河流水体下石灰石矿床的露天开采}本住.pdf

河流水体 下石灰 石矿床 的露 天开采 } l 本住友金属矿业株式会社八户石灰石矿 1． 引 言 八 户石 灰石矿 1 9 7 3年 投 产 ，当 时主要 开采炼 铁用及 生 产水 泥用 的石灰石 。以后 ， 自 1 9 8 0 年开 始生产 碎石 ，1 9 8 5 年 度的 实际产 量 约达 4 5 0 万 t ， 以 后 的生产一 直保 持 在 这 一 水 平 该 矿矿床 的赋存 条件不 同 于 日本 国 内其 它矿 山，其 特 殊 性如 下 1矿 床的大部 分赋 存于 平坦 地带 的河流水 体 标 高 3 0 m 以下 。 ① 为 了开采 河流水 体下部 的矿床 ，除 需 要防止周 围的水 流入采场 之外 ，还 需 要排 出采 场 内涌水 及雨水 。 ② 开采的矿 石需 要全 部运 到地 表 。 ⑨ 随着采掘的延深，工作面面积逐渐缩 小 ，所 以开 采 初期需 要加大 开拓面积 。 2覆 盖 矿床的表土 厚 平均2 5 m ① 加上前 述 1的条 件 ，初 期需 要大量 剥 离 。 ② 由于大量 剥离 ，需要大 容量排 土场 。 3二级河流 松馆河大致从矿床的 中央部分流过。 ④需要预防来 自河流的渗水及溢水 ， 矿 山 断面 图 ②为 了扩 大采 医，河 流需要 改道 。 自] 9 7 3 年投产 以来 ，一直是 在 克服 这些 不 利 因素 的 情况下 进行开 采的 。生 产初期 ， 为 了避免设备投资集 中，努力实理年剥离量 稳定化的同时，为将河流改道工程量控翩在 最低 限度而 只在 河 流东侧 区域进 行开采 。 在 此期 间，为开采 河流水 体下部 矿床而 逐步采取了各种措施，如在采区东侧及南侧 修筑了山腰排水沟 总长1 2 3 0 m ，完善 了 包括应急用 自备发电设备 7 5 0 k V A 程 内 1 9 8 9 年第4搠 维普资讯 的排水系统等。随着开采的进展，河流东侧 的 采掘 工作面达 到 了标 高 一3 0 m水 平 。 要进 一 步 向深部 开采需 要扩 大采 区 ，所 以从 1 9 8 3 年 开始 着 手扩 大 河流 西侧 区域 的开 发工 程。 该 开 发工程包 括剥 离 9 4 O 万 1 “i 1 。 ，河 流改 道1 5 0 0 m。1 9 8 7 年1 1 月，顺利地将河水 引到 了新河 道。这 样，采 掘 区域 由一直 在开 采的 河流东侧区域 约5 0 万m 扩太刭原河流 西 侧的区域 约4 0 万m ，实现了扩 大 采 区 的 目的 ，开采 到计划 深度 标 高 一2 1 O m 水 平 的 各种措 施基本 上完 成 了。 2． 矿 山概 况 该矿距 拥有2 4 万人 口的八 户市 中心约 8 k m，距产 品装船 的八 户港 也是 约 8 k m， 具 有 优越 的地理 条件 。 矿 山在北 上 山地 的最北 端 山麓 ，在阶 地 顶部 标高 1 0 0 1 2 0 m左右有 平坦 地 带 。 开析 谷松馆 河约在标 高3 0 m7 平 ，大致 从 矿 体 的 中央部分 过 ，矿床 被松 馆 河分成 东 、 西 两部分 。 从 外观 上看 ，矿 床 呈单斜 构造 ， 走 向N 3 0 。w ，长约3 k m，倾 斜4 5 。W ，层 厚 2 O 0 5 0 0 m。矿体 最高 处标 高 4 5 m左 右 ，最深 处是在标 高 一3 0 0 m以下 不详 。下盘 东 侧为 粘 板岩 ，与矿 体接 触角为4 5 。 J上盘 西 侧为辉 绿 凝灰 岩 ，倾 角6 0 。 。 该矿 区 表土 厚 ，平 均为2 5 m，最厚 部 位 超 过6 5 m。