国内外缓倾斜中厚矿体采矿方法现状.pdf

第 2 I 誊第 4期 矿 业 研 究 与 开 发 M I Nl NG R＆D Vo I 2 l No 4 Au g Z O O 1 文章编号 1 0 0 5 2 7 6 3 2 0 0 1 0 40 0 2 1 0 4 国 内外缓倾斜 中厚矿体采矿方法现状 黄胜生 金山金矿， 江西 德兴市3 3 4 2 1 3 摘要 缓倾斜 中厚矿体的开采， 一直是 国内外的采矿难题。在对国内外缓倾斜中厚矿体开采状况 调查的基础上 ， 分别就 目前主要应用的采矿方法的采矿工艺、 采矿装备、 应 用效果和存在 问题与发 展趋势作 了简要的叙述。 关键词 缓倾斜 ； 中厚矿体； 采矿方法 中图分类号 _ r I 8 5 3 2 文献标识码 A Th e S t a t e o f Ar t sof M i n i n gMe t h o d s f o r Ge n t l y Di p p i n g Me d i u m T h i c k Or e b o d i e s B o t h i n Ch i n a a n d Ab r o a d HUANG S h e n gs h e n g J i n s h a n Go l d Mi n e ， H, m q l a o ， J i a n g x i 3 3 4 2 1 3 ， C h i n a A b s t r a c t M i n i n g o f g e n t l y d i p p i n gme d i u m t h i c k o r e t x d i e s h a sb e e n ab i g c h a l l e n g et ot h emi n i n gi n 。 d u s t r yt h e wo r l d O V e r Th e s t a t e o f t h e a r t s o f mi n i n gme t h o d s f o r g e n t l y d i p p i ng me d i u mt h i c k 0 r e b o d i e s b o t h i n Ch i n a a n d a b r o a d h a s b e e n i n v e s t i g a t e d ．Ba s e d o n t h i s i n v e s t i g a t i o n，a b r i e f d e s c r i p t i o n i s g i v e n t h e mi n i n g t e c h n o l o g y，e q u i p me n t a n d mi n i n g p e r f o n r m me e s a l o n g wi t h e x i s t i n g p mb ‘ l e ms a n d d e v e l o p me n t t r e n d Ke y Wo r d s Ge n t l y d i p p i n g；M e d i u m t h i c k o r e b o d y ；M i n i n g me t h o d 对倾角为 l 5 ～3 5 。 、 厚度为 6 ～2 0 m 的缓倾斜 中厚矿体的开采 ， 在国内外一直是一个难题 矿体 倾角缓， 矿石无 法 自溜， 需采用机械运搬或人 工扒 运， 而采场空顶较高 ， 顶板管理困难。据对国内缓倾 斜中厚矿体矿山的统计 ， 房柱采矿法 占 5 0 ％， 底盘 漏斗采矿法 占3 5 ％， 其余的主要为采用分层充填法 和电耙留矿法。