乌拉尔有色冶金矿山采矿方法的完善.pdf

技术论文 ‘ 一 乌拉尔有色冶金矿山采矿方法的完善 俄罗斯 阁杈 卡梅夫 摘要本文叙述了乌拉尔地区黄铜矿床的地质特征及姜路采矿带来的开采强度低、 有自燃 炭火 捐向等问题 。 采矿 方法从 充碡法玻为分段崩落法 ， 阶段崩 落法夏分段空 场嗣 后充填法 ， 使 采 矿方法不断改进 和完善 ， 提 高了矿山生产能力和矿石回收率 。 关 键 词 兰 垒 墨 床 开 采 型 些 筠 垦 童 ．盏 沽 分 段 空 场 嗣 后 梦 法 兰 竺 苎 缸韵 Imp r o v e me n t o n Mi n i n g Me t h o d s i n u r a t M甜a ll i c Mi n e s y． ． k o v ． D． K口 姗 Ru s 出 A B S T R A C T h e u n i q u e g e o l o g i c a l s t r u c t u r e s i n c h a l c o p y r i t e min e s i n t h e Ur a l r e g i o n a r e r e s p o n s i b h f o r l o w mi n i n g p r o d u c t i v i t y a n d o r e s p o n t a n e o u s c o mb u s t i o n ． Th e r e f o r e， d i f f e r e n t mi n i n g me t h o d s in c l u d i n g s u b l e v e l c a v - i n g， s u b hv e l o p e n s t o p l n g wi t h s u b s e qu e n t fi l l i n g a r e t r i e d t o s o l v e t h e s e p r o b l e ms ． Gr e a t i mp r o v em e n t wa s i l l t d e o n t h e mini n g me t h od s s 0 t h a t t h e mi n i n g p r o d u c t i v i t y a n d o r e r e c o v e r y we r e r a i s e d ． K EY WOR DS p o l y me t a l l i c d e p o s i t ，fi l l ing me t h od ， s u b l e v e l c a v i n g，s u b l e v e l o p e n s t o p i n g wi t h s u bs e q u en t f i ll ing 乌拉 尔有色冶金业的蓬勃发展始于3 0 年 代 。 当时 已恢复了全部十月革命前停产的矿 山 。 为 了满足工业部门对 有色金属 丑益增 长 的需要， 开始建设了一些新矿山 捷格佳 尔斯 克铜矿、 赤卫军城铜矿 、 第三 国际铜矿 、 列维 哈铜矿 、 布利亚瓦铜矿 、 别列佐夫卡金矿等 。 由于当时对矿山地质条件的了解不 充分 采 矿技术水平低 ， 在一些矿山同时采用了6 、 7 种 不同的采矿方法。 1 矿床地质特征及其给采矿带 40 来的问题 大量厚和 中厚急 倾斜和缓 倾斜黄铜矿 体， 是乌拉尔获取铜、 锌、 金、 银的主要原料来 源， 在获得稀土元素方面也发挥着重要作用 。 