金属矿床地下开采的新工艺和新技术.pdf

金 属 矿 床 地 下开 采 的新 工 艺和新 技 术 苏联科学院西 伯利 亚分 院矿 业研 究所 B ． H ．利亚 申科 B ． H ．戈利克 B ． H ．斯捷 利 加速科学 技术进步的主要条件 ，是研 究 和推广采矿新技术 、 先进 工艺和先进经验 。 为 此 ，重要的问题在于挖掘各种潜力 以迅速有 效地 提高效率 潜力之一是在广泛采用非 传 统的采 矿和矿石加工新工艺流程的基础上根 本 改造 采 矿 生 产 。 本文 并不想全面阐述作者所研究的地 下 开采 工艺和技 术方法 ． 仅摘其 在克 里沃罗格 、 北哈萨克 和国内其它矿 区个别矿床开采 中已 进行 过工 业试验的以下几项新工艺和新技术 方法 加以简要介绍 。 采矿 企业 的经验和研 究结 果。 证实 ．以 不同顺 序回采矿块矿量的嗣后充填的矿房 采 矿法 ．已得到愈加广泛的应用 。实际上 ，即 使利 用这 种采矿方法的现有方案 ，也是最有 利于矿 产资源的充分综合利用和把采矿生 产 废料 堆置 于采空的矿房 内。但是 ，当矿体赋 存 于表土 层以下或直接 出露于地表时 ，在 开 采深 度不大 的条件 下 ．使用这种采矿方法时 必须 留顶柱 矿体的一部分 。 分析现有的技 术方 案表 明 ，可以下行 顺序以连续分层 回采 这类 矿体 。 上述 采矿 方j 去的缺点在于矿石因充填料 的混入贫化大 ．人工顶板很可能 冒落 ，可 能 危及 作业 安全 。为了排除这些缺点 ，研究 了 用 活动柔性 覆盖层 的 下 向分 层 回采 工 艺 。 这种新工 艺可保证 显著提高采矿强度 其实 质在 于依 序以水平 区段 或倾斜 区段 回采各分 层 ，朝 工作 面 推进 方 向形 成梯 段 式 回采 空 区。 。 在这种情况 下 ， 可形成单独进行 充填和 回采 的作业条件 。 此外 ，由于要 用高度有限的分层进行 回 墨外盍曩矿山 采 ， 而且 落矿 和出矿要 与胶 结充填交替进行 ， 因此 ，这种分层 采矿法 的劳动强度大 、效率 低 。同时 ，在分 层回采与 松散 沉积 层接触 的 矿石时 ，必 须采取特别措施 以防含水 的松散 沉积物 浸入采矿巷道 。 大量崩落矿石和 围岩 的开采会恶化矿石 损失和贫化指标 ，这在极贵重矿石 开采 中是 至关重要的 。尤其是若含水的亚粘 土混入采 下矿石 ，将使脉石和不合格矿石 的拣选 过程 复杂化 ，有时甚至会破坏这 一过程 ，给 矿山 运输 、给矿 、计量和箕斗提升造成 困难 在赋存 于松散沉积层下部 的构造复 杂矿 体试验 区段 的开采设计中 ，就 曾出现过类似 情况 。设计规定用 留矿和 解后 充填采空 区的 矿 房法方案 回采此矿体 区段 图 1 。 为此 ， 用 天 井和水平凿岩巷道进行 采准 这些巷道均 布置在风化带边界 以下的稳 固岩层 中。 在矿块边界范围 内分两个 阶段进行落矿 和 留矿 首先 ，在风化 带 内进行挤 压落矿和 留矿 ， 借 以防止含水亚粘土进入巷道 。然后 ， 用露天法清除松散的沉积层 。矿块 的剩余部 分矿量利用水平深孔以 下行顺 序 向水平 暴露 面 进行 落 矿 和 留矿 。 随着落矿的进行 ，部分矿石移 向用 露天 法清除表土 层所形成 的空 区．从而 为后 继分 层 的崩落形成 了必要 的条件而无需进行 部分 放 矿 。 用露天装运设备将流入 空区的矿石装运 到表土 层的边界处 。其余 的留存矿石从 运输 水平的 出矿巷道端部放 出。