剥 离作业使 用 电铲 、 轮 式 装 载 机 、3 2 t 和l l t 自卸 汽车 等专用 设备 ，运 到 并 堆积在采场外部的大型排土场。用台阶式采 矿法进行开采，台阶高度为1 5 m。 目前 ， 最 下面的 台阶工作 面标高是 一3 0 m，溜井并 口 标高 是 一7 ． 5 m，用 自卸 汽车将 矿石运 到 溜 井处 。 投 到溜井 中的 矿石 在井 下 进行 一 次 破 碎 ，然后用 设置在 一6 O m标 高的带 式 输送 机 及斜井带式输送机运 到井上，经破碎、选矿 曼 外 禽 曼 矿 之后成 为最终 产 品。 产品分为三种，即炼铁的烧 结 用 石 获 粉、生产水 泥用的石灰砂和碎石 ，其生产 比 率大致备 占1 ／3 。临时贮存在矿 山的上述产 品，通过 设置在八 户 市街 道地下 的长 距离带 式 输送机 长 l O k m，将 烧结 用的 石 灰 粉 及 碎石运 至 港 口并贮 存在 筒式仓 内，将 石 灰 砂运 至水 泥厂 并贮 存在 贮矿仓 。 8． 流入水 防治 措施 及采 场 内 排 水措施 在 河流水体 下 部开采 时 ，最太课 题是 流 入水及 采场 内水的处 理 。如果 防 治 措 施 不 当 ，会给开采 工作带 来 很大 障碍 ，有 时还可 能 被迫停 采 。因此 ，该 矿针对 这些 问题 采取 了如 下万 全 措施 。 1 流人水 防治 措 施 流入水 包括采 场 外地表水 和松馆 河 的河 水 ，该矿采 区的西 侧及北 侧 由于松馆 河 的关 系 ，被 划 到采场 外 ，西 侧及北 侧 的采场外 地 表水 是 自然 流入松 馆 河 ，所 以没有 问题 。但 与东 侧及 南侧的 采场 外之 间没有 隔挡 之物 ， 所 阻这些部分 的 采场外地 表水全 都 流入工作 面 。开采初期 ，从东 侧及南 侧流 入工 作面的 水 的 流域为 附图所 示 的范 盈 ，大 约是 2 5 0万 1 1 1 。其 流入量 很大 ，下暴 雨 时，工 作 面 经 常有 被 淹没的 危险 因此 ，在东 侧及南侧 边 帮上 修筑 了能 收容这些 采场 外水并可 直接 流 入松馆河的山腰排水沟。 该 摊 水沟的 始点是 东侧 边帮北 部 标 高 5 8 m ，终 点是南 铡边帮 西部 ，即往松 馆 河排 水 的放 水点 标 高 3 8 m ，全长 达 1 2 3 0 1 i l 。为 了能够承 受 以往 最大 降雨 量 6 7 r a m h 的 流 入水 ，使 其通过 能力 为计 算 流 量的 l 1 0 以上 。该排 水 沟的 汇水面 积 汇集 流 向 工 作面 的场 外地 表 出和 松馆 河的河 水 约为 6 o Y i m ，是 流 向工作面 的水 流域面 积 的 1 ／ 4 弱一点，圊此，大大地简化了采场内排水设 维普资讯 备 。关于松馆河的河水 ，将在河流工程一节 进 行详 述 ，这里 只简略地 说一 下 ，一是 考虑 河流断面，使其能够承受以往最大流量，二 是 为 了防止 河床 渗水 ，实 施 了混 凝土衬 砌 。 2 采场 内的排 水措 施 上述 流 入水的 防治措 施 实施后 ，又考 虑 了工作面 内出水 问题 ，工作 面 内 出水除 雨 水 之 外 ，还 有 来 自采场 的各 处 的涌水 。在 该 矿 的 排水基 本计 划 中 ，估计 的 年降雨量为 1 0 0 0 ram 所需 排 水量平 均为 1 ． 2 m。 ／ ml n ， 栗 到 最 深部时 的涌水量 为3 G in。 ／ rai n。