急倾斜薄矿体开采方法与安全技术研究.pdf

中图分类号婴3 5 垒 U D C6 2 2 硕士学位论文 学校代码 Q 5 三3 密级公珏 急倾斜薄矿体开采方法与安全技术研究 S t u d yo nt h em i n i n ga n ds a f e t yt e c h n o l o g yo ft h ee x t r e m e l ys t e e pt h i n o r eb o d y 作者姓名I王江 学科专业采矿工程 研究方向采矿方法研究 学院 系、所 资源与安全工程学院 指导教师赵国彦教授 副指导教师 论文答辩日期a 啦丛 支g 答辩委员会主 中南大学 2 0 13 年5 月 原创性声明 本人声明，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单位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。 作者签名扯日期业年』月￡日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 中南大学硕士学位论文 摘要 急倾斜薄矿体开采方法与安全技术研究 摘要针对矿山急倾斜薄矿体开采过程中普遍存在的损失贫化率高、 采场生产能力低等问题，本文以现场实地调查、查阅国内外相关类似 工程文献资料、F L A C ．3 D 数值软件、L S ．D Y N A 数值软件作为研究手 段，结合具体矿山地质资料，开展了新型采矿技术研究，完成了以下 几个方面的研究工作 1 对矿山目前开采技术存在的贫化损失过大的问题进行了深入 调查研究，较为全面地总结了影响薄矿脉矿石贫化损失的因素，为一 下步新型采矿技术的研究工作做铺垫。 2 在总结国内外类似矿体开采工艺的基础上，提出了无底柱水 平中深孔分段空场法和无底柱中深孔分段空场法两种采矿方案。通过 对比分析各采矿方案优缺点，初步选定了无底柱水平中深孔分段空场 法作为矿山新型采矿试验方案。 3 总结和分析了国内外中小型矿山所使用的主要生产设备优缺 点，结合矿山工程背景，提出了矿山改进生产工艺所需的具体生产设 备型号。 4 运用F L A C ．3 D 软件实现了对采场在不同采场跨度下地压分布 规律的模拟，通过总结分析采场地压灾害机理和治理地压灾害方面的 工程经验，为采场地压管理提供参考意见。 5 参考和借鉴国内外类似矿山爆破工艺参数和工程经验，对炮 孔布置形式、最小抵抗线、孔距等爆破参数进行了初步设计；并运用 L S ．D Y N A 软件实现了不同装药结构边孔爆破模拟优化。 关键词急倾斜薄矿体；贫化率；损失率；中深孔；F L A C 数值模拟； L S ．D Y N A 数值模拟 I I S t u d y o nt h em i n i n ga n ds a f e t yt e c h n o l o g yo ft h ee x t r e m e l ys t e e pt h i n o r eb o d y A b s t r a c t D u et ot h eh i g hd i l u t i o nr a i t oa n dl O S Sr a t ei nm i n i n gt h e e x t r e m e l ys t e e pt h i n o r eb o d y ，c o m b i n i n gw i t ht h es p e c i f i cm i n e g e o l o g i c a ld a t a ，s t u d yh a sb e e nd o n eo nt h en e wm i n i n gt e c h n o l o g yb y t h em e a n so fs u r v e y i n g ，r e f e r e n c e s ，F L 久C 一3 Dn u m e r i c a ls o f t w a r ea n d L S ．D Y N An u m e r i c a ls o f t w a r e ．T h em a i ns t u d yw o r ka sf o l l o w s ． 1 、 W eh a dc o n d u c t e daf i e l ds u r v e yf o rt h ep r o b l e mo fe x c e s s i v e d i l u t i o na n d1 0 S S ．T h eb e d d i n gw o r kf o rt h es t u d yo ft h en e wm i n i n g t e c h n o l o g yh a sb e e nd o n eb yc o m p r e h e n s i v es u m m a r i z i n gt h ef a c t o ro f e x t r e m e l ys t e e pt h i no r ed i l u t i o na n d l o s s ． 2 B a s e do ns u m m a r i z i n gt h es i m i l a rm i n i n gp r o c e s sa th o m ea n d a b r o a d ．n o n ．