这些矿床埋藏深度为3 0 0 2 0 0 0 m， 其长度约 2 5 0 m， 有时达到1 3 0 0 2 0 0 0 m。 矿体厚度从 数米到4 0 ～6 0 m， 有时达到2 5 0 m。 所有这些矿床可以划分为3 类； 急倾斜中 厚矿床， 急倾斜厚矿床， 缓倾斜厚矿床 这些矿床的特点是开采时有发火危 险， 因此用嗣后 充填的矿房采矿法或预防性灌浆 世畀孚矿忙报 第H卷 1 9 9 8 年 第3 期 总第4 3 8 期 I 量 丑 兰 维普资讯 的崩落 采矿法进行开采 。 视矿石结构 及其矿 物组成 的不同， 用崩落法开采时矿块放 矿时 间不应超过6 ～1 2 个月 。 这注定了开采 的矿块 储量小 ， 费用高。 用分段崩落法回采时 ， 一个 放矿口担负的放矿量不超过3 0 0 0 8 0 0 0 t ， 用 阶段强制崩落法和阶段矿房法时不超过 2 ～ 2 ． 5 万 t 。 此外， 硫化矿石粉尘有爆炸 危险， 因 而不能用炸药进 行二次破碎 ， 进一步延长了 出矿时问。 分析采用充填法的矿山表 明， 采空区用 胶结充填料 充填 时， 无论沿走 向或沿倾斜 的 相邻矿房 ， 要求停 采时间达8 个 月之久。 阶段 有效 回采面积显著缩小 ， 三步骤 回采 时有效 回采面为3 3 ， 双步骤 回采时为j O 。 即使 2 ～ 3 个阶段同时进行 回采 ， 也不能增加其回采 面 积 。 用预灌浆的崩落采矿法时， 也要使相 邻 矿房的停采时问达8 ～1 2 个月 油 于暂时停采 一 部分矿量而降低开采强度 ， 乌拉尔的某些 矿山未能达到设计 生产能力。 例如 ， 捷格佳尔 斯克矿务局2 号 主矿井的最 高生产能力约为 设计的8 9 ． 4 ， 列维哈铜矿为8 2 ． 7 ， 卡拉巴 什铜 矿为6 8 ． 7 。 2 采矿方法的变革与完善 3 O 年代各黄铜矿 床用水平分层干式充填 法回采 。 由于生产能力低 ， 后来用分段崩落法 取代 。 到1 9 3 7 年该法所占比重达4 7 ， 一直保 持到7 O 年代。 在推广该新方法的初期， 分段高 度为5 ～6 m。 这种方法 的实质是掘进 分段 平 巷 或横巷、 回采进 路 ， 后退时放顶 并 回收矿 石， 在术 支架掩护 下矿石通过支架放 矿 口放 到巷道底板 这种 方法坑木消耗量高 、 采准切 割工程 量大、 从回采进路向巷道端部耙矿复杂、 劳动 生产率低 ， 因此需要改进该采矿方法 。 高分段和从巷道 支护放矿 E l 侧面放矿的 分段崩 落法在捷格佳 尔斯克矿得到 广泛 应 用。 矿块采准包括掘进分段横巷 平巷 ， 由此 世界 采矿快 报第 1 4卷1 9 9 8 年第 3期总 第 4 3 8期 每隔6 m 向两侧掘进长达2 0 m的回采进路和 盘区进路 。 断面2 ． 5 3 m 的巷道用不完全术 棚子连续支护， 盘区后退式 回采。 在一个盘区 内进行崩矿和出矿， 在另一盘 区内掘进盘 区 进路 。 该采矿法的优点有 结构简单 、 可选别 回采 、 可大大避免矿块采准和切割工作 同时 进 行 、 采矿法 劳动 生产率相对 较高 2 4 t ／ 工 班 。 崩 矿 分层 参 数 厚 3 m、 宽 6 m、 商 9 ～ 12m 。 工业试验表 明， 应用该 法 的最适合条件 是地压不大 ， 矿石易碎易于崩 落。 对于普 氏硬 度系数超过8 的坚硬矿石 ， 需要钻凿更多的优 质炮孔 。 在这种情况 下， 凿岩 、 处理大块卡堵 和恢复支护的费用增加 ， 在地压大的情况下， 巷道维护费用升高。 当分段高度为2 O ～2 5 m 时 ， 矿石的损失和贫化率急剧增高 。 