改进急倾斜钾矿床的采矿方法.pdf

改进急倾斜钾矿床的采矿方法 [ 苏联3 H 3 I 、 a J i a e B 等 包括斯 杰勃尼科夫 钾矿床 在 内的 含盐 急倾 斜矿 体矿石地下开采 的进 步， 与解 决渚如提高 采 矿工程效率，把采 矿工程对环境 的不利 影响缩小到最低 限度 ， 以及要求强 化台理利 用矿物 原 料储 量 等重要 问题密切相关，解 决上 述 问题又 与改 进采 矿方 法有关 。 斯杰勃尼科夫矿床是制取重要的无氯矿物肥料琢料的主要来源，在苏联采矿工业 申立 ￡ 没 有 相类 似的矿床。该矿床 厚度为3 1 7 o 米 ，星层状透镜形 的特 殊的 急倾斜 的钾矿 体 平均倾 角7 o 8 o 。 。其走向长是 3 o o 2 o o o 米 ，多个矿体延 深1 3 o o 1 5 o 0 米 。矿体 由钾盐镁 矾岩、 无 水钾镁 矾岩和钾石盐 构成 ， 并 夹杂 有石盐 和泥质岩 围岩层具有 含盐 角砾岩 主 要是 砂粘土 角砾岩，其次是粘土和泥质岩一 砂岩角砾岩 矿石的普氐硬度系数是f 4 ～5 ，囤岩的普 氏 硬 度系数是 f l ～3 。矿石 比岩石 具有更大 的稳定性。 因此 ， 沿矿体 和在 其附近掘进巷 道 时 一 般不进行 支护，而在 围岩内掘进 巷道 特别是开 采深度大时 火 部分巷遘都 需要支护。 为开采矿床上部 水平 层 的储量 埋 深 2 0 0 2 6 0 米 ， 运用 了扇形钻 孔装药崩矿和将崩落 矿石放到耙矿水平的矿房采法。回采矿房与矿体走向直交布置，其宽度为l 5 米，房问矿柱宽 度和阶段 间顶柱 的厚度 为1 2 米 ，阶段高6 0 米 。采空区局部 约 为空 间容积 的1 5 ％充填 了掘 进巷道 产出的岩石 。 分析上述采 矿方 法 的技术 经济指标表 明，该方 法效 率低 的主要 原因是 ；有用矿物 在矿藏 中的损失量 太 达采 区范围 的6 0 ％ ，钻 孔人 工装药劳动强度大，不 台规格 的大 块产出率增 加 达1 5 2 5 ％ ， 即使 是在耙运距 离短 的情 况下 ， 矿石 运搬 生产率也 很 低 2 6 0 3 0 0 吨 ／ 班 。 因此 ，为通过改进 回采工 艺提高采矿方法 的效率， 列宁格勒矿业学院 与斯 杰勃尼科夫钟 厂共同进行 了用粒状炸药 给钻 孔机械法装药和崩落矿石 振动放矿 的] 业 性试 验。 钻孔装曲使 用列宁诺戈尔斯克多金属联合企业制造的批量装药机，放矿和装矿使用的是苏联国立镍砧锡 工业科学研 究设 计院 的ⅡBC一 3 0 0 M型分段振 动机 试 验结果表 明，在上述条件下 ，所 推荐的 回采工艺技术 上可行，在 经济上台理。 在减少 炸药消耗 的条件下可 保证 矿石 破碎质量 较好 。在降低 了这些 工序劳动强 度的前提下， 为提高 放矿和装矿 的效果创 造了 条件 。回采 的劳动生产率增加5 0 ， 丽开采 1 吨矿 石 的成本降 低 了 O ． 1 3 卢布 。 在研究改进回采 工艺程序 的同 时， 列宁 格勒矿业 学 院与全 苏制盐 科学 研究所和斯 杰勃尼 科夫钾厂共 同进行 了确定采矿方法 组成要素的合理 参数方面 的分析 、试 验室和野外 的综合研 究 ，以寻求 降低 地下 钾矿石损 失的可能性 。 在 以下工作 的基础上，即 分析 国外 开采急倾斜 含盐 矿床 的实践 、确定 斯杰勃尼科 夫矿床 矿石与 岩石 的物 理机 械性质 、用物 理和数学 模拟法研究 矿石 与岩石 的应 力变形 状态 、按 时刘 矿石和岩石原矿体变形过程的发展所进行的矿井仪器观察，计算了矿房和矿柱的参数。通过 计算，可以推荐具有改变了构成要素参数的新矿房采矿法方案t 当m2 5 米的矿层直受走向布置矿房时，将矿房的高度增加到1 0 5 米， 宽度增加到1 5 米j 化 工矿 山摔 丛 ． 