陕西银矿倾斜中厚难采矿体采矿方法试验研究.pdf

1 4 钆 ，中 霹 佯 侄 禾 j 矽 ； 砑 曼 开 ／ 辟一 ， 6 陕西银矿倾斜中厚难采矿体 采 矿 方 法 试 研 究 彩 长沙矿山研究院 包东曙 提 要 陕西银矿为颤斜中厚矿体． 顶底板均不稳同． 且受古采区的影响． 矿岩破坏严重． 属难采矿体。试验采用超前切硬爆力运矿和偶向崩矿分段崩落联台采矿法成功地解捷了这一 难题。本文简要地舟绍了采矿方法和采场结构参敬优选与凿岩、 爆破、 顶板管理等工艺技术及 其应 用簸果 。 关 键词 倾斜中厚矿体超前切顶爆力连矿顶板管理 陕西银 矿设计 采选 规模为 8 0 0 t ／ d ， 是 我国第二大银矿。该矿矿体开采技术条件 复杂， 3 0 0 余年前韵古采区遍布 1 ～4中段， 且古采 区上下盘均 留有厚 4 m以上的残矿． 其空区顶板 多 已开裂或塌落， 开 采极 为 困 难。为了充分 回收地下资源， 寻求合理的采 矿方法， 研究可靠的顶板控制技术和预测预 报方法 ， 试验成功了超前切顶爆力运矿分段 采矿法和侧 向崩矿连续 回采分段崩落法， 圆 满地解决 了顶板不稳固的倾斜 中厚矿体及 古采区残 矿 回采 问题。为 国内外这类难采 矿体的开采提供 了有益的经验。 1 矿床地质及开采技术条件 陕西银矿 开采 的银洞子多金属矿床位 于秦岭山脉南翼， 南秦岭地槽的华力西褶皱 带。矿 区构造为近东西走 向的单斜构造， 岩 层倾向 N N E ， 倾角 3 0 。 --4 5 。矿床属层控 类沉积变质型 多金属矿 床。矿体赋存于 中 泥盆统大西沟组的千枚岩层中， 大多呈隐伏 状， 沿层理产出， 呈 层状似 层状。矿体上盘 为灰绿色绢云千枚岩， 下盘为灰黑色炭质千 枚岩， 不稳固。矿床水文地质条件简单、 岩 溶不发育， 矿区地下水全由大气降水补给。 据坑道观测， 其涌水量为 0 ． 7 2 ma ／ h 。 试验矿块位于 1 1 7 0 ～1 2 1 0 m 中段的 6 9 ～ 7 1勘探线 之 间。含矿 岩性主要 是 千枚 岩， 其节理片理发育， f 5 ～6 ， 不稳 固。矿 石中等稳固， f 6 ～8 。矿体走 向近 E W， 倾 向 N iN E ， 倾角 3 5 。 ～4 5 。 ， 平均 4 0 。 。矿体厚 度 1 2 ～1 6 ． 5 m， 平均 1 3 ． 8 m， 其金属品位为 A g 1 8 4 6 2 g ／ t l C u 0 ． 5 3 ％。矿石 容重 3 ． 1 5 t ／ m ， 岩石容重 2 8 9 t ／ IT I 。矿石自然安息 角 3 8 ． 5 。 。矿块的上段即 1 1 9 0 m 水平 以上 均有古采 区从矿 体厚 中部 穿过 ， 古 采 区高 1 ． 5 ～3 ． 0 m， 平均 2 2 5 m， 局部地段有 2 ～3 层空区重叠， 形态复杂多变， 极不规则。古 采区的顶底盘分别残 留有 4 ～7 m和 6 ～8 m 厚的矿体， 由于年代久远， 其顶盘多已下沉 开裂或坍塌， 一般坍塌高度 2 ～5 m， 矿岩破 坏严重。矿块埋 深 8 5 ～1 2 5 m， 地 表山坡 为 杂草灌木覆盖， 允许陷落。 2 采矿方法 2 ． 1 采矿方法选择 为了正确选择采矿方法， 充分合理地回 收地下资源， 取得最佳社会 、 经济效益， 采用 模糊数学方法进行 了采矿方法优选 ] 。