国外深井矿山采矿方法的应用及发展.pdf

国外深井矿山采矿方法的应用及发展 北京有色冶金设计研究总院李云武 【摘要】随着开采深度增加 深井矿山越来越多 , 深井采矿方法已成为深井采矿的一个重要课 题 。 本文着重论述了国外深井矿山的开采现状 , 通过实例介绍了国外深井采矿方法的应用与发展 。 了解和借鉴国外深井矿山的开采方法和开采技术 , 对我国深井矿山建设有极大的参考意义 。 关键词深井矿山深井采矿采矿方法 城 玫红 〕 沃么二 一 化 ℃ 塔 铆 此 油 , 卿 兰℃ 残 记 由 甲 , 批 前言 深井开采的难度大大超过了一般浅部矿 山 , 遇到了许多浅部开采未遇到的各种技术 难题 , 如地压 、 高温 、 提升 、 回采 、 充填 、 排水 、 通风 、 支护 、 环境保护等等 , 这主要 在于深部矿岩的地质构造 、 贮存条件 , 以及 地应力等均与浅部矿岩有所不同 , 有其自身 的特殊性 。 目前 , 仅从矿体埋藏深度来说 , 通常把埋深超过左右的矿山视为深井 矿山 。 当然 , 深浅是相对的 , 一般来说 , 深 度越深 , 温度越高 , 地压越严重 , 岩爆越频 繁 , 开采难度也更大 。 深井开采矿山以采矿 工业发达 的国家居多 , 据对个国外深井矿 山的统计 , 其中加拿大有个 , 南非有 个 , 美国有个 , 共占 , 其它则分布 在十几个国家 。 就矿石种类而言 , 深井矿山 主要为金矿和铜矿 , 占 , 其次是镍矿 、 钾盐矿和铅锌银矿等 。 从埋藏深度来看 , 多 数埋深在 一 , 占 , 埋深在 以上的较少 , 超过的深井矿 有个 , 其中以南非的卡里顿维尔业 金矿开采深度最深 , 达到了 。 随着开 采深度的增加深井矿山将逐渐增多 , 各种技 术难题将更加突出 , 巫待需要深入探索和研 究 。 国外深井矿山采矿方法的应用及发展 李云武邮编 深井采矿方法的发展过程 国外深井矿山开采历史较早 , 在本世纪 初 , 有的矿山开采深度就超过了千米 , 如巴 西的米纳格兰德金矿 年开采深度就达到 。 在深井开采百年 来的发展过程中 , 主要经历了两个阶段 , 第 一阶段是传统常规采矿方法开采阶段 。 由于 受整个采矿技术水平的限制 , 矿山开采设备 落后 , 技术发展缓慢 , 理论研究 、 试验探索 非常不足 , 基本上是按传统的开采方式进行 开采 , 因而产量低 、 规模小 、 效益差 、 成本 高 , 特别是受诸如地压 、 岩爆 、 高温 、 甚至 火灾等各种因素的影响 , 使深井开采生产极 不稳定第二阶段机械化开采阶段 , 到 、 年代 , 随着世界经济的快速发展 , 新 技术新设备不断出现和应用 , 给矿山发展带 来了深刻变革 , 逐步实现 了机械化生产 , 如 法等高效采矿方法的成功应用 , 为大规 模开发深井矿山创造了条件 , 大型钻机 、 凿 岩台车 、 铲运机 、 卡车等无轨设备的使用 , 大大提高了矿山生产能力 , 劳动生产率成倍 增加 , 制冷站 、 通风设施的建立也明显改善 了深井作业面温度高 、 环境差 的工作条件 , 同时 , 岩石力学理论的研究 、 以及用先进仪 器仪表对岩爆 、 地应力的监测 , 都为减少岩 爆发生 、 掌握地压活动起了重要作用 , 这阶 段是深井矿山发展较快的时间 。 采矿法则用得越来越多 , 虽然充填法直接成 本有所增加 , 但综合效益明显 , 可减少采空 区合拢变形和岩爆发生 , 降低原岩散热 , 同 时可 以解决尾砂排放地而对环境产生的污染 , 所以充填法在深井开采中有更大的作用和发 展前景 。 对于厚大矿体 , 大规模开采时 , 大 都选择法开采 , 有的矿山还进行嗣后充 填处理采空区 。 