浅谈铝土矿应用液压支架护顶壁式崩落采矿法.pdf

浅 谈 铝 土 矿 应 用 液 压 支 架 护 顶 壁式 崩落 采 矿 法 曹野 内蒙古煤矿设计研究院有限责任公司。 内蒙古 呼和浩特 o l o o o 摘要 本文以我单位与中国天辰工程有限公司合作编制的中电投山西铝业贺家圪台铝土矿设计为例 ， 分析了铝土矿层赋存条 件， 阐述铝土矿地下开采采用液压支架护顶壁式崩落采矿法的可行性， 若经试验运用效果良好 ， 具有推广价值。 关键词 铝土矿 ； 开采； 液压支架 ； 采矿方法 中图分类号 ． F 4 0 6 ． 3； T D 3 5 5 ． 4 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 80 1 5 5 2 0 1 5 } 0 2 0 1 6 2 0 l 铝土矿是 生产 金属铝的最佳原料 ， 金属铝作 为当 今世界应用最为普遍 的金属之一 ， 仅 次于钢铁的需求 量， 在全世界特别是在我国的国民经济和社会发展中， 发挥着不可或缺的关键作用。 我国铝土矿地下开采按顶板管理方式主要分为空 场采矿法、 崩落采矿法、 充填采矿法， 其中崩落采矿法 适用于层状 、 缓倾斜 、 厚度矿体。本文提 出采用一 种新 的崩落采矿法 一 液压支架护顶壁式崩落采矿法。液压 支架护顶崩落采矿法若经贺家圪台铝土矿试验运用效 果良好， 具有推广价值。 1矿床开采条件 贺家圪台铝土矿位于兴县县城东北， 距离约 1 0 k m 处的蔚汾镇贺家圪 台村一带 ， 为隶属于 中电投 山西 吕 梁矿业有限公司。2 0 1 4年获得采矿许可证， 矿山生产 能力9 0万吨／ a ， 批准采矿方法为地下、 露天开采。 矿界范围内有 I 号、 Ⅱ号两块矿体， 先期开采 Ⅱ号 矿体 。Ⅱ号矿体呈层状 、 似层状产出， 由四周向中间倾 斜 ， 倾角较平缓 ， 边部较陡 ， 在 2 0 。 左右 。从整体来看表 现为西翼部较陡， 倾角 l 0 。 ～ 2 5 。 ， 东翼较缓 ， 倾角6 。 ～ 2 O 。 。矿体厚度极值O ． 5 1 m～ 8 ． 2 0 m， 铝土矿平均厚度为 2 ． 4 4 m。矿层顶板铝土质 为黏土岩 、 页岩及砂岩 ， 稳 定 性差， 易遇水软化。矿层底板为山西式铁矿和灰岩， 稳 定性强。普氏系数 f 值 8～1 6 ， 矿区 Ⅱ号矿体 A 1 0 ， 含 量4 4 ． 4 9 ％ 7 7 ． 5 8 ％ ， 平均6 4 ． 8 5 ％； S i O 2含 量1 ． 0 6 ％ l 9 ． 8 0 ％， 平均8 ． 2 2 ％； F e 2 O 3 含量1 ． 1 5 ％ ～ 3 5 ． 0 9 ％， 平均8 ． 2 0 ％ ； A ／ S值2 ． 7 3 7 1 ． 3 1 ， 平士 句 7 ． 8 9 。 铝土矿层是以其上砂岩、 灰岩为主要间接充水含 水层的裂隙充水矿床 。矿区内未发现大的断层 ， 构造 条件简单。非带压开采。矿区内以及附近无大 的地表 水体， 水文地质类型为二类一型。 2采矿方法 开采规模中等， 开采条件简单， 矿层赋存稳定， 采 用单层崩落采矿法较为合适。单层崩落采矿法一般用 于开采厚度小于 3 m的缓倾斜矿层， 将阶段矿层分成矿 块 回采工作面沿走或倾向推进， 采用液压体支柱配铰 收稿日期 2 0 1 4一I 2一l 0 作者简介 曹野， 男 满族， 2 0 0 5年毕业于辽亍工程技术大 学矿物资源工程专业， 助理工程师 。 现在内蒙古煤矿设计研究院 有限责任公司从事矿山开采设计工作。 1 6 2 接顶梁支护顶 板， 矿用电耙或产运机出矿。对 单层崩 落采矿法采 用液压体支柱配铰接顶梁支护顶板 ， 一般 支柱排距0 ． 8 m～1 ． 6 m， 间距0 ． 8 m一1 ． 2 m， 不论如何支 护， 都会有一部分顶板裸露 ， 对安全 生产造成影响 ； 如 果顶板条件差， 地压大或其他原因， 会有部分支柱无法 回收。 