地下开采技术新进展(II).pdf

地下开采技术新进展II 第六图书馆 金属矿 地下矿 开采技术 采矿 技术发展世界采矿快报王坚 乔雨不详1994第六图书馆 第六图书馆 饨 笨 黉 ， 孝 7 ， 毒 敬 一 ／ 地下开采技术新进展 Ⅱ 装 载 与运 输 露天矿用设备用于地下矿可提高成本效 益。 在西澳大利亚州的奥拉斑达矿， B e I I 设备 公司的 B 4 0 型铰接式 自卸汽车用于从 并下 工作面向矿石堆场运送矿石 ， 运距在 1 ． 5 ～ 2 k m 之间， 道路坡度 1 O ～1 4 。这种汽车 在南非的露天矿得到普遍使用。现在 B 4 0 型 汽车月运行 小时数约为 3 2 0 3 5 0 h ， 车 队总 的运矿能力达到每月 4 0 0 0 。井下运输巷道 高 5 1n 、 宽 5 。 2 m， 路面为破碎压实的废石路 面。从地面通 向井下各工作面的通道为一平 硐和斜井。这样 B e ll 公司的汽车可直接驶达 工作面。 在许多情况下， 普通汽车不能用于井下， 这时可采用推卸车箱。这种车箱可用于采空 区充填、 巷道掘进和其它高度有限的空间内 以及普通 汽车不便运行的场合 中的运输作 业 。 提供最 新的推卸 式车箱的制造公 司是 T a mr k公司， 该公司推出一种新的推卸式 车箱 ， 以替代 T o r o 4 0 D绞接式汽车的自卸式 标准车箱。 其推卸机构由两个运动部件构成 ； 一 块由三个两级 r二 液压油缸启动的推板和 一 块在卸载时能放下起防护后轴和轮胎作用 的后门。推板能沿车箱全长推卸， 可在 3 0 秒 内将 1 6 m 的载荷卸完 。T o r o 4 0 D汽车采用 一 台 3 3 5 k w 的水冷式 C a t 3 4 0 8 P C WA型涡 轮增压和后冷预燃柴油机， 通过一 C l a r k变 矩器驱动一大功率 8 档 C la r k变速器。还设 计了锁 I 系统 ， 可提供最大速度。 Wa g n e r 采矿 与建筑公 司的最新式 s T ～ 7 ． 5 z型柴油铲运机在芒特艾萨矿得 到成功 8 释 确 应 用 。虽然此铲 运机 外形 尺 寸 比标 准的 ． 6 m 。 铲运机稍大， 但其铲斗铲装能力却达 6 ． 1 m 在 6 8 周 的运行时间内， S T 一 7 ． 5 Z铲 运机的小时平均装运量达 2 1 0 t ， 几乎为原有 设备的两倍 该机的 Z形连杆机构设计为在 向汽车装载时提供了最大的装 载净空， 且保 留了可 在高度最小的空 间内卸斗 的优点。 Wa g n e r 管式 S t r o n g b a c k 铲斗的寿命 比普 通铲斗的要长。集中润滑方式有助于降低维 修费用， 肽大减少了停车时问。 此机的安全 性 和 可 靠 性 也通 过 弹 簧 加 压 液 力 释 闸 S AH R 的使用得以提高。 操作室防噪音 ， 装有全空调系统， 且拥有易于操作的控制系 统和视野良好的车窗。s T 一 7 ． 5 z 铲运机装备 新式 D e t r o it D ie s e l 带有 电控喷油 系统的 6 O 系列柴油机， 但也可选用其它类型的柴油机。 T a mr o c k公司已对其 5 0 0系列铲运机作 了大量的改造， 改造后的新设备命名为 T o r o 5 0 1 D、 5 0 1 D L和 5 0 1 E， 大多数的改造是应用 户要求进行的。改造后的铲运机铲斗的铲装 力增大到 1 4 0 0 0 k g ， 铲斗规格介于 4 ． 3 m ～ 7 ． 5 m 之间。 其它的改进还有 ； 改进了机架的 设计以提高其强度、 采用耐高温的标准液压 软管和耐高温绝缘材料制成的电缆。通过采 用易于更换的带中空管销钉的钢轴套、 带多 个插头接线器专用电气配线系统、 新式停车 制动器和单操纵杆的铲斗及斗臂控制系统 ， 也使设备的使用性能、 维修和安全性能得以 改进 遥控铲运机已使用了数年并解决了一些 采矿问题 。 