试论实现空场法到崩落法的过渡.pdf

Se r i es No．21 1 J a n u a r y 1 9 9 4 金 属 矿 山 M ETAL M I N E 总 苇2 1 1 期 1 9 g 4 年 第l 期 毛 试论实现空场法到崩落法的过渡 L ／ ／ 青岛 冶金矿山大学 朱卫东 原丕业 陶 勇 在地表允许崩落的矿山， 适时进行 由空场法向崩落法的过渡是地下矿 山技术改造的重要内容。 本文 就江苏镇江韦岗铁矿的采矿方法改造的可行性研究． 论述 了采矿方法改造的必要性 I 可行的采矿方法方 案} 方案的技术经济分析 I 采矿方法改造的过渡方式 ， 覆盖层的形成以厦可望选到的技术经济指标。 关 键 词兰 覆 盖 层技 术 经 济 分 析崩 涵 弼碍 T．9 Di s c u s s i on on Tr ans i t i on of O p e n St op e M e t h od i nt o Ca v i n8 M et ho d Z h u W e i d o n g Yu s n Pe i y e Ta n Yo n g I n t h e m i n e o f p e r mi t tin g g r o u n d s u r f a c e t o c a n g ， th e t r a ns i t i o n o f o p e n s t o pe me t h o d i n t o c a v i n g me t h od a t s u i t a b l e t i me i s t h e i mp o r t a n t c o n t e n t o f t e c h n i c a l t r a n s f o r m t l o n i n t h e u n d e r g r o u n d mi n e ． W i t h r e g a r d to t he J e a s i b i l i t y r e s e a h f o r We l g a n g I r o n。 M i ne 。 t h i s p a p e r d k s c a s s e s o n t h e n e c e s s i t y o J t r a n s { o r mi n g mi n i n g me t h od - t h e e a s i b l e s c h e me s o f mi n i n g m e t h od a n d i t ’ s t e c h n i q u e e c o n o mi c a na l y s i s ， t h e t r a n s i t i o n f o r ms o f m i mn g me t h od t r a n s f o r ma t i o n - t h e f o r mi n g o f t h e o v e r b u r d e n o r ma t i o n a n d p r e d i c t e d t e c h n i q u e e c o n o m ic i n d e x e s ． 在我国 ， 崩落采矿法 ， 尤其是无底 柱分段崩 落采矿法 ， 大 部分是在新建矿 山使用的 ， 因而覆 岩的形成 就一直是 困扰矿 山的重大技术 问题 。 不少矿 山为此 曾做 了大量 的放顶工 程 形成覆 盖岩层 ， 从而保证安全生产和覆岩下放矿 。 