金属矿山地下开采方法选择及其影响因素探讨_郭滕飞(1).doc

-36- 科技论坛 金属矿山地下开采方法选择及其影响因素探讨 郭滕飞 1 宋丙剑 2 1、新疆有色地质勘查局地质704队,新疆哈密8390002、武警黄金第三支队,黑龙江哈尔滨150069 近年来,国内外地下金属矿山采矿工艺技术均沿着高效率、高回采率和机械化的方向发展[1],采场生产能力和劳动生产率有了较大的提 高,损失、 贫化指标大幅度降低,为选择合理的采矿方法,确定合理的工艺流程程,阐述了近几年来我国金属矿山采矿技术方法及影响采矿方法选择的主要因素。 1常用采矿方法 采矿方法是指如何安全、经济地采出矿块、矿房或矿柱内矿石的方法,包括矿块的采准切割、回采、采空区处理等工作。 根据矿石回采过程中采场管理方法的不同,金属、非金属的地下采矿方法大致分为以下几类 1.1空场采矿法。其特点是回采过程中,采空区主要暂留或永久残留的矿柱进行支撑,采空区始终是空着的,一般在矿石与围岩很稳固时采用。根据矿块或矿壁的结构不同与回采作 业的特点,空场采矿法可分为全面采矿法、 房柱采矿法、阶段矿房采矿法等。 1.2崩落采矿法。是以崩落围岩来实现地压管理的采矿方法,即随着崩落矿石,强制或自然崩落围岩充填采空区,以控制和管理地压,其特点是随着矿石采出,有计划地用崩落矿体的覆盖岩层和上下盘岩石来充填采空区,及时控制采空区地压和处理采空区,一般在矿体 围岩不稳固、 地表允许陷落的条件下采用。主要包括单层崩落法、 分层崩落法、分段崩落法、阶段崩落法。 1.3留矿采矿法。将采下的大部分矿石暂留矿房内,工人站在矿石堆上作业,主要用于开采围岩和矿石都稳固的急倾斜薄及中厚矿体,其特点是在回采过程中,采空区内暂时存留部分采下来的矿石,借以配合矿柱支承采空区,一 般在矿石较稳固,且不易氧化、 粘结和自燃,矿体围岩中等稳固的条件下采用。 1.4充填采矿法。是随着回采工作面的推进,用充填料对采空区进行充填的采矿方法。其特点是在回采时,采空区依靠充填其内的充填料、支柱或充填料与支柱相配合形成的人工支承体支承采空区。主要用于开采矿石价值高、要 求回收率高、 充填料材方便、地表不允许陷落和特殊复杂地质条件下的矿体。 统计数据看,铁矿地下开采仍以崩落采矿法为主,有色及黄金矿山地下开采仍以空场采矿法和充填采矿法为主[2]。 2采矿方法和技术影响因素 合理选择采矿方法是指能针对地质条件,加强对开采工作的安全管理,减少人身伤亡事故。要选择合理的采矿方法,确定合理的工艺流程,必须针对具体的矿体规模、价值和赋存条件及状况来进行进行研究,系统掌握开采的技术条件[3]。 2.1工程地质条件和矿岩物理力学性质工程地质条件和矿岩物理力学性质的综合反映是矿岩体的稳定性。它是直接影响采场构成要素和地压管理的重要因素,对确定采矿方法和采矿工艺起着重要的作用。 工程地质条件包括岩体结构、岩性分布、破碎带、 断层、节理、裂隙分布及其状况、地下水状况等。岩石的物理力学性质包矿容重、空隙度、声波传播速度、单轴和三轴抗压强度、抗拉强 度、 抗剪强度、弹性模量、泊松比、法向刚度、强度条件破坏准则等。 2.2地应力状态 地应力是引起采矿岩体和地下采矿结构变形和破坏的根本作用力。只有掌握了具体工程区域的地应力条件,才能合理确定矿山总体分布,选取适当的采矿方法,确定巷道和采场的最 佳断面形状、 断面尺寸、开挖步骤、支护形式、支护结构参数、 支护时间等,从而在保证围岩稳定性的前提下,最大限度的增加矿石产量,提高矿山经济效益。如根据弹性力学理论,巷道和采场的最佳形状主要由周边应力集中现象,它们最理想的断面形状是椭圆,而这个椭圆在水平和垂直方向的两个半轴的长度之比应与断面水平应力和垂直应力之比等。