援倾科中厚矿体采矿方法现状众发展趋势.pdf

S e r i e s No . 3 7 8 De c e mb e r 2 0 0 7 金属矿山 ME T AL MI NE 总第3 7 8 期 2 0 0 7 年第1 2 期 援倾科中厚矿体采矿方法现状众发展趋势’ 尹升华 吴爱 祥 北京科技大学 摘要 缓倾斜中 厚矿体的开采是一个世界采矿技术难题。 对国外缓倾斜中厚矿体开采现状进行了介绍， 国 外矿山由于矿床规模大， 矿石价值较高， 拥有较强的经济实力和技术力量， 主要采用房柱法和充填法; 我国的经济 和技术基础较薄弱， 缺少引进设备的资金和应用的技术基础， 因此在缓倾斜矿体开采中， 以房柱法和空场法为主， 装备水平较落后， 低投人、 低效率、 高贫 损。 对缓倾斜中厚矿体采矿方法发展趋势进行了 分析。 关键词缓倾抖中厚矿体采矿方法发展趋势 S t a t u s Q u o o f Mi n i n g Me t h o d s f o r G e n t l y I n c l i n e d Me d i u m - T h i c k O r e b o d i e s a n d T h e i r D e v e l o p m e n t T r e n d Y i n S h e n g h u a Wu A i x i a n g U n i v e r s i t y o f S c ie n c e a n d T e c h n o l o g y B e ij i n g A b s t r a ct T h e m i n i n g o f g e n t l y i n c l i n e d m e d i u m - t h i c k o r e b o d i e s i t a w o r l d - w i d e t e c h n i c a l c h a ll e n g e . T h e s ta t u e q u o o f t h e m i n i n g o f g e n t l y i n c l i n e d m e d i u m - t h i c k o r e b o d i e s i n f o r e i g n c o un t ne s i sp r e s e n t e d . A s f o r e i g n m i n e s g e n e r a l l y h a v e la r g e d e p o s i t s w i t h h ig h v a l u e o r e s , a n d p o s s e s s s t r o n g e c o n o m i c p o w e r a n d t e c h n ic a l c a p a c ity , r o o m - p i ll a r - f i l l i n g m e t h o d s a r e m a i n l y u s e d th e r e . A s C h in a h a s a c o m p a r a t i v e l y w e a k e c o n o m ic a n d t e c h n ic a l b a s i s , a n d l a c k s t h e f u n d a n d t e c h n ic a l b a s i s f o r t h e e q u ip m e n t i n t r o d u c ti o n a n d a p p l ic a ti o n . T h e r e f o r e , r o o m - p i l l a r - o p e n s t o p e m e t h o d i s m a i n ly u s e d i n m i n i n g g e n t ly d i p p i n g m e d i u m - t h i c k o r e b o d i e s , w h