s i l lp i l l a rs u b l e v e lo p e n s t o pm i n i n gw i t hl e v e ld e e p h o l e a n dn o n ．s i l lp i l l a rs u b l e v e lo p e n s t o pm i n i n gw i t hv e r t i c a ld e e p - h o l ea r e p r o p o s e d ．A c c o r d i n gt ot h ec o m p a r i o no fa d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s o ft h et w om e t h o d s ，t h en o n ．s i l lp i l l a rs u b l e v e lo p e l l - s t o pm i n i n gW i t h v e r t i c a ld e e p ．h o l ei Ss e l e c t e da st h en e wm i n i n ge x p e r i m e n tp r o g r a m ． 3 B yt h ew a yo fs u m m a r i z i n ga n da n a l y z i n gt h es t r e n g t h s a n d w e a k n e s s e so ft h em a i np r o d u c t i o ne q u i p m e n tu s e db ys m a l la n d m e d i u m ．s i z e dm i n e sa th o m ea n da b r o a d ，c o m b i n e dw i t ht h eb a c k g r o u n d o fm i n i n ge n g i n e e r i n g ，s o m es p e c i f i cp r o d u c t i o ne q u i p m e n tm o d e l sa r e p r o p o s e d ，w h i c ha i m t oi m p r o v et h em i n i n gt e c h n o l o g y ． 4 T h eg e o ．s t r e s s d i s t r i b u t i o ni nd i f f e r e n ts t o p es p a nb yu s i n g F L A C ．3 Dn u m e r i c a ls i m u l a t i o ns o f t w a r e ．T h em e c h a n i s mo fs t o p e u n d e r g r o u n dp r e s s u r ed i s a s t e ra n dt h ee n g i n e e r i n ge x p e r i e n c eo fg r o u n d p r e s s u r ea r es u m m a r i z e d ，w h i c hC a ng i v es o m ea d v i s e sf o rt h eg r o u n d p r e s s u r em a n a g e m e n t ． 5 T h em a i nb l a s t i n gp a r a m e t e r ss u c ha st h eb l a s t i n gh o l el a y o u t ，t h e m i n i m u ml i n e ，a r ed e s i g n e dp r e l i m i n a r i l yb yr e t e r e n c e sf o rt h es i m i l a r 一一一● ●- -J 一一 ●- m i n eb l a s t i n gp r o j e c ta n de n g i n e e r i n ge x p e r i e n c ea th o m ea n da b r o a d ． S i m u l a t i o n sw e r ec a r r i e do u tt or e p r o d u c et h ev a r i a b l ee f f e c to ft h e I I I 中南大学硕士学位论文 d i f f e r e n td y n a m i t es t r u c t u r e so ft h es i d eh o l eb yt h eu s eo ft h eL S - D Y N A s o f t w a r e ． K E YW O R D S t h ee x t r e m e l ys t e e pt h i no r eb o d y ；d i l u t i o nr a t i o ；l o s s r a t e ；F L A C ．3 Dn u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；L S ．D Y N An u m e r i c a ls i m u l a t i o n I V 中南大学学位论文 目录 目录 原创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．