高压水采矿方法在黄金薄矿脉矿床中的应用.pdf

每 酷，一弓 扣 V o 1 ． 1 4 ． N 。 ． 3 沈阳黄金学院学报 S e p t ． 1 9 9 5 J OURNAL OF S HENYANG I NS TI TUTE OF GOL D TE C HN OLO GY 怠 摹 4 3朝 高压水采矿方法 在黄金薄矿脉矿床 中的应用 陈永 生 矿 山 系 关键调堕 垄塾煎一 堂， 无辱堕 中围分粪号T D 8 5 3． 3 。 1 弓 建 高压水射流是-- f 3 新技术 ，发展很 快 ，应用广泛．从原理上 讲 ，它与 我国煤矿 中采用 已 久的水力采煤技术基本相似 ，都是使用具有一定压力的水通过喷嘴射 出形成射流 ，直接 以此 射 流做 为切割与破碎物料的工具． 不过高压水射流的压力较高“ ， 一般 为 3 0 MP a也有达 数百 甚止上千 MP a的． 高压 水射 流所采用 的喷 嘴直径较小 ， 通常 2 ～3 mm 以下 ，有时仅 为几百微 米 ，这样就 可 以在很 小的 区域 内集中极大 的力来切 害 I 和破碎各种物料． 由于是用普通的水为 工作介 质 ，所 以在安 全 、成本 等方 面都有 许多独特 的优 点． 这门技术应用极广，广泛应用于国民经济的各个领域．在化工、建筑、采矿、制造加工 等行业应用较多 ，也较成功．按功能分它 的应用主要是 清洗 如贮存化学药品等有毒有害物质的罐的清洗，船舶的清洗、除锈、管道的除锈以 及 飞机表面油漆更换 的清洗等． 切割如加工泡津塑料及金属制品，在美国已有高压水加工机床 ，另外 ，还可进行建筑 材料如大理石 、花岗岩等的切割加工等 ； 切割与破碎 ；这主要用于采矿．现在 用得 较成 功的是采煤工业．在建 筑业 中的混凝土墙 拆除以及水泥地的切害 I 破碎也都有应 用 ； 其它 如埋没浅表 电缆 ，不需在地表挖槽 ，只在地表用高压水机械钻斜长孔 ，方便 灵活 ， 又不破坏 环境 ．美 国的部分 核设旖也用高 压水拆除． 1 9 9 4 一 l }一2 2收到 ．作者 ， 男 ． 3 l岁 ． 讲师 寸 薄采 睐割 矿切 金流 黄射 采水 回料 了磨 出与 提法 ， 方 展矿 发采 与进 ． 用掘议 应流建 的射啦一 } l { 水一 方科出 矿磨提 采一 用 水一 应 压法的 高方国 了矿我 述采在 简新以 种对 要两井 ， 擒脉法 维普资讯 l 4卷 3期 陈永 生 高压水 采矿方法在黄金 薄矿脉矿床 中的应 用 3 2 7 1 高压水射流的分类 一 个高压水 系统 包含一台高压泵 ，增压泵与合适 的喷嘴 ，根 据压 力的大 小，将高压 水射 流分为 3类 ，即 1 低压 力高压 水射 流水射 流压 力小于 3 5 MPa ； 2 中压力高压 水射 流水射 流压 力在 3 5 ～1 4 0 MP a之间 ； 3 高压 力高压 水射 流 水射 流压 力高 于 1 4 0 MP a ． 另外 ，根据 水射 流的状态我们把高 压水 射流分为 1 连续高压水 射流射 流中水是连续 流动 的 ，根据水 射流中是 否有磨料 ，叉 可细分 为 单纯水射流 与磨料水 射流．磨 料水 射流是 在连续 的水射流 中加上 硬质 的材料 ，常用 的诸 如铜 粉 ， 铁 粉、硅砂 、石榴石等 磨料加入可以较大降低 正常 水射 流切 割材料时所需 的水压 力 ，因 而广泛用于用水 射流 需要 较高 压力的情 况 I 2 脉 冲射 流是 非连续 水射流 ，有 时亦称水炮 ； 3 空化射 流是 在连续 射流中产 生气 泡 ，在水射流 中气泡不断 增大、增 加 ，到达 目标 时实然破裂 ，从而对 目标材料产 生辅助破裂作用． 2 高压水采 矿方法 高压水采矿方法是无爆破采矿方法 的一种．