地下矿山缓倾斜中厚矿体采矿方法优化研究.pdf

2020年 5月下 世界有色金属39 采矿工程 Mining engineering 地下矿山缓倾斜中厚矿体采矿方法优化研究 王智峰1，谭成杰2* （1 . 贵州开磷设计研究院有限责任公司， 贵州 贵阳 5 5 0 0 0 0 ； 2 . 贵州开磷有限责任公司， 贵州 贵阳 5 5 0 0 0 0 ） 摘 要 安全合理地开发利用矿产资源是我国工业建设与经济发展的重点， 在矿产资源开采过程中， 合理可靠的采矿 方法不仅可以保证矿山的安全生产， 更重要的是给企业和人民带来财产和生命的保障。 本文基于分段空场嗣后充填采 矿法提出了一整套图纸化管理机械化开采的采矿方法， 该方法与其他采矿方法不同之处主要在于 将回采矿房上分层 脉内采准高帮提前掘进至底板， 这样做可以有效解决回采缓倾斜中厚矿体底板三角矿过程中面临的施工困难、 回采率 不高问题， 避免了矿房回采过程中的矿石冒落风险， 降低了生产成本， 提高了生产能力， 增加了矿房回采过程中工作人 员和设备的安全性， 同时大大提高了矿石回收率， 加快了矿房回采进度。 关键词 缓倾斜中厚矿体 ； 回采 ； 充填采矿法 ； 采矿方法 中图分类号 T D 8 7 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 2 - 5 0 6 5（2 0 2 0 ） 1 0 - 0 0 3 9 - 2 Research on Optimization of mining of gently inclined medium thick ore body in the underground mine WANG Zhi-feng1, TAN Cheng-jie2* 1 . G u i z h o u K a i l i n D e s i g n G u i z h o u K a i l i n C o . , L t d . , G u i y a n g 5 5 0 0 0 0 , C h i n a Abstract S a f e a n d r e a s o n a b l e u t i l i z a t i o n o f mi n e r a l r e s o u r c e s i s t h e f o c u s o f C h i n a s i n d u s t r i a l c o n s t r u c t i o n a n d e c o n o mi c d e v e l o p me n t . I n t h e p r o c e s s o f mi n i n g , r e a s o n a b l e a n d r e l i a b l e mi n i n g me t h o d s c a n n o t o n l y g u a r a n t e e t h e s a f e p r o d u c t i o n o f mi n e s , b u t a l s o , mo r e i mp o r t a n t l y , g u a r a n t e e t h e p r o p e r t y a n d l i f e o f e n t e r p r i s e s a n d p e o p l e . T h i s a r t i c l e p r o p o s e d a s e t me t h o d o f me c h a n i c a l mi n i n g ma n a g e d b y d r a w i n g b a s e d o n t h e s u b l e v e l o p e n s t o p i n g w i t h d e l a y e d f i l l i n g , c o mp a r e d w i t h o t h e r mi n i n g me t h o d s , t h i s me t h o d c a n d i g i n t o t h e f l o o r a t t h e h i g h s i d e o f u p p e r l e a f i n - v e i n p r e p a r a t o r y w o r k i n g i n a d v a n c e , w h i c h c a n s e t t l e d o w n t h e p r o b l e ms s u c h a s h a r d w o r k i n g a n d l o w - e f f i c i e n c y i n t h e p r o c e s s o f mi n i n g o u t t h e t r i a n g u l a r o r e a t f l o o r i n t h e g e n t l