V 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 研究背景和研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 ．1 研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 ．2 研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 1 ．2 急倾斜薄矿体采矿技术发展现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 1 ．2 ．1 浅孔留矿法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 1 ．2 ．2 干式充填采矿法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．2 ．3 分段空场法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 ．3 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 抱伦金矿急倾斜薄富矿体采矿方法研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．1 抱伦金矿概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2 矿区地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2 ．1 矿区地层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 ．2 ．2 矿区地质构造特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 2 ．2 ．3 矿体产状特征和分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 2 ．3 矿山开采历史⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．4 现用采矿方法简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．5 开采过程中存在的问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 2 ．6 新采矿方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 2 2 ．6 ．1 试验矿体开采技术条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．6 ．2 可行的采矿方法综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 2 ．6 ．3 两种采矿方案技术经济比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．7 生产设备引进⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 7 2 ．7 ．1 凿岩设备引进⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 2 ．7 ．2 装载设备引进⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 2 ．7 ．3 测量设备引进⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 2 ．7 ．4 设备投资费用估算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 2 ．8 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 无底柱中深孔分段空场法技术研究和地压控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．1 采场结构参数计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 6 3 ．1 ．1 力学分析法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．1 ．2 经验法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 3 ．2 基于F L A C ．3 D 采场地压研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．2 ．1F L A C ．3 D 软件简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 9 3 ．2 ．2 模拟方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 3 ．