大新锰矿地下采矿方法及技术探析.pdf

qiyekejiyufazhan 2020 年第 6 期 （总第 464 期） 0引言 随着社会的不断发展，国家对于矿产资源的需求量日渐增 多，而我国大部分矿产资源赋存规模比外国资源要小很多，为 了减少矿产资源的进口量，只有通过合理的采矿技术尽可能地 开采矿石资源。现今，我国的采矿技术水平相对较低，缺乏技 术创新，部分矿山矿石回采率远不能满足国家要求，严重影响 我国的经济建设。因此，大新锰矿提高采矿工艺势在必行，必 须通过高效合理的采矿方法，尽可能地对规模小的矿石进行回 收，解决矿石资源日益枯竭的问题。大新锰矿近几年对于采矿 工作做了较多的项目研究，开采技术也不断提升，采矿技术某 些方面有突出成效，开采效率及回收率也有所提高，特别是机 械化开采领域的提出，大大地解决了人工出矿的效率问题。在 矿石开采现场，矿石贫化指标和损失指标都出现了大幅度的降 低[1]。 1大新锰矿矿区基本概况 中信大猛大新锰矿分公司位于广西崇左市大新县西部，是 一座大型锰矿资源矿山。行政区划属大新县下雷镇管辖，矿区 有公路通大新、天等、靖西等县城，交通便利。矿区位于左江 流域（ 珠江水系 ） ，西部为珠江与越南红河两水系分水岭地带， 属低山丘陵地形。地形地貌受地层、构造控制，层次分明，主 要表现如下较大片出露的碳酸盐类地层组成独立的岩溶地 貌，峰丛、洼地、坡立谷及孤峰谷地等地貌景观，非碳酸盐类 地层则组成低山丘陵，矿区地处亚热带，气候温暖潮湿，雨量 充沛。 大新锰矿系大型浅海相沉积型锰矿床，受长期风化作用而 形成浅部氧化带和深部原生带两个部分。南部矿段矿体，矿层 大多陡立或呈急倾斜状（ 倾角为45～70 ） ，转折端以北为 缓倾斜（ 倾角为25～45 ）与平缓（ 倾角＜25 ）矿层。 2采矿方法介绍 根据大新锰矿矿体基本情况，结合安全、经济的手段选择 合理有效的采矿方法，井下使用的采矿方法主要有中深孔浅孔 分段留矿法、空场采矿法及充填采矿法。 2.1空场房柱法 空场采矿法主要应用于矿区背部缓倾斜矿段，该采矿方法 的主要特点为在矿石回采过程中暂时留存或永久留存保安矿柱 以支撑顶部岩层，该采矿方法空区内处于空置状态。根据实际 结构差异进行回采作业时，按矿壁与矿块的表现形式又可以划 分为全面采矿法、阶段性矿房采矿法及房柱采矿法。空场法是 我国应用最早、最多的采矿方法，该方法技术发展最为全面， 具有成本低、效率低的优点。大新锰矿西北地段缓倾斜矿段主 要使用空场房柱法采矿技术，采用自然矿柱在矿房内交替布 置，落矿方式为阶梯式，由下而上开展采矿作业[2]。 近几年，大新锰矿西北区段使用空场房柱法采矿取得突出 成效，技术措施日趋完善，部分矿段采用锚杆稳固顶部岩层及 周边岩层进行回采，效果显著。以西北地采380斜井ⅡⅢ矿 2号矿房为例，首先利用钻机钻出潜孔切顶，矿房顶部岩层被 全部拉开，对于受破坏的顶部岩层加以锚杆支护，确保顶板稳 固，然后在上山内开口以浅孔爆破进行回采，尽量降低因爆破 影响而导致岩层塌落。2018年，西北地采380斜井利用空场 房柱法采出矿量约20万 t，顺利完成公司要求的年度出矿总 量。这也有效说明，该采矿方式适用于缓倾斜矿体的采切，成 效显著，可以有效地降低矿石贫化[3]。 2.2中深孔浅孔分段留矿法 留矿法也是空场法的一种采矿方法，该方法主要用于围岩 及矿层厚度较为稳固的情况，采用留矿法采矿，矿石倾角要求 大于53，矿房回采时先采矿房，再采矿柱。