2 3 维普资讯 当矿房沿I1 2 ≤2 5 米的矿层走 向布置时，将矿房的长度增加刹4 0 4 2 米，高度增加到4 5 ～ 5 5 米。在上述两种街况下，房 俺矿桂的宽度和磨饲矿搓的厚度不变，为l 5 米。 正如对矿柱和侧翼岩石暴露面在持久强度和稳定性条件方面的计算和所推荐的方 案 在2 号矿 山的工业 试验所表 明， I一 Ⅱ水平 层上充填工作滞后回采 的时间不 能超 过 1 5 ～ 2 0 年 疑 系 “ 月” 之误 校者 。 即使是在 以前采 用的回采 工艺条件下 钻孔人工装药 和 耙 运 矿 石 ，运 用矿 房新 参数 方案也可 以增 加矿 房采 出矿量 ，使采 区内有用矿物 的损 失 降 低 1 5 ～ 2 O ％，保证每 年获得5 ～ 1 9 ． 5 万卢布 的经济效益 。 虽然在改进矿 房采 矿方 法方面 取得了一定成就，但 比起国外企 业 运用类似方案开采 急倾 斜钾矿床来说 ，斯 杰勃尼科夫矿床矿 柱中的矿石损失高1 ． 5 ～2 倍，而地下劳 动生 产率却低3 3 ～5 0 。 由于 降低矿石 损失和运 用现 代化高效 生产设备，和 以往 一样， 仍然是进 一步提 高矿 床开采效率最迫 切的问题之 一， 因而在 很大程度上是列宁 格勒矿业学 院 、全 苏制 盐科学研究 设计院及斯杰勃尼 科夫 钾厂共 同努力 的方 向。此 外，采矿工程 的发 展，首先是 与向较深 的 Ⅲ 和 Ⅳ 水 平 距 地面3 2 0 3 8 0 米 过 渡相关 ，以及与 生产尾矿 的废 物利 用的迫切性必要性有 关。因此 ，为 使岩石上 面 的覆盖 层维持 稳定状态， 保留肥 沃的土地 和改善环 境的生态状况， 对系统充填采 空区的问题特 剐重视。 为降低有 用矿 物的损失 ，曾推荐 并在工业 条件下 试验 了沿 高度局部采 完 代替 连 续 矿 柱 条带式 L 房 间矿柱 的矿 房采 矿 落。回采矿房 按两种布置情 况进行试 验t m 5 ～1 5 米 时 沿矿体走 向 1 4 号矿层布 置， m1 5 ～5 0 米 时沿矿 层走 向相直交 1 9 号矿层 布置 。接 照 第一种情况计算，所采用的采矿法构成要素效据如下，矿房长度为3 0 ～4 5 米，其宽度与矿层 厚 度相 同，高5 0 5 4 米 }矿 拄宽 1 5 ～ 1 7 米 ，高3 2 3 4 米 。在第 二神情况下，矿房 的长度同于 矿屠厚 度，其宽 度为1 5 米，试验矿房 的高度为l 1 2 米，矿 柱宽 1 2 米，局部 回采 矿柱 的高 度 是 5 4 ～5 6 米 。 用沿1 4 号矿层 走向的矿房回采 了四个 采 区，形 成了三个高度缩减 了3 5 4 0 ％ 的 房 间 矿 柱 。所开采 的采区在第 1 水 平层 内。 这 时 ， 放矿和搬运崩落矿石 使用的是K一 1 0 0 J I C- 2 C型耙 运 设 备。 用直交 1 9 号矿 层走向布 置 的矿房，在 I和 Ⅱ水平 层范 围内沿高 度采 完了一 个成对 的采 区，形 成了上部 I水平 层 内采完 5 O ％的房 间矿 柱。从该采 区的放矿 和装 矿，与其 它矿 房 布 置相类似 的采 区一样， 使用B且Ⅱy一 4 T M振 动给矿机。 在两个试验矿段进行试验的过程中完成了研究局部回采矿柱的应力状态和观察采 区岩石 露头稳定性 的野 外综 台研究。使用全苏矿 山测 量科学 研究所的落 矿法作 为主 要的研究方 法。 所 得结果 表 明，在 运用试 验方案 的矿房 和矿 柱 的试 验参数 时，局部沿高度采 空的房 间矿 柱具有 足够 的坚固性 K。 3 ． 7 ～3 ． 9 一 有效 应力 与持 久强度积 限之比，可保证 支撑 侧 帮 露 出岩石 处于稳定 状态， 并能在 斯杰勃尼科夫矿床 开采 条件下极 其有效地发挥 采矿方法 的主 要承重构件的功能。