2 ．3 建立数值模拟模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31 3 ．2 ．4 数值模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 V 中南大学学位论文 目录 3 ．3 采场地压灾害原理和控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。4 3 3 ．3 ．1 矿山灾害性地压机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 3 ．3 ．2 地压活动特征与规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 3 ．3 ．3 地压控制措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 5 4 急倾斜薄矿体中深孔爆破工艺研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 4 ．1 中深孔爆破参数计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 6 4 ．1 ．1 炮孔布置形式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 4 ．1 ．2 炮孔直径⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 4 ．1 ．3 炮孔深度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 4 ．1 ．4 最小抵抗线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 4 ．1 ．5 炮孔间距⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．1 ．6 炸药单耗与单孔装药量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．1 ．7 炮孔堵塞长度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．1 ．8 微差时间⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．2 基于L S ．D Y N A 的边孔装药计算优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 4 ．2 ．1L S ．D Y N A 程序简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 0 4 ．2 ．2 边孔装药结构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 4 ．2 ．3 边孔爆破计算模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 4 ．2 ．4 爆破介质模型与参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 4 ．2 ．5 模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 4 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 6 5 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 5 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 8 5 ．2 创新点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 5 ．3 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 9 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 0 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。7 4 攻读硕士期间发表的学术论文及成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 5 V I 中南大学硕士学位论文 绪论 1 绪论 1 ．1 研究背景和研究意义 1 ．1 ．1 研究背景【1 卜【9 】 2 0 0 8 年发端于美国的金融危机改变了过去几十年的世界经济发展模式，各 国政府为了拯救脆弱的经济，实施积极的财政和货币政策。黄金作为一种具有抗 通胀、避险功能的商品，受到大量投资者和机构的追捧，图1 - 1 显示为近1 1 年 黄金价格走势。由于全球经济结构调整过程的漫长性和曲折性，预计在未来很长 一段时期内，黄金价格将保持高位运行。 图1 - 12 0 0 1 ．2 0 11 年黄金价格走势图 相关资料表明，全球黄金资源储量分布较为集中，南非、澳大利亚等5 国黄 金基础资源储量大约占世界总量的6 0 ％。