长锚索支护与回采工艺改革.pdf
⋯⋯~~ 采矿 ‘ . ’ . “ 7 一 予 弓 / 长 锚索 支护 与回采 工艺改 革 本 刊编辑 部 癣忠 据薹 {本文论述了长锚索支护的应用对粟场结构.圆幕方案的影响,重点介绍了某些矿山在采用长精索加 固以寿将分层充填怯或其它方挂改用空场法事后充填 对提高回采工作安垒.碱少茧化和降低成本 【觋为提高 r山产量和劳动生 产率 .改善经济散盐等情况扩大空塌 法 事后充填 应 用范围妁实际例子. 长 锚索 支护是 近2 O 年 以来 发展 起来 的矿 山 岩 体加 固技术 它 是一种 在岩体开 始移动 前, 实 行 “ 预加 固 的支护方 法。采 用这种岩层 加 固方 法 ,可 以在采场 甚至在某 些破碎 的 岩层条 件下实现机械化,改善回采作业的安垒性和经 济教 益。 它可 以把方 框 支架充填 法改 为工作 面 不 支护 的水平分层 充填法 霍姆斯特 克 Ho m c s t a ke 盎矿,把 工作面不 支护 的分 层充 填法 改 用 VCR 法 或分 段空场采矿 法,也可 以把 原 有采 用崩 落方 法开采 的矿 山改 用矿 房 空 场 回 采 ,矿 拄 用大 量崩落 的方 法。 过 去,在不 稳周 的岩层 中开采, 必须 用水 平 分屡充 填法或 崩藩法开采 。这两 种方 法,用 于开采不 稳固矿 岩时, 安全与 贫化损失 或 劳动 生 产率等均存 在 一定 问题。现 在 ,用长锚索加 固岩体后 , 允许采 用空场 法 事后 充填 进行 同采 } 在 稳固的矿 岩中 ,也可使 原用空场 法回采 的矿 块尺寸加大,减少掘进量或为降低贫化损失创 造 条件。 目前 ,长锚索 支护 在我 国某些矿 山已 开 始赶 用 ,对 采场结构 和回采方 案均 产生 着影 响 , 也取 得 了一 定 的经 济效益 ,在理 沦与实践 中建 立 了一定 的基 础,但 一般 均限于 在水 平分 层 充 填法采 场 中应 用于 “ 预加 固 顶扳 在 中 厚 以上 的空场 法 事 后充 填矿 山中也有 个别 矿 山 试验 应 用 。 有 色矿 山一 1 9 鹊 . 6 长锚 索应 用于 空场法 事 后充填 拥 嗣 和 稳 定矿 俸 上下盘 ,尽管某 些学者 ”“, J 对 其 普遍性和 经济效 益问题仍 存在一定 疑虑, 但在 国外 的不 少矿 山中 已取得 了很 大进展 ,改 用锚 索 支护空 场法 包括 CR法 的部 分矿 山 如 表 】 所 示 。本文就 锚索 支护空场 法舶 实际 应 用 和回采 改善状况 进行介绍 。 一 , 分段 空场法 取代 水平分层充填法 用长 锚索 支护 的这 娄方 法 ,在 芬 兰、加 拿 大 、澳 太利 亚等 国家较 普遍。如 1 .芒 特艾萨矿铅 锌带 “ 澳大利亚芒特艾萨矿原采用分层充填接的 铅锌 矿带系 该矿北 部 Ra c e c o u r s e 地 区 的下 部 矿 带 ,矿 体 太部赋 存 于 Ur g n h a n t变质 岩 内, 由1 O 多条 成梯队形 排列 的平行矿 脉所 组成 ,矿 体 一般厚 3 I 5 m,走 向长 3 0 0 9 0 0 m不 等 , 倾 角 6 0 6 5 。 , 各平行脉 间距 一般 l O 5 0 m之 间 图 1。 该区 的页岩层 比较软 弱 ,层 面之 间易离甚,回采期间,各弥之闻的应力条停很 复杂 ,过 去采 用 分层充 填 法开采时 ,生 产能力 和劳 动生 产率相对 较低 ,也不 够 安全。 1 9 7 3 年 以后, 引进 了长锚索 支护按术, 开 l』 一 维普资讯 一 2 有 色 矿 -- 1 9 8 9 , 6 瓣 j皇 珥 童 束 辞 膏 譬 ■ 阱 靖 硌 ■ 毒 鼯 势 管 . 