削壁充填采矿方法工作面运搬方法的探讨.pdf

援孝 鞍 、 钢 矿 山 。 荦 | 、 ／ 削壁充填采矿方法工作面运搬方法的探讨 鞍 钢 矿 山 研 究 所张 成 刚 眵 ． ； 午 T {． 又 损 } 要 车文主要研究应甩简单 机械代替缓倾斜 薄矿体削壁充填采矿方击的工适搬． 改善劳动 条件，楠决笨重人工劳动，提高教率，简化矿块结构，提高生产曲力，降低成本。 关鲁 I 词 改革运搬 提高工教 提高能力 简化结构 降低成车 创 造教益 日 舌 削壁 充 填 采矿 方 法 也 称 分 采 充 填 采矿 法 ，是开采极薄矿脉 的一种干式 充填法 。当 矿脉厚度小于 0 ． 3 ～0 4米 时， 只采矿 石，工 人无法在其 中工 作，必 须分别加采矿石和 围 岩，使其 采空 区达 到允许 工 作的 最小厚 度 ， 采下的矿 石运 出果 场，而 采下 的围岩 充填 采空 区，作为回采工 作台，为继续 上采 创造 条件。这种 采矿方法 常用 于开采急 1 顷斜极薄 矿体， 由于工 作面 窄小， 目前国 内外大 多采 用人工运搬 ，也有 的采用独轮车运搬 ；顶 板 稳固的工 作面 也有 的采 用 电耙运 搬，但 由于 需要铺设垫层和 电耙穆动频繁 ，遇 有断层和 小的地质构造 时需要支护 ，使 电耙不能正常 运行， 电耙生产效率低 。这种采矿方法突 出 优点是能最大限度地降低废石混入率 ，充填 料能 有效 地 支撑 围岩 使之 不 发 生大 面 积 错 动。但人工 运搬矿石劳动强度大 ，发展 趋势 为通过 各种形式 实现窄工作面运搬机械 。笔 者设计 一种 简单机械代替 人工运搬 ，用于瓦 房子锰矿 ，可 以减 轻劳 动强 度，提 高工效 ， 提高开采强度 。 瓦房子锰矿 以下简称瓦矿 系鞍 钢矿 山公 司的一个 中型井 下矿 山。是 目前东北及 华北地 区储量甚 丰，矿石 质量 较佳 的锰矿 生 产基地 。瓦矿 从 1 9 5 6年 由小露 天开 采逐 渐 转入地下开采 。四十年 来一直延用削壁充填 采矿法 瓦矿称 为逆 倾斜 壁式 充填法 ， 由 于该矿矿 脉 为缓 1 顷斜 矿 体，工 作 面 人 工运 搬，致使 作业 条件 和技 术经 济指 标都 很落 后，矿石产量长期达不到设计 规模 ，设 计产 量为 1 7万吨／ 年，而近几 年仅 3万 吨／ 年。 一 、矿 床概 况 瓦矿矿床产于 震 旦纪含 锰 系的岩 层中， 分上中下三层。具有开采价 值的工业层位是 中下两 层 。两层 相 距 4～6米 ，互 相平 行， 倾角大部分在 1 5～2 5 。 之 间，矿 体平 均厚度 为 3 5 0 ～4 0 0毫 米 ，属 缓倾斜 极 薄矿 体。矿 体形状呈大小不等的扁豆体矿饼群状 。这 些 矿饼 产 出不 规则赋存于 垂直距离 1 ～2米 之 间，矿饼厚度 由几厘米至几十厘 米不等 。 矿石 主要是水锰矿 ，其组织结构为结晶 致密状 。坚 固性 中等 ，普 氏坚 固性 系数 f 3 ～1 6 ，容重 为 3 ． 4 3吨／ 米 ，节理 发育，顶 板 和底板 为石灰岩，属中等稳 固。但 由于地 下水 的作用，各层连结 力小 ，在一定暴 露面 积下，易有薄层脱落。矿体与围岩接触面清 晰，易分 离。围 岩普 氏坚 固性 系数 f 6 ～ 8 ，容重 2 ． 6吨／ 米 ，岩 石 松散 系数 为 1 ． 6 ～ 1 ． 7 ，下层矿 体底极 为石灰岩。 二 、削壁 充填采矿 方法及评 述 1 ． 瓦矿现用削壁充填采矿方法 f 见图 1 1 矿块布置及构成要素 沿矿 体 走 向 方 向 布 置 矿 块 ，走 向 长 维普资讯 1 9 9 6 年 第5 期 鞍 钢 矿 山 1 0 0米 ，倾斜长 6 O米，段高 为 1 5 ～2 5米。 