倾斜缓倾斜中厚矿体采矿方法的演进与选择.pdf

倾 斜 缓 倾 斜 中 厚 矿 体 采 矿 方 法 的 演 进 与 选 择 张化远 倾 斜 、 缓倾 斜 中厚矿 体在 我国冶 金 化 工 矿 山中 占有 相 当大 的比重 ，如地 下 开 采的铁 矿约 占1 8 ％ ， 铝 粘 土矿 占9 0 ％ 一 磷 矿 占7 0％． 建材石 膏矿 约 占3 5 ％。 由于矿体 倾 角小 ． 无法 利 用 白重放 矿 ． 采 场 运 搬 困难 ；上 部丢 失的 矿 量 在下 部放 矿结 构 不能 回收， 矿石 损 失大 ； 采场 顶板 压 力大 ． 顶 板管理 困难 ， 作业 安全 条件差 ， 尤其顶 板矿 石 不稳 固 时更 为严 重 崩落 的顶板 围 岩不 能 下移 ， 放 顶 工程 量 大 。 倾斜 缓倾斜 中厚矿体广泛 采用电把 出 矿的 有 底部 结 构分 段 崩落法 或分 段 空场 法 ， 存在 的 主要 问题 1 ． 矿石 损 失贫 化大 ，有 的矿 山损 失 率 高 达 3 O ～ 5 O％； 2 ， 采切 工程 量 大 ， 一 般达 l 5 ～4 2 m／ Kt 3 ． 底板 不 稳固 时 ， 底 部结 构维 护 困难 4 ． 电把 出矿． 继续提高生产能力困难； 5 ． 综台 技 术经 济 指标 较差 。 少数 矿 山采用房 柱 法及 其变 形方 案 ，但 普 遍存 在采 场运搬 和顶板管理 困难 及矿石 损 失 大等 问题 由于 我国地 下矿 山采场 支护机 械化水平 、 装备水平及管理水平不高， 采用房 柱法 全面 法 采场 回采 高度 仅达 5 ～6 m 浅孔 和8 ～ l O m 中深 孔 。 个 别矿 山也有 采 用其它 方法及 其变 形 方 案 的 ， 但 技术经 济指 标 均不 佳 矿体顶板底板稳 固条件分类 为了便于对倾斜 缓倾斜中厚矿体采矿 方法进行选择和分析研究 ．按顶底板稳固条 件分 四类 一 1 l 一 注 v一 中等 以上稳 固； △一 中等稳 固 一 中等 以下稳 固 ， 不稳 固 。 我 国冶 金 、化 工矿 山的矿 体一 般 为 中 等 及 中等 以上 稳固 ． 故 可 将矿 体 中等稳 ， 倾 角3 ～5 O 0 ， 矿厚5 ～1 5 m三 个条件 均视 为固 定 不变的因素。 因此， 影响这类矿体 采矿方法 选择的开采技术条件 因素主要是顶 底板稳 固 性 。 一 、 第一类 顶板 稳 固底 板 稳 固至 中等 稳固矿 体 的采矿 方 法 这类矿体我国主要采用房柱法 、杆柱房 柱法 及 其变形 方 案 ， 良山铁矿 、 牟 定铜矿 荆 襄磷矿 采用中深孔 房柱法．开采矿体厚度达 8 - l O m ． 扩 大 了房柱 法 的使 用范 围 。少数 矿 山 采 用空 场底盘 漏斗 采矿 法 ．个 别矿 山进 行 了爆 力 运矿 法 试采 。 国 内现用 的房柱 法 回采 高度 小 ，机械 化 水 平低 ， 顶 板 管理 困难 ， 安 全 性差 ，矿石 损 失 大 。 随 着矿 体 厚度 增加 ， 顶板 稳 固性 减弱 ，采 深增加， 压力也增大， 矿柱矿量达4 O ～6 0 ％， 矿石 总的损 失 很大 国外广泛应用房柱法，如法国地下开采 铁矿 采 用房 柱 法的 约 占铁 矿石 总产量 的7 3 ％ ， 美国约占3 0 ％， 苏联 瑞典 、 西德、 芬兰 印度 维普资讯 等 国采 用房拄 法 的 比重也很 大 ， 主要是 采 用 了高架 自行式撬项机 、 锚杆台车 、 喷浆车、F l 行 凿岩 台车 、 装 药车 、 铲运 机等 无轨 自行 设 备 ， 采矿 作业 顶 板管理 机 械 化水平 不断提 高 ，故 此 房 柱 法开 采矿 厚扩 大 到2 7 ～3 0 m ， 矿 体1 吼 角达2 O 。 ～3 0 0 ， 而且 ． 安全条件改善 ， 效率高， 成本 低 ， 经 济效 益好 。 也有 采 用天 井空 场 采矿 法、 爬罐 法的 ， 效 果也 较 好 。 我 国 应积极 引进 房 柱法 回 采及顶板 管理 先进 的设 备 ， 扩 大房柱法 的应用范 围 同时 ， 对 顶板稳 定 、 倾 角2 5 。 一 4 5 0 、底 板 平 滑 条件适 宜的 中厚 矿体 继续 试 验研 究爆 力 运矿 法 。 但 爆 力运矿 法 对开 采技 术 条件 、 落矿 工 艺 和凿岩 质量 要 求严格 ．加 之 矿体 条件 复 杂 多变 ， 因此 ， 作 为矿 山主 要的 方法 时要 慎 重 。 总 之 ，这类 矿体 可 充分 利用 顶板 稳 碡【 可 以形成 一 定空场 的有利 条 件进 行回 采 。 二 、 第二 类 顶板 中等稳 固、底板稳固至中等 稳固矿体的 采矿方法 充填法成本高，开 采强度和劳动生产率 低 ． 一般用于开采矿石品位高 、 价值高或地表 不允许陷落的矿体。 铁矿 、 中等品位价值的有 色金属 矿 以及 一般 品位 的化 工矿 山，从 经 济 角度 分析 ． 采用 充填 法是不 合理 的 ． 即使先 用 空场 回采 矿 房 嗣后充填 空 场再 回采矿 柱 的方 法也 是不 经 济的 。 目前 ，这类 矿 体主要 采用 电把 出矿 的底 盘 漏斗空场法或崩落法及其变形方案．但仍 存 在着矿石损失贫化较大，作业安全条件较 差等 问题 。 这类矿体顶板 中等稳固一般不能 自然崩 落 ， 往往 可 以形成 一定 的空 问， 因此 ．应 充分 利用这一条件实现在空场条件下进行小面积 崩矿和 出矿 。 同时，合理确定空场尺寸及其有关的结 构 参数 ， 完 善开 采工 艺 ， 采 取有 效的 采场 支护 方法， 增强矿 岩自身的负荷能力， 避免或减少 在复 岩 下放矿 ， 扩 大房柱 法 的 应用范 ， 以获 得 较好的 技 术 经 济指 标 。 还 n r 采 用留矿 全 面 法等组 台 回采 方案 ， 以改 许顶板维 护 与作 业运 输 条件 ，以及试 用 低分段或高分段连续删向崩矿州采方案等， 以提 高 生 产能 力 。 三 、 第三 类 顶板不稳 固 、 底板 稳 固至 中等稳 固 矿 体的 采矿方 法 这类矿体一般采用电{ 出矿的有底柱分 段 崩 落法 ，仪 在 开采矿 石价 值 高品位 高 地表 不允许陷落的矿体时采用充填法。 有 底柱 分 段 崩落 法矿石 损 失很 大 ，有 时 达4 0 ％ 以上 ， 除 了管 理 因素之 外 ， 主要 原 因是 在复岩下放矿造成 的。据云南冶金专科学校 进行的物理模拟试验 、昆工进行的电算模拟 试验 、东北工学院 、中南矿冶学院进行的放 矿试验结果表明，缓 中矿体 在复盖岩石下放 矿 ， 放矿 高 度小 ， 底板上 的 矿石 无 法放 出， 复 岩及 早混入 ，造成 大量 脊 部损 失 和阶 段矿柱 分段 矿 柱损 失 ，损 失 大的根 本原 因是 放矿 不 合理， 因此 ， 只有变革采矿 方法才能从根本上 提 高矿 石 回采 率，尽 量避 免 中厚矿 体 在复 岩 下放 矿 当前 ． 控制 顶板岩石崩落， 掌握运用地压 活动规律，尽量创造空场条件下放矿是改善 这 类矿 体 采矿 技 术经 济指 标 的重 要措施 四 、 第 四类 顶 底板均 不 稳 固矿 体 的采矿 方法 这 类矿 体不 宜采 用空 场 法 。 