地下矿山设计的技术进展与前景（续）(1).pdf

第 3 4 卷第 2期 2 0 0 2 年 3 月 逐 文章编号 1 0 0 41 2 7 3 2 0 0 2 0 2 一O 0 0 l 一0 6 地下矿山设计的技术进展与前景 续 李鼎权 长沙冶金设计研究总院，湖南 长沙 4 1 0 0 0 7 Te c h no l o g y d e v e l o p m e n t a n d p o s p e c t f o r de s i g n o f u nd e r g r o u nd m i n e s LI Di n g - q u a n 3 采矿方法的进展 建国 5 O年来 ，采矿方法设计随着采场凿 岩设备、运搬设备和回采工艺的变革，大体上 经历了以下 3个阶段 第一阶段 5 O 一6 O 年代 浅孔落矿、 电耙 出矿的小分层充填采矿法和小中段分段采矿法。 第二阶段 6 0 7 0年代 中深孔落矿 、 装运机出矿的无底柱分段崩落法。 第三阶段 s o年代以后 ；中深孔、深孔 落矿、 铲运机出矿的高分段无底柱崩落法。 3 ． 1 第一阶段 5 O一 6 O 年代 浅孔落矿、电耙出矿、采矿方法见表 5 ， 其比例充填采矿法 图 2 5 4 ． 8 ％，崩落法 3 2 ． 4 ％，空场法 1 2 ． 8 ％。充填法 主要是上向水 平分层干式充填法。 当时无论使用何种采矿方法，一般为浅孔 凿岩，用 O l 一3 O 、O l 一3 8 、0 14 5轻型风动 凿岩机 ，钎头直径一般为 3 O～4 6 I lfl tm，少数为 5 1 6 5 n l l lf l ，炮孔深度 3l U以内，个别矿 山在 1 0 n l 以内；采场使用电耙出矿，耙斗容积为 0． 2m3 、 0． 31 1 1 3 ，电耙 绞 车 功 率 为 1 4 k W、 1 8 k W， 个别 3 0 k W，运搬距离 4 O～6 0 n l 以 内，采场生产能力低，采矿工效也相应低。 表 5 建国初期地下铁矿采矿方法 3 ． 2 第二阶段 6 O一7 O年代】 从瑞典引进了无底 柱分段崩落法和无轨 自 行设 备。设计首先用 于程潮 铁矿 、梅 山铁 矿、 { 挚 树沟铁矿等矿山；大庙铁矿等生产矿山相继 将分段空场采矿法改为无底柱分段崩落法， 使 用效果 良好 。该种方法的优点是采矿方法结 构简单 ，易适应矿体形态的变化 ，灵活性 大； 不需 要 留矿 柱 ， 无需 两步 骤 回采 ； 采准 比小 ； 维普资讯 冶 金 矿 山 设 计 与 建 设 第3 4 卷 第2 期 囤 2 充填 法采矿方法示意囤 I充填井；2行通风天井；3 ． 灭井联络道i 4 ． 运输平若； 5 ． 垫板 6 ． 废石充填料； 7 ． 通风井；8 ． 溜矿井；9 ． 电靶绞车；1 O 混凝土隔墙 囤 3 无底柱分段崩落采矿方法示意图 l下盘沿脉运输平巷； 2 ． 上盘沿脉运输平巷；3 穿脉运精平巷； 4 ． 脉外矿石穗井；5 ． 废石穗井； 6 脉内矿石溜井；7 ． 脉补运输联络道i 8分段回采进路；9 ． 废石溜井联络道；l 0 脉内运输联培 道；[ _ 耵 通风井i I 2 下盘回风平巷 ；t 3 调节风门；1 4 风门；1 5 ． 切割平巷；1 6 ． 切割天井 回采工艺简单，作业相对安全；便于使用高教 的凿岩 、装运的无轨 自行设备 ，采场生产能力 相对大，采矿和工效相对高。 