加拿大硬岩矿山深井开采.pdf

， ，} 专 誓 、 长 p - ， ，7、 ／ 6 n 穸 ． 2 一 川 加拿大硬岩矿山深 开采 ． ， 磊 为赢得国际竞争， 必须降低采矿作业成 验机 醴当存储在试验机 能量突然释放 本。 大部分矿山随着开采深度的增加． 出现了 传给试样时， 试样将发生突然破坏。因此， 破 以下一些问脑 岩体应力增加、 环境温度升 坏剧烈程度的控制因素不是应力水平或试件 高、 采矿作业成本增加、 环境保护压力增加、 性质， 而是试验机的性能和它与试件的相互 争取投资的竞争。现在， 人们逐步认识到 ， 仅 作用。 采矿诱发的岩爆类似于这个加载系统。 靠设备 自动化和劳动力的减少来降低采矿作 采矿过程中的羽岩收敛速率类似于力 rJ 载系统 业成本是不可能取得成功的。地下采矿作业 的刚度， 这主要由采矿顺序和回采设计控制。 劳动力的减少是有限度的， 超过这个限度采 加载系统的刚度和岩体性质之间的关系 矿作业成本将会增加。地下大量采矿作业成 将决定破坏的剧烈程度， 即释放多少能量。 整 本一效率的改善需要技术革新和组织管理双 个能量包不会在一次事件中金部释放． 可能 管齐下， 它是一个技术问题， 但同时是一个非 需要经历数百次事件， 其中大部分是小事件． 技术问题。 大习 F 件只有几次。能量法则控制大小事件的 ⋯⋯．． 比例、 量级频率分布 最大事件的量级与 仅 卜州 越 能量包的大小有关 ， 限制能量包的大小就能 岩爆 深井大量采矿作业 ． 常导致岩 控制最大事件的量级。 体产生过应力 ， 最重要的岩石力学问题不是 回采顺序 采用二步骤 回采顺序， 在 岩体是否将破坏、 是否需要支护， 而是岩体是 矿柱回采时可能会出现严重事故 ， 因此许多 否会发生岩爆。采矿作业诱发的地震和岩爆 矿山都采用不 留矿柱的中心开挖回采顺序， 是加拿大许多贱金属矿 山和黄金矿山遇到的 以使采矿引起的固岩收敛速率最均匀。尽管 主要问题。 解决这个问题的途径有两条． 一是 它不可能消除岩爆和大地震， 但能减小局部 战术途径 ， 二是战略途径 地震量级。如果在采矿初期回收大量区域矿 战术方法仅仅是 改善岩体条件或革新 柱． 回采顺序可使岩壁产生有限的收敛 ， 若在 岩体支护技术， 以此来限制岩爆产生的破坏。 采矿后期回收矿柱． 岩壁的收敛速率迅速增 它受成本效率的控制。 战略方法是 重新调 加， 最终可能产生岩爆 减小采场尺寸有助于 整开采顺序以释放地震能量。紧靠工作面的 减小局部事件量级 ， 因为它控制了每一逐渐 大事故将严重破坏几乎所有的岩休支护， 而 增加的采矿步距的大小， 由于限制了递增的 局部岩体条件和应力场影响事故的性质 事 采矿步距． 使释放的地震能量减小， 反过来又 故的严_重J}生 主要受采矿设计控制 ， 这 主要与 制约了由于特殊开采步距而导致可能产生的 采场尺寸和回采顺序有关。 最大 件量级。 为了了解现场地震的性质， 常 刚试验机 采矿设计是决定哪一部分岩体将发生岩 进行岩样试验。同一试件在不同特性的试验 爆的最重 圆索。环境应力条件和岩石性质 机上表现出不同破坏性质。刚性试验机或伺 决定了岩爆的具体位置和时间。随着采矿深 服控制试验机允许试件被动破坏， 并 能记录 度增加和岩石约束程度的增加， 岩体中贮存 过峰值行为和残余强度； 同一试件在软性试 的能量增大。 因此 ， 为了使释放的地震能量相 6 维普资讯 同， 每一渐增的采矿步距必须魈深度的增加 而减小。 回采过程 回采过程更连续化的开采 顺序使人们相信， 深井开采的最适宜方法是 每一采矿步距相对较小的选别回采方法。