冶金 、 化工 矿 山一 般 中价 以下 矿石 均 采用 崩落 法 但采 用 崩落法仍存在一些准度较大的问题有待解决 分层崩落法效率低 ． 成本高 ． 开采强度低 材料 消耗 大 ． 经 济效 益 差 ． 矿 山 采用很 少 目 前， 主要采用电把 出矿的有底拄分段崩落法 顶板不稳 固是采用崩落法的有利条件。 但 由于 底板 不稳 固，施工 大 量底 部结 构巷道 维普资讯 时 ， 井 巷掘 进维 护都 很 困难 ， 往往 造成 巷道 塌 落， 矿石大量损失。 因此，如何解决好这一问 题 ， 是有底 柱 分段 崩落法 在 底板不 稳 固矿 体 中能 否 应用 并扩 大应 用的关 键 马庄 铁矿 、 篦 子沟铜矿在这方面积累了许 多经验 1 ． 合理布置电} 巴 道 ，条件允许时采用 穿脉方向布置 ； 2 ． 寻 求合 理 的施工 方 法，加 强井 巷 维 护 ； 3 ． 视矿 岩 具体 条件 确 定 出矿 系统 及相 应的 断面 尺寸 4 ． 一次 爆破 一 条 电把 道全部 矿 量的 办 法， 以减少炮 孔 变形 及巷道 维护 工 作 ； 5 ． 组织 三强 开 采 ； 6 ． 合 理 选择放 矿 方式 ， 编制 放矿 计 划 、 放 矿 图表 等 五 、 改进完善倾斜 、缓倾 斜 中厚矿体 现行 的采 矿 方法 I ． 简 化底部 结 构 ； 2 ． 试验新 的 出矿放 矿方 式 ， 以适 应新 型高效 采、 装 、 运设备的广泛 应用； 3 ． 探采结合 ，降低采掘 比 4 ． 改进完 善 施工 工 艺 ； 5 ． 合理确定放矿漏 斗问距及其它放矿 几何参数 ； 6 ． 改进 凿岩爆 破参 数 ， 减少粉 矿 ， 改浅 孔 为 中深孔爆 破 ， 增 大 一次爆 破量 ； 7 ． 加强管理，三强开采 8 ． 积极试验研究新的采矿方法回采方 案， 如无底柱方案， 低分段连续崩矿 出矿方案． 分段空场崩落方案等。 六 、 加 强采场 支护 ，扩 大 高效采矿方法的适用 范 围 倾 斜 、 缓 倾斜 中厚 矿体 采场 压 力大 ， 必 须 一 I 6一 加强采场 支护 ， 提高顶板围岩稳固性， 保证作 业安 全．以扩大高效率低成本经济效益好的 采矿 方 法适 用范 围 ． 改 善采矿 方法综 合指 标 ， 而 且 ，还可 以开 采某 些 过 去 认为条件 复杂 不 能开采的矿体 。 采场 支护接加固方式分为单体局部支护 和整体系统支护两大类 ．前者适用于局部支 护 的岩层 ，后 者适 用 于 中稳及 中稳 以下 支 护 范嗣较 大的岩 层 ， 近些年来． 如凤凰 山铜矿 铜录山铜矿 采 甩长锚素短锚杆联合护顶方法，其它一些矿 山采用锚杆支护， 喷锚支护， 支架支护，注浆 加 固 及其 它 采场 支护 方法 。保证 了矿 岩 中稳 至不稳 中厚矿体的顺利开采．取得了较好的 技 术 经 济效 果 。 今后， 要重视采场支护 同时应加强岩体 力学研究工作， 正确确定采场空间稳 固程度． 顶板允许暴露面积及尺寸 ，以便合理选择构 成要素 ，较准确确 定采场是否需要支护和选 用何 种 支护 形 式， 扩 大空场 出矿 范 围 ， 改 善倾 斜 、 缓倾斜中厚矿体采矿方法技术经济指标 。 七 、 结 语 1 ． 黑色冶金 、 化工倾斜 、 缓倾斜中厚矿 体一般不宜采用充填法．主要是采用空场法 和崩 落法 。 这种矿体现用的空场法和崩落法还存在 着矿石损失贫化大． 采切量大． 作业条件差． 效 率不高等问题． 因此， 在今后设计生产中， 建议 参考本文矿岩稳固条件分类进行采矿方 法回采方案选择 2 ． 