这槔 不仅 增加 了投资 ， 而且 也 限制了矿 山尤 其是投 产初期的生产能力的迅速提高。 因此， 在七十年 代初， 许多研究单位就曾提出盲矿体应用无底 柱分 段崩落 法其最适宜 的使用 条件 ， 除了矿体 赋 存条件外 ， 最好是 在矿体上 部先采用房 式采 矿法 回采 ， 然后崩落 矿柱 ， 形成 覆盖岩 层 ， 同时 也 形成足够 的暴露空 间 ， 以使上部岩层能 够 自 然 冒落。 遗憾 的是 ， 多年来 ， 一直 没有合适 的矿 山进行 生产实 践。 许 多矿 山都 是用崩落顶 板岩 石的方法形成覆 盖岩层 ， 如 梅 山铁矿 、 大冶尖林 山铁 矿等矿 山， 均投 入大量 的人力物力 。 因此 ， 在条 件合适 的矿 山， 上部先采用空场 法回采 ， 以 提高矿山投产初期的生产能力 ， 尽快回收资金 ， 32 - 生产 到一定程度 ， 即空 区扩大到 不处理 将影 响 安全 生产时 ， 适时地转 入崩 落法开 采 ， 将是一种 高效 、 经济的途径 下面就镇江 韦岗铁矿的采矿 方法 改造过渡 ， 进行具体的分析 研究 ， 提供 了这 种过渡的可行性 。 1 矿体概况及采矿方法改造的必要性 韦岗铁矿位 于江苏 省镇 江市 西南 1 8 k m 处 ， 有镇 江 句 容 公 路和船 山石灰石矿准轨 铁路专用线通过矿区。 韦岗铁矿为接触交代矽 卡岩翌高硫磁铁矿床， 具有工业价值的矿体赋 存 于矽卡岩接 触带 中 ， 矿 区 内共探 明大 小矿体 8 3 个 ， 其中 I 号矿体为主矿体， 走 向近于东西 ， 走 向长6 6 8 m， 矿 体 中心 部位近 于直立 ， 最 大厚 度为 l O O m， 整个 I号矿体的储量 占矿 区总储量 的9 0 ， 富矿储量 占全 区富矿 总储量的 8 4 ． 6 ， 是开采 的主要对象 。 该矿 区矿岩较稳 固 ， 矿石普 氏硬度 系数 厂一 8～ l 5 ， 围岩主要是 花 岗闪长 斑 岩和 矽卡岩 ， 厂一 6～ l 0， 开 采技术 条件 较 维普资讯 总 第2 1 1 期 金 属 矿 山 1 9 9 4 年 第1 期 好 。 韦岗铁矿的矿体开采， 最早始于五十年代 末期 ， 为露 天开采 ， 1 9 7 4 年 转入地 下开采 。 主要 开采 一5 0 m 以上3 ～5 勘探线的小 矿体 。 采用平 底装 矿的 浅孔 留矿法 。 开采 范围 内的储量为3 7 万 t ， 至 1 9 8 0 年 共采 出矿 石1 2 ． 7 7 ／t ， 回采 率为 3 4 ． 3 2 。 在1 9 7 6 年开始扩建年产 4 O 万 t 矿石的 采选 配套 工程 ， 设计 范 围内的储量为 1 3 0 0 万 t 。 由于历史原因 ， 工 程未能按期进行 ， 根据矿石生 产 的需要 ， 一5 0 m 以上 向东开采5 ～7 线 的主矿 体 ， 先 后采 出铁 矿石2 7 ． 8 万 t ， 留下矿柱 总矿量 达 6 4 万 t ， 占矿 石 总量 的 6 9 ． 7 2 。 在 一5 0 m 水 平形 成 了l O 个采 空 区， 体积达 7 ． 4 6 万 m ， 总暴 露面 积为2 5 3 2 m ， 撮 大暴露面积 为6 0 5 m。 。 如附 图所示 。 在 一l O O m 水 平使 用 阶段 矿 房法 回采 ， 至 今 已形成 了1 0 1 、 1 0 2 、 1 0 3 三个 采空 区， 总暴 露面 积为 4 0 0 0 m。 ， 体积 达1 6 万 m 。 