邯邢地区缓倾斜中厚矿体采矿方法的改革.pdf

， 研 f 强 纭 ， 澎茅 l 9 0 3 年第 3 期 冶金矿山设计与建设 l 气 c ‘ 邯 邢地 区缓 倾 斜 中厚矿 体 采 矿 方 法 的改革 { ，反 1 邙 邢 冶 金 矿 山 管 理 局 设 计 研 究 院 魏 书 祥 【 提要】 文 中 反映 了邯邢 矿 山局 近年 来 在开 采 埋倾斜 中厚 矿体 方 面所 取得的进臣．对 比较其型的几种采矿方法的矿块结构彤式、 采准工程布置 、 星 采工艺及主要技术经蒋指标作 了较详细的舟绍． 缓倾 斜 中厚 矿 体 目其 倾 角 3 。 ～2 0 和 厚度 5 ～ 1 5 m 不 利于 开 采 ， 一 向被 视 为“ 难 采 ” 矿 体 。 以邯邢 地 区矽卡岩型 磁铁矿 床为代 表 的这 类 矿 体 ， 其 底 板一般 为极 不 穗 目 的矽 卡岩 ． 矿 岩接触 面起 伏变化 大 ， 使 得其 开采萎 术条件更加恶劣 。 过去对于这类矿体 ， 设计推 荐 的采矿方法 为 矿体厚度 8 m 以下用房 柱 法开采 ， 8 m 以上用有底柱分段崩落法开采。 而 在 生产 实 际 中 ， 一般均采 用有 底 柱分 条 分 段崩 落法 开采 然 而 ， 由于 有底 柱劳条 分段 崩 落法 仍 难 以 适应 这 类 矿瘁 的开 采 技术 条 件 造 成 了生 产 过程 中诸如 采 切工 翟 量大 ， 矿 块 底部结 构维 护 田难 ， 采矿 强度 低 ， 矿石 损失贫 化严 重 等 问题 ， 甚 至某 些 以这类 矿 体为 主 的 生产 矿 山 因采 矿 技术 经 济指 标恶 劣 ， 矿 床 开 采效益极差 ， 导致正常生产难以维持 ， 矿山近 乎 闭坑 。 在 此条件 下 ， 邯邢 冶金矿 山管理局 所 属 有关 矿 山 ， 汇 同有关 大 专 院校 、 科研 院 所 ， 经 过数 年 的艰苦 工 作 ， 进 行 了大 量 的采 矿方 法 试验 和 技 术攻 关 ， 在 缓 倾斜 中 厚矿 体 采 矿 方 法 的采 准 方 式 、 回采工 艺 等方 面取 蒋 了 一 些突破性 进展 ， 各有关矿 山都寻求到适合予 其特定矿体条件 的采矿方法。本文将对其中 几种 比较典 型 的采矿 方法 作些 简要介 绍 。 一 、垂直平 行 密集束状 孔 有底柱崩 落采矿法 该方法是“ 七五 ” 期闽， 邯邢局和北京科 s ； ． 技 大 学合 作 ， 在 西 石 门铁 矿 南采 区试验 完 成 的 。该方法 的 主要 特点表 现为 将有 底柱分段 崩 落法 的凿 岩 水平 和 电耙 出矿 水 平 台二 为 一 ； 自电耙道 和 斗 穿钻 凿 上 向垂 直平 行密 集 束 状落 矿 中深 孔 ， 同 时钴 凿形成 斗 颈 及扩 漏 的成 井 孔和 扩 漏 孔 ； 然 后采 用微 差 爆 破 的方 式 ， 顺 序起 爆 落 矿孔 ， 成 井孔和 扩隔 孔 ， 使 得 落矿 ， 成 井 ， 扩罱三 项作业 一次爆破 完成 。 垂直 平行 密集 束状孔 有底柱崩 落采矿法 简称 “ 垂法 ” 应 用于西石 门铁 矿南 采 区 8 ～ 1 5 m 厚 的矿体 ， 矿 体倾角 l 0 。 ～ l 5 。 。 矿块沿矿 体 走 向布 置 ， 矿 块 长度 一 般 为 4 0 m， 宽 l 2 ～ i S m； 矿袭底 部结构 高度 为 6 ～8 m， 采 用对 称 漏 斗布 置形 式 ， 其 采准 巷道 主 要 包 括人 行 天 井 电耙道 联 络 巷 、 电耙道 、 溜 矿井 及 斗 穿等 见 图 1 。 