爆破后，依靠 【 作者简介】 韦世雄，男，广西崇左人，本科，中信大锰矿业有限责任公司大新锰矿分公司第二矿山地质工程师，从事地质工作。 大新锰矿地下采矿方法及技术探析 韦世雄 （ 中信大锰矿业有限责任公司 大新锰矿分公司，广西 大新532315 ） 【 摘要】 随着社会的不断发展，国家对于矿产资源的需求量日渐增大，而我国大部分矿产 资源赋存规模比外国资源要小很多。大新锰矿地下开采出矿总量直接影响着公司的生产效 益，如何利用先进的采矿方法提高矿石出窿量是一项值得探讨的课题。大新锰矿提高采矿 工艺势在必行，必须通过高效合理的采矿方法，尽可能地对规模小的矿石进行回收，解决 矿石资源日益枯竭的问题。文章主要阐述大新锰矿地下开采系统目前面临的一些现状难 题，提出了有效的采矿方法，并研究了开采技术发展方向，保证矿山的长远发展。 【 关键词】 采矿方法；矿山；技术探析 【 中图分类号】 TD861.2【 文献标识码】 A【 文章编号】 1674-0688 （2020） 06-0052-03 企业科技创新 52 qiyekejiyufazhan 2020 年第 6 期 （总第 464 期） 矿石自身重量从底部放出部分矿石。该采矿方法作业时必须做 好安全保障，在具体开采时因存在较多的缺点，采矿效率较为 缓慢，有时还会造成矿石贫化的提高及资源的浪费。目前，大 新锰矿南部矿段主要采用中深孔浅孔分段留矿法开采矿石，受 前期民采破坏，采矿时要时刻注意围岩坍塌问题。通过几年的 技术经验，南部矿段使用中深孔留矿法采矿也取得良好成效， 各井口出矿量也能按要求完成，矿石回采率也有所提高，贫化 率也显著降低。 大新锰矿南部矿段中深孔留矿法沿走向也按60 m划分为 一个矿块，矿块高60 m。矿房长44 m，间柱宽6 m。为了 分段凿岩阶段出矿和分段凿岩分段出矿两种采矿方法无轨设备 联络道能够相通，将分段高度统一定为12 m，采场结构如图 1所示。 2.3崩落采矿法 在采矿方法技术中，崩落法应用也比较广泛，该采矿方法 主要在矿体下盘进行切割作业，将巷道分割成不同大小的空间 体，再按中往上凿岩。爆破后矿石通过铲运出矿，利用循环后 退的方式开采。崩落法采矿有效地简化了采场的布置，显著地 减少了出矿过程中的工作量，采矿效率也高于其他采矿工艺， 是一种高效且成本较低的采矿方法。崩落法也可以有效地管理 地压，通过崩落周边围岩的方式，减少地压的影响。作为可连 续单步骤回采的采矿技术，崩落法不需增加回采矿柱任务，也 无需开展采空区治理。该采矿方法不仅作业安全，生产效率也 较为可观，在现代采矿技术中应用极为广泛。崩落法具体分有 壁式崩落法、阶段崩落法及分层崩落法。在大新锰矿各片区， 崩落采矿法应用较少，该方法在成本及效率方面都优于其他采 矿方法，后续的采矿工作中可对符合区段使用该采矿方法。 2.4充填采矿法 充填采矿法是指在开采矿房内，随着开采作业的不断开 展，大量的矿石被采出后再向空区内填充各类材料，以稳固周 边围岩及顶部岩层，防止围岩崩落，减小地压影响，后续在形 成的稳固充填体内开展回采作业。充填采矿法适用于围岩不稳 固但矿体较为稳固的矿段，特别适用于矿体品位厚度较高、具 有较大开采价值的矿产资源。充填采矿法使用时要求对应地表 要稳定且没有沉陷或裂缝，对于矿体开采较为复杂的地段最为 合适采用该采矿方法。