由于这 些空 区， 特别 是 一 5 0 m 的 空 区暴露 时 间较 长 ， 已构 成了三个方面的问题 1 使残 留的大量矿柱 约占7 O 回收 日 益困难。 2 已构成了对下 部采矿安全上的威胁 。 3 是矿山进一步提高生产能力的障碍。 所以 ， 无论是从安全考虑 ， 还是矿产资源的 回收利用 ， 采矿方法的改造 已势在必行。 而对于 处理 ， 继 续 下阶 段 的 回采将 是 十分 危 险 的。 因 此 ， 空区的处理 方 案和 将与下 部使 用的采矿 方 法 的确 定 ， 是摆 在人 们面前的 迫切需要 解决 的 问题 。 而空 区处理 和采 矿方法 改造过 渡必须在 时间上 和空间上密 切配 合。 以保证矿 山能够安 全 稳定 地生产 ， 并在较 短的时 间内达到 设计生 产能力 ， 以取得 良好的经济效益 。 2 采矿方法方案可行性研究 采空区的处理方 案必须 与下部采 用的采矿 方法方案相适应， 所以必须首先确定下部开采 的采矿方 法方案 。 根 据 韦 岗铁矿 的矿体赋 存条 件， 使用崩落法是比较适宜的。 设计院蕞韧设计 也是使 用崩 落法 ， 只是 由于地表状 况等步 b 都 条 件不符合崩落的要求， 并且又急于生产而未采 用崩 落法 。 设计院在做 一5 0 m采 空区处理 方案 时 ， 也对下 中段的采矿方法作了考虑 ， 推荐使用 无底拄分段 崩落法 为 了进一步论 证无底 拄分 段崩 落 法 的 可 行性 ， 我 们 与 韦 岗 铁 矿 一 起 对 一 1 5 0 m 中段的采 矿方 法进行 了全 面细致 的可 行性研 究。 韦岗铁矿在 采空区处理 之后 ， 就 已具 备 了 使 用崩落法 的条件 但在 使用无底 柱崩落 法和 有底柱崩落 法上存在着 不 同的认识 。 从全 国冶 金矿 山采矿方法应用情 况和 韦 岗铁矿矿体本身 条件来看 ， 应用无底柱 分 段崩落法 是 比较合 适 的 ， 但 需要 投资购买新 的设 备 ， 工 人也 不能很快 采空 区 ， 如不采 取可靠 的监控措 旋或进行 空区 适应 ；而有底柱崩 落法的底 部结 构与 目前使用 二一 - l _ 1 、 l _ 1 一 f 6 1 。 l】 尺 。除 保证 基 准收 益 率 外 ， 无底 柱分段崩落 法 比有底柱 阶段 崩落法 方 案每年 多获得5 4 ． 1 3 万元 的收益。 从 内部收益率 来看 ， 有底 柱崩落 法和无 底 柱 崩 落 法 的 内 部 收 益 率 分 别 为 2 1 ． 2 和 2 8 ． 4 3 ， 都超过基 准 收益率 1 2 ， 经济上都 是 可行的 ， 二者相 比． 无底柱方案获利 能力大于有 底柱方 案。 从 差 额 投 资 效 益 来 看 ， 设 基 准 收 益 率 为 1 2 ， 无底柱 比有底柱多投资1 1 2 ． 0 4 万 元， 差额 投资 回 收期 为 3 ． 7 年 ， 差 额 投资 内部 收益率 为 5 6 ． 4 。 由此可见 ， r T ， I RR I RR , ， 差额 投资效果是 好的 。 无底柱 分段崩落 法在 经 济效益上 明显优于有底柱分段 崩落 法 。 2 ． 3生产技术管理分析 1 生 产准备 矿量 比较 。 按 照生产 准备 矿 量 计 算 要 求 ， 有 底 柱分 段 崩 落 法 采 准矿 量 为 1 0 2 ． 3 万 t ， 备采 矿量 为 6 7 ． 9 0 万 t ， 而 无底 柱 分 段 崩落 法 采 准矿 量 为 3 1 ． 8 8 万 t ， 备 采矿 量 为 2 2 ． 