i c h i s c h a r a c t e r i z e d b y b a c k w a r d e q u i p m e n t , l o w in p u t , l o w e ffi c ie n c y a n d h ig h d i l u t io n a n d l o s s . T h e d e v e l o p m e n t t r e n d o f t h e m i n i n g m e t h o d f o r g e n tl y d ip p i n g m e d iu m - t h i c k O r e b o d i e s i s f o r e c a s t e d . K e y w o r d s G e n t l e i n c l i n a t i o n , M e d i u m - t h i c k O r e b o d i e s , M i n i n g m e t h o d , D e v e l o p m e n t t r e n d 缓倾斜中厚矿体是指倾角5 “ 一 3 0 0 、 厚度为4 - 巧m的 矿体， 这类矿体在我国占 有相当的比 例。在 已探明的1 0 5 亿t 磷矿资源中， 该类矿占8 6 ， 在铁 矿储量中占1 8 ， 有色金属占5 - 9 ， 以铜为主， 其次是铅、 锌、 钥、 锑等。此外， 锰矿、 粘土矿、 硫铁 矿、 钒矿资源中 也有相当的比 例[ ’ 】 。 由于该类矿体倾角缓， 崩落矿石不能借助自 重 在 底部 完全放出， 需采 用机械运搬或人工扒运〔 2 几 采场空顶较高， 顶板管理困难， 给生产带来重大安全 隐患; 又因矿体中厚， 如开掘底盘出矿漏斗， 采切比 大， 岩石巷道工程量多， 影响矿石成本; 此外， 该类矿 体的矿岩稳固性、 矿石价值、 矿体尺寸和倾角大小， 直接关系生产安全性、 开采强度、 生产成本、 生产效 率以及矿石的贫损指标及采准工程量大小。 据对国内缓倾斜中厚矿体矿山的统计， 房柱采 矿法占5 0 ， 底盘漏斗采矿法占3 5 ， 其余的主要 为分层充填法和电耙留 矿法。 而国外这类矿体则主 1 0 要采用房柱法， 其比例达6 1 ， 另外采用充填法的 占2 3 ; 其 余的 主 要 用 爆力运矿 采矿 法[ ’ ] 。 1 国外缓倾斜中厚矿体开采现状 2 0 世纪7 0 年代以来， 随着无轨自 行设备、 振动 设备、 皮带运输技术的推广以及支护和充填技术的 不断发展， 国外缓倾斜中厚矿体的地下采矿方法也 取得了较大进展。 1 . 1 分段房柱采矿法 前苏联维什涅夫山矿开采伟晶花岗岩金属矿 床， 矿体倾角1 5 “ 一 4 0 0 ， 平均2 8 0 ， 厚度1 一 1 2 m ， 平 均3 . 5 - 4 m 。 矿石和围 岩稳固， .f 二 1 2 -- 1 4 ， 采用分 段房柱 采矿 法， 如图1 所 示[ 4 1 0 采区长1 8 0 m ， 分段平巷宽6 . 5 - 7 . 5 m 取决于 *国 家自 然 科 学基 金 项目 编号 5 0 3 2 5 4 1 5 , 5 0 5 7 4 0 9 9 , 5 0 6 2 1 0 6 3 e 尹升华 1 9 8 1 一 ， 男， 北京科技大学土木与环境工程学院， 博士 研究 生， 1 0 0 0 8 3 北京市海淀区学院路北京科技大学3 信箱。 万方数据 尹升华等 缓倾抖中厚矿体采矿方法现状及发展趋势 2 0 0 7 年第1 2 期 图1 分段房柱采矿法 1 一 运输平巷; 2 一 斜坡道; 3 一 溜矿井; 4 一 通风平巷;5一 凿岩台车;; 6 一 铲运机;7一 矿柱 矿体倾角与厚度 ， 顶柱宽3 m 。 各分段平巷用一条 坡度1 0 0 、 断面2 0 扩的 脉内 斜坡道联络。 斜坡道旁 边有2 个放矿溜井。上下分段平巷掘完以后， 回采 部分顶柱， 使留下的矿柱沿走向的长度为4 8 m o凿 岩使用C B Y一 2 M型双机台车， 孔深2 . 2 m， 用钱油 炸药爆破。