废石与炉渣在地下矿充填法开采中的应用(一).pdf

废石与炉渣在地下矿充填法开采中的应用一 第六图书馆 地下矿 充填法采矿 废石 炉渣国外金属矿山Ц.,МН 杨培章不详1989第六图书馆 第六图书馆 废 石 与炉 渣 在 地下矿 充填法 开采中的应 用 一 苏联马格尼托哥尔 斯克矿冶学院 M ．H．齐加 洛夫 H．T．斯 拉希 林 B ．T． 别 霄 赫 3 ．B．雅 科 布松 采矿和 冶金 工业 的产量 大幅度 增长 、贫 矿 床 的开采和高 灰 分煤需要 量 的增 加 ，都使 工业废料 同时增加 目前犬 部 分废 料都 未广 泛用 于 国民经济 ，而 堆 置在 堆 场 中， 占用土 地 。工 业废 料堆存 的 问题越 来越严 重 。 目前 ，仅黑色 冶金 工业渣 场 就 占 用 了 4 0 0 0 公 顷1公 顷 1 0 0 0 0 m 左 右 的 土 地 ，堆 存有 2亿t 以上的高 炉渣和 1亿t 炼 钢 渣 。每年都 有大量 的 自云 石 、页 岩和 粘土 等 剥离物 及选厂 尾矿运 至排 土场 与尾矿库 。 每吨精 矿的 尾矿输 送至 尾矿库堆 存 的费 用达到 0 ． 2 5 ～O ． 6 卢布 ， 而且 还在稳 步上 升 。 尾矿 库 的基建投 资达到 3 0 0 0 4 0 0 0 万 卢布 。 电站煤 渣和煤 灰堆存 费用 每年超 过 2亿 卢 布 各种生 产废料 在堆 置场堆 存 的同时 ，还 用 于地下 矿 山充填 空 洞 。矿 山 已充填 采 空区 的体积，克里沃罗格矿区为 2亿1“1 1 。 ， 乌拉尔 7 0 0 0 8 0 0 0 万m。 ，西伯 利亚4 0 0 0 万 m 、 。 。 用 固体 工业废料 充填 采 空区是采 空区二 次利用的具体方法之一 ，这有利于 降 低 1 t 矿石 的成本 。 克里沃罗格矿 区枉磁铁石英岩矿仆开采 中，采用 选厂尾 矿 和度石作 充填 料 ，充填成 本低 ∞ 。 选厂 尾矿是 细 料材料 ，粒 度 在 3 ． 5 mm 以下，其 主要 粒 级为 O ． 1 4 ～O ． 3 1 ram。 克里 。 4 沃罗格 矿 区含铁石 英岩 选矿 尾矿 的堆 比重为 1 ． 4 1 0 。 南 方采 选公司 至 1 ． 5 9l O。 k g ／ ／ 7 1 。 新克 里沃罗格 采选 公司 ，密度 为2 ． 7 7 l O 。 南 方采选 公司 至3 ． 0 91 0 。 k g ／ m。 新克 里沃罗格 采 选公司 。 研究 了将克 里沃罗格 矿 区开采 磁铁石 英 岩 和富矿时 顺便采 出的 岩石用作 骨 料 的可 行 性 。火家知 道 ，克里沃罗 格矿 区的岩石 主要 是 无矿的 角岩 ，夹有绿 泥黑 云母一 闪石 页 岩 和 闪石一 绿 泥页 岩 。 主要 的造 岩 矿物 是石英 ， 闪石 、绿泥石 、黑 云母和磁 铁矿 。岩石 的特 点 是硅石 含量 高 ，其 结构不 均质 ，视其岩 层 划 分而 定 。硅 酸盐 磁铁角 岩具有 均质 的粒状 结 构，强度 最大 。 研究 证明 ，在 克里 沃罗 格矿 区铁矿石 开 采 I ； 『 |利 用围岩生 产建 筑用 碎石，在 技 术和 经济上都 是台理 的 。在 水 泥和水的 用量相 同 的条 件下 ，用 围岩和 选厂尾 矿作骨料 制备的 混凝土 ，其强度 比用 花 岗岩碎石 作 骨料 的混 凝土高 1 5 ～2 0 克里沃 罗格矿 区各 矿 山使用的充 填料 的 成 分见表 l。分析这 些成 分后可 以得出 以下 结 论 ，高 炉粒渣 和水 泥灰 等材 料 实际 已用作 水泥 的代用 品 。石 灰石 、牯土 、亚砂土 和 l I 部采 选 公司 的 尾矿等都 被用 来代 替 标 准 骨 料 。 