关于 降 雨 量 ， 取 了以往 最大的 降雨量 ； 而关于 涌水 ，可 供参考 的实例 少，是 根据关 于深井涌 水量的 实验公 式一一 博 勒里 B o l e r i 公 式 ，又考虑 了该 矿 以往 的 实际涌 水情 况而计算 出来的 。 由于 降雨 引起 的 出水 ，在计 算上是 以来 自前述 汇水面积 的 水全都集 中在 最下部 工作 面 的情 况下安排 排 水设备 的。但 没有考虑 适 一 S O re承 平囊 t 3 6 ’ 用于集 中下暴雨的设备容量 ，在最下部工作 面 的下面 设置 了一 个容量为 1 o 5 7m。以 上 的 贮 水池 ，以便使设 备小 型化 。 排水 系统 为每 3段1 5 m台 阶 设 置 涡 轮 泵 ，在其 下面 每一段 台阶 都设置 潜水泵 ，对 设置的泵，考虑 到其设备互换性问题，将涡 轮泵和潜水泵都统一成容量 为 5 m。 ／ rai n和 l O m。 ／ rai n的两种 。设 备总量是 根据 前述 预 计的 所需排 水量 确定 的 ， 最大为 5 m。 ／ rai n。 现状如 排水 系统 流程 图所示 ，用泵将采 场 内各处 的水都集 到 一1 5 m水 平 的 沉 淀 池 ，从这 里再用泵将 永排 放 荆松馆 河 ，Ⅱ 『 I ， 井 下 各地 点的涌 水都集 l _ 刭主斜井井 底 标 高 一6 S in及 泵井 标高 一2 5 m的 水 窝 ， 从 这里再用 涡轮泵 和螺 旋泵将 水打 到前 述的 一 1 5 m水平 的沉 淀 池。 从 一3 0 r n 水平工作 面及 一4 5 m水平 贮 水 池 ，分 别用 潜 水泵将 工 作面 内的涌 水及雨 水 承 泵 井水 窝 ； 0 m’ 螺 旋 聚 1 5 W 2 ． 8 m3 ，2台 Q1 ． 5 m ’ ／ rai n 。。。。。。。。。。。。。。。●。_。_。。。。。。。。。。。。。。。。。。’。。。。。。。。。。。。。。。。。。。一 I 辆 外 水 l 排 水 处 理 系 统 图 1 e 8 9 卑第 4■ 三 一 一 一氟 ．童 一 一 一～水 ，1日一 一一， 墼 一 一 增增 一 墨 维普资讯 打到一1 5 m水平的沉淀池 。现在通常的涌 水 量 是 ，与主斜井 底 部 有 关 的 约 为 1 ． 5 m。 ／ rai n，与泵 井有关 的 约为 1～1 ． 5 m ／ rai n， 与工作面 有关的 各 地 点的 总合 约为I ． 5 ～2 ． 0 m。 ／ rai n， 一1 5 m水平 的总排 水量 为4～ 5 m。 ／ rai n。各 地 点水泵 的能 力 如 流 程 图 所 示 ，是 绰绰有余 的 。 一4 5 m水 平的工作面 不 作为 正规的采 掘工 作 面 ，主 要是 作 贮水 用 ， 其容 量 约为 2 o Y ／ m。 ， 以备临 时出水 及 暴 雨 时使 用 。 5 应 急用 自备发 电 设备 如 前所 述 ，该 矿备有 足够的排 水 设备 ， 但 现状是 来 自东北 电力株 式会社 的配 电系 统 是单线路，在因线路发生故障及其它原因停 电时，设备有被水淹没的危 险。因此，设置 了 1台 7 5 0 k VA 的 柴 油发 电机 ，以 备 临 时 停 电时使 用。如 果东北 电力株 式会社 供 电中 断 ，这 台柴 油 发电机可 立刻 自动起动 ，因此 确 保 了最 低 限度 的保安 电力 4．运 矿 措施 该矿 在 1 9 7 3 年 开采 初期的 开 采 系 统 是 在矿床东 侧 下盘 ，从标高 十3 5 m处开凿 了 斜 井 ，以标 高 一6 5 m作为 井底 带式 输送 机巷 道 水 平，从 此至上部 地表之 间设 置 了溜井 、大 块 破碎硐 室和一 次破碎 机 。