矿石用 n一 8型铲运机运往放矿溜井， 平均运距8 0 一 1 0 0 m ， 台班效率2 6 0 t 。矿块平均产 量为1 4 5 “ 班， 千吨采准比 为1 2 m 3 / k t ， 工作面工效 为4 1 . 1 t/ 人 班 ， 矿石损失率为1 2 ， 贫化率为 1 1 . 8 。 1 . 2 对角式运输斜巷房柱采矿法 根据自 行设备的爬坡能力， 在采矿场内布置相 应的伪倾斜运输巷道 即对角式斜巷或斜坡道 。 采矿工作面沿走向方向推进， 采下的矿石用汽车或 铲运机通过斜巷运到主运输水平， 从而扩大了房柱 法的适应范围。前苏联的米尔盖利姆赛依铅矿和西 德瓦耳韦尔瓦特铁矿均使用了该方法。采矿方法如 图2所示。 直或倾斜的条带， 依次回采， 不留间柱 或仅留薄矿 壁 ， 逐条充填。 利用矿体的自 然坡度， 水砂充填料 能密实接顶。由于采用非胶结充填， 采矿成本较低， 矿石损失少。 西德派勒铁矿矿体倾角1 0 “ 一 2 2 0 ， 厚4 一 6 . 5 m ， 平均6 m 。顶盘是稳固的石灰岩， 底盘是板岩。 原先用上向水平分层水砂充填法开采， 由于凿岩、 爆 破和出 矿等作业不能同时进行， 效率低， 作业线长。 后来改用图3 所示的垂直分条充填采矿法， 取得了 显著成效。 5/7 图2 对角式运输斜巷房柱采矿法 1 一 沿脉运输平巷; 2 一 底盘运输平巷; 3 一 溜井; 4 一 对角式运输斜巷;; 5 一 通风平巷; 6 一 矿房 1 . 3 垂直分条密实充填采矿法 分条密实充填法是根据尾砂滤干后能维持相当 陡的坡面这一现象， 把中厚以下缓倾斜矿体分成垂 图3 垂直分条密实充填采矿法 1 一 凿岩巷道; 2 一 充填体;3一 护壁矿柱; 4 一 凿岩巷道; 5 一 矿房;6一 矿柱;7一 梯段工作面; 8 - J a n 。 炮孔 1 . 4 “ 瀑布式” 分段空场法 赞比亚穆富利拉铜矿矿体顶板为泥质石英岩， 底板为碎砂岩， 矿体平均厚度为9 一 1 2 m ， 倾角3 0 0 一 5 0 0 ， 矿石平均含铜3 . 1 8 。采用“ 瀑布式” 采矿 法 如图4 。在每个中段划分为9 一 1 2 m的分段， 每个分段有两条分段平巷， 一条为出矿平巷， 一条为 堑沟拉底平巷， 出矿平巷每隔1 2 一 1 5 m用出矿横巷 连通。第一步先采矿房， 从矿房边缘的切割槽后退 式回采。在上下分段平巷内潜孔钻机分别钻凿扇形 炮孔， 崩下的矿石从下分段的出矿横巷和出矿平巷 运出。当矿房回 采到接近上分段的出矿横巷时， 第 二步回 采矿柱。 爆破一段长约1 2 一 1 5 m的顶柱， 以 第一步采空的矿房为自由面， 依次分排爆破， 矿石借 助爆力作用， 几乎垂直崩人底部堑沟， 矿石由铲运机 从装矿横巷中运出。 2 国内缓倾斜中厚矿体开采现状 2 . 1 预切顶中深孔房柱法 该方法一般采用脉内采准， 浅孔超前切顶， 扇形 中 深孔落矿， 锚杆护顶， 电耙出矿 抛绳枪挂滑轮 。 矿块沿走向布置， 并划分为盘区开采。盘区布置2 一 3 个矿房。盘区长6 0一 1 0 0 m， 阶段斜长4 0 一 6 0 m ， 阶段高度一般为1 5 一 3 0 m 。矿房宽8 一 2 0 m ， 矿 1 J 万方数据 总第3 7 8 期2 0 0 7年第1 2 期 房间柱宽3 一 8 m ， 顶底柱高3 一 6 m o 图4 穆富利拉铜矿“ 瀑布式” 分段空场法 1 一 凿岩 / 出矿平巷;2一 堑沟拉底平巷;3一 三角矿柱 回 采从切割上山开始， 先用浅孔在矿体上部进 行切顶， 切顶高度为2 一 3 m ， 切顶揭露后的顶板用 锚杆支护。采用预切顶的方法， 预先锚固顶板， 安全 性较好。同时， 通过预切顶， 便于适应矿体顶板形态 的变化， 减小采矿贫化损失。 其缺点是， 在矿石品位 变化较大的情况下， 不便进行分采。 2 . 2 浅孔落矿胶结矿柱房柱法 目 前， 普通房柱法的突出缺点是遗留矿柱很难 及时回收， 矿柱损失较大， 可达4 0 以上， 且大量的 空区给后续生产带来很大的隐患。为此， 高品位的 矿山多采用两步骤开采、 嗣后充填的房柱采矿法。 