而国外这类型的矿体则主要采用房 柱法， 其比例达 6 1 ％， 另外采用充填法的占2 3 ％； 其 余的主要用爆力运矿采矿法。以下就国内外主要几 种采矿法的应用情况予 叙述。 1 房 柱 法 房柱法主要用于倾 角 2 5 。 下、 厚度 4 ～1 2 n l 的中厚矿体， 要求 矿石及围岩稳固和中等稳 固。 目 前， 国内外缓倾斜中厚矿体应用房柱法的变型方案 很多 ， 主要有 留不规则房问矿柱的房柱法， 留条形矿 柱的房柱法， 预切顶中深孔房柱法和浅孔落矿胶结 矿柱房柱法。前两种方法应用较为普通 ， 这里不再 赘述 ， 以下简要介绍后两种采矿方法。 1 1 预切顶中深孔房柱法 该方法采用脉内采准， 浅孔超前切顶 ． 扇形中深 孔落矿 ， 锚杆护顶 ， 抛绳枪挂 滑轮， 采 场电耙 出矿。 矿块沿走向布置 ， 并划分为盘 区开采。盘 区布置 2 -- 3组矿房和矿柱。盘 区长 6 0～1 0 0 m， 阶段斜长 4 0 --6 0 n l ， 阶段高度一般为 1 5 --3 0 n l 。矿房宽 8 -- 2 0 m， 矿房问柱宽3 ～8 n l ， 顶底柱高各 3 ～6 m。 回采从切割上山开始 ， 先用浅孔在矿体上部进 行切顶 ， 切顶 高度为 2～3 m。上都 切顶 可全面拉 开， 一次形成， 也可超前下部 回采， 分段形成。切顶 揭露 后的顶板用楔缝式 锚杆 支护 ， 锚杆 同度 1 ～ 1 ． 5 m 1 -2 I n ， 锚杆长度 l 6 ～2 n l 。 下部矿体的回采 ， 是在下部沿脉凿岩上山用 中 收稿日期 2 0 O I 一0 3 2 l 作者简介 王胜生 1 9 6 6 一 ， 男， 江西上商人， 工程师， 主要从事采矿技术和生产管理工作 维普资讯 矿 业 研 究 与 开 发 第 2 1 卷 深孔凿岩机向上钻凿扇形深孔。目前国内中深孔凿 岩设备主要有 YG Z 9 0 、 YG Z S 0钻机 。爆破采用 2 岩石炸药， 人工装填， 部分矿山采用装药器装药。一 般采用各排微差爆破。崩落矿石由电耙运搬。 采用预 切顶 的方法 ， 预先锚固顶板 ， 安全性 较 好， 同时， 通过预切顶， 便于适应矿体顶板形态 的变 化， 减小采矿贫化损失； 采用中深孔凿岩爆破， 采场 生产能力大 ， 采矿工效高。其缺点是 ， 在矿石品位变 化较大的情况下 ， 不便进行分采。 其应用情况及主要技术经济指标见表 1 。 表 1 国内外缓倾斜中厚矿体房柱法主要技术经济指标 l 2 浅孔落矿陂结矿柱房柱法 目前 ， 普通房柱法的突 出缺 点是遗 留矿柱很难 及时回收 ， 矿柱损失较大 ， 可达 4 o ％以上， 且大量 的 空区给后续生产带来很大的隐患。为此， 高 品位的 矿山多采用两步骤开采 、 嗣后充填的房柱采矿法。 该方案采用盘 区连续开采。盘区沿走向布置 ， 长 3 0 --6 0 m。盘区内沿走向划分为矿房和矿柱 ， 矿 房宽 1 0 --1 5 m， 矿柱宽 5 ～8 m， 底柱高 6 --7 m， 顶 柱高 3 ～6 I n 。当采场斜长较大时， 则沿倾向划分为 两个分段进行 回采。上下分段 长 3 0 --4 0 I n 。回采 顺序是先采矿柱 ， 矿柱采空区胶结充填后 ， 再 回采矿 房， 矿房采空区用尾砂充填。 回采采用浅孔落矿， 分层回采。崩落矿石用 2 5 -- 5 5 k w 的电耙运搬 。采场顶板用锚杆网护顶 。矿 柱采用胶结充填 ， 其灰砂比多为 l 6 1 1 0 ， 矿房则 采用分级尾砂充填 ， 最小粒径一般要求大于 3 7∞ 。 