然 而 ， 事情并非如此 尽量减小大量回采采场尺 寸以试图限制因特殊回采步距而产生的最大 事件的量级。 在选别采矿中， 采矿作业持续的 时间比最大事件的量级更重要． 这是因为大 量采矿是一种人与设各都不进工作面的采矿 方法， 没有进入新近爆破地点的人行通道 在 大量采矿中发生在新近爆破工作面周围的事 件强度不会引起安全问题 而獠分层充填法 这类人员进入采场作业的情 况就完全不一 样， 当工作面有人作业时． 即使是非常小的事 故， 也可能会造成非常严重的后果。 释放的地震能量大小与开挖的岩石体积 和围岩收敛有关 释放的能量由两部分组成 开挖出现准弹性变形时， 发生突变释放一部 分能量； 在两次爆破之问任何时间内发 生自 发事件释放另一部分能量。自发事件是由开 挖诱发的非弹性变形引起的， 与Ⅱ 寸 间有关。 大 爆破可以诱发地震， 地震波越大， 触发的自发 枣件越大 任何开挖都会尽量释放能量， 突发 事件释放的能量意味着 自发 件释放的能量 更少。 由此可见 ， 生产大爆破在采场附近会诱 发大地震。 较小的爆破． 如典型的分层充填法 开采和平巷掘进 ， 不可能诱发大的能量释放。 这争 f 喽 型的采矿方法对自发日 件的影响更敏 感。 此外， 自发地震对选别采矿法生产造成的 破坏性影响比大量采矿法大得多。因为它对 选别开采的影响是一环扣一环的。 溜井问题 许多矿山经验裘叨 注浆 锚杆、 钿或玻璃纤维或各种类型的铺索支护 方法都不能阻止漓井磨损。只有环形钢讨板 或混凝土衬砌才能减小睹损， 但这两种方法 明显增加了漓井安裴成本。滞井还会因堵塞 而出现问题和因爆破处理卡矿而损坏。 所有溜井都会固墙损而变大。在过应力 6 条件下 ， 溜井最终将会达到临界尺寸， 而开始 产生自震。 临界尺寸因矿山而异 ， 取决于岩体 特性和应力水平 ， 但在任何过应力条件下 溜 井均存在开始自震的临界尺寸． 溜井相距甚 远以至于距开采区自震不会对采矿感生应力 造成影响。 地震开始后 ， 溜井马上开始破坏而 变得非常大， 可使大块通过。 大块在下落过程 中将卡在溜井更窄的地段 保持滴井处于充 满状态有可能控制地震， 但生产上很难做到 ， 尤其是高硫矿石在溜井中氧化引起堵塞 ， 再 用爆破对其处理 ， 从而导致溜井更大更快速 破坏。 通过沛井的物料块度分布也会影响溜井 的稳定性。大量爆破作业产生高品位的粉矿 和大块。 大块对溜井壁的影响更大 ， 粉矿含量 高增加了滞井堵塞的可能性 ， 钢板衬砌的圆 形断而溜井也会增加滞井堵塞的可能性 。采 用混凝土衬砌的不规则断面溜井可能是有利 的。 在大量采矿 中， 主破碎机破碎量不到通 过整个系统流动物料的 l 0 。 如果一次块度 碱小． 主破碎机的利用率就值得怀疑． 主破碎 机的安装效益就更值得怀疑了。靠近破碎机 处的滴井破坏意味着需要重新用电机车运送 矿石甚至开掘临时旁溜井。深部f l} } 井是临时 性工程 ． 不 B 很好地服务于永久破碎站。 采取 高成本的衬砌方法将 会减小潞井的最 初尺 寸， 达到临界尺寸的时间较 然而 ， 溜井初 始尺寸较小意味着通过它的矿石粒级分配需 要改变以确保其连续流动 溜井性能和使用寿命的主要影响因素是 通过溜井的物料的块度分布 ． 也就是一次爆 破块度分布。 爆破设计 爆破设计主要指炮孔位 置、 排列和方向． 主要受采场设计 、 尤其是凿 岩水平设计的控制。如果水平炮孔设计成倾 斜炮 L ， 炸药能量分布不均匀， 就不能达到设 计要求自 块度分布。