5 3 万 t ， 按 此 要求 ． 有 底柱 比无底 柱需 要 提 前 掘进 3 0 6 9 2 ． 6 m 的工 程 量 和 多凿 9 0 7 4 0 m 炮 孔 ， 这些工 程需 占用资金约 为5 6 7 ． 2 万 元 ， 年 息 为5 6 ． 7 2 万元 ， 有底柱崩落法 由于生产准备矿量 大， 占用资金多经济效益差。 2 劳动生 产率 。 使 用有底 柱崩落 法其 底 部结构形式 、 箍 工顺 序 、 内容 、 方法 与 目前 所用 方 法基本相 同 ， 有 底柱崩 落法其劳 动生 产率与 目前也基本相近 。 如果使用无底柱分段崩 落法 一 根据韦 岗铁 矿矿岩 的条件 ， 劳动 生产率 会接近 其他矿 山水 平 ， 比目前 空场法 的指标要 有较 明 显提 高。 3 底柱 回收困 难 。 由于 有底 柱崩 落法底 柱 占有 相当 的矿 量需要 回收 ， 回收底 柱采切工 程量大 ， 施工条件差 ， 生产管 理困难 、 复杂 。 4 有底 柱采矿 法 的采准施 工 困难 ， 首先 是底部结构的施工困难 ， 维护量大 。 采 用小补偿 维普资讯 总 第2 1 1 期 金 属 矿 山 1 9 9 4 年 第1 期 空问 的挤 压爆 破 ， 采 切工程 量大 ， 施 工条件 差 ， 特别是切割天井多 ， 通风 、 搬运及设备物 资运输 都相对困难 ， 不 易实现较大型机械化作业 ， 效率 较低 。 5 有底 柱采矿 法放矿 管理 复杂 ， 控制 困 难 f 有底柱崩落法 采用漏斗放矿 ， 不论采 用哪种 放矿方式 ， 对每个 漏斗 的出矿量和 品位进行有 计划的控 制是难度很 大 的 ， 实际生 产中难 于管 理 。 而无底柱崩落法 单进 路放矿 ， 只要 控制放矿 量和截 止品位 即可。 6 有底 柱崩落 法在生 产安全 性 、 灵活性 和可靠性方面也比无底柱分段崩落法差。 2 ． 4 企业盈亏平衡分 析 韦 岗铁矿在 采矿方 法改造 之后 ， 矿 山矿 石 产量将 由现 在的2 5 万 t 提高到4 0 万 t ， 矿石 回收 率 将提高 4 0 左右 ， 采准工 程量可减 少3 0 左 右 ， 矿 山成本将下 降。 按 1 9 9 1 年 的企业 管理 费4 1 9 万元增 加 1 5 计企业管理费为4 8 1 ． 9 万元 ， 当选 矿比为2 ． 2 时， 精矿粉的可变成本为 V 一 2 ． 2 1 3 ． 33 7 ． 3 2 一 4 5 ． 4 3元 ／ t 式 中 1 3 ． 3 3 和 7 ． 3 2 分别为 采矿方 法改造 之后 每吨矿石的采矿选矿加工可变成本 。 年 固定费用为 F 一 2 1 4 ． 9 7 5 4 8 ． 1 5 4 8 1 ． 9 1 2 4 5 ． 0 2 万 元 当精 矿 粉售 价为 1 4 4 ． 5 元／ t 时 ， 企 业盈 亏 平衡 点的精矿 产量为 1 2 4 5 ． 0 2 ／ 1 4 4 ． 5 4 5 ． 4 3 一1 2 ． 5 7 万 t 铁矿石产量为 1 2 ． 5 7 x2 ． 2 2 7 5 6 万 t 。 根据 目前情况来看， 精矿粉售价在上升矗 样 ， 平衡点的矿量会下降 ， 企业盈利更大 。 2 ． 5 采矿 方法改造之后可望达到的指标 矿石产量将 由目前的2 5 万 t 提高N4 o 万 t ， 矿石回采率将 由目前的4 0 ～4 5 提高到7 5 ～8 0 ， 采 准切割工 程量 将 比 目前 减 少3 0 左 右 ， 劳动生产率将有较大 提高 ； 成本将下降2 0 ％ 左右 。 