在这种情况下，矿柱末受到非l申心负荷的影响，并象连续房 间矿 柱 一 样 ，在 最有利 的挤压 力状态下发 挥作用。 以这 些结果 为基 础，论证并建 议在矿房 沿矿体走 向 图 1 和直雯矿体 走向 图2 布 置 的情况下，使用沿高度局部回采房间矿柱的矿房采矿法的参数和结构。在两种情况的回采过 程中，矿柱的局部开采通过扇形钻孔装药， 沿高度崩落其上层3 5 5 0 的矿 石 来 实 施 、 为 此，使用了从通风 上层和分段 中间水平层巷道钻进钻孔 为减少矿拄上面崩矿矿石 的损失， 一 其上都筒定成脊形，典采 与水平层的倾角照幂水手松动矿石酌自礁安 窟角，为 1 9 9 0 年 第4 期 维普资讯 田 f A A 沿 高度 局部 凰采房阃矿柱 、矿 房沿矿体 厚度 为 5 ～2 5 l※ 走向布I的矿房采矿法方寮 i 一充填矿块 2 一屁部回栗的矿柱 3 一瀑破钻孔4 -崩落矿石 5 、6 、7 、8 一分别为坫进丑巷、 ．通 风平巷 、分段 平巷 、运 输平 巷 9 一进 车横 巷 1 0 一耙运平巷 n一放矿避篮词 ， 圈2 沿高 度局部固 采房 闻矿挂 、矿房直交矿体 厚度 为 i 、 j．、 ．．z 5 ～4 O 米 ．走向布置的矿房采矿法方寨 i l 曼 曲 唐 2 一 局l邗 回 采的 矿 拄 3 一 钻进 横 港 4 一 爆 破钻 孔 5 _遣 年巷 6 -带有振动给矿机的放矿避隆洞 孕 一崩落矿石 8 和9 一通风和分＆平 一 __ 一一 一一 ⋯一一 ～ 一一 一 一 化工矿 山译 丛 z s 维普资讯 4 0 4 2 。 。可利用耙矿设备或振动给矿机放矿和装矿。为可靠地支撑上面的岩层，使其 处 于 稳 定状 态， 回采 结束后需应 用掘进岩石和选矿 尾矿 的混 台料 充填 采 空矿房 矿房 沿矿 体走向 布置对 ，采 医侧 帮岩石 暴露沿逆倾斜不 超过2 5 ～3 0 米，矿房 直交 矿体走向布置时 ，采 区侧帮 岩 石暴露沿逆倾 斜不 超过3 0 4 0 米 。 与 留下连 续房 间矿柱 相类似的方案相 比较 ，所 推荐 的方案技 术上 可行，经济上合理 。虽 然该方案最切 合实 际的适 用范围是上 水平 甚的薄矿层 图 1 和中厚矿层 图2 ，但它还 能 进一 步提 高斯 杰勃尼科夫矿床整 体上 的开采效率 ，降低矿藏 中有用矿物的 损 失 降 低 1 O ～ 2 O ，减少采准切割巷道的掘进费用，并可以维持采矿工程发展的安全条件。预计运用该 方案的经济效益为3 8 万卢布／ 年。 目前在全 苏硫磺 科学研究设计 院、全 苏制盐 科学 研究所和斯杰 勃尼 科夫钾厂共同研究 的 基础上推荐井成功地运用了开采 Ⅲ一 Ⅳ水平层厚矿体的矿房采矿法。该方法分段高度增 加 到 1 2 O 米 ，用于高效钻 进和 装载搬运设备回采工 序 图3 。 该方法中采医的回采工作分两个阶段进行．首先开采宽2 米的首采矿房，采空矿房选择 硬度为4 兆帕级的硬质物料充填后， 再开采宽l 米 在阶段的Ⅲ水平层内和1 0 米 在 阶 段 的 Ⅳ水平层内的第二批采矿房。根据设计，第二批采矿房始终不填满。房间矿柱的宽度视 工程深度而定，为i 0 1 2 米，阶段间顶拄的厚度为l O 米。为保证从采区顺年 排放崩落矿石， 上 部矿房 Ⅲ水平层滞后 于下部矿房 Ⅳ水平层开采 ，而将矿石 和充填料 从中转运 到下部 矿房是通过宽4 米、长l O ～l 5 米的矿石转运槽实现的。 圈a 开采矿体霉囊太乎柏肇曲 房采r法方囊 l 和2 一通风平巷和分段平巷 3 一带有振动培矿机的放矿箍险漏 4 一运输巷道 5 一充填过的首采矿房 6 一第二批采矿詹 7 一钻进横巷 8 一排矿口 9 一爆破钻孔 与 I一 Ⅱ水平层 厚矿 体所 用的方案 一样， 从分段横 巷 中用 嗣 形 钻 孔 装 药 崩 落 矿 石。 