根据崩 落分层厚 度 与其 高度 的合 理 比 例 ， 崩落厚度必须在5 ～6 m。 但是在这种情况 下木支护强度不够 。 因此当分段高度增至2 O ～ 2 5 m和崩落分层厚度增至5 ～6 m 时， 在坚 硬稳 固矿体中必须改为有漏斗天井和漏斗底 部结构的采准方式 ， 而在 易碎不稳固矿体中 ， 则采用金属支架或钢筋混凝土支架支护出矿 巷道 。 高分段崩落法方案在各矿山都得到了广 泛应用。 矿块采准包括在下盘掘进脉外天井 ， 以此天 井每 隔2 O ～2 5 m 掘进分段横巷 到上 盘 。 视矿体厚度采用沿走向或垂直走向布置 盘区进行 回采。 垂直走向回采时， 从下盘向上 盘和从矿块边界向中央横巷进行 盘区回采 ， 这就可以在盘区回采结束之前， 能充分利用 中央横巷。 从布置在耙矿横巷之 上3 m 的凿 岩硐室钻凿炮孔。 分段高度2 0 2 5 m， 崩矿层 厚度5 ～6 m， 出矿巷道 间距 4 ～j m， 劳动生产 率1 6 ～ 1 8 t ／ 工 班 。 乌拉尔各黄铜矿山在改进采矿方法的后 期 1 9 弱～1 9 6 0 年 ， 采用了阶段强制崩落法 ， 使劳动生产率提高 1 ～2 倍 回采区段 矿块 包括2 ～3 个补偿矿房 ， 2 ～3 个房间矿柱。 矿房 41 维普资讯 宽1 2 1 5 m， 长4 0 5 0 m， 顶柱厚8 ～1 2 m， 平 巷上部矿柱高9 ～1 1 m。 房间矿柱宽 1 5 ～ 2 0 m。 在脉 内运输平巷顶板水平 沿每个矿 房 和 矿柱 中线 ， 掘进 断 面为7～9 m。 的 耙矿横 巷 。 在集矿水平相隔6 ～8 m 交错 布置放矿 漏 斗天井。 矿房崩矿从分段平巷进行。 为了降低单 位采准切割工程量 ， 凿岩进路的平行炮孔与 凿岩横巷的扇形炮孔交替布置。 在回采矿房 的同时， 钻凿房间矿桂的炮孔 。 3 分段空场嗣后充填法 开采不仅含铜而且还含有其它许多贵重 金属 的乌拉尔黄铜矿床的有发展前途的采矿 方法 ， 应 当是充填法 ， 采用胶结充填法也是由 于在推行联合采矿法中必须保持地表完整性 的要求所决定的。 采用这种方法可提高有用矿物回采率和 回采质量， 使露天和地下开采可联合进行， 能 保证在深部地压大的条件下安 全采矿 。 加伊地下矿视出矿 和运矿机械的不 同， 其矿房采准也不同 采用移动式 设备时， 在运 输平巷顶板掘进耙矿巷道 ， 在采用振 动出矿 和自行设备时， 则掘进环形横港。 甩扇形深 孔从 中央向两翼 进行相 向崩 矿， 从而可使矿石得到补充破碎 图”。 一步 骤和二步骤矿房参数； 长3 0 5 0 m， 宽l ～ 2 0 m， 高6 0 8 0 m。 为了减少二步骤矿房的贫 化， 炮孔底部离一步骤矿房的充填体1 ． 0 ～ 1 ． 5 m。 这一层矿壳将在以后的爆破中自然塌 落 。 此外 ， 下阶段矿房的中线相对上部阶段各 矿房中线错开1 ／ 2 的矿房宽度 回采上部矿房 底柱时应形成拱形 ， 这 样可以明显地 减少充 填体 的冒落 。 r 试验了利用掘进废石作充填料的工艺， 这种工艺将充填废石从下向上雌行注浆加固 形成充填体。 从而为发展不污染环境的采矿 生产创造 了先决条件， 在这种情况下可避 免 排土场 的建设和维护 ， 同时减少对周围环境 4 2 的影响。 ． 圈1 加伊地下矿采用自行设备和 嗣詹靛结竟辘的骱段矿虏采矿藏 在捷克佳 尔斯克和加伊两矿进行了上述 方法的工业试验 ， 矿房充填 岩石的空隙率达 到3 0 ～3 5 。 