如加拿大的南铜崖叩 讲镍矿 , 开采深 , 采用 法 , 开采规模 “ 。 实际上许多深 井矿山一般都采用过两三种方法 , 并在生产 过程中逐步改进 、 发展和完善 。 米纳格兰德 实例简介 金矿房柱 深井采矿方法应用概况 深井采矿方法是深井开采的关键问题之 一 , 直接关系到深井采矿的成功与否 , 从国 外深井矿 山的开采历史及经验可以看出 , 空 场法 、 崩落法及充填采矿法都有应用 。 其中 以空场法应用较多 , 如房柱法 、 分段空场法 、 阶段矿房法等 , 崩落法用得较少 , 一般用在 品位低规模大的矿山 , 如美国的圣曼纽尔 闭铜矿 , 开采深度 , 采用 崩落法 , 生产规模达到万 “ 对于充填 法和分层充填法 米纳格兰德金矿是巴西最深的地下矿山 , 年开采深度就达到 , 年达 到 , 为当时世界上最深的地下矿山 , 先后开掘了条竖井 , 为竖井平铜开拓 , 坑 内电机车运输 , 矿山生产能力为 “ , 原 矿平均品位 , 矿体厚度 一 , 倾角 。 左右 , 采矿方法曾采用过木支护和 留矿柱空场法 , 由于坑内木材加工引发一场 大火 , 致使矿山被迫关闭了几年 , 重新恢复 生产后 , 采矿方法未变 。 而在地压严重作用 下 , 发生大面积 冒落 , 使矿山生产受到极大 影响 , 不得不改变采矿方法 , 采用分层充填 法 , 并用锚杆支护代替木支护 。 房柱采矿法 房柱法是该矿传统的采矿方法 , 随开采 深度增加 , 此方法逐渐减少 , 仅在矿体倾角 较缓 , 矿岩稳固性较好的地段使用 。 矿块高 度为 , 采场内有多个回采作业面 , 留矿 柱支撑顶板 , 矿柱直径 , 间距 一 , 矿柱一般留在低品位矿石中 , 分段巷道和运 输巷道之间留有底柱 , 上下中段通过天 井连通 , 天井作为人行材料通风之用 , 凿岩 采气有腿浅孔凿岩机 , 掌子面高度 一 巩 有色矿山 ‘‘, 宽 一 , 一次爆破落矿量饥 炮孔直径 , 孔深 , 普通直线掏槽 , 采用 的馁油炸药和的乳胶炸药混合装药 , 出 矿采用电耙 , 直接将矿石耙到溜井中 , 下放到中段运输巷道装入矿车运出 , 采场工 效 一 州人 班房柱采矿方法 见图 。 矿量 “ 月 , 充填废石量 “ 月分层 充填采矿法见图 。 羹羹摹薰载 ⋯⋯ 二二 一交马 二 ‘翻‘‘监‘‘‘习、‘‘目蕊城砰恋。弘乙‘‘‘嗽 嗽 图房柱采矿方法 一中段运输巷道一放矿榴井 一人行通风天井一矿柱 分层充填法 在矿岩稳固性较差时 , 采用上向水平分 层充填法 。 矿块高度 , 长度 , 宽度 , 采切工程主要有穿脉巷道 , 人行通风 天井也作为充填井 , 顺路架设矿石溜井 , 脉内切割拉底高 一 , 其底柱距中段 运输巷道掌子面回采凿岩采用气腿凿岩 机 , 回采分层高度 , 爆破矿石块度 , 炸药选用乳胶炸药和钱油炸药 , 装药密度 约 。 采场出矿采用电动或柴油铲运机 , 将矿石卸入溜井 , 放至中段运输平巷装入矿 车当穿过断层或矿岩不稳固时 , 需要采用 锚杆支护 。 采场充填料来源为坑内掘进废石 , 废石从上中段下放到采场充填分层 , 均匀耙 平后 , 即可转入下一分层回采采场中回采 充填作业交替进行 , 一侧回采 , 一侧充填 , 采场工效 一 “ 人 班 , 采场出 图分层充填采矿法 一运输巷道一矿石溜井一充填分层 一充填分层一炮孔一斜坡道一充填 井 南非兰德弗坦金矿分段充填法 兰德弗坦金矿为南非西 部采金有限公 司下属矿山 , 开采矿体走向长 一 , 倾角 “ 厚度 一 , 目前 开采深度达到” , 采用竖井开拓 , 矿山 采用长壁采矿法和分段充填采矿法 。 因长壁 法出矿品位不易控制 , 贫化率最高达到 , 且需留矿柱支撑顶板 , 矿石损失大 , 为控制 顶板冒落和岩爆发生 , 逐步采用充填法回采 。 