该方案采用盘区连续开采。盘区沿走向布置， 长3 0 - 6 0 m 。 盘区内 沿走向 划分为矿房和矿柱， 矿 房宽1 0 一 1 5 m ， 矿柱宽5 一 8 m ， 底柱高6 一 7 m ， 顶 柱高3 一 6 m 。当采场斜长较大时， 则沿倾向划分为 两个分段进行回采。回采顺序是先采矿柱， 矿柱采 空区胶结充填后， 再回采矿房。矿柱采用胶结充填， 矿房则采用分级尾砂充填。 2 . 3 电 耙堑沟分段空场法 铜山铜矿矿体倾角为2 0 0 - 4 0 0 ， 矿体厚度为1 0 一 2 0 m ， 平均1 5 m 。矿体倾斜方向的厚度、 倾角及 形状较稳定。 矿体稳固性中等 f二 6 一 8 ; 顶板围 岩为大理岩与隧石岩， 较稳固 f5一8 ; 底板围 岩闪长岩和石英岩， 不稳固了 3 一 4 。矿石体重 3 . 5 1/ m 3 ， 自 然安息角3 8 0 o 矿山采用电耙堑沟分段空场嗣后充填采矿 法[’ 〕 。 该 方案 垂 直 矿体 走向 划分矿 房， 先 采矿 房两 侧矿柱。回采时， 每次爆破沿上山逐渐形成沿倾向 的堑沟， 该堑沟为集矿、 耙矿巷道。 采矿法方案如图 1 2 图5 电耙堑沟分段空场嗣后充填采矿法 1 一 阶段运输平巷;2一 人行联络道; 3 一 凿岩上山; 4一 溜 井; S 一 电耙联络道;6一 电耙俐室; 7 一 上盘脉外平巷;; 8 - 人行通风井; 9一 充填钻孔; 1 0一切割平巷; 1 1 一受矿堑 沟; 1 2 一 充填体; 1 3 一 炮孔; 1 4 一 分层凿岩上山 2 . 4 分段空场法 龙桥铁矿矿体厚度为2 0 一 4 0 m ， 平均2 7 m ， 倾 角变化比 较稳定， 一般 1 5 0 - 2 0 0 ， 最大3 0 0 ， 平均2 0 0 左右。采矿方法为分段空场法， 如图6 。回采凿岩 设备为中深孔凿岩台车， 出矿设备为中型铲运机。 受凿岩设备的限制， 空场下采矿时采用的底部结构 形式为平底堑沟式底部结构。受到运输系统最优化 限制， 矿石溜井最低高度为1 2 m . 倾角3 0 0倾角1 0 0一 3 0 倾角3 0 0 图6 分段空场法示意 1 一 阶段运输巷道;2一 矿石溜井; 3 一 分段凿岩巷道;4一 分段出矿巷 2 . 5 阶段矿房法 新浦磷矿矿体倾斜角为3 5 0 - 4 3 0 ， 平均3 7 0 ， 平 均厚度为1 5 m ， 最大厚度为2 2 m ， 矿石的自 然安息 角平均5 5 0 。采矿方法采用阶段矿房法 如图7 ， 矿 块沿走向 布置， 矿块结构为 矿房宽2 1 m ， 间 柱7 m , 垂直顶柱6 m ， 中段高度为4 0 m 。 最初采用底盘漏 斗的底部 结构， 由于矿房的平均回收率只有6 5 . 万方数据 尹升华等 缓倾抖中厚矿体采矿方法现状及发展趋势2 0 0 7 年第1 2 期 后改用堑沟放矿的底部结构， 大大地提高了矿石的 回收率。 使矿房的回 收率平均达到了8 5 以 上。 5 充分利用矿体坡度和爆破能量。 4 缓倾斜中厚矿体开采发展趋势 国内外在开采缓倾斜矿体方面的共同发展趋势 主要是 研究和采用高效率、 高回收率的采矿方法和 工艺; 研制和使用无轨化、 液压化、 自动化程度高的 无轨自 行采掘设备来提高采矿效率， 变革采矿工艺; 与科学的管理方法相结合， 形成一个优化的矿山生 产系统， 大幅度提高矿山 综合生产能力， 改善企业的 总体效益。缓倾斜中厚矿体开采的发展趋势是 1 无轨设备的进一步普及、 提高和成套化应 用; 2 进一步发展组合式采矿方案， 实现优势方 案的互补; 3 大盘区无间柱连续强化开采技术; 4 振动输送技术; 5 原地 或就地 浸出、 废弃物回填的无废开 采技术; 6 爆力运搬及深孔崩矿技术。 参考文献 龚浩源. 缓倾斜中厚矿体开采新方案【 J ] . 世界采矿快报， 2 0 0 0 , 1 6 8 2 5 7 - 2 5 9 . 阳雨平， 昊爱祥. 浅析国内缓倾斜中厚矿体回采现状及进展 [ J ] . 黄金， 2 0 0 2 , 2 3 1 1 4 - 1 7 . 潘长甲. 关于缓倾斜厚大矿体采矿方法的探讨〔 J ] . 