用 Qz J i 0 0型潜 孔钻 机钻 凿垂直 平 行 密 集 束 状 落 矿 孔 ， 炮 孔 直 径 1 0 0 ～ 1 0 5 mm， 束 间 距 一 般 为 4 ～ 6 m， 束 内 孔 间距 0 、 3 ～ 0 ． 5 5 m 改进 型 Q B Fl O 0装 药器装 药 ， 导 爆 索导 爆 管 复式 起爆 网路 起爆 ， 自拉 槽正 向挤压 或 向侧 向挤 压爆破 ， 5 5 k W 电耙 出矿 。 。 垂法 在西石门铁矿南采 区的应用较原 有底柱分条崩落法 ， 具有采场结构简单 ． 采切 工 程量 小 ， 工 人 劳动强度 低 ， 采 矿强度 高等显 著优点 ， 各项技术经济指标亦有明显改善。 其 中， 矿石 回收 率达到 8 4 。 7 6 ， 贫 化 率降为 i 0 、 1 7 ， 而 采切 比也仅为 8 ． 5 m／ k t 。 维普资讯 2 冶 金 矿 山设计 与建 设 1 9 9 3 年 第 3期 - 3 C 圈 1 垂直 平行 密 集柬 状 孔有 底 桂 崩落 采矿 法 卜一 回风巷 I 2 一电耙薯 I 3 一束状落矿孔I 4 一斗穿 I 5 一洁矿井 I 6 一联络巷 二 、 端部 放矿无底部 结构分条采矿法 该方 法是在 矿 山村铰 矿为开 采厚度 5 ～ 1 2 m 的水 平 至缓 倾斜 矿 体试验 应 用成 功 的 。 它既具有有 底柱分条崩落 法一次大 量落矿 的 特征， 又具备 了无底柱分段崩落法采场结构 形 式 简单 的优 点 ， 是开 采 缓倾斜 中厚 矿体 行 之 有效的采矿 方法之一 。 矿块沿 矿体走 向布置 ， 长度一 般为 3 5 ～ 4 0 m， 每个 矿块 又划 分 为 2 ～3个 回采 分条 ， 分条宽度 8 ～ 1 2 m， 矿块 间留有连续 间柱， 其 宽度一般为 3 m． 整个矿块的采切工程 由人行 设 备井 、 出矿进 路联 巷 、 出矿 进 路 、 出矿切 割 巷 、 出矿 切割 井 以及落 矿凿岩巷 、 落矿 切割巷 和 切割井组 成 见图 2 。 端部放矿无底部结构分条采矿法的回采 工作分两步进行．首先是在落矿凿岩巷内用 Y G一8 0凿岩 机 钻凿 落 矿 中深孔 ， 利 用 已形 成 的小补偿 空问 补偿系效 1 5 ～1 8 进行 一 次挤压爆破 ， 完成整个 回采分条的落矿工 作 ， 然后 再 以出矿进 路 端 部的切 割 槽为 自由 面 ， 在 出矿 进路 中逐 次 爆 破底盘 岩石 中 的 出 矿炮孔 ． 每次爆破后先分出部分岩石． 再出矿 石 ， 直 到将 一 次爆 破 步 距 内 的矿 石 全 部 出 完 后 ， 再进行 下一步 距 的爆破 出矿工 作 ， 依次循 环 ， 将整个 回采 分条 的矿石全 部 采完 。 B B A A B’ 1 B 图 2 端部放 矿无底部结构分条采矿法 l 一藩矿切斜井 } 2 一落矿切割差 ； 3 一落矿 凿 岩差 4 一人行天井I 5 一出矿连路 I 6 一 连 路 联薯 I 7 一 出 矿 切割 井 I 8 一 出矿 切 斜 巷 I 9 一落矿炮孔 I 1 0 -切底炮 孔 端部放 矿无 底部 结构分 条 采矿 法最 突 出 的优点就是采场结构简单 ， 巷道保留时间短 。 维护方便 ， 矿石损失率低 。在相 同矿体条件 下 ， 其采切 比由有底柱分条崩落法的 1 7 m／ k t 降为 1 2 ． 5 m／ k t ， 矿 石损失 率也 由 2 5 降为 l 5 。 该 方法 虽然把 出矿 进 路布 置在 岩体 中 ， 且要崩落部分底盘 围岩 ， 但 由于空场条件下 出矿 ， 且 每次 出矿爆 破时 崩 落 的岩 石 被 向前 推移， 加之每一出矿循环开始时分 出一部分 维普资讯 1 9 9 3 年第 3 期 冶金矿山授计与建设 3 岩 石 ， 其贫 化指 标亦 有所改善 。 