翁 耋 霎 重 - 譬-N -N 劈-Ni 盟 ’ 圊 薯 ; 替 蓥 同 喜 量 固 谇 嚣 i 量 羔 誉 i 翟 目 言 宝 。 。 。 。 ; N- n 。 。 浔 - v 各 暑 暑 甚 曼 v 菩 g 宣 嘉 菩 昌 盅 著 晶 g 。 薯 暑 昌 i i 碗 ’ ;; 霎 、 , 、 誊 嚣 ,’ 誊誊 巍 q 揖 舛 銎 喜 墓 鐾,’ 薹 警垂一 警 i量 警 鋈 ’ 警 i 连 疑 礴 爵 斟 斟 斟 ; 寿 酱 辣 ’ 赢 畚 苫 ‘ } 京 0 ; ● 是 . 氟 醋 昌 磷 斟 斟 强 越 寨 嚣 京 京 赢 畚 耄 薯 ; 蒋 搬 1斟 淘 森 ;赢 三 畚 赢 害 差 甜 噼 嚣 科 盏 嚣 斟 醇 害 喜 ’ 嚣 离 {拉 霞 、 l噼 睁 葛 窀 牮 , 1 斟 ; i ; ; ; ; i 尊 膂 巴 u 益 。 辟时 骝附掉{ 击 J 旨 蓥.龟;撼 斟署. 维普资讯 围 l 芒 特艾 萨矿 体翻面 圈 始 在分层充填法采场中 预加固”支护顶顿. 1 9 7 6 年 ,开 始在矿脒水平 宽 度较 大 ,岩 石力 学 条 件相对 比较稳 定 的7 、8 ’ 矿脒 中试 验应 用长 锚索 支护顶板 上盘 的分段空 场法事后 充填 进行 回采,应 用初期 , 冒落仍很 严重 ,贫损很 大 ,不 能令人 满意。通 过8 O 年 代初期 ,对应 用 此法开 采的 1 0 余 个采 场 的岩石力 学和 应 用情 况 进行 调查研究 ,对 上盘 页岩 用长锚索 支护的机 理 及层状 页岩 冒落 的实践状 况进行 分析蓝 对此 作 了模 拟研究。进 一步试 验证 明,在长锚 索 内 加设锚头监把支护系统设计成允许有一定 离层 的结构 据 页岩离 层特 点 及过去 1 O 个采场 冒落 情 况 的分析 。在实践 中获得 了成 功韭改善 了 经 济效 益 见图2 。 目前, 芒特艾 萨用空场法事 后充填 回采铅 锌 矿体 的矿石 产置 已 占全部年 产铅锌矿石 量 3 4 0 万t 的e O 以上,今后还将试验应用到更 薄一 些 5 1 0 m的深部1 4 ’矿 体 中去 ,将尽 可能的替代水平分屠充填法。 2 .科塔拉 蒂矿 K o t a l a Mi “ 该矿位于芬兰中部 的奥皮欧城以南4 O Km 处 ,- 1 9 5 9 年接产,1 9 8 0 年实际矿石 产量约4 6 有 邑 山一 l 9 8 0 . 6 冒2芒特艾萨 平行朦镏 奢 支妒圈 万 t . 科塔 拉蒂矿 是 一个矿石 品位 低 K i 0 . 6 N 0 . 6 ,Cu O . 2 % ,走 向长度 短 1 0 0 2 0 0 m ,延伸 大 1 0 0 0 余 m 。 中厚 以上 j ~ 3 0 m 的急 颇斜扁 头状矿 体。 该矿矿 岩坚 硬, 但 节理 裂 隙发 育 ,RQD值 为 3 0 6 0 ,裂 脯 中还 充填有绿泥石和滑石 。 岩石力学的潮试表 明, 随 着开 采 深度 的增 加,应力 值呈 正比 上升,在开 采深达 4 0 0 6 0 0 m以上蹦 ,垂直于 矿体 的水 平 方 向主应力 为4 0 MPa ,沿矿体走 向方 向应力 为 2 0 MPa 。有限 元计算 可知,在 空场 端 部 开 采 期 问出现 的压应力 值达 3 0 0 MPa ,此时 ,剪 切 应 力超 过 3 S MPa ,实 际开 采采场 围岩 极 易 片 落, 贫损很大 ,安 全性 差 根 据奥托 昆 普过 去 的经验 , 开 采裂艨 发 育, RQD 值小丽不 稳 固的矿体, 一般均 采 用 水 平 分层充 填法 回采 ,但 这种方 法 的目罘 费 甩比分 段空 场法高 7 . 5 美元 / t,贫化 率虽 司 降 慨 约 l 0 但在 科塔 拉蒂 矿石品位不 高的具体条 件下 , 采 用充填法 开采是不 经济 的。 