即 根据陕西银矿的开采技术条件， 按照采矿方 法选择的基本原则． 结合类似矿山的实践经 包东曙高工长沙市麓山南路邮编 4 1 0 0 1 2 收文时间 1 9 9 6 年 4 月 2日 维普资讯 验 ， 采用类 比法求得技术可行的采矿方法方 案臬后， 用相似优 先 比法进 行 采矿方法 初 选 ， 再用模糊关系方程 推测技 术经 济指 标， 最后用模糊综合评 判终选采矿方法。优选 结果提 出了超前切顶爆力运矿分段 采矿法 和侧向崩矿连续 回采分段崩落法。 侧 向崩矿是在其分段 凿岩 巷道 用中 深孔侧 向崩矿连续回采的空场法， 先 回采古 采区下盘矿体 ； 嗣后在一定距离用束状炮孔 崩落法将矿 石与顶板 同时崩落 的方 法 回采 古采区上盘矿体。爆 力运矿法则 是将矿块 沿走 向划分 为分条， 以分 条为 回采单元， 先 用杆柱房柱法超前切顶， 后在凿岩上山用扇 形中深孔进行抛掷爆破爆力运矿， 在分段 出 矿巷道 内用电耙出矿， 嗣后一定距离回收分 段顶柱， 放顶 处理空区。 2 ． 2 采场结构与采切工程布置 为优选采场结构参数， 根据矿块的开采 技术条件和矿岩物理力学参数， 按照岩石力 学原理， 应用有限元法对选定采矿方法的采 场力学 结构进行 了数值模 拟| 2 】 ， 研 究开 采 过程中采场结构岩体的稳定状态。根据不 同结构参数条件下回采过程中岩体的应力 和位移显现特征， 结合有关技术经济约束条 件进行分析优选后 确定的采场结构参数为 矿块沿走向长 5 0 m， 垂高 4 0 m， 宽 为矿体水 平厚度 ， 分段高 1 3 ． 3 m， 分条宽 l o re， 顶柱厚 4 m， 控顶 距 l 6～2 0 m， 分条 间不 留间柱 ， 采 用单侧漏斗、 电耙、 端部溜井、 振动放矿机 出 矿底部结构 。 矿块的 l 1 9 0 m 水平 以上为古采 区． 下 部为原生矿， 试验分为上下两个分段回采。 上段采用侧向崩矿连续回采分段崩落法． 下 段采用超前切顶爆力运矿分段采矿法联合 的开采方案。矿块沿走向布置， 其采切工程 如图1 所示， 阶段运输平巷 2位于矿体下 盘 ， 从 2掘联络横巷 l ， 人行 兼凿岩 上 山 l 0和溜矿井 3 ， 沿矿岩接触线在矿体内掘拉 底 凿岩 平巷 5 ； 在 5的下方 5 m 沿矿岩接 触线在底盘 围岩 中掘 电耙道 6及 电耙硐 室 7 ； 在电耙道 内以 5 m 间距掘斗 穿斗颈 与 5 贯通； 在拉底巷道 内每 隔 l O m 跨矿 岩在 矿 体底板下 l m掘凿岩上山 9 ； 在电耙道靠近 人行上 山的一端向矿体上盘掘联络天井 8 ； 从联络天井沿矿体走向在矿体 内掘 切顶平 巷 1 4 ； 从拉底平巷远离溜井的一端垂直矿 体厚度掘切割天井 1 1 ； 从 l 1的顶端掘切顶 上山 1 2 。各巷道的断面规 格为 凿岩上山、 拉底巷道及 电耙硐室 2 ． 52 ． 5 m2 ， 联络天 井 1 ． 8 1 ． 8 m2 ， 其它 2 ． 02 ． O m2 。采切 比 为 1 4 ． 6 m／ k t 。 2 3 回采工作 2 ． 3 ． 1 回采顺序 矿块 自上而下 自西向东后退式 回采， 上 分段超前下分段 2 ～3分条。上分段古采区 残矿依先下盘后上盘的顺序， 分别采用侧向 崩矿和束状炮孔崩落法两步骤回采 ； 下分段 采用杆柱房柱法超前切顶和爆力运矿二步 骤 回采。