缺点是在覆盖岩下放矿，贫化率稍高。无 底柱分段崩落采矿法参见图3 。 使用中深孔落矿，岩机为 Y G一8 0 、B B c J 2 0 F等配台架或钻车，钎头直径一般为 5 1 ～ 6 5 mm．孔深一般不大于 1 5 m；出矿使用风 动的 T 4 G或仿制的 Z T Q一1 4 装运机，个别矿 山使用华 一 I 型装岩机，运距一般不大于 4 0 ～ 6 0 m m 时效率较高。放矿是在覆盖岩 矿石 下进行 ． 因此初期形成覆盖层是无底柱分段崩 Lbbr 维普资讯 2 0 0 2年 3月 李 鼎权地下矿 山设计的技术进展 与前景 3 固 4 落顶方 案固 a先落顶、后回采；b ． 边回采、 曲落顶； c集中藩顶；】岩石进路巷道2 矿岩界线；3 ． 回采 进路； 4 ． 落琢平巷； 5 ． 中深孔； 6 落顶深孔；7 溜井；8 联络巷；9凿岩硐蜜1 0 ． 营岩天井 落法的先决条件，新矿山投产前需要有这部分 工程量和费用。覆盖层的厚度应大于分段高 度 ，一般为 1 5～2 01 “1 1 ，覆盖岩石的块度应大于 崩落矿石的块度，以防止泥砂岩块混， 造成 过早的贫化 。覆盖层的形成有 3种情况 先落 顶、后回采；边回采、边落顶；集中落顶。落 顶方案参见图4 。 露天转地下采用无底柱分段崩落法 图 3 的矿山，覆盖层的形成方法，一种是以硐室爆 破露天边 坡 ，如金 山店 铁矿 、冶 山铁矿 等矿 山；另一种方法 是用 露天剥 离 的废 石人工 回 填，如武钢余华寺铁矿等矿山。 当时采矿方法 比重崩落法 5 8 ％，空场法 3 8 ％，充填法 4 ％，崩落法的比例显著增大。 3 ． 3 第三阶段 8 0年代 以后 中深孔 深孔落矿、铲运机出矿 凿岩 方面，仍采 用 Y G一8 0 、Y G Z一9 0或 YQ一 1 0 0 A潜孔 钻机 配风 动凿 岩 台车 或 台架 为主 ， 钻凿中深孔，但液压钻车已开始应用。镜铁 山、弓长岭等铁矿从瑞典、法国分别引进 了 S i mb a H 2 5 2 C o p l 2 3 8 凿岩机 、水星 1 4 H全 液压采矿台车，凿岩速度达同级凿岩机的2 3 倍，能耗省 2 5 ％ 一3 0 ％，噪声低 1 0～1 5 d B ， 成本低 1 0 ％一1 5 ％。我国已研制并经鉴定了 1 O 多种全液压钻车，在矿山中逐步推广使用。今 后凿岩方面的发展是全液压凿岩。同时也值得 注意的是井下潜孔钻和牙轮钻，我 国已研 仿制了 ／3 Q J 1 5 0 J 型等高风压潜孔钻机，K Y 一 1 2 0型和 K Y 1 7 0型地下牙轮钻机，已在有色 金属矿 山中使用，值得铁矿山借鉴。装运方 面，装运机逐步被铲运机更换，斗容一般为 1． 7 m0 、2 ． O 1“11 、3 ． 8 m 0 。国产的铲运机种类 很多，有柴油型、电动型、遥控型 ，斗容从 0 ． 3 8 1“ 11 N6 ． 0 8 m ，从规格上来说 ，已基本 上 满足地下矿设计、生产的需要，但从产品性 能、质量和备件供应上还应进一步加强。 8 O 年代以来，我国地下铁矿，几乎全部设 计为单一的崩落采矿法 ，据统计 ，我 国 1 6座 地下铁矿，其中无底柱分段崩落法占9 O ． 7 9 ％。 自 然崩落法占0 2 6 ％，长壁崩落法占3 ． 1 9 ％， 估计今后几年这种格局仍不会有大的改变。