救次 定乘 用长精 索加 固两盘 围岩 的分 段空 场 法开采 ,如图 3. 长锚 索加 固后 , 回采 的实际 贫化率 约1 8 , 比原有不 加固时减 少将近 一倍.每 吨矿石 的加 一 3一 维普资讯 囝0科 拉蒂分 段空 场法 固成本 比不 加固时 增加0 . 5 ~3 . 5 美 元.实际 的 开 采成 本反较水 平分层充 填法低 ,安全条件 也 得 到改善。 实践证明,在科塔拉蒂矿的开采技术条件 下 ,锚索 支护空场法 事后 充填 给矿 山带 来了盈 剥 。 又如加拿 大桦树 矿 Bi r c h Tr e e1 0 8 ’ 矿 体t ‘ , 是 一个矿 岩 稳固 ,厚 3 1 5 m的急倾斜 裢化矿弱 , 该矿在1 9 7 2 年以前, 一直采 用水平 分 唐充填 法 开采,生 产能力只有 1 5 0 t / d ,现 改 用锚索 支护 的分 段空 场法事后充填 回采, 1 9 7 6 年 詹,产虽达到 8 0 0 L / a 。同时 , 由于采 用了 废 石 事后 充填 ,充 填成 本节约2 1 3 6 美分 / t 约 占充填成本的3 0 ~5 O %。回采成本仅为原充 填 法韵3 6 % ,顶柱 的回采成 本亦为 原 计划 用下 向充填法 拘2 7 . 5 。 二、VC R法替代水 平 分层 充填法 采用此种方法的矿 山,矿岩条件相对比较 簸毳 .过 去, 绝太部分 是应用 上 向水平分层 充 填 法 的矿 山。 由于矿岩 欠稳, 易片落而不 够安 全 增太贫化掼失 ,生 产效率下 降, 成 本增 高 。 在 长锚 索 支护 技术和 VCR法工艺 发展 以 后 , 国 外不少中厚以上的急倾斜矿山都改用 了 VC R 法开采 , 国内也开 始有了试验 虚 用, 铡 举如下。 .量姆膏 祷 克l金矿 此 金矿 是北 美地 区也是 美国最大 的一个坑 内金矿 山, 目前 ,年 产矿石 最I 5 余万 t ,年 产 黄 金 约 9 t 。 该矿地 层受 前寒武纪 强烈折 皱,构造 比较 发育, 岩层阈存 在离层脱 落现象 ,不稳 国 .矿 区面积 镄大,但单 个矿 体均 系 长不 过 如0余 Ⅲ 的小矿 体 , 厚度 一般5 ~ 2 0 余米 , 倾鸯 0 ~ 0 。 . 1 9 7 8 年 以前,霍姆 ; 昕榜克垒矿 一直采 用传 统 的水平分 层充填 洼 爵 矿法和方框 支柱法开 采 。但是 ,高成 本, 低效 率,安全 性差古 匀 现 实 , 迫 使该矿寻求种 开采 技 术 。根据矿 山实际开采技术条件,在1 9 7 9 年开 始,引进了 长锚 索 支护 的 、 r CR采 矿法。 耳前 ,用该法 生 产的矿石 最 ,巳占总 产l晟的5 0 %以 上, 已回果 了5 O 余个采场 ,采 出矿 石 量4 0 0 余万 t 。该 法已 成功 ∞用于开采 1 . 3 5万 t 左右 的小栗 场 宽约 5 m, 用电耙 出矿。 此 金矿 改 用的 CR开 采法, 总的是成 功 的,但 也有 少量 采场 的回采不 够 理想 ,主 要是 上 盘片 落仍较严 重,贫损 较大 该矿的经 验认 为围 岩稳固性 包括 支护 无把 握时 ,栗 场长 度不 应超 过 3 O re; 上盘锚索 要与 岩层 垂直 ,长 锚 索支护 琨室尽可 能避免布 置在矿体 的上盘 . 该矿施 工长锚索 目翦 仍 甩人工 支护 ,平均 人班 效率 7 m,成 本1 7 . 8 ~1 8 . 2 6 美元 1 . 3 7 美 元/ O 。 用该法VCR生 产后 的 劳动生产 率 比 水 平分 层 充 填 法 高 很 多 3 0 . 5t / 人 班l 1 3 . 2 t / 人 一 班 。开采 成本 3 2 . 9 5 美元/ t , 贫化 率 2 1 均较 分段崩 落 法低。