如图1 ．2 所示，南非在全球金矿资源基 础储量比重中最大，占到总量的4 0 ％；我国金矿资源总量在1 ．5 万吨 2 万吨左 右，总储量全球排名第四位，但其矿床类型多、且以中小型矿床居多、中低品位 金矿居多，资源的开采难度较大，难以形成规模效应。另外我国人均黄金占有量 不足5 克，与全球人均2 0 多克黄金占有量相差距离很大。 中南大学硕士学位论文 绪论 图l - 2 全球黄金基础资源储量比重图 随着我国经济社会的不断进步和发展，近十多年来，国内黄金产量一直保持 高增长态势，如图1 ．3 所示。2 0 0 7 年国产黄金总量超过南非，成为世界第一大产 金国，2 0 1 1 年全年我国累计生产黄金3 6 0 ．9 5 7 吨，连续五年成为世界黄金生产第 一大国。在黄金消费方面，据中国黄金协会最新统计数据显示，2 0 1 1 年，全国 黄金消费量7 6 1 ．0 5t ，比上年增加1 8 9 ．5 4t ，同比增长3 3 ．2 ％。预计2 0 1 5 年我国 黄金消费量将突破1 0 0 0 吨，巨大的黄金消费量与我国目前的黄金产量形成鲜明 对比。另一方面，我国一些黄金矿山生产规模小，采矿技术落后，矿石贫化和损 失严重，造成严重的资源浪费。根据相关数据显示，目前我国每生产1 吨黄金平 均消耗储量1 ．7 吨，其中大型矿山平均在1 ．5 吨左右，而小矿山则达2 吨以上。 图1 - 3 近十年国内黄金产量 中南大学硕士学位论文 绪论 1 ．1 ．2 研究意义 如何最大程度地开发和利用有限的黄金资源，降低开采过程中的贫化和损 失，是目前国内黄金矿山普遍存在的难题。急倾斜薄矿脉作为我国金矿资源中一 种常见的矿体产状，开采这类型矿体主要采用留矿法，其存在着工人劳动强度大、 矿块生产能力低、较高的贫化损失率以及选矿费用高等问题。研究这类型矿体的 采矿技术具有重要的现实意义，关乎矿山企业经济效益的好坏，符合目前我国黄 金资源基本情况。 海南山金矿业有限公司抱伦金矿是海南省新近发现的大型破碎蚀岩型金矿 床。矿体多呈脉状、似透镜状、透镜状，走向3 2 5 ～3 5 5 0 ，倾向南西西，局部北 东东，倾角6 5 ～8 5 0 ，矿体长度7 0 , - , - 1 2 4 0 m ，厚度0 ．2 0 7 ．8 4 m ，一般1 ．0 6 3 ．0 3 m ， 厚度变化系数1 0 , - , 1 0 2 ％，属于稳定一不稳定类型。目前矿山主要使用无底柱浅 眼留矿法开采，急需改进落后的采矿工艺。本文针对抱伦金矿主要矿床类型之一 的急倾斜薄矿脉，开展新的采矿技术可行性研究，为下一步矿山现场采矿试验做 铺垫。 1 ．2 急倾斜薄矿体采矿技术发展现状 急倾斜薄矿体常见于金、钨以及锡矿床中，大约有三分之一的有色、稀有和 贵金属矿石出自于这类型矿体中。这类矿体的采矿方法可分为两大类，一类为混 采，如留矿法、分段空场法，多用于品位较低的矿脉；一类为分采，如削壁充填 法、削壁留矿法，多用于品位较高的矿脉。另一方面，通过技术人员多年的不断 摸索和研究，在原有的采矿方法的基础上，引进新生产设备和新技术，改进采矿 工艺，提出了一些实用性较好的留矿法变形方案。 1 ．2 ．1 浅孔留矿法1 1 0 1 1 1 1 8 1 浅孔留矿法适用于矿岩较稳固，矿石不自然、不易结块的急倾斜矿脉，广泛 运用于薄和中厚以下的矿脉。它的特点是，工人在矿岩暴露面下的矿堆下作业， 自下而上逐层回采，每次采下的矿石靠自重放出三分之一左右，其余暂留在采场 内作为继续上采的工作台。待整个采场回采完毕，再将暂留在采场的矿石放出。 由于其工艺简单、管理方便、生产成本低等特点，在国内外中小型岩金矿山中广 泛采用。据统计，在黄金和钨矿山采用的采矿方法中，浅孔留矿法所占比重达 7 0 ％，在有色金属矿山中，其所占比重大约在4 0 ％左右。表1 ．1 为一些黄金矿山浅 中南大学硕士学位论文绪论 孔留矿法的主要技术经济指标。 表1 - 1 一些黄金矿山留矿采矿法的主要技术经济指标 ；言、适E l 芝 夹皮沟金矿二道沟金矿招远金矿东桐峪金矿金厂峪金矿 采矿方法浅孔留矿法浅孔留矿法浅孔留矿法浅孔留矿法浅孔留矿法 普通留矿法一般都会设置底柱，起到支撑采场的作用。为了减少因保留底柱 而造成的矿石损失，技术人员通过改变采场的底部结构，采用钢筋混凝土人工底 柱代替矿石底柱。国内最早使用这一工艺的是红花沟金矿，目前该技术已在国内 许多薄矿脉矿山开采中广泛运用，这样不仅提高了矿石的回收率，同时改善了采 场底部应力条件。对于存在严重片帮、冒落现象的采场，一些矿山采用横撑支柱 留矿法，回采过程中用圆木做横撑，以防止放矿过程中顶底盘围岩坍塌，减少了 矿石的贫化，保证工人作业安全。 为了减少采准掘进工程量，一些矿山采用顺路天井留矿法，多用于急倾斜薄 钨矿脉中，其实质是采场一边向上回采，一边在采场架设由木材构成的天井，天 井随回采高度增加而升高，顺路天井起到行人、通风的作用；但随着天井掘进技 术的发展，天井掘进成本不断降低，顺路天井在留矿法中的应用逐渐减少。 1 ．2 ．2 干式充填采矿法【1 9 】～【3 0 】 干式充填采矿法多见于矿岩稳定性差，以及矿石品位高的矿体。在采场内随 着工作面的推进，逐层回采矿石，用充填料充填采空区，以形成回采工作平台和 控制采场地压。与普通留矿法相比，矿石损失和贫化率明显降低，能较好的适应 矿体的变化，且减少了采准工程量，工人作业安全有保障。表1 ．