随着科学技术 的不断进步 ， 地下 崩落采矿 法开采 支护工艺及装备也在悄然发生着变化， 为弥补其不足， 本文提 出了液压支架护顶壁式崩落采矿法 。液压支架 护顶壁式崩落采矿法主要用于层状矿体采场顶板支 护， 是目前主要在煤矿开采应用较为普遍的支护设备。 其具有整体性好、 安全可靠、 劳动强度低、 迁移方便的 特点。贺家圪台铝土矿同样为层状矿体， 矿体产状、 围 岩结构类型与煤层开采相似 ， 采用液压支架支 护势必 又是顶板管理技术 的一次突破。 3支架护顶壁式崩落采矿法的优点 3 ． 1工作环境 更加 宽 敞和安 全 采矿工作面采用单体液压支柱支护， 柱子密集 、 空 间狭窄， 工作面人员集中、 通行不畅； 若采用液压支架 后， 将会使工作面安全环境大大改善， 安全系数进一步 提高， 因为 ①对顶板实现了全封闭， 消除了顶板掉矸 的安全隐患 ； ②通过托梁系统将支架顶梁连接为一个 整体， 消除了倒架、 翻架等安全隐患； ③所有支柱均有 插销固定于护顶板与底座上 ， 消除 了支柱倒翻 伤人 以 及因放炮崩翻支柱造成空顶 、 冒顶等安全隐患 ； ④支柱 底座大， 泵站压力高， 支柱的初撑力和工作阻力大大提 高， 对顶板的控制程度明显提高； ⑤利用护帮板做到快 速及时维护顶板 ， 有效地消除 了炮后空顶的安全 隐患； ⑥利用挡矸板和护顶板 ， 有效地防止了老塘 串矸； ⑦ 移 架速度快 ， 实现双 向集中控制， 人 员无需站到切顶线附 近 ； ⑧支架仅有 2排支柱 ， 甚 至 1排支柱 ， 工 作空间宽 敞； ⑨乳化液实现闭路循环， 液体不浪费， 工人不湿衣 服。 3 ． 2有利于通风管理 采用单体液压支柱支护顶板， 工作面为三排柱、 两 排巷 ， 巷道断面小 ， 再加上材料摆放 影响断面 ， 不 利于 通风管理； 而采用液压支架支护 ， 因其只有两排 支柱 ， 工作面断面将大为增加， 而且无需摆放过多的材料 ， 保 证了风路畅通， 为此， 十分有利于通风管理。 下转第 1 7 1 页 事故出现之前予以消除； 四， 计算机模拟， 将各个变量 和参数输入到计算机中， 进行冒顶模拟， 这样可以提前 预知事故发生的可能性 ， 进而采取针对性的措施 ， 减少 事故发生的概率。综采工作面超前支护可 以确保通道 的顺畅顶板未垮落之前 ， 压力呈悬臂式分布 ， 垮落后呈 拱形分布 ， 实体煤柱承压 ， 超前支护可以确保 出口的安 全性。控制适宜的支护距离， 可以合理布置其受力的 形式 ， 减少应力集中 、 支护变形 、 垮塌等 问题 ， 确保支护 整体的安全性和稳定性。 4结束 语 采煤工作面顶 板事故是煤矿 生产中常见 的问题 ， 给生产带来了很大的损失， 研究采煤工作面顶板控制 相关的技术 ， 并分析事故防治的措施 ， 对于提升采煤的 安全性和可靠性具有重要作用。 参考文献 [ 1 ] 曹占义． 采煤工作面顶板事故防治措施[ J ] ． 科技风， 2 01 3， 05． [ 2 ] 陈胜利， 石建文． 采煤工作面顶板事故分析与预防[ J ] ． 煤炭工程师 ， 1 9 9 5， 0 8 ． [ 3 ] 马志虎． 浅谈井下采煤工作面顶板事故措施 [ J ] ． 科技 资讯， 2 0 1 3 ， 0 5 ． [ 4 ] 侯利强． 煤矿采煤工作面顶板事故防治措施 [ J ] ． 科技 与企业 ， 2 0 1 2 ， 1 0 ． 责任 编辑 焦蓬华 上接第 1 6 2页 3 ． 3大大 降低 职 工 的 劳动 强度 采用单体液压支柱 支护 ， 一般端 头支护规格不 少 于每对顶棚二梁五柱， 这就意味着职工每采一棚就要 移两根梁、 搬挪五根支柱， 加之工艺流程复杂， 操作烦 琐， 导致职工劳动强度太大； 而采用液压支架进行支 护 ， 将会使职工的劳动强度大大降低。 