在装载时， 操作者站在安全位跫上 对铲运机进行遥控， 然后登机将其开往堆卸 场。I n c 0 矿山研究所已将两种技术结合在一 起， 实现了装载垒过程的遥控 其中一项技术 L 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 是采用光学跟踪系统， 使装载机跟随反光带 行走。另一种则是采用覆盖整个矿 山的高波 段无线电网络传送来 自装载机上摄影机的视 频信号 ， 并将控制命令传送给装载机。 I n c o公 司应用第一项技术 已有多年 ， 但就是近期的 新发展才使包括 I n c o在内的多家公司声称 在采矿安全性方面获得突破 陛进展 。 在 I n c o公司下属 的北铜崖镍 矿的地 面 控制站 ． 一操 作员可控制井下两个水平的两 台铲运机， 在铲运机机载彩色摄像机的引导 下． 操作员使第一台铲运机装满 ， 再选择 自动 导向控制项， 使铲运机跟随一反光带通道行 至矿石堆场。当第一台铲运机在向目的地行 驶途中时 ， 操作员接通第二台铲运机的视频 监控器， 开始第二次同样的装载 。 此过程涉及 的技术的基础是依借无线电阿络保持对设备 的控制 ， 此 无线电网络可处理设备与操作员 之间传输的数据和视频信号。这项技术的应 用可使矿工从井下工作面转移到更安全和方 便的场所工作。 瑞典也开展了对遥控铲运机应用的评估 工作 ， 自 1 9 9 0年 以来 ， 一台 MA N G H H L F 遥控铲运机样机 咋辛 克格 吕万锌矿试运 行 其工作原理与上述遥控铲运机的十分相 似 ， 铲运机沿巷遭顶板上的漆线行走 ， 装载作 业 由_监控装置控制。随着对遥控系统的工 作原理的了解和设备可靠性的甘趋稳定 ， 铲 运机的遥控功能将得 以改善， 自动控制系统 和尢线电系统的故障引起的停机时问不超过 总停机时间的 2 0 ％。 地压控制 日前， 不管是凿岩爆破还是连续采矿 ， 顶 板支护功能的机械化及后来的 自动化被认为 是高效硬岩采矿工艺的一顶重大进展 ， 在美 国密执安州的白松矿和科罗拉多州的享德森 矿所获得的这方面的实践经验表明， 机械化 锚杆安装有以下优点 锚杆安装迅速准确 ； 顶板锚杆支护人员 暴露于危险工作面下的可能性减少、 安全性 增加 ； 在较高的和难以到达的支护区， 一个工 人即可完成锚杆支护工作， 锚杆安装参数可 精确控制 ； 快速锚枰支护可保证生产率和经 济效益的提高。 白 松 铜 矿 的 锚 杆 安 装 能 力 为 每 年 S 0 0 0 0 0 根。 该矿采用房柱法开采的层状矿体 的结构和地质力学特性要求采用大量的锚杆 支护和专用锚杆安装设备 。原先该矿设计开 采深度为 2 1 0 m， 但在接近此深度时 ， 机械化 岩体支护技术使深度下延到 3 0 0 m， 且由于锚 杆技术经济效益的改善， 使该矿的开采深度 可达 8 1 b m。 树脂锚杆采用直径 1 9 ． 0 5 ra m A S T M 4 0 号钢材制作的 6 号钢筋 ， 但 目前正在寻求采 用 6 0 号钢制作的 5 号钢筋或其它的替代品， 以降低钢筋的消耗量 。 白松矿使用 1 1 台S e e o m a P l u t o n锚杆支护台车 ， 其中 5台标准的 P l u t o n 1 7型 台车， 3台 P l u t o n 2 6型、 3台 P o u t o n 3 0 型 。锚 杆孔的钻凿通 常只需 1 分 钟 ， 灌入树脂只需 3 5秒， 锚杆插入时间不到 3 5 秒。 然后旋转钻机使锚杆搅动两种组分的 树脂 ， 使其充分混合。 整个锚杆安装过程刚好 2 分钟。该矿每工班平均可安装 7 5 根锚杆， 而到目前为止的最高纪录为 1 6 7 根 1 9 9 2年 ， 享 德森矿安 装了 5 0 0 0 0根锚 杆， 其中半数以上为树脂锚杆 ， 其余为 1 5 m 长的缝管式锚杆。