钟祥杨榨累托石采矿方法探讨.pdf

技术经验 I Md P化I矿物与加z 2 0 0 3年第 3期 文章编号 1 0 0 8 7 5 2 4 2 0 0 3 0 3 0 0 3 0 0 3 钟祥杨榨 累托石采矿方法探讨 陈克钧 荆襄磷化学工业集 团公司， 湖北 钟祥4 3 1 9 1 0 摘要 根据钟祥杨榨累托 石矿床的特性 及矿体赋存情 况提出了几种可供选择的采矿方法。 关键词 累托石 ； 采矿方法 ； 地下开采 中图分类号 T D 8 7 文献标识码 B 0 概况 湖北省钟祥市杨榨矿区的累托石矿是一种极 为罕见的非金属矿种， 矿物结构为罕见的 -J k 面 体的类云母层和-J k 面体的类蒙脱石层按 1 1规 则间层排 列 。矿物 主要成 分是 含水 铝硅 酸盐 。 具 有良好 的胶 体 性 能， 分 散 系 的微 粒 极 细， 小 于 1 m， 且分散均匀、 稳定性好， 带有较高的负电荷， 具有 良好的阳离子交换性 、 抗高温性 、 可塑性 、 抗 压 干 、 湿 性 、 耐腐蚀性， 从而填补了很多有类似 性能要求材料的空 白。其用途前景十分广 阔， 例 如 北京石油科学院的专利成果“ 层状粘土分子筛 裂解催化剂” ， 用于 石油加工业， 可在现 有基础上 提高产油率 4 ． 5 ％。在石油钻井、 铸钢 、 橡胶、 油 漆、 染色 、 陶瓷、 建筑、 涂料等诸多行业都有独特作 用 。 该矿种在国内仅有 3处具开采价值， 其 中湖 北钟祥市杨榨矿区的储量规模和矿石品质居亚洲 之首， 但开采技术条件复杂。 1 开 采 技术条 件 1 ． 1 矿 床赋 存 条件 钟祥杨榨累托石矿属海陆交替沉积环境下形 成的沉积一再造矿床。是由累托石粘土矿和硫铁 矿所构成的共生复合矿床， 山坡地形 、 山势陡高， 收稿 日期 2 0 0 20 72 2 3 0 地表露头， 其表层 2 0 ～4 0 m 矿层氧化， 氧化带 矿 层品质变差。走 向长 5 5 0 0 m， 以 F ， 断 层为界分 为南北两段， 南段 尚家冲矿段长 3 2 7 0 m， 未开发 ； 北段为杨家台矿段 长 2 2 3 0 m， 曾开采过 劣质煤、 硫铁矿， 因而留有老窿； 矿层倾角陡， 平均 为 7 5 。 ， 几乎直 立 ， 局 部 倒 转 ； 矿 体 平 均 厚 5 m， 局 部 8 ～ 1 0 m， 最厚 处达 1 3 m。一 个 完 整 的 含矿 岩 系 剖面 自下而上分为 5个 小层， 底部① 层和顶部⑤ 层不 含矿 ； 累 托石粘 土 矿产 于② 层及③ 层 。 局部④ 层亦 有富集； 硫铁矿赋存于中部③层， 局部赋存于②与 ④层， 劣质煤产于上部④层， 形成一个“ 累托石粘 土一 硫铁 矿一煤 ” 构 造 ， 在 空 间上 既可 完 全 重 迭 ， 也 可部分 重迭 或截 然分 离 ， 因此 只能混 采 。但 是 也 有相 当部分 剖面 缺 失① 或⑤层 。 含矿岩系顶 板为硅质岩或吴家坪组灰岩， 较 稳固； 底板为叶腊 石水云母粘 土岩或茅 口组泥晶 生物 屑灰 岩 。 1 ． 2制 约矿 床开 采 的几个 关键 因素 1 忌水 含矿岩系遇水即膨胀泥化， 解体坍 塌， 即使空气中的水分， 也能造成采场或巷道 脉 内 垮落， 而且垮落范围广， 无规律 、 无征兆。然而 含矿岩系一经坑道揭露， 不可避免地水源有坑 内 潮湿空气凝结水， 含矿岩 系的顶板和底板灰岩含 维普资讯 技术经验 t MP化I矿物 与加I 2 0 0 3年第 3期 水层的地下水， 大气降水也能渗入采场。 2 矿体软 含矿岩系 自身为粘土类 矿物， 直 接围岩为炭质粘土类岩层， 加之含矿岩系风化或 遇水膨胀、 坍塌解体， 支护困难， 湿式凿岩易堵钎、 垮孔 、 缩径。 3 倾角陡 矿层属急倾斜中厚矿体， 平均倾 角 7 5 。 ， 几乎直立， 局部倒转。 4 自燃与瓦斯 含矿岩系含硫、 炭， 有 内生 自 燃条件， 地面废石堆场曾 自燃达半年之久。矿坑 内有瓦斯聚积， 但通风处瓦斯含量较低。 5 易贫化 矿层直接顶底板为含矿岩系， 其 物理力学性质与矿石相同， 且有不同程度矿化， 但 混入矿石后无法在选 矿工艺 中剔出， 会 降低产品 质量和产品独特性能。 6 老窿与氧化 矿区曾有开采劣质煤和开采 硫铁矿的历史， 留有多处老窿； 近地表和老窿处， 矿层有 2 0 ～4 0 m 为氧化矿带， 矿石 品质 变次， 受 老窿位置影响， 氧化带高程差别很大。 