我 国部分无底柱分段崩落法矿山开采技术条件见 维普资讯 d 冶 金 矿 山设 计 与建 设 第3 4 卷 第2 期 表 6 部分无底柱分段崩落矿 山开采技术条件 表 6 。 我国现有应 用无底 柱分段崩落法的矿 山， 凡属矿岩条件好 ，且矿体厚度大，使用这种采 矿方法是适台的； 对于那些矿体为缓倾斜或倾 斜 、厚度不很大且矿石稳 固性差的矿山，经过 多年 的技术攻关 ，形成 了改进型的无底柱分段 崩落法。效果也是好的。 近 1 O多年来，对无底柱分段崩落法的矿 山进行过两个方面的工作 一是加大分段 的结 构参数；二是对难采矿体进行技术攻关。 国内外采用无底柱分段崩落法的矿山正在 朝着增大分段结构参数的方向发展。最早采用 大结构参数的瑞典玛尔姆贝格铁矿，是将 1 5 m 1 5 m 结构改成 2 0 m2 2 ． 5 m，将炮 孔直径 Q5 7 mm改为 1 0 5 mm，每排孔的崩矿量从原 来的 1 9 0 0t 增加到 5 0 0 0t ，采准 工程 可减少 5 0 ％，采矿成本可降低 2 0 ％。我国漓渚铁矿、 镜铁山铁矿曾采用过高分段、大间距的无底柱 分段崩落采矿法，金山店铁矿对无底柱高分段 崩落采矿法进行了电算模拟、物理模拟和现场 实践的试验研究 ，提 出了 1 5 m 分段高 、1 0m 间距 利用现有的采掘设备 、崩矿步距 2 ． 4m 和2 ． 7 m无底柱高分段崩落方案，可降低采准 比 3 O ％ 由 6m ／ k t 降到 4m／ k t ，采矿成本降 低 2 0 ％，取得了较好的技术经济效果。 我国黑 色冶 金 矿 山 的 “ 两 洼一 门一店 ” 张家洼、玉石洼 、西石 门、金山店 是国内 有名的难采矿体。对于这些难采矿体，一是国 内没有开采经验 ，二是 国外也没有相似的开采 经验借鉴 为了解决难采矿体开采过程中一些 关键技术难题 ， “ 七五”期间冶金部组织 了全 国科研、设计、高等院校和所在矿山，对其采 矿方法和主溜井进行 了多年的攻关试验 ，探寻 到一些行之有效的关键技术 ，基本上理顺 了这 些矿山的生产系统， 使这些矿山生产量增长了 一 倍以上，回采率提高到 8 0 ％ 8 5 ％，贫化率 降低到2 0 ％ 以下，巷道完好率达到9 5 ％ 以上， 万吨掘采 比下降到 8 0 ～ 6 0 m，使矿 山扭亏为 盈 ，矿山经济效益逐年好转。 这些难采矿体的地质特征是①矿体平缓 金 山店除外 ，呈 透镜 状、似层 状 、分 层 复 台、夹层多， 矿石损失、贫化大、放顶工程量 大；②矿石与围岩不稳固，矿石松软破碎、粉 矿多、R Q D值低．炮眼成孔率低，围岩软弱． 遇水膨胀， 巷道破坏率高 ； ③采场地压大．而 且以水平应力为主导，给采矿造成困难。 试验研究的采矿方法是针对 自身的特点， 采取不同的采矿方法，从分类上讲都是崩落 法，只是落矿 、放矿 、底 部结构上有 些差异。 为的是针对难采矿体的特点，探讨不同方式的 崩落法的可行性，寻求好的采矿方法指标。其 主要采矿方法，金山店铁矿试验矿块崩落法， 西石门铁矿试验平行密集束状炮孔有底柱崩落 法 ，张家洼铁矿试验垂直分条阶段 崩落法 ，玉 石洼铁矿试验无底柱分段崩落法。 在难采铁矿体中试验的主要技术手段 应 维普资讯 2 0 0 2年 3月 车鼎枉地下矿山设计的技术进展与前案 5 用光面爆破掘进巷道；采用喷锚网联合支护； 使用大孔微差爆破 ；根据采场地压的特点，调 整回采顺序 ；采取并段 回采上盘及两翼三角矿 带 ；研制了双立柱井字型钻架 西石门铁矿 。 