纵观 国内矿 山， 近年来尽管对各类房柱法作 了 不少改进 ， 但其装备水平提高不够快， 大都未使用凿 岩台车等设备， 采场运搬设备仍以电耙为主。所以， 综合生产效率与国外周类采矿方法相 比， 仍然较低 ， 保障采场安全生产的顶板管理措施仍未达到满意的 效果。 国外应用房柱法的矿山普遍采用先进的采掘设 备。据对西方主要矿山的统计 ， 应用无轨 自行设备 的矿山有 4 1个， 其中加拿大 1 1个， 英国 1 0个。凿 岩作业一般采用装有 1 ～4个凿岩机臂的无轨凿岩 台车； 采场运搬大都采用轮胎式铲运机 ， 广泛地使用 辅助机械进行采场顶板 管理和锚杆护顶 ， 从而保 障 了回采工作的安全。由于装备先进的采、 装 、 运设 备 ， 采场综合生产能力、 采矿工效明显较我 国的高 ， 其有关矿山的各项技术经济指标见表 1 。 2 底盘漏斗采矿法 对矿石中等稳固、 倾 角 2 5 。 ～4 5 。 、 厚度 l 0～2 0 m的中厚矿体 ， 采用房柱法开采 ， 在凿岩、 矿石运搬， 以及顶板管理方面会带来一系列 问题。所以， 对矿 石价值不高， 或品位不高的矿体 ， 多采用底盘漏斗采 矿法开采。 该方法 的特点是将矿体划分为盘区开采。盘区 沿走向布置， 长 3 0 ～6 0 m。每个盘区 内布置 2 --3 个矿房， 矿房跨度 1 O ～1 5 IT I ， 斜长一般 5 o一8 0 I D - 。 每个盘区布置一条连续隔离矿柱， 矿柱宽 5 ～8 m 采场之间不再留矿柱。在底盘 围岩内 ， 于矿体倾斜 方向开掘带有普通漏斗的 电耙道 出矿结构 ． 在凿岩 上山内进行 中深孔 凿岩 ， 采用分段微差爆破 落矿。 矿石靠自重经漏斗下放至电耙道 ， 由电耙集 中耙至 溜井放 出。采空 区用尾砂进行充 填。矿柱不予回 收。 回采顺序是沿倾斜 由上而下后退式推进 ， 盘 区 内几个矿房 同步推进。采用 YG Z g O型凿岩机在凿 岩上山钻凿扇形 中深孔 ， 使用铵松腊炸药、 微差起爆 方法， 向切割槽爆破。崩下矿石通过开 掘的漏斗 自 溜人 电耙道 内， 再用 3 0～5 5 k W 的双卷筒 电耙 绞 车， 耙人集中溜井放出。底柱高度视底部结构而定 ， 维普资讯 第4期 黄胜生国内外缓倾斜 中犀矿体采矿方法现收 采用漏斗式底部结构时为 5 ～8 IT I ， 采用堑沟式时为 l 0 ～1 3 m。顶板管理多采用崩落上盘围岩的方法。 该法将底部出矿结构沿矿体下盘布置 ， 在凿岩 上山进行凿岩作业 ， 出矿人员无须进入采场 ． 回采比 较安垒 ． 采场跨度与暴露空间可略为增大 ， 采场顶板 稳固性要求也 可略为放 宽。另外 ． 由于采用中深孔 凿岩 ， 几个采场可同时作 业， 采场生产能力大， 采矿 工效高， 采矿成本低。其主要的缺点是， 采矿贫化损 失大。因而 ， 该方法多用于倾角与厚度偏大 的低品 位 、 低价值的缓倾及倾斜中厚矿体。 相对国外 ． 底盘漏斗采矿法在我 国应用较多 ， 尤 其在铜矿和铁矿应用较为普遍。近年来， 随着金属 价格的下调 ， 我国资源 的减少 ， 以及 该法贫化损失 高、 采准工作量大、 矿体形态适应性差等问题， 其应 用有减少的趋势 。国内外部分应用底盘漏斗采矿法 的矿山的主要技术经济指标见表 2 。 表 2 底盘孺斗采矿法的主要技木经济指标 3 机械化分层充填法 对于品位较高 的矿床开采 ， 为提高矿石回收率 和控制岩移及顶板压力 ． 越来 越多 的矿山采用分 层 充填采矿法 ． 对品位较高 、 中厚以上的矿体多采用效 率较高的机械化充填 采矿法。据统计． 有色矿 山的 充填法的比重 由 1 9 6 3年的 0 7 ％上升到 1 9 9 o年的 1 9 ． 