2 采矿方法 2． 1开 采方 式的选择 由于累托石为新矿种， 赋存条件与开采技术 条件复杂， 国内无成熟经验可供借鉴， 在过去十多 年的开采建设过程中， 由于设计不完善 等诸 多因 素而导致矿 山未能建成投产。在重新建设方案上 有 诸 多争议 。 可选择的开采方案有 露采 该方案基于矿体露头， 为 山坡地形， 可 建成 山坡露天矿。 水采 该方案基于矿石软且易于水解 ， 易于采 用高压水切割， 矿石需经选矿分 离， 便于管道输 送 。 经分析研究证明露采与水采方案均不可取。 地下开采 该矿区开采技术条件复杂而特殊， 汇集了煤矿、 非金属矿山、 金属矿山复杂条件下的 矿床特性， 在现有开采技术水平下， 只有采用地下 开 采方 式 。 2 ． 2推 荐几种 采矿方 法 由于不同品质的累托石用途 差别很 大， 应根 据不同围岩条件选用不同的采矿方法。通过长期 调查分析， 笔者推荐 以下采矿方法 2 ． 2 ． 1 柔性假顶分层崩落采矿法 适用于累托石品位较高， 含矿岩 系中含有① 或⑤层直接 围岩矿段， 可在围岩混 入前扒 出未贫 化矿石， 而贫化的矿石另外出碴， 将炭质围岩留在 假顶之上。 矿段 间隔 l O O m 布置盘 区， 盘区间留设 盘区 矿柱， 矿块沿走 向布置， 间隔 2 0 m 布置 1条脉 内 溜矿小井， 中段垂高 1 5 m， 分层高 2 ． 5 ～2 ． 7 m 左 右； 回采首分层的同时， 在支柱支撑下铺设柔性假 顶， 假顶 由旧钢丝绳 、 圆木 、 铁丝 、 荆条编织而成。 以下各分层回采时先掘地沟， 然后在假顶下回采， 如图 1 。用煤 电钻干式凿岩， 人工 板车装矿卸入 溜矿小井。其优点是在人工假顶条件下作业， 工 人安全有保 障， 贫 化损失率较低， 但劳动生产率 低， 成本高， 铺设假顶复杂， 通风困难。 Ⅲ - _ J I． I Ⅲ - Ⅲ Ⅱ． Ⅱ 图 1 柔性假顶分层崩落采矿法 l 一脉外运输大巷； 2一穿 脉； 3 一脉 内天井 ； 4一地沟 ； ； 5一柔性 假 顶 ； 6 一首层造顶方框 一覆盖层或氧化层 ； 8一穿脉封闭墒 设计推荐主要技术经济指标 采场生产能力 5 0 t ／ d ； 采掘 比 3 8 m／ k t ， 损失率 1 5 ％～2 0 ％； 贫化 率 5 ％ ～1 0 ％。 2 ． 2 ． 2 分段 崩落 采矿 法 适用于含矿岩系中含有底层①和顶层⑤的直 接围岩条件。 31 维普资讯 技术经验 I MP化I矿物与加I 2 0 0 3年第 3期 I I ． I I Ⅲ一 Ⅲ 图 2 无底柱分段崩落采矿法 1 一脉外运输大巷 ； 2 一脉内凿岩平巷； 3一联络道 ； 4一覆盖层 ； 5一 氧化矿带； 6一密闭墙 盘 区沿 走 向每 1 0 0 m 左 右 布 置 ， 盘 区 间 留设 倾向矿柱， 每分层均 布置脉 内凿 岩平巷和脉外运 输平巷， 间隔 2 0 m布置联络道， 中段高 3 0 m， 分段 高 6 m， 为缩短脉 内巷道 暴露时间， 间隔一个矿房 后， 回采作业与脉 内掘进同步进行。回采时， 在脉 内巷道凿扇形孔， 在挤压条件下落矿， 在覆岩条件 下装矿， 其中初期未贫化矿石与 后期贫化矿石分 装分运 分选 ， 从而 选别 不 同规 格产 品 ， 矿化 的围岩 留在空区作为覆岩。 回采结束后 及时封闭联络 道， 减少覆岩供氧， 同时采用抽出式通风以形成负 压。其优点是在可专护的巷道 内作业， 安全条件 较好， 可进行选别 回采， 其缺点是遇水易泥化， 若 采场管理不善， 有 自燃发生的可能。 设计推荐主要技术经济指标， 采场生产能力 5 0 t ／ d ； 采 掘 比 3 5 m／ k t ； 损 失 率 2 0 ％； 贫 化 率 1 0％ ～ 1 5％ 。 3 结束语 累托石矿种的应用开发， 前景广阔， 但累托石 矿的开采方法还有较长的路要走。在复杂的开采 技术条件下， 要解决直立软矿体小断面巷道 的凿 岩； 软岩直立条件下的出矿 ； 减少辅助作业和辅料 消耗 ； 控制软 围岩条件的贫化 ； 以及控制地压， 防 地表水渗漏而恶化采场条件。因此， 该矿采矿方 法的研究应考虑的因素也很多。 