 m ，局部留顶住3 m 。采用电耙配合溜井出矿，溜井布置在 出矿侧巷中，从拉底水平掘进一行人通风井至矿块端部，作为矿块的行人通风 万方数据 中南大学硕士学位论文 1 绪论 井。实践证明，留矿全面法很好的解决了倾斜中厚矿体如何出矿的技术难题， 有效保证了供矿能力，获得了良好的生产效益。 3 喷锚网支护无底柱分段崩落法【3 l J 东乡铜矿矿体厚度为5 “ - “ 1 0 m ，矿体倾角3 0 0 “ - - 5 0 0 ，属倾斜中厚矿体。针对 矿体和围岩稳固性均较差 户3 ～6 的特点，并结合矿体条件，矿山采用喷锚网 支护无底柱分段崩落法进行开采。中段高度为3 0 m ，长为5 0 m ，分段高和进路 间距均为7 m 。采场采用Y G 2 4 0 型凿岩机凿岩，T 2 G 装运机出矿，支护采用锚 杆、钢筋网和喷射混凝土联合支护。喷锚网支护无底柱分段崩落法在东乡铜矿 的应用，有效的解决了出矿难的问题，提高了矿体、围岩不稳固条件下的作业 安全系数。 4 上向水平分层充填采矿法【3 2 】 鑫汇金矿，矿体倾角3 0 0 “ - - 4 5 0 ，矿体厚度5 “ - 8 m ，矿体连续性好，但边界 不稳定，矿体品位分布不均。根据开采技术条件，采场沿矿体走向布置，矿块 长3 0 , ～, 5 0 m ，宽为矿体厚度，高5 0 m ，不留项底柱和间柱。采场采用7 6 5 5 凿岩 机，电动铲运机出矿。该法的运用有效的提高了资源回收率，降低了贫化率， 在品位高，贵重稀缺金属矿产回收中有良好的适用性。 1 ．4 本文研究内容与技术路线 1 ．4 ．1 主要内容 为解决川口钨矿杨林坳矿区现行的采矿方法无法适应矿山需求的问题，本 文展开杨林坳矿区倾斜中厚矿体开采技术研究，通过理论结合实际，科学合理 的确定适合杨林坳矿区开采的最优采矿方法、最佳采场结构参数，并对最优采 矿方法进行单体设计，主要研究内容如下 1 通过现场勘察，收集资料，掌握该地区的工程地质条件，水文地质条 件，环境条件等基本研究资料。查阅文献，了解目前针对类似矿体开采的采矿 方法研究现状。 2 对研究范围内矿体进行分类，初步选出3 个合适的采矿方案，并对各 方案采场布置和采切工艺等进行概述。 3 利用层次分析法、灰色关联分析法和逼近理想解的排序法，构建灰色 关联- 力口权T O P S I S 综合评判模型，对3 个采矿方案进行优化选择，得到各方案的 优越度，从而确定最优采矿方案。 4 在确定最优采矿方案的基础上，利用M I D A S 数值