矿山房柱采矿技术.doc

矿山房柱采矿技术 一、方法特点 房柱采矿法是沿走向或倾向划分为规则的矿房和矿柱，在矿房内进行回采作业的空场采矿法。采空区一般不处理，但也有用充填法或放顶法处理采空区的。这种采矿方法在有色金属、黑色金属、化学、建材和铀矿山等得到广泛应用。 二、适用条件 房柱采矿法最适宜开采顶板和底板岩层中等稳固至稳固、矿石稳固，薄至中厚的水平和缓倾斜矿体。 矿石要求稳固，以保证间柱具有足够的支撑能力。如果矿石松软则必须保留连续矿柱，这样，会使矿石损失率增大，这种情况随着开采深度增大尤其明显。 顶板应为稳固和地质构造不太发育的厚岩层。如果顶板没有足够的稳固性，是难以采用较大的矿房跨度和大型的采装运设备的。底板应较坚硬。否则在回采期间，如果地压较大，矿房底板有可能隆起，影响采矿和降低间柱的承载能力；同时，用电耙运搬矿石时，会加大矿石的贫化。 采用锚杆或锚网支护不大稳固的顶板岩层，能扩大房柱法的适用范围。为了保证工人有良好的作业条件，矿体厚度一般为2～10m，但也有一些用来开采厚矿体的实例，如贵州汞矿最厚的矿体达26m，挪威克佐霍尔特石灰石矿33m，加拿大斯佩铜矿33.6m。矿体倾角宜在20以内，但也有达到30～35仍然用房柱法开采的。 三、结构参数 矿房和房柱的布置方式应考虑矿体倾角和主要断层方位。大断层组对顶板的稳定性会有十分不利的影响，应尽可能使矿房长轴与主要断层线成较大的夹角，并在矿房两侧保留长矿柱，让断层穿过矿柱。矿房和房柱的布置方式有三种沿走向、沿倾斜和沿伪倾斜。对于平缓的矿体，矿房和矿柱的布置，原则上不受矿体倾斜方向的限制，可以根据开拓方式、地质构造、使用的设备等因素合理确定。使用普通凿岩设备和电耙开采缓倾斜矿体，一般沿矿体走向划分矿房和矿柱，如锡矿山矿务局等。使用自行设备开采缓倾斜和倾斜矿体时，因为水平底板可以充分发挥自行设备效率，应沿倾斜划分矿房和矿柱，并按自上而下的开采顺序回采各矿房，工作面沿走向推进。当矿体倾角较大时，为了降低矿房底板倾角以改善作业条件，矿房长轴也可以沿伪倾斜方向布置。 房柱采矿法的矿房跨度一般为7～15m，在顶板极稳固的条件下也可以达到16～24m。间柱形状有圆形、矩形和矿壁三种。在地质构造不太发育和顶板稳固的条件下，常常采用圆形矿柱，直径3～5m，间距等于或小于矿房跨度。矩形矿柱在施工过程中根据具体的地质条件可以改变矿柱尺寸（主要是长度），让大断层穿过矿柱，其规格一般为34～56m，间距5～8m。顶板岩层软弱和地质构造发育时，以留矿壁为宜，矿壁宽3～8m。矿房长度视阶段高度和矿体倾角而变化，一般为40～60m。 四、采准与切割 沿走向划分矿房与矿柱的浅孔落矿房柱采矿法标准方案如图1，采准切割工程包括下盘运输巷道、漏斗、切割巷道、上山和电耙硐室。为减少采准切割工程量，綦江铁矿和巴里锡矿采用了全面房柱法。仅在采区一侧掘进上山，首先开采该矿房，其他矿房的工作面逐个落后一段距离。利用已采空的相邻矿房作为回风空间。巴里锡矿的薄矿脉房柱法采场，用脉内采准，运输巷道布置在脉内。采下的矿石用电耙直接耙入矿车。一个电耙硐室可为2～3个矿房出矿服务。 图1 房柱采矿法标准方案 1-阶段运输巷道；2-放矿溜井；3-切割巷道；4-上山；5-电耙硐室 沿倾斜划分矿房和矿柱的房柱法可以以苏联米尔加利姆赛铅锌矿用自行设备开采的房柱法为例。该矿采用轮胎式自行设备运搬矿石。采准包括脉内铲运机运输巷道、斜坡道、通风巷道、矿石溜井和维修硐室。 斜坡道有两种形式，一种是直线形，适用于开采矿化连续性好、走向长度大的矿体，斜坡道之间的距离为300～500m。