灌入矿房内的浆液组 分的重 量 比如下 水泥 矿 渣 水 1 5 - 1 2 7 ． 0 8 。 1 m 充填料的 材料 消耗 水泥3 j - 8 k g， 炉 渣 1 8 8 k g， 水 2 7 0 k g 。 1 m 固化废 石充填 料的成 本比胶结充填料低6 6 ． 7 ～7 5 。 为了加大回采面积， 乌拉尔各矿床开采 中有发展前途改进 的方 向是分带 段 开采 ， 回采工作可在不同水平彼此不受影响地同时 进行 为 了保持加伊地下矿的生产能力 ， 回采 工作在4 3 0 ～5 1 0 m 和5 9 0 m～6 7 0 m 阶段 同 时进行 ， 把 5 1 0 ～5 9 0 m 阶段 留作隔离矿柱 。 在回采和充填5 9 O ～6 7 0 m阶段一步骤矿房 和回采4 4 0 5 1 0 m 阶段矿房以后， 可按普通 回采顺序准备和 回采j 1 0 ～5 9 0 m 阶段 的所 有矿房。 此后开 始回采 5 9 0 6 7 0 m 阶段 的2 步骤矿房， 接着回采三步骤矿房。 提高房式采矿法采矿效率的另一个重要 方向是增加矿房高度 ， 将其提高到两个阶段 的高度 1 6 0 m ， 见图2 。 回采高度 1 6 0 m 矿房 的经验 可以用来 回采5 1 0 ～5 9 0 ～6 7 0 m 阶段 的双矿房， 这样就增加了矿房矿量 、 开采面积 和改善了技术经济指标。 高阶段矿房回采法采准切割工作面工人 的劳动生率达到7 ． 5 m ／ 工班 。 采矿工人劳动 生产率 为8 4 t ／ 工班 。 个别矿房的产量为3 ． 4 万 世界采矿快报尊 1 4毫1 9 9 8 年尊 3 期总第4 3 8 撕 维普资讯 t ／ 月， 平均为2 ． O 万 t ／ j E J 。 田2 抽伊地下 r两个阶段 矗重r置帕国采 1 一矿房第一圊采阶殷} 2 一第二回采骱殷} 3 一最后崩落的lI 卣 时支捧矿柱 4 列别佐夫卡金矿 的采矿方法 乌拉尔的最大采金企业之一是别列佐夫 卡金矿。 该 矿床的矿体主要是厚3 ～2 0 m 和 倾角2 O 。 ～8 5 ． 层状脉矿 。 该 矿床的特 点是 有 大量的构造断裂使采矿工作复杂化。 矿化与 赋存在岩脉和围岩的许多石英硫化矿有关。 岩脉充实度 各不相 同。 在一些区段矿脉均 匀 分布 沿岩脉每隔2 ． 5 ～3 ． 0 m就有一条工业 矿脉 ， 在另一些区段每隔1 m有数条矿脉穿 过 。 视围岩稳固性和矿体形 态的不同 ， 该矿 采用不同的采矿法 。 最初用水平分层开采含 矿岩 脉 。 用在工作面分选 的废石充填采空 区 “ 横巷 法 。 该法的实质是从岩脉平巷沿每 条矿脉或一组矿脉 如果矿脉很靠近 掘进水 平矿房 横巷 直到岩脉与上盘和下盘接触 面。 岩脒中伯卅 脉和废石同时进行崩落 。 从崩 落 的矿岩中在工作面木 垫板 上手 工选 出富 矿， 剩余部分 4 0 ～4 5 用来充填采空区。 在另一条横巷之上 布置横巷 ， 直到矿脉采 完 为止。 天井靠近岩脉的上盘或下盘布置 ， 随着 回采工作 向上进行 。 在充填废石中将顺路天 井不断接高。 一般说来 。 同时回采用岩柱隔离 的一组矿房 横巷 。 横巷宽度 介于0 ． 8 ～ 1 ． 0 m到5 ～6 m 之间。 为了减少天井数量和 改善矿房通风条件 ， 沿下盘通过立 槽将矿房 联 通 。 1 9 7 7 年用这种采矿法开采了最后一个矿 块。 为了回采围岩不稳 固的矿体 ， 劳动量太的 “ 横巷 采矿法被其它方法取代。 从 1 9 7 4 年起 该 矿开 始采 用水平 分层 水力 充填法 见下 表 。 