y i n c l i n e d me d i u m t h i c k o r e b o d y . T h i s mi n i n g me t h o d c a n a v o i d t h e r i s k o f o r e f a l l i n t h e p r o c e s s o f mi n i n g , r e d u c e t h e c o s t , i mp r o v e t h e p r o d u c t i o n c a p a c i t y , i n c r e a s e t h e s a f e t y o f t h e w o r k e r s a n d e q u i p me n t , a t t h e s a me t i me i mp r o v e t h e r e c o v e r y r a t e a n d s p e e d u p t h e mi n i n g g r e a t l y . Keywords g e n t l y i n c l i n e d me d i u m t h i c k o r e b o d y ; mi n i n g ; b a c k f i l l i n g mi n i n g me t h o d ; mi n i n g me t h o d 近年来，许多学者对缓倾斜中厚矿体开采中存在的问 题进行了研究， 取得了丰硕成果。 关守安 [1]对缓倾斜中厚矿 体开采过程中岩层移动和地表塌陷规律展开了研究，利用 3DEC数值分析软件对模型试验结果进行验证分析后认为 岩层移动塌落的角度随开采深度的增加先变小后变大， 最终 沉降以筒型陷落为主。 黄明建 [2]明确了一种使用模糊的整体 评价的方式开展量化计算， 选取最优秀开采方法的方案。 苏 成哲、 栾振宁、 张睿 [3]等人依据一定的矿体赋存条件和矿山 生产条件使用数学方法选取了恰当的缓倾斜中厚矿体采矿 方法。 潘庆军根据矿体赋存特征及开采技术条件， 整理出了 一种能配套使用大型无轨设备的中深孔落矿嗣后充填采矿 法， 该方法具有良好的经济效益和安全性。 根据现有资料， 目前还没有专门解决缓倾斜中厚矿体底 板三角矿残留问题的专项研究或者是完整的采矿方案， 本文 提出了一种基于分段空场嗣后充填采矿法， 提前将回采矿房 上分层高帮掘进至底板的一整套采矿方案， 能够有效解决底 板三角矿残留问题， 以期对此类矿体开采提供合理的解决方 案， 推动缓倾斜中厚矿体开采技术继续向前发展。 1 地质概况 贵州磷化集团用沙坝矿段地处云贵高原东部中、 低山地 带，为缓倾斜-倾斜矿体，倾角一般为8 45，厚度为 2m10m，矿体走向长近3800m，开采规模为110万t/a。 矿体产状基本稳定， 矿石致密、 性脆， 节理、 小滑动面发育， 由于小断层影响， 矿石胶结不紧密， 矿石本身无粘结性， 掘 进时常有小块冒落， 矿层凿岩爆破性好， 属不稳固类型。 该矿现使用获国家科技进步二等奖的 “磷化工全废料自 胶凝充填采矿” 技术采矿， 资源回收率超过85， 贫化率约 为5，采矿水平世界一流、国内领先。矿段北部1500m范 围内皆为倾角8 30、厚度4m10m的缓倾斜中厚矿 体， 目前使用脉外采准分段空场嗣后充填采矿法配合大型无 轨设备进行机械化开采， 该范围内矿体开采过程中， 下分层 底板三角矿受上分层矿体压覆， 底板三角矿回采时爆破效果 不理想， 影响了矿石回收率， 同时由于矿体倾角较缓、 崩落 的矿石不能自溜、 上分层采场矿体易冒落等原因， 造成了开 采过程中人员和设备安全性不高的问题。 针对上述问题， 矿山经过反复理论和实验研究， 对现有 采矿方法进行优化， 采用将回采矿房上分层脉内采准提前沿 高帮掘进至矿体底板的方法解决了底板三角矿的残留问题， 提高了矿石回收率， 保障了人员和设备安全， 实现了缓倾斜 中厚矿体的高效回采。 2 采矿方法 该方法为脉外采准分段空场嗣后充填采矿法的一种变 种， 主要不同之处在于该方法在回采矿房之前须将上分层脉 内采准高帮掘进至矿体底板， 以利于底板三角矿的开采， 适 用于回采顶板条件较好的缓倾斜中厚矿体， 具体回采顺序包 括 矿体划分→脉外采准施工→脉内采切施工→回采矿房 上分层脉内采准高帮掘进→回采矿房切割槽施工→回采矿 收稿日期 2 0 2 0 - 0 5 作者简介 王智峰， 男， 生于1 9 8 7 年， 河南巩义人， 硕士研究生， 采矿工 程师， 研究方向 采矿工程。 世界有色金属 2020年 5月下40 采矿工程 Mining engineering 房回采→砌筑挡墙→充填等步骤。 2.1 回采顺序 根据采矿方法对地压和采场顶板管理的要求， 各阶段从 下往上， 沿走向间隔开采。 盘区内沿倾向从下往上， 沿走向 间隔开采。 2.2 矿块构成要素 沿矿体走向将矿体划分为若干阶段， 每个阶段划分为若 干盘区， 每个盘区划分为若干分层， 每个分层划分为若干矿 房， 具体参数如下。 （1） 阶段高度 50m100m。 （2） 分段高度 分段高度根据矿体倾角而定， 保证分段斜 长在15m20m范围内， 以满足深孔凿岩台车作业长度要求。 （3） 矿房尺寸 矿房宽15m25m， 不留矿房间柱和顶柱。 （4） 矿块尺寸 正常情况下两个矿房构成一个矿块， 矿 块沿走向长40m。 （5） 盘区斜坡道间距 （盘区长度） 根据铲运机运行效率， 考虑400m作为盘区斜坡道间距， 根据各中段矿体走向长度 和运输设备不同可适当调整。 2.3 脉外采准工程 在待开采矿房顶部和底部围岩分别掘进脉外分层平巷， 位置可视顶底板围岩性质确定， 应根据工程服务年限控制好 工程与矿体距离， 避免脉外采准工程在采矿过程中跨落， 具 体包含工程如下。 2.3.1 盘区斜坡道 每个盘区中央脉外开掘一条盘区斜坡道， 用于连接个各 分层和大巷。 作业设备为浅孔台车、 铲运机、 局扇。 2.3.2 脉外分层平巷 脉外分层平巷是连接盘区斜坡道与矿房， 用于设备运行 的平巷， 也是矿房充填通道。 作业作业设备为浅孔台车、 铲 运机、 局扇。 2.3.3 矿房石门 用于连接矿房与脉外分层平巷的短平巷， 也作为充填通 道。 作业设备为浅孔台车、 铲运机、 局扇。 2.3.4 分层联络道 分段联络道是连接分层平巷与溜井或者盘区斜坡道之 间的通道， 应满足各种无轨设备的行驶要求考虑。 作业设备 为浅孔台车、 铲运机、 局扇。 2.3.5 溜井 每个盘区设矿石溜井和废石溜井各一条， 溜井下部设振 动放矿机， 一般布置于分层联络道两侧。 作业设备为反井钻 机、 铲运机、 局扇。 2.3.6 回风联络斜巷 两个盘区之间，掘进一条连通阶段回风巷的斜巷或竖 井。 作业设备为反井钻机、 铲运机。 2.4 脉内采切工程 2.4.1 脉内采准 在待开采矿房顶部和底部分别沿矿脉走向掘进上分层 脉内采准巷道和下分层脉内采准巷道， 采用锚网或锚网锚 索支护。 作业设备为浅孔台车、 铲运机、 锚网台车、 局扇。 2.4.2 切割上山 脉内分层平巷掘进后， 沿走向在每个矿房端部布置一条 切割上山， 倾角与矿层一致， 采用倒梯形， 采用锚网支护或 锚网锚索。作业设备为浅孔台车、中深孔台车、铲运机、 锚网台车、 局扇和遥控挖机。 2.5 回采 回采分三步骤进行 一步骤将回采矿房上分层脉内采准 高帮掘进至矿体底板以便于矿房底板三角矿回采 ； 二步骤进 行矿房切割上山取底， 即以平行于切割上山的浅孔或深孔爆 破把切割上山加深至矿体底板， 形成切割槽 ； 三步骤利用中 深孔台车在切割上山的一侧一定排距凿扇形中深孔， 并以一 次2排3排爆破的进度爆破直至矿房边界。作业设备主要 为浅孔台车、 中深孔台车、 遥控挖机、 铲运机和锚网台车。 2.6 充填 充填管道经地表至大巷的充填钻孔进入井下， 由大巷进 入各盘区需充填的矿房。 矿房采矿完毕后， 在矿房石门砌筑 充填挡墙后将矿房上分层石门作为通道进行胶体充填。 2.7 采场通风 新鲜风从大巷进入， 经盘区两端盘区斜坡道、 采准巷道， 到达工作面， 洗刷工作面后， 污风由切割上山进入上分层平 巷， 经盘区回风井、 回风巷进入回风竖井排出地表。 2.8 顶板管理 为保证作业的安全， 采用后退式回采， 减少了作业人员 在空区下作业的时间， 同时为保证采场顶板的稳定， 在顶板 稳固性差的地段及时进行临时支护， 以维护围岩的稳固性确 保回采作业的安全。 3 实验采场生产验证 经用沙坝矿在矿段北部7、 8、 9盘区采场长期生产实验 验证， 使用提前将矿房上分层脉内采准高帮掘进至底板的分 段空场嗣后充填采矿法， 缓倾斜中厚矿体单个矿房回收率由 85提高到了92， 产生了良好的经济效益， 降低了生产成 本， 设备不需在上分层待采矿体下作业， 矿房作业人员避免了 上分层矿体冒落的风险， 保障了生产安全， 提高了生产效率。 4 结论 （1） 根据缓倾斜中厚矿体特点， 提出了一整套图纸化管 理机械化开采的采矿方法。 （2） 该方法基于分段空场嗣后充填采矿法， 同时将待采 矿房上分层脉内采准高帮提前掘进至矿体底板， 可起到提高 矿石回收率、 避免缓倾斜中厚矿体回采底板三角矿过程中所 存在的安全风险， 达到矿房快速回采， 提高矿山生产效率的 目的。 （3） 该方法全面使用大型无轨设备甚至遥控设备， 大幅 降低了井下作业人员劳动强度， 能够起到减人增效目的， 为 智能化采矿奠定了基础。 （4） 磷化工全废料自胶凝充填采矿技术在解决井下空区 稳定性问题的同时， 消耗了大量磷石膏， 减轻了磷化工生产废 料带来的环境问题， 可实现矿山与磷化工 “双无害” 发展。 [1] 栾 振 宁 . 缓 倾 斜 中 厚 矿 体 高 效 采 矿 方 法 探 析 [J]. 世 界 有 色 金 属,2018,231243-44. [2] 张睿，刘涛.缓倾斜厚矿体采矿方法优选及实践[J].有色金属 （矿山部 分） ,2016,6868-15. [3] 潘庆军.某磷矿缓倾斜中厚矿体无轨机械化采矿技术研究[J].矿业研究 与开发,2019,39733-36.