轮胎式自行设备的合理爬坡能力为8～12，所以当矿体倾角不大于12时，斜坡道沿倾向不知，当矿体倾角大于12时，则沿伪倾斜方向布置；另一种是之字形斜坡道，适合于走向长度短的矿体。也有的采用电耙出矿，如苏联北乌拉尔铝土矿，矿体底板不平整，倾角15～30，走向长100～200m，每隔40～60m沿倾斜掘进耙矿上山，耙矿上山与长轴沿走向的矿房相通，下部通过溜井与底板脉外运输巷道连通。矿房内的矿石先沿走向耙至耙矿上山，再从耙矿上山耙入漏斗。 五、回采 回采可采用浅孔落矿和中深孔落矿。 浅孔落矿的回采可区分为整层回采和分层回采两种。 适合浅孔整层回采的矿体厚度一般为1.6～3.0m，有时甚至可达4～6.0m，它受采用的设备类型以及顶板松石处理方法的制约。 当采用普通设备（如手持式凿岩机或柱式凿岩机、电耙）进行落矿和出矿工作时，可开采的矿体厚度一般为1.6～3.0m，个别情况可达3.5～4.0m。在此种情况下，一般沿走向划分矿房和矿柱，开采顺序是从一侧向另一侧逐个回采，或者是相邻的矿房的工作面顺序超前20～30m。每个矿房从下部切割巷道开始，以一字形工作面逆倾斜向上推进。在推进工作面的同时或落后于工作面5～10m形成间柱。 当采用自行设备（如双机凿岩钻车、装药车、铲运机或前端装载机和卡车、升降台车和锚杆安装机）进行凿岩、装岩、装运、松石、锚杆安装等工作时，可开采的矿体厚度一般为2.5～4m，有时可达6.0m。 国外浅孔房柱采矿法整层回采工作面的凿岩爆破参数如表1。 表1 整层回采工作面凿岩爆破参数 矿石种类 工作面尺寸m 凿岩方式 掏槽方式 每循环的炮孔数个 孔径mm 空深m 每循环进尺m 每台班凿岩效率m 每循环的炮孔长度m 每循环的落矿量t 金属矿石 同上 同上 石灰石 同上 同上 岩盐 同上 同上 2.69.8 4.311.0 4.69.8 4.910.0 9.818.3 7.618.3 5.29.1 5.215.2 9.124.4 3.219.8 冲击 回转-冲击 回转-冲击 冲击 回转-冲击 回转-冲击 回转 回转 回转 V形掏槽 直线掏槽 直线掏槽 直线掏槽 V形掏槽 V形掏槽 V形掏槽 底部掏槽 底部掏槽 底部掏槽 36～42 68 80～100 60 82 140 54 50 108 52 41 38 38 38 51 57 44 44 48 41 3.0～3.7 3.4 3.7 3.5 3.7 4.9 3.7 3.0～3.4 3.7 3.0～3.7 3.0 3.2 3.4 3.2 3.4 4.3 3.0 2.7～3.0 2.9 3.0 244 366 244 409 408 198 754 592 1219 122 228 329 210 341 610 198 168 395 190 216～322 363 435 426 1580 1569 381 524 1306 419 浅孔分层回采按照回采顺序可以区分为上行回采和下行回采两种。上行回采的优点是顶板不稳固而矿石稳固时，回采下部分层不需要护顶，顶板暴露的时间短；矿体上部边界不清楚时可以变开采变勘探，节省探矿费用；采准工程量小。下行回采的优点是顶板稳固而矿石不稳固时，先切顶，暴露的顶板用锚杆或锚网支护后再按下行顺序进行分层回采，回采作业安全；适合用配套的自行设备，机械化程度高；可以多工作面作业和调节出矿品位；爆破后及时出矿，易氧化的矿石不会因氧化而降低选矿实收率。 浅孔上行回采是首先全面拉底，然后以挑顶或压顶逐层向上回采，在回采过程中形成间柱；采下的矿石用电耙耙出30左右，其余的留在采场内作为上分层回采的工作台，留在采场内的矿石最后用电耙耙出。 