1 9 9 3 年安装数量大致相 同， 只是所用树脂锚杆仅 占了 2 0 ～3 0 。 现在树脂锚杆仅用于那些极不稳固岩层的支 护和二次支护 。该矿使用的 D u P o n t 树脂囊 已标准化 ， 可有效地用于水平孔和垂直孔中。 该矿使用 1 7台 P l u t o n台车 ， 分 为缝管锚杆 支护车和树脂锚杆及缝管锚杆两用支护车两 种。该矿在应用 N o r me t S p r a y me c 喷射混凝 土支护巷道方面也获得成功 。该矿还计划在 支护台车上安装遥控装置以提高作业安全 性 。 e 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 环境保护 5 0 多年来 ， 采矿工业从井下柴油设备的 使用中受益匪浅 ， 主要表现在提高生产率和 改善安全性方面 这类设备的使用 日益广泛。 但柴油机排出的尾气 中所含的氧化碳、 二 氧化氮和细小颗粒对井 下环境造成严重污 染 矿山采用多种方法来减少柴油机尾气排 放 目前在地下矿 ， 通过采用几项技术， 使柴 油机满足尾气排放标准。这些手段最基本的 有采用合理的通风、 优良的维修、 燃油能充分 燃烧的柴油机和优质柴油。 尾气后处理装置， 如消尘稀释器、 催化转换器和高温壁流式颗 粒过滤器或捕集器可进一步减少柴油机尾气 排放。 最近在降低尾气排放方面的进展包括 电子控制直喷式柴油机的应用 ； 改 良柴油配 方或清洁柴油 ， 降低柴油中硫化物和芳香烃 的含量； 易处理过滤器的使用。 根据霍姆斯特克矿的实践经验 ， 可采取 的预防措施有 所有柴油机均安装催化转换 器} 采用低硫燃 油 含硫量 0 ． 1 2 ； 按柴油 机额定功率每 k W 设计的风流量为 0 ． 0 7 m。 ／ s e c 进行通风 ； 铲运机司机佩戴带有有机挥发 酸过摅器和尘雾过滤垫的半截防护面罩 霍 斯特克矿称， 柴油设备机械化使该矿降低了 生产成本、 增加了矿石储量。 E n g e l h a v d公司注重改善尾气排放条件。 该公司解决了其生产的 自洁式捕集器的温度 限制问题 D P x柴油机尾气颗粒捕槊器装有 新型电力再生元件 这种再生装置可将捕集 到的尾气中的颗粒燃烧干净 充填作为采矿方法中的一部分用于地压 控制 鉴于 目前对环境问题的关注和环保法 规的 日趋严厉 ， “ 全尾砂充填技术 作为一种 处理废料经济有效的方 法正 引起 人们的关 注。此充填法可最大限度地减少地表堆积的 1 0 尾砂， 从废料处理的观点来看是最理想的一 种方法 ， 这一方法在南非的金矿、 德国和美国 的矿山， 已得到广泛应用， 然而， 在加拿大的 矿 山中， 还未得以普及。 垒尾砂充填的优点可概括为几点 减少 地表废料处理量， 减少环境敏感间题； 提高矿 柱回收率 ； 与普通的水力充填相 比能降低贫 化率， 并能大大减少胶结剂用量。 全尾砂充填的缺点有 需要专门投资； 泵 送尾砂费用高， 对管理和操作人员的索质要 求高} 与非充填的工艺相比较， 其胶结剂开支 大 } 充填体含水的威胁较大{ 胶结剂在酸性尾 砂中受到的影响尚不清楚。 奥地利的布莱贝格矿在 1 9 9 0 年当地表 尾矿库满容后即引进高浓度尾砂充填技术， 对采矿方法进行了相应的改变。 1 9 9 0 年连续 充填了 1 0 0 0 m。 的采空区。 1 9 9 1 年和 1 9 9 2 年 往井下采空区泵送了 1 9 0 0 0 0 m。 的 尾砂， 并 取得减少管道磨损的实践经验 安全与卫生 最近几年， 地下矿最常见的事故是 由冒 顶和采用人工撬毛所引起的。T e l e d y n e C M 公司生产的 D s 一 3 2 型移动式撬毛样机具有 以下特点 通过对设备和撬杆加载量的控制 ， 撬杆／ 碎 石器可迅速 排除松石 ； 在复杂岩层 中， 液压杆可采用与岩层条件相适应的冲击 能和频率进行作业} 覆兽的作业面积比普通 撬毛机大 5 0 ， 从而节省了架立设备的时间 并缩短撬毛作业周期； 外形尺寸小且坚固耐 用， 增大了其实用性并延长了使用寿命。 