上下分段的一步骤均超 前二步骤 1 --2十分条的宽度。 2 3 ． 2 切割 下分段的切割是以切割天井为 自由面， 在拉底 巷道 用中深孔挤 压爆 破一 次形成。 上分段除以同样方法形成底部切割槽外， 颓 以此切割槽为 自由面在上山 内用中深孔进 行端部拉槽。上下分段的扩漏与拉槽同时 进行， 斗颈与扩漏一次完成。 2 ． 3 ． 3 侧向崩矿 上分段因古采区影响， 空区顶盘矿体已 开裂或坍塌， 无法进行切顶。试验采用在分 段 凿岩 巷道 内用 Y G一8 0型凿岩机凿上 向扇形中深孔， 向切割立槽崩矿的方式回采 古采区下盘矿体。每次起爆 2 ～3排， 待矿 石出空后再进行下次爆破。依次退采 1 5 ～ 2 0 m后， 再将古采区上盘矿体及顶板围岩用 束状炮孔微差爆破崩落 l O m， 在覆盖岩层下 放矿。 维普资讯 1 6 圉 l 采切工程布置与回采方案示意图 1 一联络横巷； 2 一阶段运输平巷； 3 一放矿潜井； 4 一斗穿斗颈； 5 一拉底 凿岩 平巷{ 6 一电耙道； 7 一电耙硐室； 8 一联络天井； 9 _ _ 凿岩上山 1 0 ． - 人行上山{ u一切割天井； 1 2 一切顶上山} 1 3 --放璜废石 1 4 --切顶平巷； 1 5 一 锚杆； l 6 一凿岩硐室； l 7 一顶柱回收炮孔； l ＆ 一放赝炮孔； 1 9 一落矿炮孔； 2 0 一古采区。 2 ． 3 ． 4 爆力运矿 1 切顶。采用浅孔房柱法超前切顶． 锚杆护顶， 并在分条两侧留 3 2 ． 5 m的临 时矿柱， 以维 护采 空区的稳定， 为在 空场 下 进行爆力运矿创造条件， 以利于矿石的回收 和生产安全。切顶是以切割槽为 自由面． 在 切顶上山用水平炮孔向切害 j 槽崩矿， 切顶工 作面呈倒 阶梯状逆倾斜 推进 ， 如图 2所示。 切顶层厚 2 ～2 ． 5 m， 切顶崩下的矿石大部分 被披到切害 j 槽中由电耙耙出， 部分残留在切 顶空间的矿石待下步爆力运矿时一并运出。 2 凿岩。采 用慢 速绞 车牵 引 F J Y一 2 5 B型斜巷凿岩台架配 Y G一8 0型凿岩机 在凿岩上 山凿 上 向扇 形 中深 孔。炮 孔经 C S - - 4型炮孔测深测角仪检测后， 用 P c 卜 l 5 o 0 计算机绘制炮孔实测图。根据实测图 确定是否需要补孔， 并据此计算装药量． 确 定装药结构。 3 爆破工艺与爆破参数。为了获得最 佳爆破参数， 我们采用三因子 最小抵抗线、 孔底距、 起爆位置 、 三水平 大块率、 爆力运 搬效果、 炸药单耗 的正交试验法进行了 9 组试验- 3 』 ， 经综合分析后确定的爆破参数 和爆破工艺是 ①孔 网几何 参 数 炮 孔直径 5～ 6 0 ram， 最小抵抗 线 1 ． 2 m， 孔底距 1 ． 8 ～2 ． 2 m． 炮孔探度依矿体厚度而 定。 一般孔探 5 ～ 1 5 m， 倾角 1 5 。 ～9 0 。 。 ②装药参数 采用连续柱状装药结构， 由B Q F --1 0 0型压气装药器装填粘性粒状 铵油炸药， 一般风压 0 ． 3 ～0 ． 4 MP a ， 装药密 度 0 ． 9 ～ 1 ． o g ／ c m3 ， 炮孔 填塞 炮泥 长度 为 1 ． 5 m和 3 ． 0 m交替布置 。 ③起爆参数 采用起爆弹孔底反向起 爆， 非电毫秒雷管、 多排同段微差爆破、 段问 延期 5 0 m s 。 爆破效果检测表明 其大块率在 2 ％～ 3 ％以下， 且爆破眉线完整， 无悬顶现象。 维普资讯 1 7 图 2 切顶示意图 l 一电耙道； 2 一斗穿斗颈； 3 一拉底巷遭 4 一切割槽； 5 一切璜工作面； 6 一切顶平巷 7 -联络夭 井 B 一分段疆柱 9 一切顼上山； l 0 一切顼炮孔； 儿一临时矿柱。 4 出矿。分段内的矿石靠重力或爆力 运搬至受矿漏斗后放到电耙道． 用 电耙耙至 端部溜井 或凿岩上 山 9 ， 由振动放矿机放 入矿车后 由电机车运 出。 5 顶柱回收。顶柱是在上分段 电耙道 中用中深孔爆破回收． 如图 l 。矿石 由底部 漏斗放至电耙道经电耙耙 出。 2 ． 3 ． 5 顶板管理 1 顶板 管理方 案。试验 采 用锚杆护 顶 ， 预 留临时矿 柱和分 段顶柱 维护采 场稳 定， 采后放顶处理空区的综合顶板管理方 案“ ， 即将阶段划分为分段， 分段间留连续 矿柱， 上分段 用崩落法 回采古采 区上盘 矿 体， 同时崩落顶板 处理 空区， 下分段则划为 分条． 在分条 内用房柱法切顶 ． 预留临时矿 柱和锚杆护顶， 采后 回收顶 柱， 放顶处理空 区。 2 支护参数。根据本矿所作的锚杆锚 固特性试验结果 表 1 ， 并考虑施工方 便， 承载快等特点． 选用了楔管式锚杆。锚杆的 支护参数则根据层状千枚岩顶板， 按组合梁 原理确定 锚杆长度为 2 ． 0 m． 锚杆的间距和 排距均 为 l m。 衰 l 锚杆锚同力渊定结果 维普资讯 1 8 3采场安全监测 3 ． 1 观测方案与测线布置 从采场结构 、 回采工艺可见， 在 整个回 采过程中分段矿柱是应力集中部位， 桃形矿 柱及电耙道和切顶平巷顶板是受开采应力 扰动． 变形位移最敏感部位。据此采用 R 一 5 0 型光应力计和L D 一1 o 0 型电感位移计联 合观测方案， 监测回采过程中桃形矿柱和切 顶平巷帮壁的扰动应力及切顶平巷顶板岩 层位移。 根据采切工程布置， 试验矿块沿走向共 设 4 条观测线， 即在上下分段的电耙道和切 顶平巷各布设 1 条观测线。各线测点上下 对应． 使之形成各分条沿倾向的观测线， 以 便监测回采过程中各分条顶板围岩的位移 和应力变化情况， 为生产安全作预报。 3 ． 2 观测结果 应力与位移观测结果如图 3 、 图 4所 示。由图 3 、 图 4可见 。 1 时 ／ 1 0 d ． 圈 3 应力观测 口 一t 曲线 1 顶板下沉位移和矿柱应力均随回采 工作面推进、 采场跨度的增大而增大。应 力、 位移变化曲线都反映了采场回采工作的 变化， 说明顶板位移和矿柱应力明显受开采 应力扰动影响。 2 距工作面越近 的测点， 应力位移变 化越大。当回采工作面临近测点时， 应力的 最大增量为 4 ． 7 8 MP a ， 位移的最大增量达 1 2 ～2 4 mm， 此后曲线变化即趋于平缓。从 曲线变化的幅度和频率以及生产过程中观 察， 均未发现突变及顶板片落与矿柱开裂现 象， 说明采场顶板、 矿柱均处于相对稳定状 态。 篮 ＼ 骞1 8 岂 “ l 0 6 2 0 ‘ 3 1 2 1 6 ∞‘ 2 ． 篮啦 时啊I ／x1 o L 圈4 位移观测 L --t 曲线 4 ．主要技术经济指标 主要技术经济指标如表 2所列。