无爆破采矿方法是指在矿 房回采过 程中不用 凿岩爆破方法崩落矿 石而用其 它手段诸 如切 割、冲切 、涨裂等方 法崩 落矿 石的采矿方法， 由 于无爆破采 矿方法与 传统 采矿 方法 相比 ， 具有连续采矿 连续的破岩方法 ， 取 消了回采循 环 ， 从而提高 了劳动生产 率 ，且 由于高度机械化 ，减轻了工 人的劳动强度 ，同时因为无爆 破震动 、 减轻了 回采对矿体及 围岩 的破坏 ，对加强采场地压管理及降低矿 石损失 、贫化都具有显著作 用．高压水 采矿方法 目前 试验 研究应用 的主要有 巷道掘进高压 水辅助切割 ，刮刀钻头高压 水辅助切割 ，磨料水 射流掘进 采矿 法 ，磨料射流切 割采矿法． 根据 目前可能得 到的技术设备 条件 与黄金薄矿脉的地质 条件 ，在黄金薄矿脉矿床可 以应 用磨料水射流掘进采 矿方法与 磨料射流切 割采矿法． 2 ． 1 磨料 水射 流掘进采矿方法 一 般水射流掘进 钻孔方法 与传统凿岩钻孔方法相 比有许多优点 ，但其一个主要 缺点是 钻 凿硬岩所需的压 力几 乎与岩石 的抗压强度相等 ，为了克服这一缺点 ．我们应用 磨料 水射流技 术．磨料水射流 中的磨料能改进射流的切割能 力 ，与此相关 ，中等压力的磨料 水射 流就能切 割坚硬的岩 石．例如 7 0 MP a的磨料水射流可以切割 5 1 0 MP a抗压强度 的石英岩．磨料水 射流掘进采矿方法就是使用磨料 水射流掘进机 ，在采场工作面用磨料水射流切 割平 行于矿石 上 、下盘的沟槽 ，然后在工作面凿小直径孔 ，随后用机械的方法崩落炮孔 间的矿石 ．即使是 使用爆破方法崩落矿体炮孔间的矿石 ，由于磨料水射流掘进方法 所具 有炮孔直径小 ，与可改 变钻孔任意位置大小的优点 ，而比传统掘进方法对矿体上、下盘的影响、爆破效果 ，特别是 对于薄矿脉矿床而言 ，有着显著的优点．磨料水射流掘进 采矿方 法是 比较适用于黄金薄矿脉 维普资讯 沈 阳黄金 学院 学报 1 9 9 5年 矿床的采矿方法 ，应大 力研究推广．这方面工作 ，美国正处于领先地位 ，美 国矿产局 已成功 研制 了一台磨料 水射 流凿 岩机 ， 如图 1所示 ， 且 在加拿大 的安大略 省的 S u d b u r y镍 矿区进 行了工 业试验 ，其试验参数为 水 压 力 l 0 0 0 0 p s i 7 0 MP a 水射 流流量 2 0 g p m 1 2 6 2 c r f l ／ s e 1 ； 旋转速度 6 0 0 47 0 0 r p m； 加磨 料速度 2 2 l b ／ ml n 1 0 k g ／ mi n ； 磨料 水射 流速度 l 0 0 0 f t ／ s 3 0 5 m／ s ； 喷咀直径 0 ． 0 8 mi n 2 mm ； 磨料 硅砂． 其试验结果为 岩石种类 强度 MP a ，凿岩速 度 i n ／ mi n ， 石英岩 5 1 0 5 1 3 2 k g ／ c m 4 1 0 c m／ mi n 花 岗岩 2 1 0 2 1 1 0 k g ／ c m 4 1 0 c m／ ml n 白云石 l 4 0 1 4 0 6 k g ／ c m 6 1 5 c m／ ml n 砂岩 l 5 6 5 6 2 k g ／ c m 3 0 7 6 c m／ mi n 围 1 磨料木射流凿岩示意围 F i g 1 S k e t c h o t i h r a s l v e w a l e r l e t e x c Ⅱ v a n 0 n 2 ． 2 磨料水射流切 割采矿 法 磨料水射流如上所述可以用来钻凿炮孔 ，也 可以直接用切割的方法 回采坚硬矿石 ，比如 含金石英脉矿床等 ，即所谓的磨料 水射 流切 割采矿方法． 磨料 水射流切割 采矿方法 即利 用磨料水射流在矿体顶部 、 底 部、 前 面与后面切割 沟槽 ． 