过 去,霍 姆斯特 克金矿年 需 用5 0 ~8 D 个分 屡充填 法采场 生 产 的矿石量 ,现 在只需 l 2 ~1 5 个 V R 翠 场 就 可 以 了。 矿 山工程 师 J . C. Ha p t o n s t a g 认 为 这 种 方涪 虽贫化仍 然太 些,但如 果没有 CR法 砸 有 色矿 山一 l 9 姻 . 6 维普资讯 长锚索 支护,霍姆 斯特克生 产将无 法维持,就 不 会有 今天.CR采场布 置 见 图 4。 圈4 ’ - } 特竟 V CR 采矿方 法 2 . 安德 蠢 潮 An d e r s o i l L a k e 铅锌矿 [ “ 加拿大曼 尼托 巴省的安德 森湖矿 ,矿体赋 存 在高度变质的 Ami s k火山岩内,是一个 走 向长度短1 1 5 m, 延伸大 1 2 0 0 m , 宽 5 ~ 1 0 m,倾角6 0 6 5 。 的扁头 状矿 体.除 上 部 矿体裂隙 发育 外, 其余地 段一般 较稳 固。 该矿于 1 9 6 8 年建设,1 9 7 0年投产,能 力 7 0 0 t / d ,先后采 用过空 场法 间柱 暂不 回采, 空 区 暂不 处理 和水平分层充 填法 。I 9 8 0 年 以 后 , } 矗著 采空 区面积 的增大 和回采 向深韶发展 , 地压 逐渐增加 。大量 豹空区需 要充填 ,导致充 填料不足,正常回采采充不能平衡,进一步加 剧了地 压 的活 动,开 采不能 正常进行 ,贫化损 失 增加 。 由 于地压 活动 ,无法采 用一般 婚空场 珐, 决定 试 用长 锚索 支护的 VCR法 回栗. 目 前 , 该 法产量 巳占全 矿 总产曩 的6 1 , r 运渐 取 代 分 层充填 法。 采 用 VCR法事后充 填 以后 ,产嚣 与劳 动 生 产率均较 分层 充填 洼高 , 比深 孔空场 法 略低 . 考虑 劐贫化 的降低 ,最终效果是 最好 的,其 回 采栗场布 置 见图 5。 0 .垒J H 矿 嚣 金 I f ] -矿 区地 质构造 复杂 ,广泛发 育 着各 种软羁 嫱构面 .如断层 、破 碎带 等,矿 岩不稳 捆 . 实际 生 产中,东 部 2‘ 矿体 相对比较 稳 定. 有 屯矿 山一 1 9 e 9 . 6 襁 B盘 埘l矿 区V CR涪试 验 鬻 场 一 5一 维普资讯 试验栗场宽6 m, 长为矿体厚 平均3 8 m , 上下盘最大暴露面积3 0 0 余 mt 。根据矿岩条件 和 爆破震 动特 点 以及同采时暂 留矿石 的情况, 决定只对栗场上盘的上半郭岩体进行加固,如 图 8. 实践证 弭,从 长锚索 安装至充 填结 束止 , 历 时两 个半月,经 过 8次圈采爆破 的震 动,锚 固范围内束发生片落,效果 良好,采矿 鬯成本 8 8 . 8 4元/ t ,比 上向水 平分岳 法 降低 1 9 . 2 %。 长 谨索共8 孔 ,每 孔 担负面积约 2 5 r a 2 ,每 米乳的或术约 3 5 元,折合回栗每吨矿石 蔽 本 0. 1 3 8 元 . 三、其 它方法改用 护顶空 场法 事后充填 有些矿 山r过去栗 用无支护 空场 法 或崩落 法遐栗。 由于围 岩片 落 或贫化较大 ,总 的经济 效 益不 够 理想而 改 用长锚 索护顶空场 法 事后 充填 . 龆芬 兰皮海 萨米p y h a s a l mi 铡 锌 矿 ‘” ,宽 5 5 0 m , 倾角 4 5 9 0 。 ,走 向 长6 5 0 m,矿石 一般 较坚硬 ,但囤岩受 热液蚀 变 后 , 比较软 弱. 该矿 在 4 0 O m水 平以 上开采 时 ,采 用 r各种崩落 涪和留矿j 击,由于 大量 片帮, 引 圈7 皮 海萨 米锚蜜 麦护 采矿法 一 6 一 起矿石贫化,不能令人满意,现改用长锚索支 护 的分段空场 洼事后充 填 图 7 获 得成 功 . 