建议克里沃罗格矿区的各矿井 ，将称为 1 9 8 9 年第 1期 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 多矿物添加料的 地废料，用作 产胶结料 的原 料 ，因为这 些添加 料可促 使高 炉粒渣 有 效 固结 。KP 3C- 2灰渣 和顺 便采 出的石 灰石 属 于这 种材 料【 3 ] 。铁 矿石 开采 中顺 便 采 出 的石灰石，仅英古列茨采选公司排土场便有 3 0 0 0 多万t 。石灰石 能促使 粒 淹有效 同结 。 { 用磨成 粉的石 灰石 代替 3 0 1 5 0 k g ／ l o ． 。混 合 料 的粒渣 时 ，养 护2 8 和9 0 灭的试样 的强 度 均大幅 度上升 ， 分 别为7 ． 7 和J 6 ． 9 N／ mm 。 许多矿 山已用坚硬 岩石 小规模生 产建 筑 克里 沃罗 格 矿 区 各 矿 山 使 用 的 充 填 料 的 成 分 表 1 名 称 配料 号 lm’ 克 填 料材 料甩 量 k g 一 O ． 0 t l mm粒 教 占3 9 的 高 性渣 亚 砂 土 水 8十 月 精期 神 强度 N／ ram 1m0 克 填 料材 料甩量 k E 一 O ． 0 7 4 ram啦 级 占5 5 的 高 炉牲 渣 砂 石 灰 石 轱 土 水 8十 月 龄期 的强度 N／ mm 伊 里 奇 矿 4 ,3 O 1 50 ～ 15 0 0 4 0 0～ 4j 0 5 ． 0～ 7． 0 蓖古列获采建公司 4 0 a～ 4 5 0 4 a 0 ～ 4j O 5． a～ e． 0 5 ． 0 ～ e． O 科敏帖郜恩矿务局 4 0 0 6 0 0 6 0 0 3 O 0 4 0 a ～ 4 5 0 ．5～ 5 ． 一 O ． 0 7 4 ram牲级占5 5 曲高炉拉澎 j 5 5 0 j 5 a 0 蜘0 { 4 C 0 中央果 选公司的 甩矿 未 蛙处理 1 一 l T 5 0 1 6 a 0 I 一 中央采造公司的分缎昆矿 { 1 0 0 0 I 1 0 0 l 一 安诺束露天矿的砂 一 一 一 1 ～ l 5 0 0 亚轱 土 2 0 0 3 j O ～7 5 0 水 泥 灰 1 5 0 一 水 1 4 a ～ 5 3 0 4 0 0 8十 月 龄期 的强 度 N／ ram 见 资料 8 ． O ～ 1 0 ． 0 5 ． 0 ～7 ． O J 兑 科 碎石，这有利于提高资源利用率 。其余的废 料 目前还难 于用 于工业 ，最 好 用来充填 采 空 区。研究 用废石充 填采 空 区而 后灌 注水泥砂 浆的 技术具有 特别 的意 义。用这种 方法 构筑 』 、 工岩体 ， 由于充 填设 施结构 简单和 向充填 空间输送砂 浆的条 件有利 ，经 济效益很 高 苏联 黑色 冶金 工业 部矿业 研究 院作 了大 量 的研 究 ，使索 科洛 夫地下矿 、马 格涅吉特 矿 井和 顿河采 选公司 的矿井掌 握 和推广使 用 了充 填 采矿法 。论 证 了使 用磨 成粉 的 当地 海 一， 卜 ●■矿l山 绿 石砂 制备不 同合理 强 度 的 充 填 料 的 _ 【 艺 ”。 雅柯 夫列夫 矿 库尔斯 克磁 力异常 区 设计 中采用分 层胶 结充填 法 ，规 定 1 m。充 填 料的材 料 用量为 水 泥1 5 5 k g ．砂 1 j 5 0 k g ， 水 0 O L。 别尔 哥罗 德工业 学 院研 究 了儿种水 泥代 用品 ； 兹米 耶夫 国营 区域 发 电站 的 灰渣 ， 别尔 哥罗 德和 旧奥斯 科耳 水 泥厂 的 水泥 灰 对用 作骨料的库尔斯克磁力异常区矿 山企业生产 9。 一一一 ∞0 0 屿 ～ ～ ～ 2 0 0 0 呻如 0 0 0 如 订 一 ～ ～ 0 a 蚰一 ∞一 O 印 仰 ～ 一 一 4∞ 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 联 台公 司选 厂含铁 尾矿作 了鉴 定 推荐 的 无 水 泥充 填料 的成分如 下 猹 灰废料 3 8 0 k g ， 电 收尘器 的水 泥 灰3 8 0 k g ， 砂 或选 厂尾 矿7 5 8 k g ， 水4 6 6 L I 与 技术设 计 比较 ， 这 种配 料可 使 1 m。 