充填采矿对于提高矿石回采率有重要参 考作用，该方法适应井下各采矿点，采切作业时较为安全，也 能有效地降低矿石贫化率，对环境的破坏程度较小。目前，充 填采矿法包括胶结充填法、水力充填法及干式充填法等。大新 锰矿各井口使用充填采矿法采矿较少，该方法适用于矿区矿层 条件，对提高锰矿回采率及降低贫化率有重大参考价值[4]。 3大新锰矿开采技术发展方向 3.1矿业数字化 大新锰矿地下开采在以后的开采中要实现数字化，就必须 以整个矿区的矿体空间形态、信息为基准，构建整个矿区数字 化信息系统。数字矿山的重要组成部分即为数字矿山，其建设 过程较为复杂，工程量相对而言也较多，要想全面实现矿山数 字化，就得按步骤开展，一步一个脚印建设起来。目前，我国 矿产资源需求日益增大，大新锰矿可以捉住这一时机，利用数 字化管理模式实现矿山的可持续发展战略，构建数字化矿山对 于整个公司的安全生产及经济效益都有重大影响。 3.2机械化自动开采 大新锰矿南部矿段倾斜矿体正实施机械化开采试验，采矿 过程中遇到许多的困难，实现开采的全自动化需要在采矿区遥 控一些大型的机械设备，这些设备处于环境较差的矿区，常年 的保养工作必不可少。但是要想加快采矿进程，减少人工成 本，机械化开采对于大新锰矿地下开采来说是一个值得发展的 方向[5]。 随着社会的不断发展，综合机械化开采是未来矿山采矿的 发展趋势，主要从两个方面实现第一，综合机械化开采自动 化集中控制。要想实现机械自动化可以通过计算机及监控技 术，利用监控技术即可在监控中心控制机械开采，对机械设备 发布动态指令，实现不在场操控，提高采矿作业安全性。第 二，综合机械化开采现场自动化控制。机械化开采通过加装高 度集成的传感器，结合通信及控制技术，实现现场信息化自动 控制，工作人员只需在监控中心通过人机界面传递的数据信息 就可以实现机械设备的自动化管理，显著提高生产安全性及采 矿效率。 3.3尾砂综合利用技术 大新锰矿地下开采过程中时刻注重环保意识，在环境保护 措施上做了大量的工作。对于地下开采造成的空区处理一直是 个难题。目前，随着地下开采的不断生产，除了矿石资源外也 采出了较多的尾砂，如何有效地利用尾砂回填采空区是一件值 得探讨的课题。通过对空区的填充可以有效地减小地压的破坏 及预防地表的沉陷，进一步减少对生态环境的破坏。 图 1大新锰矿中深孔留矿法采场基本结构 60 m 探矿穿脉巷道 电耙道底柱 间柱 联络道 放矿漏斗 电耙硐室 20 m 顶柱 阶段运输巷道 放矿溜井 切割平巷 中深孔凿岩中段 切 割 开 井 切 割 开 井 中深孔 40 m （下转第 56 页） 企业科技创新 53 qiyekejiyufazhan 2020 年第 6 期 （总第 464 期） 3.4大型、高效无轨矿山设备的研制与使用 地下开采如何有效地提高采矿及出矿效率，是矿山企业需 要探讨的问题。目前，通过研制效率较高的大孔穿爆设备、井 巷钻进机械及铲运机为主题的装运设备，尽可能地实现矿山的 无轨化开采，在实现半自动化的基础上提高采矿效率。大新锰 矿在后续的采矿中全面使用机械化和高效的开采设备实现自动 化开采，这是采矿工艺一个新的发展领域。 4结语 大新锰矿地下采矿工程是一项既复杂又系统的关键工作， 各生产线对于矿石资源的需求也日益增大。如何选用高效的采 矿工艺提高矿石产量是公司急需解决的问题。地下开采技术的 选择必须本着技术、创新及效益最优配置的原则，全面推动地 下开采往自动化、智能化及经济化方向发展。