在此条件下,巷道和采场周边处于均匀等压力状态,这是一种最稳定 的受力状态。同样, 在确定巷道和采场走向时,也应该考虑地应力状态最理想的走向是最大的 主应力方向相平行。 当然,实际工程中的采场和巷道走向和断面形状还要综合考虑工程需要、经济性和其他条件来决定。 2.3矿体的种类和质量 金属矿主要分为三大类,一是以铁矿为代表的黑色金属矿,二是以铝、铜铅、锌、镍为代表的有色金属矿,三是以金、银为代表的贵金属矿 和铀矿。铁矿由于价值低, 一般只能露天开采,即使由于埋藏深需要地下开采,也只能利用崩落法或空场法。若用胶结充填法去开采铁矿,则回采和充填成本比矿石本身价值可能还高,这 在经济上是行不通的。 相反,在有色金属矿山和贵重金属矿山,则大量用充填法,只有这样才能保证矿石损失率和贫化率,这是因为有色矿和贵重金属矿的价值远大于充填成本。当然,还要看矿石的质量,一是品位高低,二是杂质数量,选冶难易程度。 2.4矿体赋存环境及状况 矿体赋存环境条件主要是指矿体与围岩接 触情况、 围岩稳定性状态以及埋藏深度。矿体埋藏深度与矿体赋存条件的关系很大,一般情况下,随着埋藏深度的增加,矿体和 围岩会变得越来越破碎,稳定性越来越差。 加上深部地应力增加,温度升高,通风和工作面条件的恶化,提升成本大幅度增加。这些都对深部开采设计的地压控制、通风降温和降低生产成本等方面提出特殊要求。 矿体赋存状况包括矿体的倾向和厚度。不 同倾向矿体的开采方法和采场布置是不同的。如对于极薄和薄矿脉,选择采矿方法要特别注意矿石的变化。对于中厚以上矿体,所选择的采矿方法要有利于提高开采强度和采场生产能 力,有利于机械化作业。矿体厚度不同, 采场布置方式也不同。一般来说, 对于薄矿脉,采场只能沿走向布置,而对于厚矿体,采场应该垂直走向布置。因为最大应力一般是垂直走向的,因而采场垂直走向布置,就使采场长轴方向和的最大应力方向一致,从而有利于采场稳定。 2.5开采技术条件及经济指标2.5.1开采技术条件第一,环境条件,如地表是否允许塌陷,若允许可以选择崩落法,若不允许可以选择空场 法或充填采矿方法。 第二、技术设备和材料供应情况。开采技术设备条件和材料供应情况必然直接制约采矿方法的各个过程,影响采矿工艺过程的实施,影响采矿设计优化目标的实现。因此开采设计中必须根据实际的技术装备条件和材料供应情况作出合理可行的开采设计方案。第三、技术管理水平条件。现有的技术管理水平能否达到采矿方法所要求的技术管理水平,对能否达到采矿方法所规定目标关系极大。如对于中小型矿山、地方矿山采矿方法应力求技术简单,工人易掌握的,管理方便的采矿方法。实践证实要搞好一个矿山,一靠技术,二靠管理, 二者缺一不可。 迅速提高矿山技术管理水平,已成为实现矿山设计优化的关键环节。 2.5.2经济指标 开采技术经济指标包括采场生产能力,工 人或设备劳动生产率,矿石损失率、 贫化率、采切比,主要材料消耗和矿石成本。不同的技术经济指标要求将决定采用不同的开采方法和开采工艺。 参考文献 [1]周爱民.我国金属矿采矿技术主要成就与评价[J].采矿技术,2001,12. [2]秦豫辉, 田朝晖,我国地下矿山开采技术综述及展望[J].采矿技术2008,82.[3]邱振华,浅谈影响采矿方法选择和设计优化 的主要因素[J].大宝山科技, 2006,2.作者简介郭滕飞1971,男,汉族,新疆伊梨人,1992年毕业于新疆煤炭专科学校采矿专业,助理工程师,现从事采矿技术管理工作。 摘要介绍了我国金属矿床地下开采技术方法,并从矿体规模、价值和赋存条件及状况来进行进行研究,系统掌握开采的技术条件 关键词金属矿山;采矿方法;开采技术;发展趋势