VCR采矿法研究及应用现状.pdf

第 8卷第 2期 2 0 1 0年 4月 矿 业 工 程 M i ni ng En g i ne e r i n g 1 5 矿 物 开 采 VC R采矿 法研 究及 应用 现状 王建春赵 昊坤 郭忠林 昆明理 工大 学 国土 资源 学 院 ，云南 昆明 6 5 0 0 9 3 摘要 VC R采矿法 因其生产能力和效率 高、成 本低 、作业条件安全 、切 割工程量小等优 点在矿 山开采 中应用广泛 。本文对 V C R采矿法 的发展历 程进行 了回顾 ，并针对 VC R法 的主要优 、缺点及 发展趋 势进行 i 柢 关键词 VC R采矿法 ；采 矿方法 ；发展趋势 中图分类号 TD 2 3 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 8 5 5 0 2 0 1 0 0 2 0 0 1 5 0 3 1 VCR 采 矿 法 概 述 1 ． 1 VCR法 的产 生 V 采矿法是 国际镍公司 I n c o 和加 拿大工业 有 限公 司 C I I 共 同开发 的，它 以利 文 斯顿 的漏 斗 爆破 理论 为 基 础 ，于 1 9 7 4年 首 次 应用 于利 瓦 克 矿 ， 后来很快便 在 萨德伯 里地 区其 他矿 山推广 。在美 国， V C R法于 1 9 7 7 年用 于霍 姆斯 特 克 Ho me s t a k e 矿 。 由于劳动生产率高 ，当时受 到各 国采矿界 的重视 。2 O 世纪 7 O年代 末期 ，加 拿大 、美 国、澳大 利亚 ，西 班 牙等 国家相继推广应用 。8 O年代初我国凡 口铅锌 矿试 验成功并推广使用该方法 。V c R采矿法问世以来 ，采 场 出矿技术朝着高效 ，低费用 方向不断 发展 ，促进 了 V C R采矿法 的不断改进 与完 善 ，加速 了 V C R采矿 法 的推广步伐 。 1 ． 2 V CR采矿 法采 场布 置 一 个 VC R盘 区 首先 要在 所采 矿 块 的顶 部 和底 部分别 掘 进切 顶 和拉底 平 巷 。每个 盘 区走 向长 通 常 为 9 ～ 1 5 iT I ，垂 直 高 2 O ～ 9 0 1T I 。采 场 纵 向布 置 时 ， 凿岩工 作 是在 矿体 整个 宽 度范 围 内 ，从 切 顶层 到拉 底 层钻 凿 大直 径炮 孔 。在炮 孔 底部 按 预定 重量 装填 炸药 ，然 后按顺 序 进行 漏 斗爆 破 ，将矿 石爆 人 下 面 的空 问每 爆破 一次 ，采 去 一层 矿石 ，其 厚 度与 漏 斗 深度相同，从拉底层用铲运机等出矿设备将矿石运 走 。爆 破 一层 后 ，只运 出能 为下次 爆破 提供 足 够补 偿空间的矿石 。切顶层下面最后 6 ～1 2 I l l 高的矿石 收 稿 日期 2 0 0 9 1 l 一2 6 作者简介 王建春 1 9 8 4 一 ，男 汉 族 ，河北秦皇岛人 ，昆明理 工大学 国土资源工程学 院采矿 工程专业硕 士研究生。 是 在 孔 内分层 装药 ，按不 同延 发 时间 一次爆 破 。在 开采 下一 盘 区之前 ，采 完 的盘 区要 进行 充填 ，充 填 料通 常是 加有 水 泥 的分级尾 矿 。 1 ． 3 凿 岩 潜孔 钻 机 。凿岩 通 常是 在切 顶层甩 潜 孔钻 机完 成 ，炮 孔 是 垂 直 的 ，直 径 1 6 5 mm，平 均 长 约 5 6 m，所 有 炮 孑 L 都 穿 透 拉 底 层 ，这 样 可 在 拉 底 层 观察 炮孔 偏斜 情 况 ，必要 时 可再 打一 个孑 L ； 自动钻机 。潜孑 L 钻机 可 以完 全 自动化 ，使 用一 个 可编程 逻辑 控 制器 调 节钻机 的操 作参 数 ，这 些参 数包 括 钻架 倾 角 的控 制 ，钻杆 拧接 和拆 卸顺 序 ，通过 液 压 、 回转 、扭 矩 和位 置传感 器 监测 钻机 性 能 。采 用 自动 控 制时 ，操作 人员 只 需借 助控 制 台 上 的键盘 输 入钻 进角 度 、倾 斜和 深度 ，钻 机便会 自 动完 成所 有 功能 。打完钻 孔 后 ， 自动 拆卸 钻杆 并将 钻杆 妥 善保存 。 自动 钻机 相 对于 手动 的潜 孔钻 机来 说 ，由于排除了一些难以避免的人为因素 ，其精确 程 度更 高 ，所 以在一 定程 度 上 ，可 以更加 有效 地控 制 钻孔 的偏 斜率 。 