6 ％， 黄金矿山则高达 3 1 ％。 近年来随着充填工艺的不断完善和采矿机械化 的发展 ， 充填法已跨人 高效采矿的行列。以凡 口铅 锌矿盘区机械化尾砂胶结充填法 为例 ， 该法采用底 盘脉外斜坡道 、 高中段、 高分段 、 脉外集中溜矿井 ， 实 现无轨采矿 ； 采 用盘 区组 合采场采矿、 出矿和充填 ， 盘区生产能力达 4 0 0 ～5 0 0 t ／ d ， 采场生产能力 比普 通上 向分层充填法提高一倍以上。而后又配套使用 凿岩台车 、 锚杆台车、 撬毛台车、 装药车、 锚索台车和 铲运机等高教设备， 使盘 区工艺技术、 装备和主要技 术经济指标达到了世界先进水平。 金川二矿 1号矿体采用的上向进路机械化胶结 充填法， 沿矿体走 向 1 0 0 m划分为两个盘区， 进路断 面为 5 i n4 i n ， 两步骤 问隔回采， 采用双机液压 台 车凿岩 ， 电动铲运机 出矿 ， 辅助车安装锚杆和装药， 实现无轨化采矿和细砂管道充填。盘区综合生产能 力达 1 0 3 9t ／ d 。 焦家金矿宽进路分层盘 区充填法 ， 盘 区内采场 ．垂直矿体走向布置 ， 采场宽 7 ． 5 m， 分两步骤回采， 4 个采场同时作业 ， 分别进行凿岩爆破 、 矿石装运、 顶 板支护和充填作业。采用法 国的 P I 、 一l 7型 双机凿岩台车凿岩 ． 使用芬兰的 ∞ R o一2 5 0 B D型 柴油铲运机装运矿石 ， 用瑞典阿特拉斯公 司的 P T一 5 0 L型撬毛台车处理采场顶板松石， 采用法国的 P I 、 H Nl 71 B型锚杆台车进行锚杆支护 ， 其采 矿生产能力和采矿工效显著提高。其有关矿山的主 要技术经济指标见表 3 。 表3 上 向分层充填采矿法部分矿山主要技术经济指标 名称盘区 生产 t ／ a 毳 野 意 善 凡 口错锌 矿 1 3 o -1 2 o 3 1 9 ， 7 1 5 8 0 ～1 0 o 金川二矿l O 3 9 2 3 ． 3 4 ． 6 2 8 一 红透山铜矿 3 8 0 8 5 1 9 5 1 2 3 0 焦家金矿 雾 耄 善 2 5 0 - 37 5 4 7 一 18 ．4 4 结 语 综上认为， 对缓倾斜中厚矿体 ， 房柱法仍是主要 的开采方法。目前其开采主要有 以下三 个发展趋 势 ， 其一是针对不同矿体厚度和不同矿石品位， 演变 用不同的变型方案。对矿 石品位较高 的矿体 ， 多采 用两步骤开采的房柱法 ， 矿房采空区和矿柱采空 区 分别采用胶结和非胶结尾砂充填 ． 以减小矿石贫化 损失 ； 对矿体厚度较大， 且赋存稳定 ， 厚度变化不大 的矿体 ， 主要采用中深孔房桂法 ， 以提高采场生产能 维普资讯 矿 业 研 究 与 开 发 第 2 1卷 力和采矿效率 ； 对矿体厚度、 品位及形态变化很大的 矿体 ， 采用浅孔房柱法开采， 有较好的灵活性。其二 是努力进一步完善 中深孔 的凿岩爆破工艺 ， 尽量避 免出矿工人进人空场作业 ， 减少生产安全隐患， 其中 关键是采用合理的采 叨布置和凿岩爆破工艺。其三 是逐步使 用凿岩 、 采 场运搬和顶板管理 自行设备。 可以预计， 我国房柱法将逐步地向后一趋势发展 ， 但 就我国目前矿山的生产现状 ， 继续应用现有设备， 努 力完善采矿工艺仍是 目前主要的工作 。 底盘漏斗采矿法， 近年来配 连续采矿工艺， 采 矿效率得以进一步提高 ， 但贫化损失较大这一突出 问题仍未根本解决 ， 其应用呈逐步减少趋势。 { 上接第 l 8页 的拉应力值增值显著 、 最大拉应力为 压应力增 值亦是如此 ， 最大压应力为 如。而 3种情况下的应 力分布形式、 拉应力区的位置及形状均无明显改变。 