2 矿块采 准I作 及切割I作 采准工作包括 ；掘 凿巷道 的上山及放 矿 漏斗，人行道，提升井 。 3矿 块 回 采 ① 回采顺序， 由于是两 层矿 体，先采中 层后采下层 ，而每层是 沿倾斜 由下向上逆 向 回 采 中、 下 层 边 开 采 超 前 距 离 为 1 5 ～2 O米 。 落矿方 式 ，采用 7 6 5 5型凿 岩 机，浅 孔落矿，孔深 1 7 ～2米，最 小 抵 抗 线 o． 6 7 ～ O ． 7米，导火线引爆 。 ③ 采场 充填 ，爆 破 后 ，在采 场 进 行 手 选 ，将 岩石充填 空区，粒 度 2 0 0毫米 砌充 填 墙，碎石用耙 子耙 簸箕 内用人工充填到空 区，并对 着漏斗沿 倾斜方 向每 2 O米 留 一条 假巷道 。 ④ 采场 运搬 ，工作面手选的矿石用人力 运搬至假巷道 内设置的 自重循环车内，然后 放 至漏 斗 内运出。因是极 薄矿脉，带下大量 岩石，空区能充填 3 ／ 5 ，还有 2 ／ 5岩石需要 运 出 。 1 一 回风井 ；2 一 上山 ；3 一 充填墙 ；4 一循 环车 ；5 一 材 料、凡行 进风井 溜矿 井；7 一 阶段运 辅平 巷；＆ 一 切割巷 。 图 1 逆 倾 斜 壁 式 充填 采 矿 法 示 意 图 ⑤采场 支护 ，由于顶板 岩石 中等 稳固 ， 并进行 充填 ，因而采场 支护比较 简单 ，均 用 临 时木顶柱 维 护顶 板，一 般悬顶 距 为 2～3 米 。 ⑥采场通 风，采 取 自然 贯穿 风 流通 风 ， 由采场一端上 山人风 ，冲洗工作 面，由另一 侧上 山排除污风 。 ⑦技术经济指标 矿块生产能力为 1 2 ～1 6吨／日； 矿块生产周期为 1 8 ～2 O月； 工作面工效为 0 5 5 ～0 7吨／ 工班 ； 矿块 回收率为 7 6 ％； 矿块损失率为 2 4 ％； 矿岩 比为 1 4 。 2 ． 采矿 方法评述 用该法 开采缓倾斜极薄矿脉 ，具有一定 的优越性 工作面不需动 力设备， 同时将 回 采过程 中采 下的大量 岩石 ，充填到空区 ，这 样 既减 少外运岩石量 ，又使空区得到妥善处 理 ，有利 于采 矿 工 作 面 的顶 板安 全管 理 工 作 。同时也 减少外部舍 石场地 ，工人 、干部 掌握了这种 回采方 法，积 累了 一定 的经验 。 但是随 着生 产的发展和科学技术进步，这种 方法也暴露 出以下几个 问题 。 ①机械 化程度低 ，劳动强度大 ，回采中 存在大量手工作业。 ②采矿 周期 长， 回采 一 个 矿块 需要 1 8 -- 2 0个 月，使采 场 维 护 费用增 加，仅 假 巷 维普资讯 鞍 钢 矿 山 9 9 6 年 第5 期 道一项费用就使成本提高 1 O ～1 5元／ 吨，空 区下沉，矿压频繁显现， 片帮冒顶事故多。 ③ 回采率低 用工人 在工作面选别，空 间小，光线不足，劳动强度大 。对 空区 充填 物粒度筛析 资料分 析，粒 度小 于 3 0毫 米的 矿石量 占总矿 石 量 的 1 1 ． 7 ％这 部 分 矿量 不 能 回收，采 下 损 失达 1 8 ％，未采 下 损失 为 1 2 ％，矿块总损失率为 3 0 ％。 ④成本 高 对 1 9 9 5年成 本统计 资料 分 析 表 明， 车 间 采 矿 成 本 鸡 冠 山 车 间 3 4 3 ． 6 7元／ 吨， 杨 树 沟 车 间 3 6 0 ． 5 1元／ 吨 ， 雹 神 庙 东 面6 3 6 ． 0 0 元／ 吨，鞍 钢 收 购 价 2 7 5 ． 0 0元／ 吨，全矿 1 9 9 5年 亏损 已达 3 5 0 0 万 元 。 ⑤采后 留巷问题 采空 区人工 充填，因 充填强度低，刚度小，对 围岩不能产生主动 压 力。