而 将 矿石采下 ，如 图 2所示 ．采下矿块的尺寸取决于切割沟槽的深度以及 回采的宽度 ；深度加 大能增加 每次崩落 矿石量 ，但过大也会 引起二次破碎的 问题 ；一般以矿石 合格块度尺寸为基 础 ， 确 定每次切 割下的矿块尺寸 ， 对于黄金薄矿脉来讲 则以 0 ． 2 5 ～0 ． 5m0 ． 2 5 40 ． 5m0 ． 8 ～ 1 ． 5 m 为宜． 目前 ，这 种采矿方法应 用还不广 泛 ，在我国尚未有使 用 ，在 国外 已有个别 国家进行 了采 场试 验 ，例如在南 非的一个 黄金 矿床进行了工业试验“ ， 采场地质条件为 矿体厚度在 0 ． 3 4 1 - 5 0 m，大部分在 0 ． 9 0 m 以下 ，矿 体倾角 为 1 0 43 0 。 ，有时倾角更大 ，矿石和围岩是含金石 高 匝水 凡 维普资讯 1 4卷 3期 陈永生 高压水 采矿方法在黄金薄矿脉矿床 中的应 用 3 2 9 英 脉 ， 由于含硅量超过 8 5 ， 矿岩特别坚硬与坚韧． 其试 验参数 为 水 压 力 2 4 0 MP a ； 流量 1 3 L／ r a i n ； 喷 咀直 径 0 ． 8 O mm ； 磨料类 型铬铁矿 ； 磨料尺寸 0 ． 2 ～0 ． 8 5mm； 磨料 流量 3 ． 2 k g ／ mi n } 喷咀 移动速度 ；1 0 0 ram／ rai n } 切割深度 2 5 0 mm； 切割矿块 的尺 寸为 0 ． 2 5 m0 ． 2 5 m1 ． 1 m，其回 采效 率为 2 ． 7 8t ／ 6 h ． 使用 磨料 水射 流切割采矿方法与传统 采矿方法相比 具有 1 可以改进每 月进尺 速度 ，提高 劳动 生产率 ； 2 减 轻了劳动强度 ； 3 降低了矿石损失与贫化 } 4 改进 了采场 的安全性． 3 结论与建议 图 2 磨 料木射 流切 害 I 采 矿方 法示 意 图 Fi g． 2 Ske t c h ol “ab r a s i v e wat er j e t u Ui n g 高压水采矿方法是无爆破采矿方法之 一， 在煤矿 以及软岩开采 中取得了非常成功的应用 ， 与传统采矿方法相 比具有提高劳 动生产率 ，减轻工人劳动强度 ，降低矿石损失与贫化 等显著 优点 ，虽然在硬岩采矿 中应用的成功经验 尚少 ，但通过工业试 验却也证 实高 压水技术 可以用 来开采硬岩．因此建议在国 内的黄金矿床薄矿脉开采 中开展高压水采矿 的研 究 ，对于 矿岩 强 度 较低的矿床 ，可 以借 鉴煤矿中应用的高压水采掘技术 ，直接 用高压水 回采 矿石 ，而对 于矿 岩中硬以上的矿床开采，则应用高压水磨料水射流采掘与切割技术 ，用膳料水射流来回采矿 石．在黄金 薄矿脉矿床中应 用高压水新技术 ，以取得更好 的经济效益． 参考文献 1 高压水射流技术译文集．王晓馥等译 张龙仁等拉．北京 煤炭工业出版社 1 9 8 2 前盲 2 Th o ma s J ． L a b ． s F L UI D J E T TE CHNOL OGy F u n d a me n t a l s a n dAp p l i c a l i o n sl S e c o E d i t i o n ． W a t e r J e tT e c h n o l o g y As s o c i a t l on 3 G e o r g e A． S a v a a i c k a n d W a h e r G- Rr a w Ab r a s i v ee n h a n c wj t e r -- kt d r l l f 0 r h a r d r o c k s U． S ． B M． Re p o r t 9 2 6 l 4 Ma r l o we A CW o r s ] e y ，S L．