缓倾斜中厚矿体采矿方法现状及发展趋势.pdf

S e ri e s N o ． 3 7 8 De c e mb e r 2 0 0 7 金 属 矿 山 METAL MI NE 总 第3 7 8 期 2 0 0 7 年第 1 2期 缓倾斜 中厚矿体采矿方法现状及发展趋势术 尹升华吴爱祥 北京科技大学 摘要缓倾斜『 l l 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， 低投入、 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。 关键词缓倾斜 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 Ge n t l y I n c l i n e d Me d i u m- T h i c k Or e b o di e s a nd Th e i r De v e l o pme n t Tr e n d Yi n Sh e n g h u a W u Ai 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 咖 Ab s t r a c t T h e mi n i n g o f g e n tl 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 i s a wo r l d wi d e t e c h n i c a l c h a l l e n g e ．T h e s t a t u e q u o of t h e mi n i n g of 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 i n f o r e i g n c o u n t ri e s i s p r e s e n t e d ．As f o r e i g n mi n e s g e n e r a l l y h a v e l a r g e d e p o s i t s w i t h h i g 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 mi c p o w e r a n d t e c h n i c a l c a p a c i t y，r o o m p i H a r fi l l i n g me t h o d s a r e ma i n l y u s e d t h e r e ．A s C h i n a h a s a c o mp a r a t i v e l y we a k e c o n o mi c a n d t e c h n i c 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 i c a l b a s i s f o r t h e e q u i p me n t i n t r o d u c t i o n a n d a p p l i c a t i 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 me t h o d i s ma i n l y u s e d i n mi n i n g g e n t l y d i p p i n g me 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 riz e d b y b a c k w a r d e q u i p me n t ，l o w i n p u t ，l o w e f fi c i e n c y a n d h i g h d i l u t i o n a n d l o s s ．Th e d e v e l o p me n t t r e n d o f t h e mi n i n g me t h o d f o r g e n t l y d i p p i n g me d i u m t h i c k Or e b o d i e s i s f o r e c a s t e d ． Ke y wo r d s Ge n t l e i n c l i n a t i o n，Me d i u m t h i c k O r e b o d i e s ，Mi n i n g me t h o d ，De v e l o p me n t t r e n d 缓倾斜 中厚矿体是指倾角 5 。 ～ 3 0 。 、 厚度为 4～ 1 5 Ill 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、 钼、 锑等。此外， 锰矿、 粘土矿、 硫铁 矿 、 钒矿资源中也有相当的比例 J 。 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 ； 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 l ％ ， 另外采用充填 法的 占2 3 ％； 其余的主要用爆力运矿采矿法_ 3 J 。 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 l 5 。～ 4 0 。 ， 平均 2 8 。 ， 厚度 1～1 2 n l ， 平 均 3 ． 5～ 4 i n 。矿石和围岩稳 固， f1 2～1 4， 采用分 段房柱采矿法 ， 如图 1所示 J 。 采 区长 1 8 0 in， 分段平巷宽 6 ． 5～ 7 ． 5 in 取决于 国家 自然科学基金项 目 编号 5 0 3 2 5 4 1 5， 5 Q 5 7 4 0 9 9 ， 5 0 6 2 1 0 6 3 。 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 9 6 信箱。 维普资讯 尹升华等 缓倾斜 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分段房枉 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 r rl 。各分段平巷用一条 坡度 1 0 。 、 断面2 0 r r l 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。凿 岩使用 C B Y一 2 M型双机 台车 ， 孔深 2 ． 2 m， 用铵油 炸药爆破。矿石用 兀～8型铲运机运往放矿溜井 ， 平均运距 8 0 ～ 1 0 0 m， 台班效率 2 6 0 t 。矿块平均产 量为 1 4 5 t ／ 班， 千吨采准 比为 1 2 m ／ 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 。 l l l I u l ] ／ ≥ 图 2对 角式 运 输 斜 巷 房 枉 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 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 。～2 2 。 ， 厚 4～6 ． 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。 I 2 6 ∞c I＼＼ l 7{ i ． 1 5 R 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～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； 8一J a n o 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 91 2 m， 倾角 3 0 。 ～ 5 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 9～1 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～ 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 l 2～1 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 ， 几乎垂直崩入底部堑沟 ， 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 抛绳枪拄滑轮 。 矿块沿走 向布置， 并划分为盘 区开采。盘 区布置 2 ～ 3个矿房 。盘区长 6 0～1 0 0 m， 阶段斜长 4 0～6 0 m， 阶段高度一般为 1 5～ 3 0 m。矿房宽 8～ 2 0 m， 矿 ． 1 1 维普资讯 总第3 7 8期 金 酝 辞 2 0 0 7年第 1 2期 房间柱宽3 ～ 8 m， 顶底柱高3～ 6 m 。 5 。 ／ 图 4穆富利拉铜矿“ 瀑布式” 分段空场法 l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 2～3 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～ 1 5 m， 矿柱宽 5 ～ 8 m， 底柱高 6 7 m， 顶 柱高 3～ 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 。 ～ 4 0 。 ， 矿体厚度为 1 0 ～ 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 f6～8 ； 顶板 围 岩为大理岩与燧石岩 ， 较稳 固 f5～8 ； 底板 围 岩闪长岩和石英岩， 不稳固 f3～ 4 。矿石体重 3 ． 5 t ／ m ， 自然安息角 3 8 。 。 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 ． 图5 电耙堑沟分段空场嗣后充填采矿法 l一阶段运输平巷 ； 2一人行联 络道 ； 3一凿 岩上山 ； 4一溜 井 ； 5一电耙联络道； 6一电耙硐室 ； 7一上盘脉外平巷； 8一 人 通 风井； 9一充填钻孔 ； 1 0一切割平 巷 ； l 1 一受矿堑 沟； l 2 一 充填体； l 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 0～4 0 m， 平均 2 7 m， 倾 角变化比较稳定 ， 一般 1 5 。 ～ 2 0 。 ， 最大 3 0 。 ， 平均 2 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 。 倾角1 0 。～3 0 。 倾 角 3 0 。 图 6 分段空场法示意 l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 。 ～ 4 3 。 ， 平均 3 7 。 ， 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 。 。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 ％。 厂 ～ ． 维普资讯 尹升华等 缓倾斜 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。 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 苍道 ； 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 低投入 、 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； 上接第 9页 『 1 3 1 张建华， 石海林德兴铜矿两源排土场高台阶排士稳定性研 究 [ J ] ．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 [ J ] ．金属 矿 I I I ， 2 0 0 4 6 5 0 - 5 2 ． 『 l 5 ] 王义达 ， 伟， 袁怀雨 ．矿 山经营参 数整体 动态优 化系统 的研究[ J ] ．金属矿山 ， 2 0 0 3 1 0 1 0 - 1 5 ． [ 1 6 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 [ J ] ．东北大学学报 ， 2 0 0 4， 2 5 1 3 2 4 ． 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 大盘区无问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 [ 1 ] 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 [ 2 ] 阳雨平 ， 吴爱 祥 浅 析 国内缓 倾斜 叶 l 厚矿体 回采 现状及进展 [ J ] 黄金， 2 0 0 2 ， 2 3 1 1 4 - 1 7 [ 3 ] 潘 K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 [ 4 ] 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 ． [ 5 ] 胡际平．国外缓倾抖 } 1 厚矿体采矿方法的新发展 [ J ] 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