1 采用液压 支架支 护比传 统的单体 液压 支柱 配 铰接顶梁或 霄型钢梁减少 了很多工序 ， 如 单体柱 反复 支、 撤， 顶梁反复拆移以及戗柱的支设等。所有支柱均 不需要人工搬来搬去 ， 降低了劳动强度 。 2 支护时 ， 工人只需扳动操作手把 即可实现快速 及时的维护好顶板。 3 移架简单 ， 移架速度快 ； 工作面 由于有端头支 架 ， 管理比较简单 ， 工人操 作只需扳动手把 、 即可完成 移架工作， 减去了人工回柱回梁等繁重的体力劳动。 3 ． 4可降低 矿石 生 产成 本 1 可节省大量坑木消耗 采用单体液压支柱进行 支护， 为防止柱子下沉， 必须消耗大量坑木制作柱鞋； 而采用液压支架进行支护， 由于其所具备的整体特性， 加之其配置防下陷柱鞋 ， 就可以节省大量的坑木。 2 杜绝了支柱丢失现象。采用单体液压支柱支 护， 在回柱放顶时， 由于顶板破碎， 容易造成柱子被矸 石压埋 ， 而使柱 子丢失； 而采 用液压 支架进行支 护， 整 套支架可随着工作面的推进随时跟进， 将杜绝柱子丢 失现象 。 3 可节约大量的荆笆、 椽子。采用单体液压支柱 支护， 需要消耗大量的荆笆和椽子用于背帮背顶； 而采 用液压支架进行支护， 由于其整体特性 ， 就可以节省大 量的荆笆、 椽子。 4 坑木 、 荆笆及椽子消耗降 了， 减少 了井下辅助 运输量 ， 减少了运输方面的投入 ， 降低了生产成本 。 3 ． 5提 高矿石回收率 由于铝土矿顶板为沉积岩， 硬度低， 稳固性较差， 根据山西省铝土矿开采方法的实践资料， 矿层顶板条 件差时， 往往采用留护顶矿的方式维护顶板， 中铝奥家 湾矿与我贺家圪台铝土矿是同一构造类型， 目前在沿 脉掘进过程 中采 用留矿护顶 的措施 ， 进入 工作面 回采 损失率将进一步 增加。采用液压支架 护顶 ， 可 以极大 地改善采矿工作面 的顶板支护状态和支 护强度 ， 从而 提高矿石回收率。 4铝土矿开采应用液压支架可能 出现的问题 1 液压支架主要工作体为液压千斤顶 ， 千斤顶由 缸体与活塞 组成 。活塞为保证 密封性表面非 常光滑 、 致密、 怕伤 ， 一般动作时裸露在缸体之外。铝土矿落矿 为凿岩爆破 ， 爆破飞溅矿石容易对液压支架 ， 尤其是活 塞造成损伤， 因此贺家圪台铝土矿必须加强对液压支 架的爆破保护 ， 以防爆破损伤 。 2 铝硅比是指铝土矿矿石 中 A 1 O ， 与 S i O 的百 分含量之比 ， 它是衡量铝土矿 品质的最主要标准之一 ， 铝硅比愈高 的矿石 品质愈好 。贺家圪 台铝 土矿铝硅 比 A ／ S值2 ． 7 3～7 1 ． 3 1 ， 平 均7 ． 8 9 。在 采场布置液压 支架 ， 由于液压支架 的整体性强且能适应 的开采 高度 在一定范围内， 矿层太厚会造成局部开采损失 ， 矿层太 薄度会造成一部分顶板或底板岩石被采 出， 使 得矿石 品质降低。因此应用液压 支架开采的铝土矿层 ， 必须 选择与矿层厚度相匹配的液压支架 。 3 采用液压支架护顶壁式崩落采矿法先期配备 的设备比传 统崩落法 要多 ， 要根据市 场形势 、 矿 山规 模 、 资金情况等等因素综合确定矿山采矿方法。 5结 论 为了保证社会发展的需要， 在节约现有资源、 提高 安全性的基础上 ， 条件适宜的矿 山采 用液压支架护顶 壁式崩落采矿法 ， 不失为一种新的 、 更安全 的选 择 ， 这 不仅符合科学发展观的时代要求， 更是“ 以人为本” 理 念的具体体现 经试效果 以及 实用性效果 良好 ， 具 有 推广价值 。 参考文献 [ 1 ] 周淑媛． 崩落法技术在我国的新进展 [ A] ． 1 9 8 11 9 9 5 采矿技术进展论文集 [ C] ． 中国有色金属工业采矿信息网， l 9 96． [ 2 ] 张荣立 ， 等． 采矿工程设计手册[ M] ． 北京 煤炭工业出 版社 ， 2 0 0 3 ． 责任编辑 焦蓬华