分段高度为1 7 ． 5 ～2 4 米。为钻进深孔，在使用 9 B r Ⅱ一 I M型支架式电钻的同时，还使用丁披 尔姆 矿 l I l 机械 设计院 的 KB B Ka p Ⅱ a r H 试 验凿岩台术。利用 B 皿I I y一 4 TM型振动 给矿 机 将崩 落矿石排放到安装在运输横巷里的刮板运输机上，再用这种运输机将矿石送入采 区 破 碎 机 中 ，然后再送到带式 干线 运输 机上 。 2 右 下 转第6 2 页 1 9 9 0 年 第4 期 维普资讯 根本 目标。实现降低成本生产的努力包括改 进剥离和堆 置方法的环保措施 、植被恢 复程 序 ，尽可 能应用堆置在排放场 的剥离物作水 泥原料 ，以求 支出为收入。 没有 工艺是达 不 到 此 目 的 的。 图l 1 标准框架和擞播土壤种子洼 富村矿 如果发生意外破坏 或污染 问题，企业 不 可 避免地要承 担责任。在这 种情 况下，赔偿 费和罚款往往要超 过企业立 即支付的能 力。 生产 中断还会 酿成 沉重的财 政损失 因此， 从长远的观点看，积极投资保护 自然环境比 单纯进行 廉价 采矿更为经 济。 结 论 环境管理是 日本石灰石矿 山最关心的 问 题之一 ，也是涉足于 采矿 事业 的工程师们所 面 临的 最重 要的技术 问题 。本文以 日本水泥 公司加罗露天矿的开发和生产为典型例子阐 述 了一 个工 业工程如 何采取专 门措施 保护 自 然环境，如 在剥离物 排放场 内按 区段 分展 堆 置，管理水和恢复植被。还介绍了B本其他 露天矿采 空区和最岳 边坡的植被 恢 复 法 宴 倒。乐用专门的环境保护措施虽然提高了生 产 费用 ，但是从长远观点看，为 了保 护大 自 然 ，应 懂得 积极投 资更合算’ 离开先进的工 艺 ，是 不能达到低成术生产 这样一个 私有企 业 的根本 目标的。天 然资源 的未来取 决于 人 们 是否肯为保护环境支付 必要的金钱 和采取 必要的措施。 知树汉译白 Mi n e D r a i n a g e a nd S u r f a c e M i n e Re c l a ma - ma t i n n Ⅷ E M i n e R ．r．1 a ‘ ma r i o n， Ab a n d o n e d mi ne La n d ＆ Po l i c y I s s u e s 1 98 8， 4．P1 73 1 78 王瞢校 上接第2 6 页 迄今为止， 已按这 种方 案开采 了2 号矿 山 主要*矿层 的四个首 采矿 房。 最初的结 果 表 明．较之该矿层上水平层 以前采 用 的采矿方 案， 该方 案 的劳动生产 率提高了2 倍。矿石 损 失 预计约降低1 0 。所有这 一 切证 明，运用该方案可 以取得较 高的效率。 为提高矿房采矿法的效 率和改善矿床 区域 内的生态状 况，正在寻求采 矿和采 空区 内粘性 尾矿废物利用方法， 并在此 基础上制取 硬质充填料。 全苏制盐科学 研 究所 ，全 苏硫磺科学研 究设计腕与斯杰勃尼科去钾厂通力合作，正在寻求和试验充填工程的工艺流程和硬质充填料 的配制。与列宁格勒矿业学院继续进行将矿房增高至1 0 5 米，宽度增加到2 2 米，以降低 采 区 内矿石 损失的研究。 此 外， 为从根本上 最大 限度地 提高斯杰勃尼科夫矿床 的开采 效率，对 于矿 山生产 的主要 和辅助程序来说，制造和运用新的高效型机械和设备仍然是迫切 问题。解决这些问题，可使 矿床开采前 进到 一个崭新的水平，对提 高工作 的安 全性和劳 动效 率将 是极 其重要的，它将为 更合理 地运用矿产 资源， 以及为环境 保护刨造 条件 。 于莹译 自 Fo p H Hn [ y p H a Ⅱ 1 9 9 0 ． N o ． 7 谢罄策校 1 9 9 0 卑 第4 期 维普资讯