这些技术也无疑对无底柱分段崩落法是非 常有意义的， 也促进了无底柱分段崩落法的发展。 与 此同时．镜铁山铁矿的局部地段，如 I 和 Ⅳ矿体东部和Ⅲ矿体东西两端的破碎矿体， 矿石可崩性好，试验了无底柱端部放矿自然崩 落法，弓长岭铁矿进行了分段留矿崩落法，等 等，都取得了较好的效果。 近几年来，无底柱分段崩落法放矿理论研 究方面也有 了新 的进 展．提出了不贫化放矿理 论 。不贫化放矿就是在放矿过程中不使它产生 贫化 。当矿岩界面正常到达出矿 口水平 ，亦即 在出矿口出现 正常到达的覆岩时即停止放矿。 与现行截止品位放矿对 比，不贫化放矿的主要 原理 ①按整体考核矿石回收指标；②保持矿 岩界面完整性；③ 扩大纯矿石放出体。 经镜铁山铁矿 3年的生产实践 ， 废石混人 率由原来的 l 3 ． 7 1 ％下降到 7 ． 6 4 ％，取得了很 好的经济效益。 3 ． 4 采矿方法选择 矿山生产的实践表明，正确选择采矿方法 具有十分重要 意义，采矿 方法选择适 当与否 ， 直接影响矿山达产与经济效益。采矿方法的选 择，通 常使用 类 比法 和静 态法 ，近 l 0年来， 随着市场经济的建立 ．对 于那些用类 比法 、静 态法仍然难分优 劣的 23个采矿方法 ，再用 动态法来选出最优采矿方法。也可以说，采矿 方法选择可分为 3 个步骤 第一个步骤类 比法。根据矿床地质条 件，对照类似生产矿山使用的采矿方法进行初 步选择。 第二个步骤静态法。根据初选的 2 3 个采矿方法进行静态的技术经济 比较 ，比较的 主要 内容是矿块 采场 生产能力 、矿石损失 率与贫化 率、采 掘 比、工效 、主要 材料消耗 、 矿石的直接成本 、方案的优觇 等。 第三个步骤动态法。当用静态的方法 比 较． 还不能说明问题， 则用动态经济分析方法。 例如 某磁 铁矿 床，主矿体 为 Ⅲ号 及 Ⅳ 号。Ⅲ号矿体赋存于 一 2 2 5 一一 5 2 5 m 标高，平 均厚 4 4／ ia ，倾 角 24 5 。 ，一 般 3 0 ，长 度 1 8 4 0m；Ⅵ号矿体赋存于 一 4 3 0～8 0 6m标高 ， 平均厚 7 6m，倾角 l 06 5 。 ，长度 1 5 0 0m。围 岩为闪长岩、大理岩和花岗矽卡岩，稳固。矿 体开采后会引起地表陷落，影响大量农田及部 分工业建筑物。因此，设计重点做了以下两种 采矿方法比较I方案为无底柱分段崩落法； Ⅱ方案为充填法。主要矿体Ⅲ号矿体采用大孔 径深孔落矿的垂直深孔崩矿阶段矿房法 见图 5 采 出矿石嗣后充填 ，次要矿体采用水平分 层充填法。 【 l l 一【 【 图5 重直深孔崩矿阶段矿房法示意围 1 ． 脉外巷道；2 ． 脉内巷道；3 ． 阶段穿脉巷道；4 ． 凿岩巷道；5 顶柱；6 ． 拉底巷道；7 ． 蒲斗；8 电 耙巷道 9 ． 切割槽 l O垂直探孔 采矿方法综合比较见表7 。从表 7 看出， 充 填法优于崩落法 ， 其主要原因是 充填 法废石混 人率低； 地表影响范围小， 征地费用少； 能保护 地表水田 9 l h 和现有的部分建筑构物； 尾矿 作充填料， 少建尾矿库， 少 占地2 0 0 k m ； 多 2 个 阶段回采， 达产快， 见效快。 对于某铁矿露天转地下开采的采矿方法， 设计考虑充填法参与比较， 其原因是 充填法可 以不停产过渡； 在高陡边坡条件下进行地下采 矿作业， 地压大， 应用充填法有利 ； 露 天转地 下 开采的 上部为一残存的露天深凹盆地， 汇水面 积大 达 1 O万 m。 ， 对崩落法不利 ； 矿 石品位高 TF e 5 0 ． 3 4 ％、 C u 0 ． 5 0 4 ％、 S 2 8 8 4 ％ ， 采用充 填法有利 。 维普资讯 设计对无底柱分段崩落法、分段凿岩 中 深孔阶段矿房嗣后充填法、阶段凿岩 深 孔阶段矿房嗣后充填法计算了现值，可比现 值 分 别 为 4 2 3 5 ． 0 4万 元、5 8 4 1 ． 0 5万 元、 5 9 2 5 8 3 万元，充填法 比崩落法高 3 7 ． 9 ％或 3 9 ． 9 ％，经济上充填法优越。 长期以来， 充填采矿法曾被人们认为是一 种低效率、不经济的方法，不宜用于铁矿山。近 1 O 多年来，随着无轨设备和大孔深孔技术的广 泛应用， 充填材料和充填工艺的不断改进， 地面 或上部矿体需要保护， 地面环境的要求等， 使用 充填采矿方法的比重有所增加，使用充填法的矿 山规模已达到 2 0 0 3 O 0万 t ／ a以上。因此铁矿 山开采中似应重视充填采矿法。 待续 委 黑 龙 江 省 国 土 资 源 厅 发 布 探 矿 权 出 让 公 告 黑龙江省国土资源厅近 日发布了探矿权出让公告大致内容如下 为促进矿产资源勘查开发 ， 繁荣黑龙江经济 ， 黑龙江省国土资源厅将以公开挂牌方式出让探矿权， 将在 2 0 0 0 年 4 月 8日至 1 8日进行竞买活动。 本次挂牌拟出让四个勘查单元的探矿权， 其坐标范围及保留价等如下 1 HT 2 0 0 2 0 0 1贵金属、 有色金属勘查单元 勘查单元位于漠河县， 范围为东经 1 2 1 c 5 1 3 0 “ ＆ 0 ； 1 2 1 。 5 7 O ， 北纬 5 3 。 1 5 O C Y O ； 5 3 。 1 8 3 旷 图幅号为 N 5 1 E 0 1 7 0 0 8 ； 面积约为4 o平方公里。保留价 2 5万元， 竞价阶梯 I万元。 2 HT 2 0 0 2 0 0 2贵金属、 有色金属勘查单元 勘查单元位于漠河县， 范围为东经 1 2 1 。 5 2 O ff ＆0 ； 1 2 1 。 5 6 3 0 “ ． 北纬 5 3 。 I 2 j 3 ＆ 0 ； 5 3 。 1 5 0 C e 图幅号为 N 5 1 E 0 1 7 0 0 8 ； 面积约为2 3 平方公里。保留价 1 5万元， 竞价阶梯 1万元。 3 HT 2 0 0 2 0 0 3矿泉水勘查单元 勘查单元位于五常 市， 范 围为东经 1 2 7 2 8 0 ＆ 0 ； 1 2 7 2 9 O ff ， 北纬 4 4 4 1 O ff 0 ； 4 4 4 2 O ff 图幅号为 L 5 2 E 0 2 0 0 0 6 ； 面积约为2 ． 4平方公里。保留价 5万元， 竞价阶梯 5 0 0 0元。 4 HT 2 0 0 2 0 0 4陶粒矿勘查 单元 勘查单元位 于龙 江县 ， 范 围为东经 1 2 2 4 4 O ff 0 ； 1 2 2 4 5 3 0 “ 北 纬 4 7 2 7 ， 3 if ＆ O ； 4 4 。 2 9 0 0 图幅号为 1 ．5I E 0 0 4 0 1 1 、 L 5 1 E 0 0 4 0 1 2 ； 面积约为5 ． 3 平方公里。保留价 1 0万元， 竞价阶梯5 0 0 0 元 黄琼 维普资讯