在矿岩稳固的条件下应挑顶回采，用向上式凿岩机钻凿向上炮孔。因为凿岩不受回采工作面的限制，可以预先打好一分层的向上炮孔，然后分几次爆破，凿岩工的劳动生产率高。在矿岩稳固性较差的条件下，应压顶回采，用气腿子或柱式凿岩机钻凿水平炮孔，工人在已清理或支护的顶板下作业，工作安全。 本方案适合于开采矿石稳固、顶板中等稳固至稳固的中厚和厚的缓倾斜矿体。 浅孔下行回采首先用浅孔全面或超前回采切顶层；然后按下行顺序用自行设备钻凿水平炮孔或垂直炮孔，以梯段形工作面爆破，用自行设备装运矿石。工作面的推进方式可以是单一工作面推进，也可以是两个或多个工作面，下梯段工作面落后于上梯段工作面一定距离。 梯段高度视配套的自行设备的技术规格而定，在4.57～12.2m之间变化。如美国马格蒙特（Magmont）铅锌矿使用三臂采矿钻车凿岩，钻车的作业高度为4.87m，梯段高度为4.57～4.87m；加拿大加斯佩铜矿使用双臂采矿钻车凿岩，最大的作业高度可达15.3m，梯段高度为12.2m。 水平炮孔用单机、双机或多机钻车钻凿，而垂直炮孔用履带式或轮胎钻车钻凿，与露天矿的地台阶回采相类似。前者的优点是多梯段回采，工作面多，可以调节出矿品位；爆破方向常常垂直于岩层层面，爆破效果好，炸药消耗量低；掘进和回采可以使用同样的设备，多工作面作业，凿岩工工效高，设备利用率高。后者的优点是每次爆破的矿石多，装载和运输设备能有效地工作；凿岩不受工作面作业循环的限制，可以预先进行；采矿成本低。 这种方案适合于开采顶板稳固、矿石欠稳固的中厚和后的缓倾斜矿体。 中深孔落矿也可以区分为整层回采和分层回采两类。 中深孔整层回采适合于开采狂言稳固，厚度小于6～8m的缓倾斜矿体。一般沿走向划分矿房和矿柱。当矿房跨度等于或小于12m时，在矿房中间布置一条凿岩上山；矿房跨度大于12m时，则在矿房内布置两条平行的凿岩上山。凿岩上山沿矿房底板布置，但要破底板1～1.2m，以便把最下面的水平中深孔钻凿在矿体与底板岩层的接触线上。 中深孔分层回采的特点是，首先用浅孔全面切顶或中深孔超前切顶，然后用中深孔回采切顶层下部的矿体。 良山铁矿矿体顶板为二云母石英片岩，f10～12，底板为绿泥石英片岩，f8～10，厚度4～8m，倾角15～20。沿走向划分矿房和矿柱，矿房长58m，跨度11m，房间矿柱4.53m，间距6.57.5m。采准布置见图2。 图2 浅孔全面切顶中深孔落矿的房柱采矿法 1-切顶层；2-凿岩上山；3-电耙硐室；4-溜矿井 切顶层高2m，用浅孔全面切顶和使用砂浆钢筋锚杆与金属楔缝式锚杆护顶。切顶后在凿岩上山用YG-80型凿岩机自下而上钻凿垂直扇形中深孔，孔径65mm，最小抵抗线1.5～1.8m，孔底距1.8～2.0m。用铵松蜡炸药爆破，每次爆破4～8排，爆破的矿石用30kw双筒电耙耙至溜矿井。 主要技术经济指标采准比8.9m/kt，矿房生产能力260t/d；把矿台班效率80～100t，矿石损失率14，贫化率3，矿石直接成本5.72元/吨。 优点是锚杆预控顶，作业安全；采准工作量小；贫化率低。缺点是浅孔全面切顶，效率低。 目前，房柱采矿法采场出矿广泛采用铲运机、前端式装载机、蟹爪式装载机、井下电铲和电耙。井下电铲适合在矿房跨度大、矿堆量大、作业时间长的情况下采用。在低矮的工作面使用蟹爪式装载机是有利的。铲运机适合于短距离运搬，长距离运输则广泛采用前端式装载机、蟹爪式装载机或井下电铲与汽车配套使用。 国外房柱采矿法自行设备出矿的技术指标如表2。 