三 、 侧 向崩 矿连续 回采 有底 部 结构分 段空场采矿法 该采 矿 方法 主要适 用于西石 门铁矿 中采 区深部 矿 体 的开 采 。西石 门铁 矿 中采 区上 部 矿 体厚 大 ， 应 用 以大 型无 轨 自行 采掘 设 备为 基础 的高分 段无底 柱 分段崩 落 法 分 段高 度 1 3 ． 3 ～ 2 4 m 开 采 ， 而 深 部 矿 体 逐 渐 变薄 变 缓 ， 矿体 厚度 一般 为 6 ～ 2 5 m， 倾角 1 0 。 ～ 2 5 。 ， 矿体底板 为 平 均厚 度达 6 m 的 极不稳 固的 矽 卡岩 。 在此 前提 下 ， 侧 向崩矿连续 回采有底 部 结构分段空场采矿法所具有的特点主要为 ①采用高教灵活的无轨自行采掘设备及高分 段 无底 柱 分 段崩 落 法 的 回采工 艺 ； ②矿 块底 7 r 部 结构尽 可 能地 避开 直 接底板 厚达 6 m 的极 不稳 固的矽 卡 岩 层 } ③ 采场 结 构形 式 既满 足 了空场 条件 下 出矿 ， 又 保证 整个 回采过 程 中 人员 、 设备均 不进 入空场 。 1 采场 结构殛采 准布置 矿块沿 矿体 走 向布 置 ， 矿块 长一 般为 6 O ～ 1 0 0 m， 矿块 间 留有 临时 间柱 ， 分段 高度 8 ～ 1 0 m， 分段 间 留永久 顶柱 ， 顶柱 厚 4 m， 各分 段 间用采 区斜 坡道 联络 。矿块底部 结构一 般避 开矽卡 岩层 ． 布置 在距 矿体 6 ～ 8 m 的闪长 岩 内 ， 整个 底部结构包 括堑 沟凿岩集矿 巷 ． 出矿 进 路和进路联 巷 出矿进路 间距 1 2 m， 每个 矿 块设一矿石溜井 ． 每两个矿块设一废石溜井 见 图 3 2 、 切割工作 ， L- I 圉 3 龆向崩矿连续向采有窿部结构分段空场采矿法 1 一阶段沿脉 运墙巷f 2 ～穿脉运辖巷 1 3 一出矿进路联若 f 4 一堑掏凿岩集矿着 r 5 一采嚣 斜坡道 F 5 一矿石糟井 ； 7 一放顶斛巷 f 8 一放顶硐塞 F 9 一废石j 盘井I 1 D 一出矿进路 F n～临时回柱I l 2 一． 目 】 吝 毫 抬 ’ l 永 久硬柱 l 4 一落矿中罐孔 矿块的切割工作主要是在矿房的一端形 形成切割槽 。整个切割槽形成的施工过程均 成切割槽 。首先甩辣孔成井爆破技术形成切 割天井 ， 再 以切割天井为 自由面 ， 爆破拉槽炮 孔 ， 使切割井在垂直矿头走向方向扩大 ， 最 终 在堑 沟凿 岩集矿巷 内完成 。 3 、 回 采 在堑 沟凿 岩集矿 巷 内 甩 S i mb a H 2 5 2采 维普资讯 宿盒矿山设计与建设 1 9 9 3 年幂 3 期 矿台车配 C o p 1 2 3 8凿岩机钻凿上 向垂直扇形 落矿 中深 孔 。炮孔 直径 6 5 ram， 孔探一 般不超 过 2 0 m， 孔 底 距 2 ． 5 m， 最 小抵 抗线 1 ． 4 ～ 1 ． 5 m 采用 B c一2型装 药器装填 T一1 型粒状 炸 药 ， 非 电起爆 系统 起 爆 ， 崩矿 步 距 2 ． 8 ～3 m。 用 L K一1型铲 运机 出矿 ， 每条 出矿进 路在 分 出部 分底 部结 构 范 围 内崩 落 的围岩 后 ， 开 始 正 式 出矿 各条 出矿进 路 的出矿量 及 出矿顺 序以保持 矿石爆堆 向空 区方 向呈 自然堆积坡 面 为 原则 ， 从 而 保证 下一 崩矿步 距 范围 内矿 石爆 破 时的挤压条件 。 