然 后用胶结充填 料 充填采空 的矿 房 为了提 高厚 矿体 的开采强度 ，垂直矿体 27 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 图 1 矿房 出露 地表 和嗣后 充填 采 空 区的采矿 方法方 案 利用陂石和不合格矿石及建厂尾矿充填 二步孽 矿房的 采空 区 6 一矿房垂 直矿 悻 走向布置 和向 位于 风化带 内的矿 房部分 垂直暴 露 面进行 超前 落矿 ， 一 矿房 括 走 向布 置 ．向 水 平 暴 露 面 崩 矿 ，1 矿 体 2 松散 沉积 层 i 3 垂 直扇 形炮孔 l4 水平 营 岩 着遭 ， s 运 辅水 平 的出矿巷 遭 I 6 采空 区 露 天矿 ， 袁 土屡 过畀 |8 风化带 I 9 风 化 带遗界， 】 0 联络巷 I 】 】 水平扇形炮孔4 1 2 天井 I 1 3 出矿水 平的运 输薯遭 1 4 存留的 矿 石 ，J 5 自 行 式 誉 岩 设 备 I I 6 歧 结 充 填 体 1 7 按 鼓充填 体 走 向布 置矿 房 。位于风化带 内的矿 石，要超 前进行落矿 和留矿 ，但超前 程度 不得 少于 1 个 矿 房 “ 。 由于凿岩爆破 工作首先是在松散 的覆盖 层下部进行 ， 而后 在崩落矿石层下部进行 ， 故 可避免爆破气体 产物进 入大气 。 构 造破 坏、 裂 隙带和与表土层的接触，都大大有助于提高 挤 压崩矿效果 。例如 ，在从松散表土层接触 边界开始 以下行顺序进 行回采和留矿的过程 中，表 土层局部被压实和 隆起 图 1 ， e 。由 于在 放 出存 留矿 石期 内 要清 除松 散 的表 土 层 ，并将其堆放在堑 淘附近 或直接转运到内 一 28 部排土场 ，因而可显著降低被采矿活动所破 坏土地的复垦费用 。 此外 ，为 了减少矿 石贫化和缩短松散表 土 层的恢复 期 ，在整个 矿房矿量崩落和 留矿 之后要清除松散 的表土层 。用露天法选别 回 采矿 体 的隆起部分 直 至达到表 土层 的边 界 ， 然后往 留矿堆表面铺设 柔性 覆盖层 ，放出矿 石至风化 带的边界 。此 后往形成 的空区充放 胶结充填料 ，并恢复松散 的表土层 。充填 体 固结之 后 ，放 出剩余 的矿 石。为了提高皎结 充填料人工顶板的强度和稳定性 ，充填 体可 加配舫 例如用钢绳作配筋 。 人工顶柱高度 的选择要使 其在整个 矿房 回采和充填期 内保持稳定 。 矿房的大部分用胶结 充填料 充填 ，在 充 填之前措地表 向充填 料制备站铺设管道 ，用 管道输送充填料 。在充填矿 房上部 的过 程中 恢复地表的松散覆盖层 。 依借 倒八采空区内废 石 的分隔作用形成 混合充填 体 ，可能会显著降低充填费用。 这 种非 传统 充填法 的优点在于 ，它基 于 利用无 需显 著改变矿块现 有回采工艺的技术 方案。这种 采矿 方法 的特 点仅 在于要清 除矿 房上部的疏松表土 层 ，放 出矿 石后充填 采空 区 ，恢复 被采矿生 产所 破坏 的地表 。 对 于新采 矿工艺来 说，采用 崩落矿石和 围岩的大量崩落 采矿法 比较复杂 。 实际上 ， 只 有在采用现代化 的结构和工艺 开采盲矿体的 情况下才有可能利用大量崩落采矿法 。用隔 离块段 卧o u o r e 开采矿床 可显 著扩 大此法 的使用范围 。在库兹 巴斯萨拉伊 尔矿 和西伯 利亚矿石生产联合公司卡兹矿 的生 产条件下 进行的试验表明 ，在开采急倾斜矿体和 在 自 然隔离块段 矿石或岩石下放矿时具有 采 用这种工艺的实际可能性 。 但是 ， 当隔离块段 的横 向尺 寸较小时 ， 易 导致其破坏 ，且不能充分发挥其优越性 。