鉴于目前井下采 矿工艺的不足，必须以提升自身采矿技术为前提，结合目前国 内最为先进的技术方法，有针对性地优化采矿工艺，促进大新 锰矿的可持续发展。 参考文献 ［ 1 ］ 张晓奇．试论井下采矿安全管理工作要点 ［J］ ．河南科技， 2013 （4） 49. ［2 ］ 侯树秋．浅谈井下采矿技术及井下采矿的发展趋势 ［J］ ．黑龙江科技信息，2013 （18） 155. ［ 3 ］ 陈正发．对煤矿井下采矿技术的探析 ［J］ ．华东科技 （学 术版） ，2013 （10） 337-338. ［ 4 ］ 舒为民，马佩周．无轨机械化开采技术与工艺在大红山 铜矿的运用 ［A］ ． 金属矿山 编辑部.全国金属矿山采矿 新技术学术研讨与技术交流会 ［C］ ．2007. ［ 5 ］ 赵昱东．国外井下无轨采掘设备的新发展 ［J］ ．江西有色 金属，2005 （3） 39-42. 岩体位移还在一直增加，同时增加幅度较大。在出现突水突泥 情况下，断层破碎带变形范围往上大幅增加，与突泥口距离越 近，其岩体位移就会越大，和普通岩体影响比较来说，灾害影 响断层岩体的范围要大得多。 2.3速度场分析 通过对图6观察发现，岩体与突泥口间距变小，那么实际 涌出最原始的速度就会逐步加大，相应的时间延长，对应速度 会马上减小直到灾害结束。速度最大的是临空面的泥化岩体， 且涌出物堆积越多，一旦其能够对断层破碎带岩体上部荷载进 行支撑时，淤泥堆积体形成临时“止突岩盘” 。 3结论 综上所述，采取压力和流动方程耦合的方式模拟地下水和 土体间的互相作用，并且能够演示隧道出现突水突泥的过程。 通过对进一步分析与研究发现，正常岩体段位移会对其洞径4 倍的范围产生干扰，而对于断层带岩体其干扰范围将会扩大至 5倍；对于岩体颗粒接触力来说，涌出速度产生影响更大，而 断层破碎带岩体则要相对小一些。 参考文献 ［ 1 ］ 张民庆，刘招伟．圆梁山隧道岩溶突水特征分析 ［J］ ． 岩土工程学报，2005，27 （4） 422-426. ［ 2 ］ 孙晋玉，张强，许模．通海隧道施工涌突水灾害与环境 影响研究 ［J］ ．水土保持研究，2011，18 （4） 69-73. ［ 3 ］ Wolkersdoorfer C，Bowell R．Contemporary reviews of mine water studies in Europe ［J］ ．Mine Water and the Environment，2004，23161. ［4 ］ VALKOP， ECONOMIDESMJ．Propagationof hydraulically induced fractures-a continuum damage mechanics approach ［J］ ．International Journal of Ro- ck Mechanics and Mining Sciences and Geomecha- nics Abstracts，1994，31 （3） 221-229. ［ 5 ］ 吴家龙．弹性力学 ［M］ ．北京高等教育出版社，2004. ［ 6 ］ 郑泽源．水工隧道断层破碎带段掌子面稳定性分析方法 研究 ［D］ ．长沙中南大学，2012. ［ 7 ］ 翁贤杰．富水断层破碎带隧道突水突泥机理及注浆治理 技术研究 ［ D ］ ．济南山东大学，2014. 图 6速度场变化 （上接第 53 页） 企业科技创新 56