试验 共采出矿石 3 1 3 4 3 t ， 按该矿 1 9 9 3 年 7 月～ 1 1 月的统计资料及当年价格计算， 其采选 经济效益为 2 6 6万元． 且生产安全， 从未发 生过片帮、 冒顶事故． 经济和社会效益显著。 5结论 1 应用模糊数学和有限元法优选的采 矿方法和采场结构参数合理； 起爆弹孔底反 向起爆， 多排同段微差爆破技术先进； 电耙 靖部斜溜井振动放矿机集中出矿系统工艺 新颖； 超前切顶爆力运矿分段采矿法和侧向 崩矿连续回采分段崩落联合采矿法。 配常规 设备。 实行优化组合方案配套合理． 设计独 特． 成功地解决了顶板不稳固的倾斜中厚矿 体及古采区残矿回采问题． 取得了显著的社 会和经济效益 。 下转第 2 6 页 维普资讯 2 6 新。 2 履带车采用近似渐开线高齿环形橡 胶履带、 双浮动平衡悬架和摆动梁 车架、 双 泵全恒功率供油、 液压马达分离驶动、 电液 比例阀控制， 具有牵引力太， 承载能力高， 转 弯机动灵活． 跨越或绕过海底障碍容易， 能 很好地适应软海底行走等特点。所研{} j 的 履带齿形有独道之处． 较国外履带齿离开海 底刮泥量少 5 0 ％， 扰动海底轻． 易于满足海 洋环保要求。 3 研制的五连杆集矿头支承连接装置 结构精巧， 具有独创性． 其平行升降 0 ． 5 5 m． 前后摆角1 2 。 的功能充分满足集矿机顺利 越过 0 ． 5 m 障碍， 适应海底微地形变化和调 节集矿口离底高度， 达到最佳值的要求． 实 现了高效率集矿。 履带 自 行复合式集矿模型机已通过有 色总公司和 冶金部共 同主持的技术鉴定及 中国大洋协会的验收， 专 家组一致认为“ 该 集矿模型机在结构原理上确有 自己的特点， 并能很好地完成现阶段模型试验各项要求， 其主要性能指标 已达到国际先进水平， 具有 良好的工业应用前景。 6结 谙 中国探海采矿技术研究起步较晚， 但由 于我们掌握了正确的研究方向． 没有走弯 路， 赢得了时间． 仅甩 5年便与世界先进水 平接轨。“ 八五” 期间， 集矿方法和模型机研 制成功， 填补了我国深海采矿集矿技术研究 空 白． 积累了工作经验， 为确定我 国集矿技 术和设备发 展方 向和 九五” 中试集矿机的 研制提供可靠依据。 包括二嵌礁砰 精耗 2 首先在顶板不稳固的倾斜中厚矿体 中试验成功了 4 O 。 斜溜井一振动放矿机出 矿 系统。 该系统灵活方便， 生产能力大， 成本 低。 3 采用房柱法切顶、 锚杆护顶 ． 采后放 顶处理空区的综合顶板管理措施， 可充分回 收地下资源， 而且作业安全． 便于在生产中 推广应甩。 4 在古采区分布状况不明时， 可先掘 人行上山及各分段的联络天井， 探明古采区 展布范 围后， 再施工其它采切工程， 以减少 掘进工作量， 降低采切成本。 参考 文献 1 曹进修 ． 陕西银矿 采矿方法的优选与实麓 ． 矿业 研究与开发， 1 9 9 5 ． 1 5 ． 3 2 薛介民． 岩体稳定性 数值分析在优化采矿方法 结构参数中的应用 ． 矿 山地 压与井瞢工程学术研讨 会论文集， 1 9 9 2 3 李向东等． 扇形中探孔爆破参数优化试验． 矿业 研究与开发． 1 9 9 5 ． 1 5 ． 1 4 曹进恪等． 陕西银矿采场顶板管理及支护参数 研究． 矿业研究与开发， 1 9 9 4 ． 1 4 ． 4 维普资讯