2 为一些黄金矿 山干式充填采矿法的主要技术经济指标。 表l - 2 一些黄金矿山干式充填采矿法的主要技术经济指标 磊心竺红花沟金矿红花沟金矿东坪金矿臀嚣 采矿方法 糍釜戮霎零拳嚣鬈 层干式充填 分层干式充石充填采矿 “i 。“ i 。 采矿法填采矿法法 ”一 ～一 矿块生产能力 t ／d 4 0 9 03 8 4 02 02 7 4 中南大学硕士学位论文 绪论 溜井架设是干式充填采矿法中一个重要的工艺环节，其架设质量的好坏决定 了采场出矿能力以及采场生产能力，在整个采场回采期内必须保障其的通畅。矿 石溜井按其构成材料可分为木材结构、木板结构、钢筋混凝土结构、钢板结构四 种类型。目前矿石溜井主要采用圆筒状钢溜井，其钢板强度应确保放矿过程中溜 井不会变形，架设过程中应保证溜井筒间焊接严密，整个井筒应尽量保持平直。 在采场出矿方式方面，过去很多黄金矿山，使用人工出矿，劳动生产效率低， 但提高了矿石的出矿品位。为了解决采场生产能力较低的问题，一些矿山从美国 和法国引进微型电动铲运机，在采场内由铲运机出矿和充填，提高采场出矿和充 填的机械化程度。与微型铲运机相比较，电耙具有易于维修、投资少、设备操作 简单等优点，电耙出矿是目前矿山应用较为广泛的出矿方式，从各个矿山的设备 运用实际情况来看，采场出矿能力较之人工出矿有了较大的提升，取得了不错的 经济效益。 1 ．2 ．3 分段空场法【3 l 】～[ 4 0 】 国内外矿山采用分段空场法多见于倾斜至急倾斜的中厚以上矿体。国内矿山 运用分段空场法开采急倾斜薄矿脉较少，国外金矿脉开采中，广泛采用分段空场 法开采矿岩稳固的急倾斜薄矿体。 分段空场法一般适用于矿体连续性好，各分段之间矿体轮廓整齐的薄矿脉， 对于一些顶板不稳固，矿体形态复杂、沿走向和倾向都存在分支复合现象的薄矿 脉，不宜采用分段空场法进行回采。该采矿方法的实质是沿矿体倾向方向开凿若 干分段凿岩巷道，在分段凿岩巷道内进行凿岩爆破，崩落的矿石从采场底部放出。 空区的维护主要依靠围岩自身的稳定性，以及间柱、顶底柱的支撑。由于凿岩、 爆破作业均在分段巷道内进行，因而工人的作业安全得到了保障。各分段之间可 同时作业，提高了回采强度，降低了采矿成本。表1 ．3 为一些黄金矿山分段空场 法的主要技术经济指标。 表1 - 3 一些黄金矿山分段空场法的主要技术经济指标 二膏匙竺 五龙金矿峪耳崖金矿 金≯金 金厂峪金矿金翅岭金矿 市一 * 普通分段空普通分段空普通分段高分段空场 高分段掏槽空 米铆刀珐 场法场法空场法法场法 中南大学硕士学位论文绪论 在薄矿体分段空场法开采中，通常采用浅孔爆破进行凿岩崩矿，存在生产效 率低的问题。随着无轨采矿设备的发展以及深孔凿岩技术的不断改进，使得将中 深孔爆破技术应用于薄矿脉开采成为可能，目前已在国内外一些矿山取得采矿试 验的成功；由于相应的增加分段高度，解决因分段数过多，导致采准工程量大的 问题。在国外一些矿山，采用脉外斜坡道的开拓方式，运用先进的液压凿岩台车 凿岩，微型铲运机出矿，通过提高凿岩、出矿的机械化水平，提高了分段空场法 在薄矿脉开采方法中的应用比重，相比较浅孔留矿法和干式充填法，取得了不错 的经济效益。 1 ．3 研究内容 本文在现场实地调查和收集相关地质资料的基础上，针对现阶段抱伦金矿急 倾斜薄矿脉开采过程中存在的问题，根据矿山的实际生产技术条件，开展以下几 个主要方面的研究工作 1 借鉴国内外类似矿山的采矿方法，结合抱伦金矿实际工程情况，开展新 型采矿方法设计以及相关方面的研究工作。 2 运用F L A C ．3 D 软件对不同采场跨度下的采场地压分布规律进行研究，预 测不同跨度下采场可能出现的地压情况。 3 采用L S ．D Y N A 软件模拟不同边孔装药结构下的应力波和节点速度变化规 律，优化边孔装药结构。 中南大学硕士学位论文抱伦金矿急倾斜薄富矿体采矿方法研究 2 抱伦金矿急倾斜薄富矿体采矿方法研究 2 ．1 抱伦金矿概况 抱伦金矿区位乐东县城 抱由镇 3 5 0 方向，水平距离1 9 k m 处。东经 1 0 8 0 5 9 ’0 0 ”～1 0 9 0 0 2 ’3 0 ”，北纬1 8 0 3 7 ’0 0 “ ～1 8 0 4 1 ’3 0 “ 。网格为x 2 0 6 0 0 0 0 - - 2 0 6 8 0 0 0 ； y 3 6 6 0 4 0 0 0 - - , 3 6 6 1 0 0 0 0 。北自望楼河北岸3 k m ，南至龙石岭，东起三疗村东6 0 0 m ， 西至斯苗岭。面积4 8 k i n 2 。 区内交通尚属方便，省道毛 阳 ～九 所 公路在矿区南部通过，连接海 榆中线和西线高速公路。有简易公路自干家延入矿区。 抱伦金矿属低山丘陵地形，位于黎母山脉与乐东盆地连接处，地势北西高， 南东低，豪岗岭海拔高程 5 3 0 ．1 m ，为采矿区最高峰。工作区内相对高差一般 2 0 0 , - , 3 0 0 m ，地形起伏较大，多陡崖、陡坎，坡度大；地表风化强烈，土壤类型 以坡残积的细砂土、亚砂土为主。覆盖层厚度一般为1 ．0 3 ．O m ；区内植被发育， 主要为灌木林、杂草等，覆盖率大于7 5 ％，景观条件差。 矿区属热带海洋性气候，温热多雨，蒸发量大。年平均气温2 5 ℃，其中最 低气温一月份，其平均气温为1 8 ℃，最热月份7 月，其平均气温2 7 ℃。年平均 降雨量1 2 5 8 m m 。区内多台风，台风及降雨多集中在7 ～1 0 月，旱季时间较长。 