如果炮孔不平行于要求 的边界将1山现过度破坏． 不能实现控制爆破。 维普资讯 质量不合格的爆破不仅 形成过量的大块 ． 而 且还形成过量的粉矿。 粉矿往往品位高、 易流 失 药包附近更易产生粉矿。高品位含硫粉 矿易氧 化给采场和溜井带来不良后果． 并 降 低选矿回收率。 改善炸药能量分布可控制大块和粉矿的 产生。使用大量的小直径炮孔增加了凿岩爆 破成本 ， 但它所 占总采矿成本的比例却很小 。 不台格块度产生的问接成本， 如二次爆破、 铲 斗磨损、 溜井和主破碎机破坏、 高品位粉矿的 直接损失， 远远超过增加的直接成本 。 矿石连续运搬系统 皮带运输是运搬 大量物料成本效益最好的方法。 而耙矿机一 卡 车间歇式装载系统将继续受欢迎 ， 因为只有 这种设备才适合运搬各种块度的一次爆破物 料。皮带运输因其成本和投资高而没有得到 推广。 可是问歇式耙矿机一 卡车装载系统的间 接成本 如二次爆破成本或需要 2 至 3 台耙 矿机 很高 。最关键的因素是一次爆破块度 。 直接从采场获得适合皮带运输自 g 矿石块度技 术上可行。 ， 深部开采中， 溜井的稳定性使溜井一 破碎 机系统的效率受到影响。大量的井巷掘进要 求相应 的大型耙矿机和卡车 ， 其掘进成本非 常高 ， 并且排放在地表的酸性废石影响环境。 在深部 ， 环境温度增加． 要求产生的热量更小 和掘进量更少。 因此 ． 采『 『J 更小的耙矿机具有 更大的吸引力。 采用几 个临时矿石转运天井 O T R 可 以解决深井开采存在的溜井问题 O T R允许 将物料转运到运输水平 ， 再川连续装运设备 将物料搬运到皮带机上． 直接送至提升系统。 O T R是一组不支护的下 向天井， 当它们磨损 增大到临界尺寸时． 将其充填 ． 再重新开掘天 并取代它 开挖』l缶 时天井投资少、 n 寸 问短、 所 需劳动力少、 成本低 、 效率高。为了适应垂直 皮带运输系统的需要 ， 在现有提升系统之下 进行开拓时， 安设- l lv J , 型破碎机以进一步 减小物料块度。 这样 ． 现有提升设备以下可采 用小型斜坡道开拓系统 ， 该斜坡道不承担运 矿任务。 非 技 术 I叫趣 提高地下采矿作业效率 、 降低采矿作业 成本首先需要建立激励机制。任何技术革新 都必须以增加工人收入 、 减少工作时间和降 低劳动强度为 目标， 才能取得成功。 另一影响生产率的盈要因素是采矿作业 组织方式。 近 1 5 2 0年来． 从选别采矿法 如 分层充填法 到大量采矿法 如深孔崩 矿、 垂 直后退式开采 ， 最显著的变化是产量急剧增 长． 不明显的变化是生产质量整体下降。 选别 采矿法和大量采矿法的主要差别不是生产率 的增加。选别采矿过程的各个工序按先后顺 序整体推进． 而大量采矿过程是各工序交 叉 平行作业。大量采矿作业组织方式是将整个 过程划分成一系列指定的作业 ． 某一个人或 一 组人重复完成同一作业 ， 每一作业之间互 不相关。 而选别采矿法则相反 ， 采场作业过程 的每一步 爆破、 装岩、 支护及充填 都由同一 批工 人完成． 某一步工作质量不好将会引起 连锁反应。 因此． 分片承包的大量采矿法不能 保证每一工序的工作质量 ． 因为某一具体工 序没有完成好与 己无关 ． 由下道工序处理。 而作为整体承包的选别采矿法． 则注重每一 步的工作质量， 能有效地控制 品位． 因为废石 不必裟运到溜井中． 可作为充填料充填到采 空区． 而大量采矿对品位控制非常粗糙 ． 只能 在放矿点监测出矿品位。 大多数情况下 ． 承包考核指标 只考虑产 量 ． 