回采矿块长度 介于6 O ～1 2 0 m 之间， 高 度等于矿化带高度 。 一般为2 O ～4 0 m， 矿块宽 度等于岩脉厚度， 分层高为2 ． 5 m。 剐列佐夫卡叠矿采矿法的主要指标 世界采矿快报簟 1 ‘ 卷1 9 9 8 年簟3期总簟 4 3 8 期 4 3- 维普资讯 切割工程从掘进翼部天井开始 ， 这些天 井在第 一分 鼹用切割 乎巷贯通 。 回采工作在 够工业矿他带的回采横巷进行。 横巷宽度平 均为5 ～6 m， 最大宽度为i 0 m。 横巷之 间无矿 带矿柱的最小宽度应大于3 m。 分层回采结束 后， 在矿块两翼构筑防水隔墙 ， 用从地表充填 站经管道输送的尾矿充填采空区。 在 充填工 作结束后应留出高1 ． 0 ～1 ． 5 m的 自由空间 。 回采 用 r i p - 3 O K手持式凿岩 机凿岩 ， 用 C a v o 一 3 1 0 和 F [ P 一 4 自行装载机出矿。 在倾角大于5 5 。 和围岩稳 粕 目 棒， 广泛 采用了各种 留矿法方案。 1 9 7 3 年总采矿量 中 留矿法所 占比重为7 6 ， 但是从 1 9 7 6 年该 矿 开始大量采 用 自行式设备以来 ， 嗣后充填 的 阶段 矿 房法获 得最 广泛 应 用， 其 比重达 到 88 ～ 0 0 。 阶段矿房法的矿块长度为7 0 ～8 0 m， 宽 度等于岩脉厚度 ， 阶段高度5 0 m。 由于采空区采用选厂尾矿 充填 ， 故必须 保 留房 间矿柱和 阶段矿柱 为减少矿柱矿石 的损 失， 制订和 推广了用 高i 0 0 m 矿房的回 采工艺。 为 了回采 该 矿床 5 1 2 m 水平 以下 的矿 石 ， 拟研 究了脉外采准和嗣后胶结 充填的矿 房采矿法 ， 因为传统阶段矿房法的矿柱矿石 损失为4 0 。 当阶段 高度为5 0 m时 ， 矿房长 度为4 0 5 0 m， 回采高i 0 0 m 的矿房时 ， 根据 上盘稳固条件， 矿房长度不得大于2 5 ～3 0 m。 矿房按 两个步骤进行回采 。 一次矿房用额定 强度2 ． MP a的咬结 充填料充填 ， 二次 矿房 用水力充填料 充填 ， 一次椰二次矿房下部的 1 5 m均用强度为5 MP a的胶结充填料充填。 阶段矿房法在别列佐夫卡金矿的使用范 44 围未能得到扩大的主要原因是许多矿体披构 造断裂贯穿 ， 岩石松弱带尺寸为1 ～ 1 3 m。 在 这种条件下所用水平分层水砂充填法的技术 经济指标较低。 因此该矿进行 了长锚索预加 固围岩的阶段矿房法的工业试验 图3 。 为了 预加 固上盘围岩 构造断裂带 ， 沿上盘围岩 与矿体接触面钻凿直径i 0 3 I [ T I 扇形孔。 在钻 孔内插入直径3 1 mm钢绳 ， 然后注入水泥浆。 由于推行了这种新 工艺， 开采围岩不 稳固矿 体的劳动生产率提高4 5 ， 采矿成本降2 3 。 田3 剐捌性夫卡盘矿用长描童覆加固不t匝瞳岩 和木砂充填的阶最矿虏采矿法方案 1 一梅造断裂2 一长锚索 该矿的倾斜矿体用耙矿绞车和铲运机运 矿 的房柱法回采 。 为了减少采准切割 工程量 和提高作业安全性 ， 拟订了人员不进入 采场 用水射流运矿的矿房法方案 有专利权 。 各 种方案在矿房 回采顺 序 上 向或下向 、 所用 凿岩设备 移动式或在单机上移动的 和矿块 底部结构上都有区别。 ． ． 摘 译 自 H ，a F o p - { ， 1 9 9 7 N O． 5 ～6 ， 1 1 4～ 1 3 0 周叔 良译焦承祖校 世界采矿快报第 1 4 卷1 9 9 8 年簟 3 期总簟 4 3 8 期 维普资讯