Av a i l a b l e mi nn g me t h o d s f o r r e c t o r i t e d e p o s i t i n Z h o n g x i a n g Ya n g z h a CHEN Ke j u n J i n x i a n g P h o s p h a t e Ch e mic a l I n d u s t r y Co mp a n y ， Z h o n g x i a n g Hu b e i 4 3 1 9 1 0 ， Ch i n a Ab s t r a c t B a s e d o n p r o p e r t i e s o f r e c t o r i t e a n d g e l o lg i c a l c o n d i t i o n o f t h e d e p o s i t ， s e v e r a l a v a i la b le mi n i n g me t h o d s a r e p u t f o r wa r d Ke y wo r ds r e c t o r l t e ； mi n i n g me t h o d u n d e r mi n i n g 上接 2 6页 [ 4 ] 周维垣 ． 高等岩石力学 ． 北 京 中国水利电力出版社 ． 1 9 9 0 ． [ 5 ] 王思敬， 杨志法， 刘竹 华． 地下工 程岩体 稳定性分 析 ． 北 京 科学 出版社． 1 9 8 4 ． [ 6 ] 李夕兵， 冯涛． 岩石地下建筑工程 ． 长沙 中南工业大学 出版 社． 2 0 0 0 ． Ba c k a n a l y s i s o n s t a b i l i t y o f s u r r o u nd i n g r o c k o f c a v e HA O Z h e ‘ 。 WA N Mi n g f u 2 。 L I U B i n 3 1 ． S c h o o l o f A r c h i t e c t u r a l E n g i n e e r i n g ， S h e n y a n g Un i v e r s i t y， She ny a n g I ． a o ni n g 1 1 0 00 4， Chi n a； 2．Li a o ni n g Pr o v i n c i a l 3 2 Co mmu ni c a t i o n Sur v e y a nd De s i g n I n s t i t u t e ， Sh e n y a ng l i a o n i ng 1 1 0 005， Chi na； 3． S c ho o l o f Re ． o u r c e a n d Ci v i l Eng i ne e r i ng ，No r t h e a s t e r n Uni v e mi t y， Shg ny a n g Li a o n i ng 1 1 000 4， Ch i n a Ab s t r a c t B y me a s u r e d d a t a o f s u r r o u n d i n g r o c k o f c r u s h e r c a v e i n J i a n s h a n I r o n Mi n e ， Us i n g s u i t a b l e t h e o r e t i c a l a n d p r a c t ic a l f o r mu l a s ， o n t h e ts i s o f s i mp l i f i e d g eo me t r y a n d me c h a n i c s mod e s ， t h e b a c k a n a l y s is o f p h y s i c s a n d me c h a n i c s i n d e x e s o f s u r r o u n d i n g r o c k wa s c o ． d u c t e d， t h e s t r e d i s t r i b u t i o n r u l e o f s u r r o u n d i n g r oc k wa s g i v e n ， a n d s t a b i l i t y wa s a n a ly z e d ． Ke y wo r ds c a v e ； s u r r o u n d i n g r ock b a c k a n a ly s i s 维普资讯