综合以上分 析 ， 可 以看 出 一1 0 0 m 以下采 用崩落 法代 替现 用 的空 场法 ， 矿 石回采率 明显 提高 ， 经济效益将是 巨大 的 ， 而其他各 项技术经 济指标都比较好 崩落法中 ， 无底柱分段崩落法 将更 适合于 韦岗铁矿 的开 采 技术条件 ， 比有 底 柱阶段崩落法有较大的优越性 。 所 以 ， 推荐使用 无底柱分段崩落法。 3崩落矿柱形成 覆盖层 的方 法与 采矿方 法改 造过渡的衔接 下部 采矿方 法确定后 ， 上部 矿柱 的 回收及 采空 区的处理都要与崩落法要求的覆盖 层的形 成相 适应 ． 即处理 方案及 空间和 时间上 的配合 要满足下部采用无底柱分段崩落法的要求 。 现 在 ， 韦 岗铁 矿 在 一 1 0 0 m 已采 完 1 0 1 、 1 0 2 、 1 0 3 三 个矿 房， 它 们正 处于 一5 0 m 水平 的8 、 9 、 1 0 、 1 1 采 空 区 的下 部 ， 1 0 1 、 1 0 2 与1 0 3 之 间的矿柱部分 已出现 断裂 ， 情 况十分 危 险 ． 如 不 及时 处理 一5 0 m 的空 区， 将 严 重威 胁下一 步的安全生产 。 及时处理采空 区， 崩落矿 柱 ， 形成矿石覆盖层 ， 是采矿 方法从 空场 法过 渡 到崩 落法 的关键 ， 否则 将无法 实现采矿 方法 改 造过 渡 为此设 计院和 韦 岗铁矿 已对 一5 0 m 采 空 区处理作 了设计研究 。 在 地表的房屋 搬迁 ， 公 路 、 河流 改谨 之 后 ， 采用大 量崩 落 的方 法 进 行 一 5 0 m 空 区 处理 。 一 5 0 m 以上 矿体 回采 所用 方 法 为平 底 出 矿 的浅 孔 留矿 法 ， 采 下 矿石 已基本 出完 ， 根 据 一 5 0 m 目前所处 的情 况来看 ， 采用 大量崩 落矿 柱 群的方法是 比较合适 的 ， 矿 柱崩落 后 的矿石 在本水平暂不 回收 ， 而作 为下 中段 的覆 盖层。 考虑确 定一次爆 破量 的大小 ， 主要 考虑 以 下几 方面的 因素 ； 第 一崩 落的矿柱 矿石 是为下 阶段作覆盖 层用 ， 所 以应 使爆堆厚 度能 够保持 大体 的一致 ， 这样可 以减 少矿 石 与岩 石 的接触 面 ， 以利于降低 下中段回采矿 石的损失和贫化 ， 从 这一方面来讲 ， 一次可以爆破多排 ； 第 二要 考 虑 一5 0 m 中 段 空 区 中 的 实 际 情 况 ， 因 在 一5 0 m5 空 区和 6 空 区之 间有 一厚 度 为5 0 m 左右 的矽卡岩带， 这样将空区分为两大部分， 这两部 分 可以分两次进行 ； 第三要综合考虑安 全问题 ， 维普资讯 总第2 1 1 期 金 属 矿 山 1 9 9 4 年 第1 期 要考虑一 次爆破 的地震 、 冲击波的影响等 。 总 的 爆破顺序 ， 可采 用先东部 、 后西部 ， 先 间柱 、 后顶 柱 实现 采矿 方法的过 渡 ， 即 由现在 使 用的空 场 法过 渡到崩落 法的过 程中 ， 既 要保证在过 渡 时形成崩落法所应具备 的条件 ， 如地 表条件 、 覆 岩 条件等 ， 又要 保证其 生产能 力不致于 因为采 矿方法 的改造过渡而下降或停产 。 相反 ， 生产能 力还 要在 稳定的基 础上逐 渐提高 。 同时要安 排 好过 渡时期的掘进工程 ， 以保证 稳定 的过渡 ， 并 保证 在过 渡之后 ， 能迅 速地 达到 年产4 O 万 t的 生产能力 。 