充填 料节 省水 泥1 5 5 kg ”。 从 上 述可 以知道 ，矿 山企业 在利用 工业 废 料充填 采 空区 方面 已积 累了丰 富 经验 。利 用 工 业废 料 制备充 填料 可一举解 决 几 个 问 题 降低 1t 矿石 的 回采成本 ，扩 火胶 结 充 填材料 的来 源 ，大大 减 少环保 和破坏土 地复 垦的费用 。只要 降低胶 结充 填料 的 制备 、输 送 和充填 的费 用 ，就能 有效 地利 用] 废 料 充填采 空区 。 金属矿床充 填采矿法 铁 矿床的特 点是矿 床 面积 大 ， 倾 角 大 大 于4 0 ～5 0 ，矿石 硬 度 4～ 6 至1 0 1 6 和价值 变 化大 。因此 采 用 矿 房 分 段和 阶段 克填 法和分 最充 填法 分 段矿房 法用于 开采 中等稳 固的倾 斜 和 急倾斜矿体。使用 自行设备时，矿体沿走向 分 成长1 0 O ～1 2 0 m的矿 块 。矿块 沿高度 分 成 2～ 3个 分段 ，沿 走 向分 成儿个 宽 9～1 2 m 的 矿麝 。 矿块 采准 工作包 括掘 进运 输平巷 、坡度 为1 0 。 ～1 2 。 的斜坡道和通风克填天井。分段 的栗准是掘进运矿横巷。每个分段都布置有 带装 矿进 路 的出矿 水平 。建 议布 置 倾 角 为 1 5 。 ～2 O 的斜 底开采 分段 ，并 采 用 爆 力 运 矿 。矿 房 内可 采 用遥 控 推土机清 理崩 下的矿 石 。 阶段 范 围 内倾 角变 化而矿石 稳 固 的 矿 体，由于铲运机作业困难，采用崩矿方法不 同的分段矿 房法开 采 。图 1为 克 里沃 罗格矿 山企业联台生产公司伊里奇矿采用的嗣后充 填的矿 房采矿法 。 罔 1 采 空 胶结 充 填 的 矿麝 采 矿法 1 一运 输 平凿 2 一横 巷进 路 3 矿 姥人 行 无井 j 4 溜矿 井， 5 一耙矿平 苍j 6 ～ 通风 天井 ， ⋯放矿 漏 斗 8、 0一 丹刖 为拉 底 平巷 翻 分蜃 平巷 ， 1 O一 切 削 天 } ， 】 l ‘ 腔 充 填 件 ，3 2一捎 将 ，】 一克城巷 道 ； I～再一 矿 席开 采顺 序 采 用这种 采矿 法时 ，在 阶 段范 围 内矿 体 沿走 向分成 长 6 0 m的矿 块 ，每个 矿 块分成 几 个矿 房开 采 ，矿 房 走向长2 7 3 2 m， 高 1 5 ～ 3 0 m。急倾斜矿段从分段巷道圃采J缓倾斜 5 0 7 矿段 用 “ 底 部布 置放矿 漏斗 的 空场 法”方 案 开采 矿房沿走向分两步骤开采 。沿倾斜方 向的 回采工作 从下 向上顺序 进 行 。矿房 内使 用电耙运矿。这 种采矿法可使矿石损失率降 1 年节1 搁 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 至 4～ 0 从 上 向下 川采的分 段 房采矿 法是 乐 方 矿 山科 学 研究 院为 阿 巴坎矿设 计的 。 矿 体 急倾 斜 ，厚4 0 m，{ { _ } 走 向分成 宽 为 1 3 m的第 一 和第二 步骤矿 房 。矿 房崩 落矿 用B 皿ny振 动 出矿 机放 出 ，而 上部分 段 的矿 石通过 溜井 放至 运矿水平 。振 动 出矿 f 分 段 矿房胶 结充 填法见 图 2。 田 2 振 动 出矿 的 分段 矿房 胶 结克 填 法 1 聚矿 木平 和 中间木 平 的横 巷和 平巷 j 皂～ B Ⅱy振动 出矿 机 碉宜 l 3 堑 巍形 攒 巷； 4 切 害 4 巷 道 ； B B丑Ⅱy振 聃 矿 机硐 室 刷太 部分 6 艘 矿渭 斗 } 7 } 圈矿井 ；8 出矿 小碉窄 9 凿 并横 巷 阶段 和分段崩 矿的矿房 采矿 法在矿 山广 泛应 用 ，因为这 些采矿 法劳 动 f 产 率高 ，矿 石 损失和 贫化小 。 