在 也有可能广泛采用成批生 产的新式单轨 采矿 设备 K O B - 2 5型采矿爬罐 、K Iff B - 6型掘进 爬 罐和 HB - 1 0 0 0型辅助提升机 的采矿 方法 新 1 9 9 1 年 第 1 1期 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 图 2 在 自然隔 离块段 下部放 矿 和从一个 阶 段 向另一个 阶段 转放 矿石 的采矿 方法 1 隔 离 块段 F 2 橙 散 充 填 料 | 3 充 填 井 | 4 雷岩天 井 一 5 隔 离块 段 的下部 边界 } 6 } 苛 采 矿块矿 石 |7 拉 底的 上都边 界 |8 待采矿块 的 底拄 } 9 辅 助着遭 | 1 0 支槊 F 1 】 、 】 2 、 1 3 通 风平着 和联培 薯 1 4 自杼 式凿 岩设备 1 5 水 平麝形 炮孔 }】 6 隔 离块 段中的 帖孔 |】 7 崩 落 的矿石 或松靛 的 充填材 料 |1 8 导管 方案 中考虑了这一 点。 新采矿方法方案的 实质如下 图 2 。沿 矿块边界和顶板将 隔离块段 与原 岩隔开。而 且应 当注意分割块 段的地质力学 稳固性 ，这 种块段 可能在应力 作用下 柑裂隙破坏 。为了 提高 岩体的稳 固性 ， 可用钢筋混凝土加 固。 例 如 ，往钻凿于 隔离块段 体内的钻孔 中插入钢 绳或钢条，然后注入混凝土。第一个隔离块 段位移到 下部 l矿块 的底柱上之后 ，用废石或 选 厂 尾 矿 充 填 采 空 区 ，采 用 B I I K 一 7 ． 5或 B 兀K ． 1 0型矿 车从 固定的 装车 点经 由最 上部 的通 风充填水 平 集中水平巷道运送 充填 料 。 以多 阶段 开采矿体时 ，隔离块段可移动 2 ～3个相邻阶段 的高 度 ， 甚至更多的相邻阶 田 外盘 置矿 山 ， 图 3 预先 清 除松散表 土层 的矿体 开采方 法 1 矿悻 I 2 松 散 表土层 |3 麝 形炮 孔 F 4 木平齿 岩巷遭 }5 出矿巷道 B 采空 区 ； 表土 层 边界 F 8 天井 9 爆 下矿 石 ；】 0 自行式 啬岩设 备 I 1 】 腔 结 充填体 | 1 2 拾敬充填体 |】 3 崩落的岩石I 1 4 露天 设备 L l 段 高 度 。 因此 ，在推 荐的方 案 中可 以完全实现用 废 石和选 厂尾矿 充填 采空 区的设想 。 这样 ， 可 减 少排 土场 的征用土 地面积 ，并可显著减少 采矿 生产对 周围环境 的不利影响 。也可提高 采矿 质量和 数量 指标 ，使 之接 近于矿房采矿 法的指标。在北 哈萨 克构 造复杂的多金属矿 床开采中实际上 已掌握了这种新工 艺。一急 倾斜贵金属矿体离表土层边界 2 0 r n 。从地质 力学角度来看 ，由于主井保安矿柱 中存 有矿 量 ，故使其开采复杂化 图 3 。 当解决保护待采矿体 周围岩体 稳固性 问 题时 ，利用 了构造复杂矿 床所 独有 的岩 体移 动过程的特 点。实践证 明，在 风化 带裂隙发 育的岩体 中，崩蒋 区为管状 ，而不会按典型 的移动角发 展。如能及 时用充填材料充填管 状崩落空 间 ，则 可防止变形的继续发展 ，因 为充填材料 的侧向推 力足以保持崩落空间垂 2 g 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 直 帮壁 的稳定性 。 在 可预 测到 的崩落 引起 地表陷落的区域 内，预先 清除厚 5 ～7 m 的表土层 。然后 用矿 房法开 采最上部水平 与矿化带 边界 之间的矿 量 。 矿块 出矿后 ， 当顶板暴露面积约为 1 O O m 1 O mX l o re 时 ， 可利 用深 孔药 包往 矿房中强 制 崩落 岩石直至表土 层边 界 。 