在 开采初期 ，为 了控 制初 期投 资 ，井 底水平不 得不设 在上 述 的标 高 一6 0 m k [ ，据 此，现 在的犬 块破碎 硐 室设 在 标高 一3 0 m处 。因此 ，在 开采标 高 一 4 5 m以下 时，考虑 了下面 三个方 案 ① 用 自卸 汽车 将 矿石运 到现在 的溜井井 口处 ； ② 延深 斜井 ，将一 次破 碎机和大块 破 碎 硐室等 转移到深 部 ； ③在 工作面 内采用 移动 式破碎机 一次 破 碎 机 。 研究结果， 决定采用第③方案 ， 使用两台 7 5 0 t ／ h的移 动式 破碎 机 ，其后 的运输 预定 采 雹外盒■矿山 用带式输 送机 方 式。 5．确保采 区措施 如前所 述 ，为 了采 到深部 ，初 期需要确 保犬 面积 的采 区 ，但为 了控 制初 期投 资 ，不 得不从 部分 区域 河流东 蜘 区域 开 始 开 采 。但 自1 9 7 3 年 开始 开采 到 现在 已经开采 了 4 8 0 0 万仰 石 ，采 掘水 平 已到 达 一3 0 m标 高 ， 东侧 区域的可采 矿量 也 减少 丁， 已到 了将采 区扩大 到河流 西侧区 域 的下 述 阶段 。 关 于向西 侧区域 过渡 问题 ，研 究 丁下 述 三种方 法 ① 河 流原 封不 动 ，与东侧 一样 ，一 经采 刭 一3 0 m水平 以后 ，在 开采 采 区中间 的河 流 矿 柱 时期 ，将河 流改 道到西 侧采掘 边帮 内 } ②首 先 开采 西侧 河流水平 以上部 分 ，待 河 流 改道 后再开采 河 流水 平 以下 部分 ； ③在河 流改道 的 预定 地 点掘沟 ，首先将 河 流改道 ，然后进 行 开采 。 对上 述三个 方案 进行 了比较和研 究 ，研 究结果 ，根据下述理 由采用上述第③方案 A可避 免集 中剥离 ；B工 作面可 顺 利 地 从 东侧 过渡到 西侧 。从 1 9 8 3 年开始着 手 一系 列的西 删开发工 程。 6．为 向西侧过 渡的开发 工程 概 况 1 剽离 、排 土场 工程 制定长期计划 时，通过钻探及物理探矿 对矿 床进 行 酮查 。根据 由矿床调 查所得到 的表土厚 度所求 得 的剥离量 、可 以建设的排 土 场容量及 向深部 过 渡所必需 的最低 限度 的 面积 等有关 情况 ，确 定了 开发区域 。 剥离用电铲一 自卸汽车方式、以年2 0 0 万 m。 左 右 的规模 进行。 排土 场建 在邻接 矿 山的水 无河 上 ，但 由 于取得 用地的关 系 ，不 能用 山腰 排水 沟处理 河上游 的地 研流水 ，所 以决定 在排土 场底部 37 维普资讯 建一条全长为1 8 O 0 m的涵洞进行排水。该涵 洞上部 必须堆积 厚 5 6 0 m的 表土 翻此 ， 不 j 不将 其建成 如 附图所示那 样 牢 刨 另外 ，关 于 涵洞 内的流量 ，根据河 上游 的流域 谣积 及 以往最大 降雨量 ，预定最 大流量 为 1 4 m。 ／ s ， 涵洞最大通 过能 力为1 6 m。 ／ s 。 2 河 流工程 流经矿 山的河 流 松 馆河 ，过 去 曾数 次 改道 ，最 后是 在 附图所 示的位 置 ，在 开发 西 侧时 ，还 需要 再次改道 1 5 0 0 m。谣 河被 指 定为 2级河流 ，在设 计和施工 时 ，县政 府有 种种规 定 另 外 ， 由于靠 近河 流开采 ， 又在河 床 以下 2 0 0 m处 ，所 以河流 的溢水及 渗水 全部 流 入 工 作面 。 因此 ， 陈河床 两铡 及底 面这三 面都铺 设 钢筋 混凝 土外 ，在通 过能 力方 面还采 用 了 以往的最 大 值 9 5 m。 ／ s ，以期万无 一失 参 照新 河 道断面 图 。 、 删 。 。 j 、 、 p t I＼ l ’ ． 苎 竺 _ l_j 一 } i ／ ／ 口一 ＼ ／ ＼＼ 二 ． 、． 、 意 - ， 淀 改 遗 - 3 8 ≈西 侧过 菠 的 方 法 I 舟 的 开 最 下 转 第3 3 1 9 8 9 年 第 4期 维普资讯 形地段 内的填塞物处于各方面的 挤 压 条 件 下 ，这样在动力负荷下填塞物的强度大大提 高 达 g倍 为了使炮孔封锁 的 时 问 最 长，必须使扩大药壶地段的形状和尺寸呈截 锥形 。理论和试验研究证 明，当截锥的下部 基线与其形成线之间的角度保持 严 格 一 定 时 ，就可 以达到 这一 条件 。 根据爆破室研究结果进行的试验确定， 这种填塞物的割断时间达到4 0 ～4 5 s ，这比 只根据填塞物重量计算的飞出时间大 5倍。 炮 孔封锁 时 间达 5 0 ～ 5 5 1 s ，这 比以前所 采用 的 方法和 填塞结 构达 到的 时间长 2～ 3倍 ， 而按照强度动力学理论则超过形成裂隙所需 的时间 此时，动力负荷冲量时间达到1 5 ～ 1 8 s ，而一般 的 圆筒形 结构填塞 物 的冲 量时 间为 5～ 6 s 。其 结果使 爆破 效率提 高 ，而 除了其他效益 外，还可 以弱化含铁石英岩颗 粒之间的接台。 在爆破 室 中进 行的试 验研究证 明，将 动 力冲量时间从 5～ 6 s 增加到1 5 ～1 8 s ，可 上 接 第3 8 页 在 水 河 排 土场 底 部 设 置 的 涵 洞 舅 妻 - 矿啦 新河道 断面 困 以在研磨 爆破 产 品时 ，使 实验 室磨矿机 合格 粒 级 一5 0 m的 单位生 产能 力从0 ． 1 7 8 ～ 0 ． 1 9 5 k g L h 提 高列0 ． I 9 G N 0 ． 2 3 3 g ／ L h ，磁铁 矿解 离 颗 粒产率 从7 1 ． 5 ～7 2 提 高 到7 7 ． 5 ～ 8 ； ．磁 铁 矿与石 英的 富连生体 从 1 4 ～ 1 7 降低 到 8～ I 3 ，而贫 连生体 从 8～ 9 降低 副 4～6 ． 5 ％。 冈此 ，建议 的 在不增加 炸药 单位耗 量 的 情 况下，提 高有 效 爆破作 用系 数的 方法能 改 善含 铁石 英岩选 矿工 艺的指标 ，虽 然 建议 的 方 法在开采 任何 矿石 时都可 以应用 。此时 ， 对 于不具有 可 见的 层理 结 构的矿石 必须确 定 层面位 置和根据 层 理确 定的第 一 种方 法提 出 的凿岩和炮孔布置方案。如果用热力方 法能 够有效地破碎岩石并可 以扩大炮孔，那么就 采 用第 二种 和第三 种方 法来提高 爆 破能利用 率 译 自苏联 ， 1 9 8 8 ， № 1 0 ， 5 5 5 7 洪飞译 万起技 7 ．结束 语 日本国内可 自给 自足的唯一资拐【 是石灰 石 ，但现在可 以开发且条件好的斯矿床已经 所 剩无 几了 。现 在 ，正在开 采地 表以上矿床 的矿 山在采 完 地上 矿 床之后 ，因为 已经取得 用地权 ，而且已剥离完毕 ，所 以还想在原采 区继续 向 深部 开采 。到 那时 ，如果 我矿在河 流水体下开采所采取的各种措施能够对那些 矿 山有一 点参考价 值 ，我 们 也将 感到 非常 荣 幸。 当然 ，以后随着 向深 部延深 ，还 会遇 到 很 多需要解 决 的问题 ，请 各位 同 行 多 加 指 导 。 译 自 日本 石灰石 ， 1 9 8 8， I L 0 2 3 4， g～ 1 5 毒庆仁译 壬挂林接 t 3 3 f 维普资讯