矿房采 矿法用 于各 种矿 石 岩 稳 的厚 矿床 ，形态 不限 ，倾 角急 陡平缓 和 水 平 均 行 。矿房及 房 间和矿块 问矿 柱改称 为第一 步 骤矿 房及第 二步 骤矿房 ，等 等 。如 果说过 击 是尽 量增 大矿房宽 度和缩 小矿柱 尺 那 么 现在 矿房 进 行胶结充 填 ，矿 柱宽度 增大 到与 第 一 步骤 矿房 相同 ，从而 提高 了采矿法 的指 标 。普通 矿房 采矿法 只能 回收3 0 4 0 的矿 块矿 量 ，而 大 部分矿量 留在各 种矿 柱 中 ，需 用大爆 破法开采 ，矿石 损失达 到 0 结 粜 ， 由于矿 石损 失率 和贫化 率高 ，较高 的矿房 翼 外 套 _ 矿 收率 也就 降低 了 使 J 1 ] 腔 结充填 ，可 以使月 1 一 录矿法 采 出矿 块怕 全部 量 。 厚矿体 ， 1 采 。 【 ，分 盘 区布置 矿崩 。矿球 分为 阶段 ，箍 医 矿块 和纵 向 矿块 间 矿挂 阶段 高约G 0 m 柱 『 乜杷m 矿 的 条 l F，盘 区宽 等于矿麝 卜一 般为 6 0 m。改 用 自行设 备和振 动 出 矿 衍 ，矿 斑 长 度 增 大 矿块 问矿 柱n 0 宽 度按 强度特 性 计 算 确 定 ，取为 1 5 ～2 0 m 滑盘 区 矿块 和矿 块 间矿柱 的边 界 ，掘 进脉 和辣 外 巷，平 巷 之间每 隔1 0 0 ～ 1 5 0 m 以横 巷 进路联 通 阶段 内盘 区 矿 块 数决 定 r矿床 厚 度 。 盘 区 矿按 顺 序分为 第一 、第二 步 骤的矿房 。 矿房 宽度决 定 于矿 休 和人 。 1 岩休 的稳 f 研性 ， 为 1 0 ～】 5 m 矿房 幽两 条矿拄 或人 ] 岩 柱 隔开 。如 果同 } J 爆破 的炸 药量存 t 以 内， 则允 许每 隔一个人 工岩 柱开 采另一个 矿房 。 横巷有 铲 运机 的进 路和装 硐室 如 果 使 用 电耙 出矿 ，则掘 进耙矿 横巷 。 在 厚度为 1 5 ～6 0 m的矿段 ，矿房垂 直 走 向布置 。在矿块 底部 掘进 耙矿 横巷或 运矿横 巷 ，分 别有安 装振动 放矿 漏斗 的硐室 或铲 运 机 装矿 硐室 。矿 房 内， [作面 从 i l - 央 向两翼 推 进 ，以扇 形 深孔荆 向爆 破崩 矿 ，这 样 可确 保 矿石 再 破 碎 。阶梯 工作 面一 次崩矿 l 0 m 。 在 这种情 况下 ，矿房 宽度 为1 5 m，高为 B o rn 下 部阶段 矿房 l I 心 线相 对 于上 部 阶段 矿房 错 开半个 矿房宽 度 ，以使顶 板呈 拱形和 减少矿 石损失 。根 据矿体的 稳 ，矿 房宽度 减 8～ 9m。 t 作 面 1 人劳 动生产 率 为 -5～ 8 m。 人 班 ，矿石 损失 率 为 1～ 5 ， 贫化 率 为 5～ G 。 矿 房 垂直走 向布置 采后一 次充填 和振 动 出矿 的阶段 矿痨 采矿法 。采 匿采 准是 掘 进两 条脉 外运 输平巷 ，平巷 之 间 装 矿 横 巷 联 通 。为了通 缸 【 ，掘 进矿块 天井 。脉 外分段 平 巷 以凿 岩横巷 联通 。 嶷矿横 巷 r _ 掘 进 B 且Ⅱy 振 动 出矿 机 硐室 ，然 后掘 进拉底 横巷 。矿 房 5 1 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 从掘 进切割 天井 开始 采 。最 初 向 顶 盘 崩 矿 ，然后 向底盘崩 矿。在崩 矿过 程 中形 成 出 矿 堑 沟，崩 落矿石 进入 出矿辑 淘 ．然后 通过 BⅡⅡy振 动 出矿机 装入矿 市 。