实践证明采用干式 充填料充填空区不 能根本防止 围岩下 沉移 动。通过 观 测得知 。 当工作面推 进 4 O～6 O米 时，顶板 下沉 O ． 4 - 0 ． 6米，严重 时，循环 车通不 过，矿块 被 迫 停 采 。 三 、改革工 作面运搬方 法 的 探 讨 采取什么样的方法，能够使瓦矿采矿具 有安全生产和 良好的劳动条件，提高机构 化 水平和生产效率，加大开采强度，降低开采 成本，减少损失贫化，是瓦矿亟待解决 的问 题。 由于瓦矿受地质条件 的锰矿可选性差 的 制约，近四十年仍然沿用削壁式充填采矿方 法，现工作 面工效仅为 O 6 2吨／ I班。低效 率必然产 生大 亏 损，1 9 9 4年瓦 矿 亏损近 三 千万元。笔者认为现行的采矿方法最大问题 是工作面运搬，现在工作面的运搬是工人用 簸箕把矿岩从工作处运到循环车内。由于体 力限制，运 搬距 离不 能过 大，所 以每 1 5 ～ 2 O米需 设 一循 环车 遭 。循 环 车 道 个 数 多， 相应造成了支护费用、维护费用增加 ，人工 运搬使运搬效率无可挖潜。矿石运搬 的生产 率叉影响着 回采强度大小 及 回采作业 的集 中程度。对这项工作过程 的基本要求，就是 提高生产率和降低生产成 本。解决运搬 问题 是关键， 电耙 、重力、 自行设备等运搬又不 适合瓦矿的缓倾斜薄 矿体 开采 。笔者设计的 一 种简单机械代替人工运 搬，可以减轻劳动 强度，扩大运距 等，能解决和缓解现行开采 存在的问题 。改 革要 点是 1 自制 工作面 简单运搬机械 用 03 0毫 米 钢 管 考 虑 钢 管 有 可 弯 性 ，长度为 1 ， 0 ～1 ． 5米 为一节，制成运搬 机械导 轨，用 7 6 5 5凿岩机 垂直 向顶 板 、沿 走向每间隔 1 ． 0 ～1 ． 5米打 2 0 0毫米 深 的孔 眼， 自制楔 型吊挂装置，楔入眼 内，将每节 导 轨连结 在一起， 吊挂 在楔 型 吊挂 装置 上 ． 形 成一条沿 工作面依 附在顶板上的轨道 如 工 作面有支 护时 ，可将导轨直接吊挂 在支护 上 ，工 作面 每一循环 向前挪一次，每隔 5米 设 一支柱 用来观测 顶板 。用 4毫 米厚 铁 板 和 4个 小轴承 ，制成一个滑行在导轨 上的滑 行 器 如 1 6开 书本打开 4 5 ‘ 样式，在此称 为 运搬器 ，运行在 导轨 上，在运搬 器下 吊挂 一 料 斗， 负载 7 5公 斤左 右，用 人工 推 拉， 往返于工作 面， 此来解决人工运搬 ，减轻 劳 动强度，提高一次的运搬量，也可在工作 面 同时 安设 数个 运搬 器 运 搬，扩 大运 搬 距 离 ，提高 出矿强度，提 高工效。运搬器工作 原 理 图 见 2 、3 。 2 简化工作 面结构 矿块布置 沿矿体走向布置矿块 ，走 向 长 1 0 0米 ，倾斜 长 6 0米 划分 为 一个 矿 块 ， 段高 1 5 ～2 5米。 中部设 一 循环车道 采 后 留巷 、放矿溜 井，两端布置 上 山和 材料 、 人 行井， 工作 面两边 向中心， 留 3～5度角， 使运 搬器形成 自然下滑条件 或中心向两 侧， 两 侧 设循环车道的布置方式 ， 用来减轻运 搬劳动 强度 简化工作面结构 见图 4 、 5 。 现行采矿方法考虑 人工运搬距 离不能过 长的因 素，每 隔 2 0米 设 一重 力循 环 车 道 ． 维普资讯 1 9 9 6 年第5 期 鞍 钢 矿 山 干式充填强 度低 ，刚度小 ，根据实践 ，采空 区采用干式 充填不能 有 效地控 制 围岩 移动， 当工作 面推进 4 0米 左 右 时，顶 板 下 沉 0 ． 4 ～ 0 ． 6米，严 重 时 循 环 车 通 不 过 ， 造 成停 采．直接影 响产量和安全 。每个矿块为此的 支护 费用和维护 费用为 6万 元左 右。 