该矿在大 量采用锚 索支护 实践 中进 一步认 识到 ,普通 锚索 只能适应 于 中等应 力 的块状 岩 石 。在 高应 力 医,它能 推迟 冒落,但不 能防 止 逐渐发展 的矿房片 落现象 。进 一步 发 展 应 用 “ 刺猾 式 和 “ 曼 陀林”式 的锚 同方法 f ” , 它 能为矿 房壁提供挠 性的预 加固支 护,能 使在 岩石条 件差的情 况下使 用空 场 l珐而贫 化率和成 本 均适 合要求 。 1 9 8 6 和1 9 8 7 年 ,皮 海萨米 的矿石 产量 虽从 过击的 i 0 0 万t / a 下降到 9 2 万t / 8 ,但矿石贫化 率则 从过去 的s o %左右 降低到 I 。 和 7 ,从 而增 加 了相 当多 的收 1 9 8 7 年 的开采成 本又 比 1 9 8 6 年下 降了1 O % 。 又如瑞 典试 验矿 山卢奥 萨 瓦拉 Lu o s a a v a r a a 铁矿 。 “ 原 采 用无底 柱分 段 崩 落 法开 采,后 试验应 用长锚索 加 固顶板 的大 孔开 采 技术 矿房 用 VCR法 或大 孔空场 法 回 采 , 矿 柱用大量 崩落法 。试 验 三年 中的实践认为 这 种方法在类 似 该矿 的条 件下 是有成 效 的. 再如 瑞典的 马尔姆贝里 耶 Ma l mb e r g e t 铁矿 的孤立小矿体在矿岩不稿 目 的 情 况 下,采 用无底 柱分段 崩 落法 ,不 经济 ’而 改 用 锚索护 顶空场法 后, 很好 的解 决 了此一矛盾 , 韭推广应 用于 该矿其 它较大型 的类似 矿体 估 计储 量约3 5 0 万t . 四 、小 结 国外 的实 践证 明,长 锚索 支护 的空场 法. 其应 用和发展是 比较 广泛 和迅 速的,特别是 在 矿 岩较不 稳 固或 中稳 以上的 厚大有 色金属 矿体 中应 用, 取得 了很大效 果。 在 国内, 目前投有 少数矿 山试验应 用,对 萁实践效果尚缺乏系统的了解,应很好的结合 国内技术和管 理状况 ,很好 研究 和解决 某些磐 要 的按术问 题,如长 锚索性 质 与岩体结 构特性 有 色矿 山一 1 98 9 . 6 维普资讯 的关 系 }长锚索 结构应 用及 其施工 安装技术 ’ 长 锚索施工 安装 成 本及 其与 回采 改善状 况 贫 化损 失指标等 关系 的经济效果 以及某 些设 计 施 工准 则,技木 操作规 程等等 问 题. 同时 ,寻 找 台 适 的试 验 矿 山 。 目前看来 ,应首 先剥那些 已其备 长锚索 支 护 经 验,矿体 厚犬 条 较合近 的充填 法矿 山进 行 探 索和作 进 一步试 验研究是 很有必要 的. 起 步得 好将有乖 j 于在 国内的推广应 用. 参考文献 t 州 l 荣囊 l 利亚 “ 大矿开求经验”t盲色矿山 , t g s 年 目 月 . 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[ 3 0 [ 英] J . 查 粤 克 “ 机槭化瞄家安装 ” 国外叠匿 矿采 矿 l 目 8 B 年 7 月 . 上接第3 7 页 个价 格 .半 自磨 具有 吸 引力,超 过这个 价 格, 常规磨 矿回 瞎更 加经济 。 外 观 强化现 代磨 矿技 术的发 展方 向 .看 来 犬 体上是 围绕着提 高磨矿综 合经济效 益和 降低 选矿生 产 费用这个总 的方 向发展 的 , 笔 者认 为 , 有 色矿 山一 l 9 8 9 . 6 就 是明显 的朝蟹 磨 矿技术 的 “ 三提高 、 三 降低 的方 向发展 印。提 高磨 矿效 率 、提高摩机 生 产能力 、提 高闺路磨矿 的分级 筛分藏 率, 以及降低磨矿能耗 、降低磨机钢耗 、降低 膏 选矿 生 产费 用。 参 考文献 膏 一 t ~ 维普资讯