侧 向崩矿连 续回采有底部结构 空场采 矿 法的主要 技术经 济指 标 设 计指标 为 矿块 生产能力 7 5 0 t ／ d； 矿石 回收率 8 2 ； 矿石贫化 率 1 2 ； 采切 比 5 m／ k t 。 四、 无底柱分段崩落采矿法 和 无底柱分 段空场采 矿法 众所 周知 ， 无 底柱 分 段崩 落法 适 用于 急 倾 斜厚矿 体或 缓 倾斜 扳 厚矿体 ， 且要 求矿体 L B 及底 盘围岩 稳 固 。而 玉石 洼铁 矿 目前 正在生 产 的 1 7 0 m 阶 段 的 矿 体 倾 角 为 l 0 。 ～ 2 5 。 ， 矿 体厚 度 一般为 1 0 2 5 m， 矿岩 均不稳 固 。 按设 计 推 荐 的采 矿 方法 ， 应采 用 有底 柱 分段 崩 落 法开采 。玉 石洼铁 矿在 总结 数 十年生 产实践 的基础 上 ， 与东北 工 学院合 作 试验 ， 在底 盘围 岩 中加一 回收 分段 的无底 柱 分段崩 落法 。当 矿 体厚 度 1 2 ～ 1 5 m 时 ， 采 切 比由有底 柱分段 崩 落法 的 1 7 ． 6 m／ k t ， 降到 1 0 ． 1 m／ k t 。 由于采 场 结构 形 式 简单 ， 回采进 路维 护较 电耙道 容 易 ， 且 服务 时 间短 ， 减步 了 囡采 准工 程破坏 造 成 的矿 石损 失 ， 加之 设 有 回收 分 段将 靠 近底 板 的三 角 矿 石 脊柱 回收 ， 使 得 矿 石 回收 率 明 显提 高 。根 据对 玉 石 洼铁 矿 2 4 0 m 阶段 结束 的 1 0个 有底柱 分段 崩 落法采 场统计 ， 其 回收 率为 6 2 ． 2 6 ， 贫 化率为 3 2 ， 而加 回收分段 的无底 柱 分段 崩 落 法 在相 同条 件 下 ， 当矿石 贫化率 为 2 7 时 ， 其 回收 率 可达 8 8 。 当矿 体 厚 度 为 7 ～ 1 2 m 时 ， 应 用 无 底 柱 分 段 空场 法 见 图 4 开采 ， 其 采 场 结 构 分 为 上下分 段两 部分 ， 上 分段 为崩 矿分段 ， 下分 段 为 出矿分 段 。上下 分段 的凿岩 爆破 及 回采工 J 囝 4 无底挂分段空场采矿法 卜一 出i t “ 分段 2 --崩矿分段 艺设备与无底柱分段崩落法相同， 只是上分 超前距离一般为 1 5 2 0 m。根据实验室模拟 段每一崩矿步距范 围的矿石崩落后 ， 经该分 试验 ， 预计矿石回收率 7 5 ， 贫化率 1 8 ． 5 ． 段进 路放 出 2 0 2 5 ， 以保证 下一崩 矿步 距 优 于 目前 玉石 洼铁 矿有底柱 分 段崩落法 的实 范 围内的矿石有 足够 的松 散挤 压空间 。出矿 际 指标 。 分段 则按崩 矿步距 将上下分段 的矿石全部放 由上 述介 绍 的几种 采矿 方法 不 难看 出 ， 出 。为保证 空场条 件下 出矿和崩矿 分段的挤 虽 然各具其 鲜 明 的特 点 ， 但其 中有两 点是相 压爆破条 件 ， 上分段 超前于 下分 段一定距 离 ， 下转第 7 页 { ． 维普资讯 1 9 9 3 年第 3 期 冶金矿 山设计与建设 7 自身 的一 些缺 点 ， 例 如采 掘设 备 经 常要 从 一 个 组合 台阶 转 移到 另 一组 合 台阶 ， 设 备 调 动 频 繁 ． 影 响设 备 的利 用率并使 生 产能力 下降 I 由于 陡帮 作业 的矿 坑 通 常都采 用移 动坑 线 ， 目此 修 建 公 路 干 线 和 公 路维 护 工 作 量 都 变 太 ， 费用增 高 。 