在原矿块尺寸 基础上 ，由于简单 运搬 机 械能代替 了』 、 工运搬 ．扩大 了运 搬距 离，就 ⋯ 瑟 可取 消或部分取消循环车道 ，也相应减少 溜 井个数，减少掘进量。 仅此 一项即可 节省 5 万元 ，并可 节省支护 人工 和维 护 人工 费用 ， 提高 工效 简化结构 ，强化 开采 ．并创造 了 集中生产作业 的条 件，方便 工作面生产管理 也可考虑适 当增 加 阶段 高度， 来降 低掘进 率 ．为提 高矿山生产能力奠定 了基础。 图 2运搬器 I作原理示意 图 田 i 旺驴 一 1 一 滑轨 ；2 一 运搬器 。 图 3滑轨运 掇器示意图 3 ． 降低采 高 理想的削壁充填采矿法采高，采下 围岩 恰够充满采空 区，又大 于 0 、 8～0 ． 9米 的最 小允许厚度 确定合适 的采高．是 回采 中的 最重要问题 。要使崩下的围岩．刚好充满采 空 区，必须符台下列条 件 S 围K S 矿S m K s目 S 4 0、 53 采高 S 日s 0 ． 40 ． 5 3 0 ． 9 3 m； 式中 s 目 采掘 围岩的厚度 米 ； S r 矿脉厚度 米 ； K 围岩崩 落 后 的 松 散 系 数 1 、 4～ 1、 5 ； k 采空 区需 要 充填 的 系数 0． 7 5～ 0． 8 。 从上式 中看 0 ． 9 3米采高 即可满 足充填 空区条件，现行 工作面采高为 了人工运搬时 直立 行走 方 便 ，人 为 的把 采 高 定 为 1 ． 7～ 1 ． 8米。用 简单运搬机械代 替 人工运搬 ，弯 腰也能完成一系列的采矿工作 ，这 样把 采高 降低为 1 、 4～1 、 5米 在 条件 允 许 降至 1 ． 2 维普资讯 鞍 钢 矿 山 1 9 9 6 年第5 期 米也是可 行 的 ，即 能满足 了采 矿人 员的 工 作活动空 间，又能 满足 上式计 算采 高高 度 。 降低 采高是可行的 ，即少剥 岩，又不 损失矿 石资源 ，对 回采大 为有 利 回采 围岩采 出量 原 占回采 总矿体 的 7 7． 5 ％ ～7 7 ． 8 ％，减 少 到 占回采 总矿体 的 7 1 ． 4 ％～7 3 ． 3 ％，使 每 米 矿体 少剥岩 0 、 3米0 ，步出废 石量和 排弃 量 ，并减少 了充填量 、炮眼孔数，相应也减 少 了炸药及雷管消耗量 、工作面支护量 ，降 低 了工作面初选 矿岩筛别率，对安全生产和 工作 面顶板管理起到积极 作用， 从而 降低 了 已 、 、 、 、 、 、 一 ＼ 0 ＼ 、 毛 、 、 l_ 、 开采成本，增 加了矿山经济效益。 技 术经 济指标比 较表 表 1 指 标 名 称 单 位 政前 改后 矿 块生产 能力 吨／日一 矿块 1 2～l 6 7 5 采矿周期 月／ 矿蟪 l 8～2 0 3 ～4 工 作 面 工 教 吨／ 工班 0． 6 2 0 9 匝 收 宰 ％ 7 6 8 0 矿 岩 比 1 3 5 1 2 ． 8 车 问采矿 成本 元／ 吨 3 6 4 ． 0 0 3 4 5 ． 7 7 一 寸 l 1 II II I 随m K 、 、 ⋯ 、、 、 、 、 L _ 1 回风井 2 一上 山 ；3充填 区 ；4 一 循 环车 ；5 一 材料 、 凡行 进风井 1 6 一 溜矿 井 ；7 一阶段 运输 平巷 ；8 一切割 蔷。 图 4 简化 I 作 面 布 置 示 意 图 a 1 一 回风 井 ；2 一 上 山；3 一充填 墙 4 一 循环 车 ；5 一材 料 、人 行进风 井 ；6 一 溜矿 井{7 _ 阶段 运输 平 巷；8 一切 割巷。 图 5 简化 I 作 面 布 置示 意 图 b 下转第 7页 警 维普资讯 1 9 9 6 ． 