金属矿 山， 2 0 0 1 4 1 9 - 2 1 . 黄胜生 国内外缓倾斜中厚矿体采矿方法现状{ J ] . 矿业研究 与开发， 2 0 0 1 , 2 1 4 2 1 - 2 4 . 胡际平. 国外缓倾抖中厚矿体采矿方法的新发展【 J ] . 化工矿 山技术， 1 9 8 9 , 1 8 l 7 - 1 0 . 孙宏生. 浅孔采矿方法在缓倾斜中厚矿体中的应用【 J ] . 金属 矿1 1 1 , 2 0 0 6 9 2 9 - 3 3 . 薛奕忠. 电耙堑沟分段空场采矿法在铜山铜矿的研究与应用 [ J ] . 黄金， 2 0 0 5 , 2 6 9 3 2 - 3 4 . 收稿日 期2 0 0 7 - 1 0 - 2 0 ，..Jfll ‘.二2 尸，LrweL ，..J，..J 1曰4 r.Lr..L ﹃..J，lesJ﹁‘JJ 尸J67 r..Jr..J尸..L 图7 堑沟放矿电耙出矿阶段矿房法 1 一 运输平巷; 2 一 电耙巷道;; 3 一 凿岩平巷; 4 一 切割天井;; 5 一 凿岩 3 国内外采矿方法评述 纵观国内矿山， 由于我国的经济和技术基础较 薄弱， 缺少引进设备的资金和应用的技术基础; 我国 的缓倾斜矿体除价值较低的磷矿外， 其规模普遍偏 低， 不具备使用大型设备的条件; 此外我国老矿山较 多， 除经济原因外， 改变传统的积极性不高。因此， 体现在缓倾斜矿体开采中， 主要有以下特点 1 装备水平较落后; 2 房柱法和空场法为主; 3 低投人、 低效率、 高贫损; 4 无轨成套设备也开始在缓倾斜矿体开采中 应用。 国 外投入开采的 矿山， 其矿床规模一般都较大， 矿石价值较高， 开采方法大都拥有较强的经济实力 和技术力量， 因此矿山的特点有 1 以房柱法为主; 2 充填采矿法也占 有较高的比 例; 3 矿山 普遍重视矿山岩石力学研究和数值模 拟技术， 其采场结构参数、 支护方式也更为科学合 理; 4 以 采掘设备为主导决定采矿方法。如对角 式采矿法等为应用无轨设备而设计的采矿方法; . 叫 卜. 州 卜“ 州 卜“ 刊 卜 . 州 卜. 州 卜. 州 卜睁 州 卜 . 州 卜 一 叫 卜. 州 卜. 州 卜 州 卜“ 州 卜. 创 卜目 刊 卜 一 州 卜. 问 卜 一 州 卜“ 叫 卜. 州 卜. 州 卜. 州 卜. 州 卜 侧 卜 州 卜. 州 卜. 侧 卜冲 一 十一 叫 卜门 喇 卜. 州 卜一 叫 卜. 州 卜. 州 卜一 刊 卜目 州 卜“ 州 卜“ 叫 卜. 刁一十种 叫 卜. 州 卜 叫 卜 一 司 卜. 李维群， 沙成满， 付建飞， 孙豁然， 陈庆凯. 铁矿探测E H一 4 的 分析与 应用【 i l . 金属矿山， 2 0 0 6 7 4 8 - 5 0 . 陆秋琴. 矿井通风系统模拟软件包【 l .中国铝业， 2 0 0 1 , 2 5 5 3 5 - 3 8 . 吴现， 王京刚， 毛益平， 等. 荷电水雾振弦栅除尘技术机理 研究[ 1 l . 金 属矿L L I , 2 0 0 4 8 5 9 -6 2 . 鲍侠杰. 丰山 铜矿矿井通风优化技术研究〔 i l . 湖南有色金 属， 2 0 0 4 , 2 0 6 1 - 3 . 收稿日 期 2 0 0 7 - 0 9 - 2 8 1 3 网[ls] l920 上接第9 页 [ 1 3 」 张建华， 石海林. 德兴铜矿西源排土场高台阶排土稳定性研 究「 i l . 金属 矿山， 2 0 0 3 2 2 4 - 2 7 - [ 1 4 ] 徐克创， 钟 铁. 姑山矿矿区生态建设规划的探讨【 i l . 金属 矿山， 2 0 0 4 6 5 0 - 5 2 . 〔 巧」 王义达， 周 伟， 袁怀雨. 矿山经营参数整体动态优化系统 的研究[ i l . 金属矿山， 2 0 0 3 1 0 1 0 - 1 5 . [ 1 6 1 卢才武， 李延峰， 陈永峰等. 计算机技术在地下中深孔设计 中 的 应用「 1 1 . 东 北大 学 学 报， 2 0 0 4 , 2 5 l 3 2 - 3 4 . 万方数据