表2 自行设备出矿的技术指标 矿物 设备 设备容量m3 设备数目台 利用率 小时生产能力t/h 每班平均生产能力t 每台班服务的工作面数个 清理工作 总数 生产数 金属矿石 金属矿石 金属矿石 石灰石 石灰石 石灰石 石灰石 岩盐 岩盐 岩盐 前端式装载机 铲运机 前端式装载机 电铲 前端式装载机 同上 同上 蟹爪式装载机 前端式装载机 蟹爪式装载机 5.0 4.2和5.4 3.4 1.9 7.6 5.0 19.1 电动 5.0 电动 6 9 2 1 2 2 3 7 2 9 4.5 6 1 1 1 1～2 2 2 1 4 83 68～72 100 100 50～60 92 275 544 181 136 272 317 188 408 1814 1814 1814 907～1134 907 1088～1451 2177～2268 1361 5 1 3 0.5 3 3～4 1～2 3～4 本机 本机 本机 前端式装载机 本机 本机 推土机 前端式装载机 同上 铲运机 顶板管理。在我国，清理顶板和侧帮的松石，主要是靠工人使用撬棍，体力劳动大，工作也不安全。美、法等西方国家，现在已广泛使用松石机清理。松石机长7.2～9.3m，宽1.95～2.7m，高2.15～3.13m，活动支臂和冲击头可以模仿松石工处理松石的各种动作。冲击头的冲击功为415kgm左右，工作高度可达8.3m。行走方式有履带式和轮胎式两种。轮胎式的四轮驱动，行驶速度15～20km/h。据洛林铁矿区1131个采场的统计资料，包括转移作业地点在内，每个采场清理顶板的时间平均为44分钟。松石机清理顶板的优点是工人劳动强度小、效率高、工作安全、一台松石机能服务几个采场。 顶板和帮壁的支护，目前各国普遍采用锚杆，常用的锚杆有松脂锚杆、二翼涨壳式金属锚杆、缝管式锚杆、楔管式锚杆和水泥砂浆钢筋锚杆等。也有采用锚杆、金属网和托梁联合支护的。苏联杰兹卡兹甘矿，用水泥砂浆钢筋锚杆和喷射混凝土支护易风化的不稳固岩层，效果良好。湘西金矿在矿房中央上山按之字形安装单排6～8m长的锚索与2m长的锚杆联合支护板岩顶板，大大提高了顶板的稳固性。 国内外房柱采矿法顶板锚杆的支护参数如表3。 表3 房柱采矿法顶板锚杆支护参数 矿山 顶板岩石 矿房跨度m 锚杆支护参数 长度m 网度m 锡矿山锑矿 湘西金矿 良山铁矿 杰兹卡兹甘铜矿 米尔加里姆赛矿 埃利奥特湖Elliot Late铀矿 莱斯瓦尔Laisvall铅锌矿 马格蒙特Magmont铅锌矿 白松While Pine铜矿 加斯佩Gaspe铜矿 洛林铁矿区 页岩 板岩 二云母石英片岩 砂岩 石灰岩 石英岩 细粒砂岩 页岩 页岩 石灰岩 泥灰岩 8 810 11 20 7～10 19.5 14 10.6 8.4～9.6 15.3 5～6 2.3 22.3 1.8 2.5 2 1.8 2.4 1.52 1.2或2.1 1.52～2.13 1～1.8 11.2 11 1.2～1.81.5～2.0 1～21～2 11 1.21.2 1.521.52 1.21.2 1.521.52 11 六、技术经济指标及其评价 房柱采矿法是一种应用很广泛的空场采矿法。如果采用配套的自行式设备回采，矿房的生产能力大，工人劳动生产率高，成本低。 国内和国外房柱采矿法的技术经济指标分别列表4和表5。 这种采矿法的优点是回采方案灵活，应用范围广；采准工程量小，采准时间短，矿房投入生产快；回采工艺简单，矿石贫化率小，成本低；如果机械化程度高，并采用锚杆护顶，不但工人劳动强度低，劳动生产率高，而且作业安全。