年 第5 期 鞍 钢 矿 山 强库 区排水 ．尤其是地表水 ，又使 排水 方向 增加北排方 向，可 以减轻对 南部 主尾矿 坝的 影 响 。 3 ． 岩性 和块 度控制排弃措施 在 主尾 矿坝前 、坝上 及库 区底部和边部 应该 排 弃块 状 硬 质 岩 石， 以利 于疏 干 和 加 固。软岩和细颗粒 岩 石应分散排放，杜绝成 层和集 中排放 ，避 免形成对 排土场稳定极 为 不利的软 弱区 、软 弱带或软弱层。 4 风水 沟尾矿输 送管的保护措施 风水 沟尾矿输 送管位于尾矿主坝 前排土 边坡 脚下．排土滚石和局部排土 边坡 破坏都 将危及其安全 ，可利用采矿废石堆筑 防护堤 加 保 护 。 5 观测措施 1 局部稳定性 观测 。排土过 程中排土 线的稳定是 排土作 业生产的安全保障 ，由此 应对 排土 线的变形 进行观测。一般 目测 和 尺 测为主 ，必要时辅 仪器观 测。 2 整体稳定性 监测。对周家 淘尾 矿库 排土场 的整体稳定性 影响较大 灾 害较 严重 的部位主要位 于主 坝及坝脚地 区，在此进 行 稳定性监 测可埋设 由多组观 测桩构成的观 测 网，采用仪器进行 长期 定时观测 ，并及时 分 析和预报。 3 对 尾矿坝排渗水 进行 混浊度的定期 观 测， 防管涌破坏发生。 七 、结 语 本项研 究表明．只要在 稳定性研 究基础 上紧密结 合具 体情 况采取有 针对 性的防护治 理措施 ，在 刚闭库尾矿库 上建 排土 场是 完全 可行 的。这是 尾矿 库 闭库再 利用 的 有 效途 径 ．也是解 决许多 矿山排土 征地 困难 ，节省 大量 征地 费用 以及缓解矿 山排土 与农业争地 矛盾的有效途 径，具有 显著 的经 济效 益和社 会效益 。 参考文献 [ 1 ] 露 无矿排土 场技 术 调查 报告 冶金 部 黑 色 盘 属矿 山情 报同1 9 8 5 ． 4 [ 2 ] 尾矿库调查报告 怕盘部黑色盒禹矿山情报 伺1 9 8 4 [ 3 ]苏文 贤 ‘ 国 外露 无矿 高 台 阶排 土 技 术 的发 展 国 ， 金属矿 山1 9 8 9 l 2 [ 4 ] 高台 阶排土 场稳 定性 及监 测 技 术 的研 莩 芒 马 鞍 山矿山研 究院攀 枝花矿 山公 司 1 9 9 o [ 5 ]f 前峪废弃尾矿库建排土场稳定性研究 鞍钢 矿山 研究所1 9 9 0． 1 2 收稿日期1 9 9 6年 7月 2 2日 上 接 第 1 2页】 4 ． 技术经济指标比较 改前 与改 后技 术经济 比较见表 l 。 四、结束语 综上所述 ．瓦矿是个地质条件恶劣．矿 石难选 重 介 质选 矿下 马 ，靠 人 工选 矿 ， 薄矿体的各种先进采矿方法又不适 用，是 一 个高难度难采矿井 。所 以，现行采矿方法延 用近 四十年 ．瓦矿在缓倾斜薄矿体采用削壁 充填采矿方法，是来源于采场 自重卷扬试验 成功．它 在 四 十 年前 是 一 场革 新 ，它 的 工 效 、生 产能力 、矿块 成本 等，都不 能适 应现 时要求 ．这 是亟待解决的课题 。笔 者针对这 个问题 ，提 出了简单 运搬机械 的设计 ，其机 械结 构简单 、投资 少、 见效 快 、简单 易 行， 在狭 窄的工作 面上 使用灵活方便 。可解决工 作面笨重的 人工运搬 ，增 加 一次运搬量．同 时 可有 多个“ 运搬器”在工作面运行，增大 运搬距 离，提高工效 ，降低采高 ．简化巷道 布置 ，创造 集中生 产条件 ．缩 短 采矿周 期 ． 有利于地 压管理 ，将 改善瓦 矿 的作业 条 件， 为削壁充填 采矿运 搬工序 推 出一条 新途 径。 预期在垒矿 推广使 用，不仅直 接 节省 6 0万 元／ 年左右，又能提高矿井年生产能力。 收稿 日期 1 9 9 6年 6月 1 0日】 维普资讯