q 留顶柱 。在 矿房 开采 f ，顶柱 与上 部 r } 段 底 柱 一 道 崩 落 。阶段分 几个 步骤开 采 。采 空矿 房从 上部 通 风平巷 以普通 方法充 填 矿石 损失 率不 超过 5～ 7％，千 t 矿 石 帕采准 切割 工作 量为 3～ 4m，劳动生 产率 为 8 5 t ／ 人 班 。矿 房开 采时 间约 7～ 8个月 ， 充填 时 间约 1个 月 。 分段崩 矿和 联台充 填的矿房 采矿 法 。阶 段高 6 0 m，沿走 向分成 长为 1 0 m或2 0 m 的 第 一 步 骤矿房 和长 为3 0 m的第二步 骤矿房 。 第 一 步骤矿房 采 完后进行 胶结充填 。第 二步骤 矿房 开采 中 ，崩 矿 、运 矿和 出矿 与一般 的分 段平 巷 法相 同 ，但仅仅在矿 房 底部构 筑高 7 ～ 8 m的矿房 人工岩体 ，其 余 部分 充 填 松 散 材 料 。切 割槽 距充填体2 ． 5 ～3 m。阶段 间矿 柱 ，包括 矿块 底柱和 顶柱 ，与矿 房 一 同 开 采 。 这 种采 矿 法用于开 采矿 床厚 为3 ． 5 ～ 6 m 的急陡 矿段 。分 段 高 l O ～ l 2 m，扇 形孔 深 4 ～ 1 2 m，最 小抵抗 线为 1 ． 1 ～1 ． 2 r a ，孔 末端 间距 为2 ． O ～2 ． d m 同时 爆 破2～ 4 排 炮 孔 ，上部梯段 超 前于下部 梯段 。在矿房 开始 回采 前 ，在 待采矿块 的两 翼构 筑宽 为 5 m的 混 凝土柱 。 待续 参考文献 略 译 自苏联 q p H a 9 M e T a n y p r H 月 ， 1 98 8， N o．5 ，2 ～ 1 4 橱培章译 熊宠民控 上 接 第3 8 页 至少 具有 同等 意义 的是 ，设 备 在规 定的 作业 时 问 内应处 于 良好 工作状 态 ，不 会 由于 损 坏需要 检修而 无 法开动 。因此 ，必须 强调 预 防性检修的意义 预 防性检修 在 采 矿 界 还 没有 完全得到 公认 。凡是 已经 执 行 预 防 性检修并 坚持下 去的 ，都 取得 了成 功 。原 固 之一 ，可 能是更 易进 行企业管理 。预 防性 检 修 虽然不 可能 完全 消除意 外事 故 ，但能大 大 减少发 生次数 。 因此 ，它 的价 值不 在于提 高 了时 问利用 率 ．而在 于把 无规 律的停 产变为 有计 划 的停工 检修 。 设 备的 合理 维修 及 由此 带米的 完好状 态 和高效率 ，取决 于有 无熟练 的专业人 员和装 备 良好 的机 修 车问以及 企业 管理 人员对 维修 工作 是 否有 正确 的认识 。近 些 年来 ，随着坑 内矿 引进 无轨设 备 虽然 有 些 迟 疑 ，人 们的 看法有 了转 变。正如一 个 矿 山用 电没有 5 2 专 业技术 和专业 管理人 员不 可 想象一 样 ，矿 山的各 种 设备必须 由通 晓机动 车辆的 机械师 维 修 ，这一 点 已成为 定规 。 1 0 ． 结 语 综上 所述 ，小型矿床 的成 功 开采 主要 取 决 于劳动 生产 率 。只有 高度 机械 化才 能提 高 劳动生产 率 。机械化必须 包括 至今仍 被忽视 的领域 ，目标应 是减 少投入 的劳动力 ，通过 作业标 准化可 以达 此 目的 。 在小 矿 山，采矿 人员的工 作 同样 在很 犬 程 度上取决 于所采 用 的设 备 。取得成 功的先 决 条件是 除了井 巷 布置 要 合理外 ，还要有 良好 的维修 系 统和恰 当的生产组 织 译 自奥地 利 B HM 1 9 8 8 ． Vo1 ． 1 33， N o．4 ， 1 84～ 1 9 0 胡际平译 傅庆瑜校 1 9 9 卑第 1 船 维普资讯 第六图书馆 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