利 用 塔林 碎解 设 备 公 司制 造 的 ／ ] Y - 6 5 型碎解 装置活化 的炉碴胶 结剂 和当地采砂场 的粘土 质砂制备胶结 充填 料 ，充填 到 由崩落 岩石形 成的垫层上 ，这些崩落 的岩石仍 保持 边长 3 ～4 m 的天然 构造 块度 。由于充填 料的 塑性 很大 ，故可 由崩落 岩石形 成隔离层 ，在 其掩护下可采完 下部矿柱 矿量 。 随着隔离层从地表 下沉 ，用巷 道掘 进废 石往隔离层 的上表 面加载 ，以使其垂直帮壁 不暴嚣 出来 。 采完矿柱后 ，可根据 复垦计划 ，将原 已 清除的砂质粘土 层再 堆积 到岩石表 面上 。 可根据用胶 结充填料 充填 回采矿柱所形 成全部 空区的费用与在崩 落边界范围 内运输 和 充填废石 的费用之差 ，以及防止放矿时混 入废石造成 的贫化 ，来确定采用这种工艺方 案时的经济效果 。 现在 ，即使 用分 采矿石和 随后进行 削壁 充填的采矿法开 采急倾斜 薄矿脉时 ，仍要往 地表运输大量废 石 。用整个 岩石块体充填采 空 区实际上 可以扭转 这种局面 。 苏联冶金 工业部 矿业研究所的专家们提 出了用分层端部 放矿的采矿法新方案开采围 岩稳 固的中厚缓 倾斜 矿体 的建议 ，他们 已证 明 了 往 采 空 区 崩 落 岩 石 块 体 的原 则 可 能 性 。 可 用 以下方 式 实 现这 种 新 的采 矿 方 法 图 4 ，a 。首先超前 回采一个矿石分层 ，而 后 回采 另一分 层。在这种情况下形成宽度接 近于矿 隙厚 度的切槽 。其次 ，在往侧翼天井 溜矿格清完矿 石之后 ，借助于小直径深孔或 浅孔药包往 回采 空间崩落一层 自楔紧岩石块 体 。在剖面上使 其具 有堑沟形式 。 自楔紧岩 30 图 4 矿 石分采 和随 后用 岩石 块体 充填采 空区的 采矿 方法 回采艉 序 ，6 可开 音垫扳 方案 1 矿 球 ， 2 运输 平巷 ， 3 无 井 ， 回采 空 闻 ， 5 崩 落的下盘 旨石 F 6 超前 切槽 F 卜一自 楔 繁昔石块 体 ；8 周 边炮孔 f 0 蚩 石块体 节 臣 ，】 O 采 下矿 石 ，】 1 垫 扳件 I 1 2 钢 绳 ，】 3 深 孔 ，】 4 围旨 石块体 的高度应 当稍大 于 回采空 间的高度 当矿脉产状柑 走向方向 不规则时 ，自楔紧岩 石块体可分 成节段 ，井逐段 崩落 到 回采空 间 内 。 为了减少粉矿损失 ，在 回采下一分层 的 矿石之前 ，在侧帮围岩 与 自楔紧岩石块体侧 帮之间的槽缝 中充填擐性胶 结充填 料 。在岩 石块体表 面也 可以铺{ 殳可开 合的金 属垫板 ， 它可以打开和借助于封闭圈胎楔 紧于岩帮 之 间0 。在这种情 况下 ，当下一个 自楔紧岩 石 块体 放落下来之前和用绞车和通过钻孔下 放 的钢绳撤出垫板到超前切槽 内。 除隔离块段的优点外 ，采 用推荐 的方法 可大大简化 回采工艺和劳动 组织 ，并 由于可 从 回采工艺循环 中取 消要清 除崩落的多余岩 石和随后将其利用的这些工 艺过 程 ， 这样 ， 可 1 9 9 1年第 1 1 期 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 图 5 舍 矿岩 石地 下矿房 溶授 开采 法 1 矿 体 I 2 下部 矿唐 3 人 工承平 底柱 f 4 矿 岩 5 上 部 集 中 通 风 和 充 填 善 道 f 6 颤辩蔷 道f 辫坡道 I 7 收集t灌钻 孔 r B 喷辩 幕绕 9 富藏 收寨{ 皇 1 0 鼍砬 孔 I 1 1 崩 蒋 的充填 辩 1 2 上部 矿房 已辩 浸矿 岩 I 1 3 横 善 1 4 平苍 I 1 5 天 井 提高矿块开 采强 度 3 0 ～ 4 0 。 