如凿岩进尺或爆破的矿石体积、 出矿量 { 而不考虑耙矿机和轮胎和传动装置的磨损 、 地孔位置、 矿石品位和块度。解决的办法是 建立质量考核机制， 管理者给工人提供现代 化的设备和最新信息资料 ． 技术人员解决生 产中遇到的问题。 最后 ， 如果想根据最终产 品的总实际成 下转第 1 6 页 7 维普资讯 l O k F a ， 水深 2 ． 8 m的水池行驶性试验表明 1 最大牵引力 2 8 k N； 2 最高车速 0 ． 8 m ／ s ； 3 行驶 平稳， 直线性好 ， 刮泥量少。 5 结论 理论和试验证明 履带车采用双浮动悬架和横向摆动梁、 双泵全功率供油、 液 压马达分别 驱动、 电坡 比例阀控制． 达到了牵引特性理想、 牵引力大、 承载力强、 机动灵活、 跨越或绕过海底 障碍容易， 能很好地适应软海底行走 该行走底盘属国内首创． 达到九十年代国际最先进水平， 具有良好的工业应用前景。 软海底可行驶性技术的研究成果． 不仅只用于大洋采矿． 同样对其它产业的技术发展也有 实用价值。如陆地沼泽、 抄澳行驶车辆的设计和改进 ， 浅海石油平台迁移车和海底工程车的设 计。履带车的研制成功， 填补了我国大洋采矿技术领域空白， 为海上中试采矿系统的研制提供 了可靠的依据 。 作者简介 王明和， 男， 5 9岁． 长沙矿山研究院副总工程师， 教授级高工， 享受政府特殊津贴， 中国大 洋协会采矿专家组成员， 先后主持和参加国家攻关课题和部级重． 、 科研项目 3 0余项， 获 国家 科枝进步特等奖和一等奖各 1 项， 部级奖多项， 露天矿大型设备研制获国务惋 嘉奖， 取得国家 专利 3项 。 陈新明． 男， 4 O岁， 长沙矿山研究院院长助理兼海洋采矿所所长， 牲授赶高工， 担任中国有 色采矿学术委员会机械化与 自动他专业委员会委员， 长沙矿 山研究院青年学术委 员会 副主任 等职务。 主要从事矿山机械和深海采矿设备研宄， 先后主特和参加国家攻关课题和省部级重点 科研课题 l 2项， 已获部级科技琏步二等奖 3项． 三等奖 2 项 ， 取得 国家专利 1项。 上接第 7页 本改善采矿作业韵成本效益， 必须建立成本 计算系统。采用较大的耙矿机和卡车间歇武 装载系统的视在成本效益取决于如此多的实 际成本被隐藏起来 ， 而不能用普通的矿 山成 本计算方法发现并计算这一事实 结论 加拿大采矿业正面临前所未有的压力和 来自国外的竞争。仅靠减少劳动力不能最终 解决问题 ， 因为 ， 劳动力的减少是有限度的， 超过这个限度， 继续减少劳动力 ， 可能会增加 采矿作业成本。 深井开采将采用高效、 易于控 制的采矿方法 侧如， 能较好控制贫化和块度 的选别采矿法或大量采矿法。与深井采矿有 关的技术问题是指提高地下大量采矿效率主 要靠采矿过程重新安排 重新设计生产采场 1 6 和运搬系统、 建立能改善最终产品质量的激 励机制、 采用能有效监控成本并且能测算采 矿过程实际效果的成本计算方法。 未来深井采矿最重要的特点将是 巷道 断面尺寸更小、 更有效的岩层支护方法、 更精 确的爆破技术、 更有效可靠的物料运搬系统。 采用的设备尺寸更小、 效率更高 维修工作量 更小、 减少投资与作业成本 ， 将采用尺寸更小 的耙矿机、 更连续的装载机械和皮带运输系 统。 加拿大采矿业的继续生存将取决于比技 术进步本身更难实现的一些最基本的工作 要求采矿过程管理发生更引入注 目的变化， 全面改革作业组织方式、 劳动报酬、 成本计算 方法。 ． WME 1 2 --O 1 6 0 李翕然 韩志型 维普资讯