区内水系主要为望楼河及其支流，水系发育，沿望楼河有长茅水库及多个小 型水库。 区内居民主要为抱伦农场职工和当地村民，属黎、汉、苗多民族杂居区。经 济以农业为主，主要种植橡胶、水稻等，区内没有大的工矿企业。 2 ．2 矿区地质 2 ．2 ．1 矿区地层 矿区地层仅出露下志留统陀烈组中段、下段，白垩系主要分布在矿区东南角。 陀烈组主要分布于矿区中部及西南部，呈北东南西向展布，北西侧与尖峰岩 体呈侵入接触，南东侧覆于鹿母湾组之下，二者呈断层接触。陀烈组下段主要为 绢云母石英千枚岩、绢云母粉砂岩，厚度大于5 6 0 m 。陀烈组中段主要为含碳千 枚岩，厚度8 4 9 m 。 白垩系分布于矿区东南角，由鹿母湾组及报万组组成。下白垩统鹿母湾组主 中南大学硕士学位论文抱伦金矿急倾斜薄富矿体采矿方法研究 要为砾质砂岩、含砾砂岩夹紫灰色厚层状含砾富晶屑凝灰岩及紫红色凝灰岩，与 陀烈组呈断层接触，上部整合于上白垩统报万组之下。 2 ．2 ．2 矿区地质构造特征 矿区断裂与褶皱构造较发育，褶皱构造主要为豪岗岭背斜。断裂构造主要有 N E 向的坝毫山铁弯岭断层及N N W 向控矿断裂带。 豪岗岭背斜，分布于豪岗岭一带陀烈组中，长约1 ．5 k m 。区内宽O ．8 k m ，轴 迹N N W 向，其核部为陀烈组下段的绢云母石英千枚岩，两翼为陀烈组中段的含 碳千枚岩，东翼因N E 向断层切割而未出露陀烈组中段。东翼地层产状6 1 ～8 8 0 么5 8 - - - 8 8 0 ；西翼地层产状2 3 0 - - 一2 4 5 0 么6 0 “ ～8 0 0 ，向S 倾伏，倾伏角4 8 “ - - 6 0 0 。 N N W 向的含矿破碎带位于豪岗岭背斜的转折端至核部，该背斜可能形成于加里 东期，后又经过海西一印支期和燕山期岩浆侵入及构造运动的改造。 坝毫山铁弯岭断裂，分布于矿区东部，呈N E 走向，两端延伸出图，区 内长9 ．2 k m 。宽1 ～5 m 。断层总体走向N E 2 7 0 ，倾向S E ，倾角3 4 - - 一8 5 0 。上盘为 鹿母湾组，下盘为陀烈组，为一正断层。见石英脉与硅化脉透镜体分布，局部地 方可见下盘发育许多次级的迭瓦状小裂隙。断裂带内绢云母化、硅化、绿泥石化 较普遍。据野外露头及应变测量显示，该断裂曾遭受过强烈的挤压变形。N N W 向断裂破碎带主要分布于陀烈组中并穿过北部的晚三叠世花岗岩。 2 ．2 ．3 矿体产状特征和分布 区内现已发现1 3 条破碎带，除T r l 3 破碎带不同方向外，其它1 2 条破碎带 基本上近等距、平行产出。破碎带间距一般为5 0 - - 一8 0 m ，走向3 3 0 - - - 3 5 5 0 ，倾向 2 4 0 一- 2 6 5 0 ，局部倾向6 0 ～7 5 0 ，倾角5 5 , - 一8 2 0 ，破碎带长4 0 0 - - 一2 0 7 0 m ，宽一般 1 0 ～5 0 m ，最宽1 2 0 m ，金矿脉均赋存于破碎带的T r l 、T r 2 、T r 3 、T r 4 、T r 5 、T r l l 、 T r l 3 中。断裂带具有良好的分带性，一般中心为含金石英脉充填，两侧依次为 硅化千糜岩、碎裂岩化硅化千枚岩。重烂岭矿段有一组北北东向断裂破碎带T r l3 ， 走向2 3 0 - ～2 5 0 ，倾向2 9 3 0 “ 一，2 9 5 0 ，倾角6 5 0 ～8 3 0 ，破碎带长5 7 0 m ，宽1 2 4 - - 2 2 m ， 金矿脉赋存于破碎带中。 2 ．3 矿山开采历史 上世纪八十年代末期至九十年代初期，抱伦金矿主要以民采为主，至2 0 0 9 年才由海南山金有限责任公司设计开采。 抱伦金矿区 即豪岗岭矿段 民采是在1 9 9 0 年下半年开始的，第一个民采 8 中南大学硕士学位论文抱伦金矿急倾斜薄富矿体采矿方法研究 点在豪岗岭南坡 民采称前山 冲沟内，当时由于交通不便，采矿材料和采出矿 石由人工挑运和马匹驮运。1 9 9 2 ～1 9 9 3 年民采规模逐渐扩大，开采地点主要集中 在前山，以豪岗岭矿段的I 号脉带矿体为主要开采对象。民采点 井 多达5 0 - - 1 0 0 处，开采人员增至数千人，矿区采用以机械粉碎为主的简易开采方式，选矿方法 为水冲溜槽抓水银金，尾矿池浸氰化。此种采选方式资源回收率低，资源浪费严 重。其间，海南地质综合勘察院曾在矿山开展调查研究工作，历时一年余，但由 于当时社会治安较混乱，勘查队在1 9 9 4 年初被迫撤离。 民采期间主要采用“之”字形空场法开采，并形成了上下数百米、长达整个矿 体长度的采空区。1 9 9 4 - - , 1 9 9 5 年个别民采空区深度达2 0 0 m ，并由豪岗岭南坡 前 山 延伸至北坡 后山 。受民采方法的制约，矿床采空区中存在有大量位置不 详的高品位残矿资源，其品位高达2 0 鲈“O g ／t ，金金属储量约3 0 0 0 k g 。此外， 这些采空区数量大，上下连通，采空区面积达8 0 0 0 0 m 2 ，对矿山深部及下部的开 采构成重大安全隐患。 1 9 9 5 年上半年，海南地质综合勘察院普查队再次进驻矿区开展地质工作， 并对矿山进行整顿。至1 9 9 6 年，政府和地矿主管部门贯彻执行国务院发[ 1 9 9 5 1 3 3 号文件精神，组织武警黄金部队配合有关部门再次对矿山进行整顿，严禁集体和 个人非法开采，并责令民采队伍撤离采矿点并进行封坑处理，至此，矿区内民采 结束。其矿区地质勘察工作得以正常开展。 2 0 0 9 年，山东黄金集团控