表 4 同一横断面进路顶板最大拉应 力 殛墙脚处最大压应 力值 单位 胁 计算 一 兰 牲豌4 d。 d d ，4 2Ⅱ 一 4 3 9 44 8 3 26 4 8 21 8 2 91 8 5 54 69 5 拉O 5 9 6 0 0 1 8 1 1 9 5 7 2 7 6 3 0 8 6 3 昕 4 2 4 8 5 情况 3 一 4 86 脚5 4 3 3 9 _ 7． 5 5 5 3． ∞ 8 4 3 08 3 7． 7 9 5 6 拉0 ． 9 3 6 8 6 ． 3 3 4 2 1 3 0 2 5 4 1 4 5 8 1 2 9 5 2 96 3 7 5 5 情况 4压 一 5 46 1 9 6 1 8 6 8 8卯} 4． 5 5 0 4 61 1 l 6 7 1 2 4 结 语 基于考虑上述各种情况的三维有限元数值分析 结果， 可得到对无底柱崩落法采场结构空 问受力特 征的几唐主要认识 ， 并提出有关的一些支护建议 1 从垂直于进路 轴线 的横断面来看 ， 拉应力 主要位于进路顶板 ， 其次是进路侧墙腰线 附近及进 路底板。顶板 中沿坐标 3个方 向均有拉应力存在， 拉应力值 以 最大， 其次是 、 。在本次计算模 型条件下， 无堑沟并未进行 回采时， 顶板拉应力区高 度为 0 7 5m左右； 当有堑沟并用混凝土及锚索支护 且进路回采时， 顶板拉应力区高度为 1 ． 0 5 m 左右 ， 而充填法， 包括机械化上向分层充填法、 上向进 路充填法 、 点柱上 向分层充填法 ， 由于其回采灵活， 采矿贫化损失低， 在高品位矿 山得到广泛应用。 近年来 ， 随着充填工艺和充填料制备 ， 输送技术 等方面的不断完善， 以及凿岩台车 、 铲运机、 锚杆 台 车等无轨设备的应用， 充填法已成为一种高效 、 高回 收率的采矿方法， 得到广泛的应用， 其中上向进路充 填法将是高品位缓倾斜中厚矿体 的一种主体采矿方 法。司以预计 ， 随着矿山开采深度的不断加大、 环保 要求的 日趋严格、 开采技术 的提高和 回采设备的发 展 ， 以及充填工艺的改善和充填成本的降低 ， 这一类 采矿法在今后将得 以更大 的发展。 包括混凝土支护结构在内为 1 4 5m左右 。 2 无堑沟并未进行 回采时， 进路在矿岩接触 带附近， 以及与联络道 的交叉 口附近顶板拉应力较 大 ； 有堑沟井回采时， 进路除了在这些部位顶板拉应 力较大外， 由于堑沟的开挖， 在近堑构附近的进路顶 板 中拉应力亦较大， 并在其上边界 附近存在有一定 范围的 ，拉应力区。 3 进路一侧的联络道侧墙 该部位为围岩体 在其与进路相交的拐角处 d 、 为拉应力 ， 且铅垂 方向的压应力 较大。在联络道的顶板及侧墙腰 线附近有一定范围的拉应力区出现。 4 当进路上部的垂直荷载增加时 ， 进路顶板 的拉应力增大， 稳定性变差 ， 侧墙与顶板拐角处的压 应力也 同时增大。 5 根据该类采场结构的上述受力特征， 在支 护设计中， 应加强顶板的钢筋网布置 ， 横向钢筋宜大 于纵 向钢筋 ； 拱顶及侧墙腰 线处 的锚杆长度应大于 其它部位的锚杆长度； 为适应进路爆破端上部边界 处的拉应力区， 拱顶长锚杆 或长锚索可后斜适当角 度 ； 近堑淘处 、 矿岩接触带 附近、 在进路 与联络道的 交叉 口应加强支护。此外 ， 应避免各进 路回采及出 矿的不均匀性 ， 避免上一水平 的残留矿柱存在 ， 以减 小进路上部垂直荷载的集中。当上一水平的残留矿 柱无法消除时， 其对应的下部进路应加强支护。 作为研究内容的一部分 ， 这些认识与其相应的 支护措施已在现场支护试验中获得了成功的应用。 维普资讯