对于爆炸引起硫化物粉尘的爆炸问题 ， 有报道指出， 对于大多数非铝敏矿用炸药来 说， 爆炸温度似乎是尘爆的关键因素。 因此在 硫化矿矿山选用炸药时， 爆炸温度是主要考 虑的条件。乳化炸药由于其爆炸温度低和理 想的起爆性能不失为一种最安全的炸药。它 不会引爆粉尘中活性颗粒。铝敏炸药或高爆 能炸药的氧平衡较低． 爆炸时产生的可燃烧 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 { { ／ 对矿 山火灾原因的调查发现 ， 地下金属 矿山中高达 2 0 的火灾事故是由于可燃物 的自燃造成的。 引起 自燃的原因很多， 如风流 和含氧量的变化。 尤其在已封闭的闲置井巷， 风流和空气含氧量的变化使矿石和木材发生 氧化， 导致温度升高。 铁的硫化物 ， 尤其是磁黄铁矿的 自发氧 化会构成严重危害， 因为其氧化速度 比铜和 镍的硫化物快十倍。 在自燃的发展过程中， 矿山通风起了重 要作用。 如果通风量充足， 自燃产生的热量可 以被风流带走 ， 因而， 温度不会升高 。另方 面， 如果风流停滞， 空气 中的氧可能很快耗 尽， 从而阻止可燃物的继续氧化。 许多甚至大 多数矿 山的通风条件通常处于这两种极端情 况之间， 值得注意的是空气向密闭区泄漏是 ； }发 自燃的关键因素。 通风系统的改变也可能引起 自燃。高温 硫化矿山在通风系统作了重大改变后常常导 致采空区发生内因火灾。其原因是被废弃的 采空区空气泄漏量发生变化。留在采空区的 通常采用两种方法监测矿 山温升现象。第一 种是 由有经验的人员定期检查， 凭嗅觉感知 异常现象或观察雾气凝结或工人因热发汗的 情况。第二种方法是井下空气采样分析 。 在敞露处发生的火灾其迹象有发热 、 发 光、 发 出火焰、 起火时发出气味和燃烧烟雾 等。 然而， 在隐蔽处发生的火灾只能根据燃烧 气体和局部升温情况探测。国际矿业界似乎 都普遍认为。 为了可靠和尽早发出火灾警报， 应该连续监测燃烧产物 ， 如一氧化碳 c 0 、 二氧化碳 c o z ， 烟雾和超微粒子等。 火灾传感器的正确布设没有现成的规律 可循。 为了能正确确定报警条件， 火灾探测器 的安放应使两个或多个探测器同时探测到火 灾的发生， 从而区分真假警报。 必须注意的是 、柴油设备尾气也含有燃烧产物中的微粒和一 氧化碳。 但是， 只要柴油设备不是长时间停留 于火灾探测器的下面， 则发动机燃烧产物浓 度太低， 不足以触发报警器。 安装于地下矿山的可靠的火灾探测或火 灾早期报警系统应该满足如下条件 1 必须 气体会引起尘爆 这类炸药可能引起尘爆的 使用量比非铝敏炸药的使用量要少得多。因 此在硫化矿地下开采作业中应避免使用铝敏 炸药和高爆能炸药。 尽管采矿技术不断进步， 但矿山事故仍 频繁发生。故矿山需配备一有效的专门救护 队， 根据一些国家的采矿法规 ， 在人数超过 7 5人的矿 山要配备一支救护队。 所有矿山无 论规模大小 ， 均需设置 紧急救援机构或拟定 救援计划以应付意外事故的发生。供应新鲜 空气的设施必须齐备 邻近矿山之间最好达 成有关相互援助的协议。每一个矿工都须佩 戴自救器。 地下矿山的通讯白“ 漏泄馈线’ 无线 电网 络的引入以来得到很大的改善。此系统的采 用加强了安全监测工作 ， 其监测范围不断扩 大。 1 9 8 7 年以来北美已安装了6 O 套“ 漏泄馈 线” 无线电系统。 其主要供应商为英国的隧道 无线电公司和加拿大的电气设备公司。 WME1 0 - - 0 3 9 7 王坚乔雨 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