目前水 厂铁矿 采坑 的开拓运 输 系统 较 复 杂 ， 临 时 沟多 ， 又 以移 动坑 线 为主 ， 而且正 式运 输 公 路 不 能按 时到 位 ， 这样 在 很 大 程度上 影响 了岩石 边 帮的剥 离工 作 的正 常 进 行 ； 陡帮开 采 要求穿 爆 ， 采装运 各个 环节 严 密 配合 ， 因此 ， 须有 严 格 的科 学 管 理 ， 陡 帮 作 业才有 可 能实现 。然而 这些缺 点也都 可以 用 加强科 学研 究来 克服 。 例 如 ， 上 面 谈到 陡帮开 采 时上 下 的组 合 台阶之 间配 合要 协 调 ， 在 编 制 年 采掘 进 度 计划 时 ， 年采 剥 量 不但 在 数 量 上要 平衡 ， 而且采 掘 部位上 也要 平衡 ， 如果 采 用手 工 编 制 采 掘计 划 ． 则 目速 度 太慢 而 远 不 能满 足实 际 的 生产 要 求 ， 当采 用计 算机 排 产 后就 可 以完全克 服这 一缺 点 。在 用计 算机 编 制年、 月进度计划 ， 分析各种采掘方案方面还 可以广泛采用 C A D 计 算机辅助设计 技术。 在大型露天矿 ， 矿岩运输是 个十分重要 的同题 ， 因为 它在 矿 岩 的采 掘 成 本 中占 有 较 大 的 比重 。在 陡 帮开 采 中常采 用大 型 电动轮 汽车 为主 的运 输 系统 ， 以便适 应 移动坑 线这 ～ 特 点 ， 而 水 厂 铁 矿 目前 在 1 0 0 m 水平 、 8 8 m 水 平 都有 准 轨 铁 路 运输 ， 这对 陡 帮开采 是个 不利因索， 特别是如果改变工作面的纵 向推 进 方 面 实行 “ 横 采 横 扩 的 话 ， l 0 0 m 和 8 8 m 的准轨 必须折 除 。 加 拿大和 澳大 利亚 为 了加强 露天采 场运 输 科 学管 理 ， 广 泛采 用 了计 算 机控 制 的调度 系统 。水 厂铁矿 在 利用 微机对 装矿 汽车称重 和 调度 方 面 开展 了一 系列 科学 研 究工 作 ， 为 在本矿 实现 计算机 自动调度 打下 了一 定的基 础 。 为了促进 此项工 作 的开 展 ， 可 以先 在矿 山 实现 以调度 员判断为主 计算机为辅的调度 系统 ， 第二 步再 实现计 算机 的 自动 调度 系统 。 露天 矿 陡帮开 采技术 是一个 小型 系统工 程 ， 除 了对上 述三个 关键 点要 寻优外 ． 还 必须 对整 个矿 山生 产过程寻 优 。目前 国内外 已广 泛 采用 计 算机 模拟 技术 寻 优 ． 例 如 我 国南 芬 铁矿用计 算机对开采过程进行了模拟 ， 建立 了供模 拟使 用 的分 层条带 式矿 床模型 和 由穿 孔 爆 破 、 采 装 、 运输 、 养 路 、 排土 等 六个 工 艺 过 程 的作 业 费用模型 。 水 厂铁 矿 已 拥有 mMP C 3 8 6型 微机 ， 大型数字仪和立式绘图仪等国内较为先进的 装备 ， 已基本具备建立计算机工作站条件。 我 们通过 “ 边 坡 工 程 ” 的 七 五 ” 攻 关 项 目的 执 行 ． 和 矿 山一 起建 立 了水 厂铁 矿 的地 表地 形 文 件， 矿化模型 ， 经济模型等 ， 双方继续开展 合作研究， 深信将取得巨大经济效益 。 在本 文撰写过程中得到了水厂帙矿矿长王鹤年工程 师和睬卓铮高工帮助 ． 特此致谢 ． 上 接 第 4页 同的， 一是尽量 简化采场结构形式 ； 二是尽可 能创造条件 ， 以保证空场条件下出矿。 我们还 可 以看 出 ， 前 述 几种 采 矿 方法 均 是 吸收 了两 种 以上采矿 方法 不 同优点后 的组 合 。由此 可 以认 为 以采场 结构形式 简 单 ， 空场条 件 下出 矿 ， 采掘设备无轨化为基础 的组合式采矿方 法代表了缓倾斜 中厚矿体采矿方法的发展趋 势 。 参考文献 略 维普资讯