对现用的采矿方法不断进行改革完 善 3 ． 积极引进国外开采缓 中矿体顶板管 理维 护 设备 ． 扩 大房柱 法 的适 用范 围 4 ． 这类矿体要重视采场放矿运搬方式 的选择。 目前， 缓 中矿体 采场放矿运搬方式主 要是 电把运搬 、 底盘漏斗和堑沟放矿 、 爆 力运 搬 等 ， 通过 对 不 同矿 体倾 角范 围 问的 计算 ， 得 维普资讯 岩 石 混 入 率 与 矿 石 贫 化 率 的 关 系 和 区 别 高怀义 岩 石混 入 率是指 混 于 采 出矿 石 中的 岩石 量对 采 出矿 石 量之 比 。矿石 贫化 率 是指 工业 矿石品位降低的程度，即工业矿石品位与采 出矿石品位之差对工业矿石品位之比。 因此， 岩石混 入率 与 矿石 贫化 率 在概 念上是 不 同的 。 据 中 国建筑 工业 出版 社l 9 B 7 年l 2 月 出版 的 2采矿 设计 手 册 矿 床 开采 卷 下第 1 5 1 3 页介绍 当围岩不含 品位时， 矿石的贫 化率与岩石混入率在数值上是等 同的” 。 在第 1 5 1 4 页 的表 2 一 l 4 一 l 中，分 别 又写 出 了围岩 含品位 时 ，矿 石 贫化率 一， 一 ， 1 一 1 0 0％； 岩 石混 入 率 来在采矿设计手册 中一直把近矿围岩含品位 时的 矿石 贫化 率 及岩石 混 入 率混 为一谈 ，至 今仍 指 导采矿 工 作者 沿 用 1 一 1 0 0％ 一 a a 这样一个公式 ， 是很大的错误 ， 必将在实际工 作中造成严重的影响。 为此 ， 笔者认 为有必要 就近矿围岩含品位 时，矿石贫化率及岩石混 入率 的 相关关 系 和 区别加 以论 证 ， 以免继续 贻误 下 去 。 众所周知 ，当近矿围岩不含工业有 用成 份 时， 岩石混 入 率及矿 石 贫 化率 的一般 计 算 公 式如 式 1 与 式 2 。 一 ⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．．r 11 R 一 _ a--a “ 一 a - a m R_ 岩 石 混 ⋯ 作者认 为将贫化率与混入率混为一谈是错误 Q一 采出纯矿石量 吨 ； 的 ，有对 近 矿 围岩 含品位 时的矿 石 贫化率 与 R一 矿 石 中岩石 混 入量 吨 。 岩石混入率的相关关系和区别进一步加以 a a 阐述 的必 要 。 ‘ 矿石 贫化 率 与岩石 混入 率 ，是矿 山开采 式 中 ， 一矿 石贫 化 率 ％ ； 设计 、生 产 以及矿 石加 工技术 试 验 采样 配样 a 一 矿 石地质 平 均 品位 ％ ； 计 算工作 不可 缺 少的 计算 参数 。 但是 ， 长期 以 a 采出矿 石平 均 品位 ％ 。 出每m0 底板上残存矿石量 ， 并分别列出电} B ， 底盘漏斗 ，爆力运搬出矿费用和采准切割费 用， 初步得出如下结论 电把运搬最经济，底盘漏斗放矿费用最 高。 但当矿体厚度大于1 5 m倾角小于2 0 0 时 ． 采用底盘漏斗或堑沟底部结构，安全可靠性 有改善， 经济上还是合理的。 当矿体倾角大于 3 0 0 时 ， 爆 力运 搬 与 电把 运搬 成本接 近 ， 此时 ， 爆 力运搬距离主要靠底板滑动的力量， 因此， 选用爆力运搬 时要注意底板平整光滑程度及 矿石块度 。 当矿体倾角小于2 5 0 时，爆力运搬 条件恶化，技术经济指标不好 。 5 ． 今后 ， 应 加 强倾 斜 倾斜 中厚 矿体 采矿方法研 究，积极试验研究新的采矿方法 回采方 案， 推广采用无轨 自行设备等。 一 l 7 一 维普资讯