Pr i c e G J ． Th e u ⋯f a b ‘ }v e e n t r a i n e d h i g h口 t ㈣ } e t s a t o o l f o rⅧ --e x p l o s i v e Mi ni n g。 f g o l d b e a tin g Qu a r z i t e s 8 t h I nt e r n a t i on a l s y mp o s i u m 。 n J n Cut t i n g Te c h n ol o g y 1 98 6，1 l 3～ 1 2 3 维普资讯 3 3 0 沈 阳黄 金 学院 学报 1 9 9 5主 Ap p l i c a t i o n o f W a t e l J e t M i n i n g M e t h o d i n Na r r o w Ve i n Gol d De po s i t s C Y o n g s h e n g De p a r t me n t ol M i n i n g En gi n e e r i n g AB S WRACT Th e a p p ] i c a t i o n a n d d e v e l o p me n t o f n e w t e c h n i q u e ol wa t e r j e t s y s t e m a 『 e di s c u s s e d ．Two n e w mi n i n g me t h o d s f o r l a r g o w g o l d v e i na b r a s i v e d r i l l i n g a n d a b r a s i v e j e t c u t t i n g a r e i n t r o d u c e d ．S o me s u g 一 g e s t i o n i s s a v e ． t o t he a p p l i c a t i o n o f t he n e w m e t h o ds i n Chi n a - KEY W ORDS a b r a s i v e wa t e r t ， e x c a v a t i n g， n o n-- e x p l o s l v e mi n i n g Re c e i v e d o n D f 2 2 ． 1 9 9 4 矿产 资源保护与利用综合性科技刊物 矿产保护与利用 1 9 9 6年开始征订 矿 产保护与利用 是 由地矿部矿产开发管理局 、地矿部 郑州矿产综 合利用研究所 、中国 选矿科 技信 息网和中国地 质矿 产信息研究院联合主办 的综 合性 技术刊物 。重 点报道 国家矿 产 资 源保护和 开发 管理 及综合利用的方针 、政 策 矿产资源形势及战略分析 非金属矿 的富 集 分离 、超细 粉碎 、改性 、深加工产 品开发应用 金属矿的选冶新工艺 、新设 备、新药剂 多 金属矿 特别是含稀贵金属矿的综合利用 ；采选尾矿、工业废料等二次资源的再利用；国 外矿产开发 利用状况 ；国内外 矿产 品市场行情 、报刊文摘 、会议消息等 。另外 ，本刊还办理 广告、信息咨询、资料复印业务。 矿产保 护与利用 可供矿产资源开发管理 、选冶科研 、设计 、生产工程技术人员及太专 院校师生参阅 ，本刊为双月刊 ，逢双月 2 O日出版 ，每年 6期 ，每期定价 3 ． 0 0元 ，全 年 1 8 ． 0 0 元 。 凡订阅者 ，请直接向本刊编辑部函索订单 ，未收到订单者也可向编辑部径行款订阅，汇 款单附言栏请注 明订 阅杂志款 及份 数。 编辑部地址 郑 州市伏牛路 2 6号邮 政编码 4 5 0 0 0 6 ● 维普资讯