应用分段充填法贫化损失率降低 , 效率 有所提高 。 矿块沿走向布置 , 宽 , 段高 一 , 回采步距视允许暴露面积而定 , 一般 为 , 采切工程包括在矿体顶底盘分另开掘 凿岩平巷和装矿平巷 , 并从顶板凿岩平巷和 底板装矿平巷分别掘进的凿岩 铜室和拉底 , 矿石溜井沿装矿平巷布置 , 天 井与运输平巷联通 , 回采凿岩采用潜孔钻机 , 炮孔深度根据段高确定 , 崩矿步距 , 出矿 采用或铲运机 , 直接将 矿石运至溜井 , 然后装入翻长车运输 。 采 场凿岩平巷和凿岩铜室的支护量较大 , 采用 长的锚杆加金属网和长锚索联合支护 , 爆破出矿结束后即进行胶结充填 , 以控制采 空还冒落和岩爆发生 。 充填前需要在 出矿一 巷和凿岩平巷端部砌筑隔墙 , 并架设泄水管 和透气管 , 以保证充填接顶 , 充填料为全尾 砂和废石 , 并加少量粉煤灰 , 充填强度以保 证充填体自立并在回采爆破相邻矿体时不片 落采矿方法见图 。 国外深井矿山采矿方法的应用及发展 李云武邮编 。。。 ,的‘日‘ ‘ 一 目一一 一一 、 ‘‘ 二二 鬓鬓 , 、 , 、、、 一一 。 飞、 ,,, 夕夕, 一 , 确确确 ‘‘ , ⋯⋯⋯ 掘进废石和砂子 。 矿山采用法开采 , 采切回采时间不 到分层充填法的二 分 之一 , 效 率达到 “班 , 为分层充填法的 一 倍 , 直接生 产成本也降低近一半采矿方法见图 。 图分段充填采矿方法 一出矿巷道一凿岩巷道一矿石 一充填体一锚杆一锚索 霍姆斯特克金矿法 霍姆斯特克金矿位于美国 南达科他州北黑山 , 已经开采了 年 , 矿 石产量万内 , 产金量约 “ , 开采深 度已超过 , 矿体走向长 , 倾 角 一 “, 厚度 一 , 呈透镜状 , 平 均品位 。 矿山采用过方框支柱法 、 留矿法 、上 向水 平分层充填法 , 现以为主 。 为有效控制 地压 , 把矿块划分小盘区 , 沿走向布置 , 盘区 长 一 , 宽为矿体厚度平均 , 高为采切工程主要有脉外运输平巷 、 穿脉装矿巷道 、 放矿溜井 、 拉底 、 凿岩巷道 等采切凿岩采用气腿凿岩机和双臂柴油凿 岩台车 , 出碴设备采用 ” 柴油铲运机 , 回采凿岩采用讹潜孔钻机 , 炮孔直径 一 , 孔网密度 , 凿岩效率 平均台 班 。炮孔布置形式很关键, 在上盘一侧尽量多钻平行孔 , 而且要先施工 , 在下盘一侧布置成扇形孔 , 炮孔排距为 , 采用分段爆破 , 每段爆破高度 一 , 每 次炸药用量 , 每米崩矿量 , 炸 药消耗量 。 出矿采用铲运机装运 , 直接将矿石卸入溜井帜 。 采场支护工程 主要集中在凿岩巷道中 , 采用锚索支护 , 锚 索长度 一 。 为防止采空区冒落 , 采空区 需要嗣后胶结充填处理 , 充填骨料为尾砂 、 耀耀耀 , 圣认 冬冬 ,尸号,, 一一 万 ,可 、 〕〕 图采矿方法 ,一装矿巷道 一装矿穿脉 一炮孔 一崩落矿石 ‘一凿岩巷道 深井采矿方法的发展趋势 从 国外深井矿 山的开采状况可以看出 , 深井采矿方法是一个不断发展 、 变革和进步 的过程 , 其发展过程是循序渐进的 , 经历了 由传统的采矿方法到机械化开采的发展阶段 , 上述三个深井矿山采矿方法的实际应用中 , 传统的采矿方法有应 用 , 大规模机械采矿方 法也有应用 , 这与各矿山的开采历史及开采 技术条件有关 。 而从采矿方法的发展方向来 说 , 高效 、 低成本 、 安全可靠 , 以及大规模 开采应是深井采矿方法今后发展的主要方向 , 其中法应用更有发展前景 , 同时 , 采用 嗣后填处理采空区 , 是防止 冒落 、 减少岩爆 、 降低原岩散热的有效途径 。 