应 当指 出 ， 使用垫板是很有发展前途 的。 用上 向分 层选 别 回采 厚 5 m 以内矿体和用废 石充填采 空区时 见 图 4 ， 6 ， 利用这 种垫板 最为有效 。 国 内外 采 矿企 业 的 经验和 研 究结果n ” 证 明，从矿房 内采下矿石 和存 留矿石或堆置 矿石 中溶浸有用组分 ，可使很大 的生 产潜 力 发挥作用 。一 方面 可顺 便从 矿石 中回收有 用 组分而降低损 失 ，另一方面可利用溶 浸过 的 物料作充填料 ，并可节省 甩废 石和表外 矿石 作充填料时的那部分费用。这样，便可大量 补 偿 充填 工 作 费用 免除 了充填 料 的 制备 费 ， 显著减步采矿活动对周 国环境 的不利影 响 ，结果 ，可 降低 甩传 统的地 下采矿 方法 开 采矿 石的成本 在各种具体条件 下采用这种 工艺 的合理性 ，可根 据技 术科 学博士 B ． 田外盒 晨矿 山 西马科夫教授提出的方法。 ，进行技术经济 计算加以论证 。 事实证明 ，矿石与溶浸液的接触面积越 大 ， 溶 浸过 程的规模 就越 大 ， 效果也越好 ， 从 而 也会越经 济 。在寻 求充分回收不合格矿石 中有用矿物 组分的新方法和新技术时 ，考虑 了这 种地 下溶 浸方 法“ 。图 5 示 出了这种工 艺方案的实质。在佩琴 加镍 公司北矿对矿房 混合 充填 作少 许修改的类似 方案进行 了工业 试验n 。差别仅在于利用要进行溶 浸的不合 格矿石取代废 石作 充填料 。例如 ，当浸 出液 中有用成分的含量 已降低到经济合理的 下限 时， 可将溶 浸过 的物料转故到 下部矿房中 。 结 果 ，多裂 隙充填物发生移动和粘土质砂受到 破坏 ，同时矿石块发 生转动和 相互 碰撞 ，也 会 消除 以前局部未喷淋到的 区域和初始溶浸 所形成 的掏流 。这样一来 ，将会增加矿石的 宏观和微观裂隙量 以及 受溶浸矿 石与溶浸液 的接触面积 。由此 可知 ，这 将顺 路更 充分 回 收下部矿房中未 溶浸透 的充填材 料中的有用 矿 物 。 甩地下溶浸法处 理矿床开采 中残留的矿 石和 不合格 矿石时 ，对利用往 堑沟、下部拉 底层或排水水 平巷道形 式出现 的补偿 空间崩 落的方式进一步溶浸松动矿石的工艺湔程进 行 了工业试验 ，并 取得 了有 益的结果 。因 此 ，得 出的结论是 ，利用推荐 的工艺是 实际 可行的 。 综上所述 ， 考虑到推荐的非传统新方 案 ， 为在国内许 多采矿企业最有效地应 用所述工 艺创造了实际 可行 的先决条 件 。而且 ，在采 矿 生产工艺 中推行新 的方法乃是一个相 当复 杂 的过程 。尽管原则上是 可行 的 ，经济上是 合理 的 ，但往往 由于采矿企业对试验 非传统 的矿 石开采和加工工艺优柔 寡断 ，以及 由于 缺乏 必要 的经 验 ，这种 方案 并未 得到 广泛的 应用 。显然 ，将试验和推广新工 艺或其某些 环节纳入 新技术开发计划是合理 的 。 参 考 文 献 x f 0 n cMH 3l 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 p t ⋯⋯ n⋯I ∞ n rD pI y p l l] 9 87 ．№ 1 2 ． C 2 6 2 9． 2 ．A ＆ 】 0 8 76 6 6， cccP MKE 2 1 c 4 1 t 0 6 ． C n o c c TH “ y J I 35 5 4 03 7 t2 2 - 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