韦岗铁矿 一5 0 m 采 空 区的处理 大约需 要2 ～3 年 的时 间， 在这段 时 间内 ， 为 了保 证生产 能 力的 持续 ， 在 一1 0 0 m 仍 要 继续 使 用 阶段 矿房 法采 矿 ， 在 一 1 0 0 m 以 上的矿 房 矿量 为1 3 0 万 t 左右 ， 按照 目前矿房产量为 每年 2 2 万 t 计算 ， 可 维持 5 ～ 6 年 ， 一1 0 0 m 中段厚大 部分采完之后 ， 两端矿体变薄变缓。 因此， 会使产量下降， 为使 生产 能力 稳定 ， 并使 采矿方法顺 利过 渡且尽快 达到生产能力 ， 可采取 以下几个措施 1 在 一1 0 0 m 中问厚 大矿 体采 完 之后 ， 一 5 0 m 采空 区 已处理 完 毕 ， 此时 可安 排 回采3 ～8 线 之 间的顶 、 问 柱 ， 这部 分矿 量达 1 0 5 万 t ， 留下3 O 作垫层 ， 可采矿量为7 O 多万 t 。 2 将 一1 0 0 m 水平 3 ～8 线 问的底 柱 作为 无 底柱分段崩 落法的 第一 分 层来 回采 这样 因 一 1 0 om水 平 已有一 些工 程 ， 作 采 准 工程 比较 容 易 ， 可以 缓解 一1 5 0 m 的开 拓 、 采 切 工程 。 同 时 ， 可 以提高产量 。 3 加快安 排 一1 5 0 m 的开 拓 工程和 公共 采 准工 程 ， 在此工程完成之后 ， 则可进行 中间矿 块 第一分层 的采切工 程 ， 开采顺序仍和 一1 0 0 m 相 同 ， 从 中间向两侧推进 ， 以保证采矿方法和 中 段 回采 的顺 利过渡 。 安排 好这一 时期 的工程进 度 计划和矿 石 回采在 时间上和 空 间上的配 合 ， 会使产量稳步提高并达到设计生产能力 4 结语 1 开 采技术条件合适 的盲 矿体 上部先使 用 空场 法 回采 ， 而后 用崩 落法 回采 作为一 种采 矿方 法 使 用模式 是 可行 的 ， 具 有 投资 少 ， 见效 快 ， 投 产早 ， 成 本低等优 点。 2 采矿 方法改 造 中应进行 可行性 研究 ， 以确定可行的采矿方法 。 3 崩落 矿柱处 理采 空 区的方法 、 步骤 以 及时 间与空 间的衔接 ， 要保证安 全 生产并形成 足够 的覆盖层 。 4 适时进行采 矿方 法的过渡是生产矿 山 采矿方 法改 造研 究中的重 要内容 ， 计 划安排好 这一时 期的配合 ， 以保证 生产能 力 的增 长是至 关重要 的。 收 稿 日期 1 9 9 3 1 0 3 1 上接第 1 7 页 5 降低矿石损失牢和降低矿石贫化牢的经济 效 益计算 对采选联合企业来说， 在精矿产量不变的 条件下 ， 同时 降低 矿石损 失率 与矿石 贫化率 的 物质效果是 ①降低精矿对工业储量的消耗系 数 ， 因而节省“ 工业储量 ； ②降低精矿对入选矿 石的消耗系数 ， 因而 节 省“ 入 选矿石量 及 选矿 处理费 。 其经济 效益 的计 算 ， 可以在式 5 与式 7 的基础上进行 E ⋯一 器[ 1 0 一 c1 ]一 亍K 一 五 一 五 五一 五 a K 1 6 上述分析及建立的计算公式， 反映了“ 三 率” 指标的变化与矿 山经济效益之 间的关系。 可用于改善“ 三 率 指标各种有关项 目决 策的事 前分 析及事后评 价 ， 也 可作 为矿 山生 产经营 决 策 中有关 参数优 化研究时进行 技术 经济计算的 基础 。 收稿 日期 1 9 9 3 0 6 0 8 维普资讯