目前采用法 嗣后充填的深井矿山越来越多 , 特别是在大 型矿山更为适用 。 从开采设备的发展方面来 说 , 大型设备 、 遥控设备 、 电子技术等将在 深井采矿中得到广泛应用 , 凿岩台车 、 铲运 机 、 提升设备 、 卡车运输 、 爆破技术 、 充填 工艺 , 以及通风制冷设备等等都将得到进一 步发展和提高 , 并通过规模经营 、 信息管理 提高矿山效益降低经营成本 。 同时 、 在解决 下转第页 有色矿山 少冶 充填工艺的选择与应用 矿山应根据其具体条件选择合理 的充填 工艺技术 , 既要满足采矿方法和地压控制条 件 , 有其可行性 , 又要有经济上 的合理性 。 尾矿充足的中小矿山应优先选择分级尾砂胶 结充填工艺 , 充分利用廉价的分级尾砂作充 填骨料 , 减少充填系统建设与充填费用 。 有 条件的矿山 、 尾砂矿产率高的矿山 , 应大力 发展高浓度分级尾砂胶结充填 。 如黄金矿山 的矿石尾砂产率一般达 , 其分级尾砂足 以满足矿山充填要求 , 且具有更好的充填特 性 。 对尾砂产率低 、 充填料来源不足的高品 位矿山 , 应推广应用全尾砂高浓度胶结充填 工艺或全尾砂膏体泵送胶结充填工艺 。 如凡 口铅锌矿的矿石尾砂产率低 约” 。 尾砂 经分级脱泥后 , 可用于充填的分级尾砂仅占 总砂量的 , 充填料严重不足 , 需外购河 砂或人工磨砂 , 使充填成本大大增加 。 因此 , 该矿年代末率先应用了全尾砂高浓度结充 填工艺 , 获得了显著的经济效益 。 从经济角度分析 , 全尾砂高浓度胶结充 填工艺与全尾砂膏体泵送胶结充填工艺和全 尾砂速凝固化胶结充填工艺相比具有明显的 优势 , 按 耐的充填能力计算 , 建设全 尾砂高浓度充填系统的投资费用仅为高水固 化充填系统投资的 、 膏体充填系统投资 的 。 对全尾砂充填工艺的选择应用分析如下 全尾砂高浓度胶结充填工艺具有料 浆制备简单 , 输送简单可靠 , 系统投资少 , 充填成本低 , 易管理等优点 , 适合于中 、 小 有色矿山 、 黄金矿山及深井矿山应用 。 就目 前来看 , 努力提高充填料浆的制备能力 、 提 高型硷泵和豁型砂浆泵质量性能 、 加 强新型外加剂的研究等是该充填工艺推广应 用的关键 。 全尾砂高水速凝固比胶结充填工艺 对那些铝土矿丰富 、 便于生产硫铝酸盐水泥 和充填采矿要求早强的矿山 , 选择该充填工 艺作为发展方向是适宜的 , 而其他矿山则要 慎重选择 , 不可盲目求好求新 。 全尾砂膏体泵送胶结充填工艺是目 前充填工艺发展的主要方向之一 。 目前 , 该 充填系统的主要设备靠进口 , 设备投资费用 高 。 因此 , 这种充填工艺只能用于一些经济 、 技术力量雄厚的大矿山 。 该充填工艺还存在 着配料系统复杂 、 充填能力受限制 、 输送堵 水 、 井下加灰困难等问题 , 设备配套及国产 化是普及推广应用的关键 。 上接第页 深井矿山诸如地压 、 岩爆 、 高温等各种技术 难题时 , 仍需要进一步探索 , 深入研究 , 寻 找更为合理更加有效的方法和手段 , 以使深 井采矿技术在不断进步 、 变革 、 发展中进入 新的阶段 。 我国部分矿山开采深度已达到了千米 左右 , 如较早的石石且子铜矿 、 红透山铜矿 , 目前正在设计建设的的铜陵冬瓜山铜矿 , 开 采深度达到了 一 , 深井采矿已成我 国矿山建设的一个重要课题 , 需要进行大量 的试验研究工作 , 集中力量 , 重点攻关 , 并 根据我国深井矿山的实际情况 , 探索适合我 国深井采的采矿方法和生产管理技术 , 而借 鉴和掌握国外深井矿山的开采经验和先进技 术 , 对我国深井矿山建设有积极的参考价值 。 全尾砂胶结充填工艺在金属矿山中的应用 言军跃 邮编