缺点是，不稳固顶板的护顶工作量大；深部开采时矿石的回收率明显下降。 表4 国内房柱采矿法技术经济指标 矿山 开采深度m 矿体厚度m 矿体倾角 矿房跨度m 矿柱尺寸或矿壁宽度m 损失率 贫化率 工作面工人劳动生产率吨/工班 锡矿山矿务局 普通房柱法 杆柱房柱法 100～300 100～300 4～20 2～6 10～20 10～20 12～15 8 ф4～5 34～45 20～30 20～25 5～10 10～25 12～15 6～7至12～15 大厂巴里锡矿 綦江铁矿 50～200 100～300 2 平均1.5 20～30 25～35 10～15 8～12 宽5～8 5～73 9～13 23.7 15 6.09 32～35 7.31 贵州汞矿 薄矿体 中厚矿体 1～3 3～15 5～10 5～10 8～15 8～15 3～53 3～53 3 5 50～85 7～25 6.4 9～16 湘西金矿 150～400 3～10 20～38 5～6 34 17.4～13.8 3.8～8 7～8 烂泥坪铜矿 浅孔房柱法 中深孔房柱法 100～200 100～200 3 3～5 10～20 10～20 6～8 6 2～3 宽3m 25～35 31.1 45～55 25～30 5.2～5.7 12～15 泗顶铅锌矿 荆钟磷矿 王集磷矿 牟定铜矿 20～50 50～150 50～100 150～250 8～10 8 平均8 7 10～15 15～35 30 7～23 12～15 10～12 15 24 ф3～5 33 6～85 宽5m 15 19 23.7 5.5 5.1～6 8.8 10～14 17.6 表5 国外房主采矿法技术经济指标 矿山 开采深度m 矿体厚度m 矿体倾角 矿房跨度m 矿柱尺寸或矿壁宽度m 设备 损失率 工作面工人劳动生产率米3/工班 加拿大加斯佩铜矿 加拿大瓦巴那铁矿 挪威克佐霍尔特石灰石矿 西德沃利费尔瓦尔特铁矿 美国克列斯脱莫尔石灰石矿 美国马格蒙特铅锌矿 瑞典莱斯瓦尔铅锌矿 苏联北乌拉尔铝土矿 苏联南乌拉尔铝土矿 苏联杰兹卡兹甘铜矿 同上 苏联米尔加里姆赛矿 同上 苏联卡达姆贾伊锑矿 苏联阿赫塔利铜铅锌矿 苏联维什涅沃戈尔斯克矿 600 120 250～300 200 200～250 200～250 300～350 300～350 150～200 200 200 33.6 15～0 33 2～10 60～90 4.9～40.2 15～27 2～10 2～6 1.5～30 1.5～30 4～12 4～12 2～20 2～8至20 2～12 23 8 13 17 25～40 平缓 5 15～35 0～14 5～15 5～15 0～30 0～30 15～30 0～7 15～40 15.3 6～7.5 10～18 9 18 10.66 14～15 7～10 7～10 20 20 8 8 10～11 8～11 6～8 21.413.7 宽6～7.5 13.5～16.5 44 宽15 7.327.32 宽3～10 宽3～5 宽3.5～5 宽5～7 宽5～7 宽3～6 宽3～6 宽4 宽3～5 宽2.5～8 自行式 自行式 自行式 自行式 自行式 自行式 自行式 自行式 自行式 25 50 20 16.5 17 13.5 11～12 8～30 8～30 15～25 15～25 20 10～20 12 20 22.2 25.9 15.9 18.5 15 5～8 6～7 9～10 20～22 10～11 20 5 5～6