1 ． 4装药 与爆 破 漏 斗爆 破使 用 的炸 药包 为球 状或 似球 状 。岩石 破 碎机 理 的研究 表 明 ，球状 或似 球状 药包 的效 果最 佳 ，在 实 际工作 中 ，要 将一 个球 状药 包放 在一 个柱 状 炮孔 内是不 现实 的 。 因此 ，所 谓球 状 药包是 指 长 径 比为 4 1 或 更小 至 不超 过 6 1的药 包 。对 直 径 1 6 5 mm的炮 孔 来 说 ，直径 1 6 5 mm，长 1 i n 的 药 包 也 是一 个球 状药 包 。 在切顶层进行爆破 。利用拉底层作 自由面，将 水 平分 层 的矿 石爆 入拉 底层 。将 漏 斗和 扩帮爆 破 结 1 6 矿 业 工 程 第8 卷第2 期 合起 来对 矿石进行 破碎 。爆 破作业 包括仔 细测 量孔 深 、安上 塞 子 、装 药 、放 置 雷 管 和 起 爆 。经 验 证 明 ，为使爆 破成功 ，必须 从技 术和操 作管理 上严 格 控制作业全过程 ，因为药包位置、装药量 、延发顺 序和起 爆 系统的严 格检测 是漏 斗爆破成 败 的关键 。 爆破 方案使 用过 几种 变型方 案 。铵 油炸 药 由于 价格较低 ，在 一些矿 山受 到青 睐 。雷管 有 电力 和非 电力起爆 ，但孑 L 内非 电延发起 爆更 受欢迎 。起爆 使 用 导爆索 的实 芯段 ，它可使 爆破次 序不受 孔数 的 限 制 ，各孔可分别起爆 。震动与药包／ 炮孔的关系 比 震 动与药 包／ 延 发 的关 系 更 密切 ，整 个 系 统 中延 发 间隔是 固定 的 ，通 常 为 2 5毫秒 。关 于 布 孔 形 式 、 孔径 、埋置深 度 、药包重 量或起 爆顺 序 ，各 矿无一 致意见 ，药包 往往放 在 固定位置 上 ，数 量 随传统 而 定 ，并通 过反 复试验加 以修 正 。 分层装药可用于 回采顶柱和矿房 。斯托 比和铜崖 北矿使用双层药包 回采矿房 ，由于可能导致硫化物粉 尘爆破 ，除 了回采顶柱外 ，一般不使用分层装药 。 2 VC R法 出矿方式 的发展 2 ． 1 从 内燃 铲运 机 向电动铲运 机发展 内燃铲运 机最先 用于 V C R法采场 。但 内燃铲 运 机排出废气 ，使井 下 作业 条件 恶化 ，为排 除井 下 污 浊空 气 ，加 强井下通 风 ，不 仅 能耗 增 加 ，污浊 空气 也难 于彻底 排尽 。为彻底 改变 内燃 铲运 机 出矿 的上 述弊端 ，1 9 7 5年加 拿大 萨德伯里 矿 区的克 赖顿 矿采 用了1 ． 5 m3 电动铲运机出矿。电动铲运机工作面没 有烟雾，且噪声低 ，可保持 良好 的作业环境。而且 效率高、费用低。实践表明，单位矿石费用随铲运 机斗容增大而下降 ，电动铲运 机降低得更多 。 电动铲运 机 出矿 水平 的采准 布置 ，必须 与铲运 机的 出矿 工艺 相适应 才能保 持高效 率低 费用 。对 于 从固定电源接线装置经电缆供 电的电缆式 电动铲运 机 ，其 出矿 水平 理想 的采准布 置如 图 1 。 图 1 电动 铲 运 机 出 矿 水 平 采 准 布置 2 ． 2铲运 机 出矿 遥控化 VC R采矿 法 采 场 出矿 后 期 ，出矿 横 巷 往 往 由 于眉线破坏可能长 4 ～5 m会发生 冒落，以及部分 矿 石远 离 出矿 横巷端 部 ，在这种 情况 下 ，如果 采矿 工人 驾驶 铲运 机直接进 入采 场装 矿 ，可能有小块 矿 岩偶然冒落伤人 ，工作极不完全 ，难于保证出矿正 常进 行 ，因而有 部分矿 石不得 不丢 弃在采 场 内。据 我 国凡 口铅 锌 矿 统 计 ，一 个 约 4万 t 矿 石 的 VC R 法 采场 ，运 不 出 的 残 留 矿石 约4 0 0 0 ～ 6 0 0 0 t ， 占 采 场矿 量 的 1 0 ～ 1 5 。为适 应 VC R法 采 场 后 期 出 矿 的 需 要 ，加 拿 大 贾 维 斯 一 克 拉 克 公 司 于 1 9 7 8 年 研制 成功 世界上第 一 台无 线 电遥 控铲 运 机 ， 经洛克拜矿使用表明， 一台无线 电遥控铲运机两个 月从 采场多 运 出的矿 石 ，其价 值约 为铲运 机制造 成 本 的 3 倍 。遥控铲 运机 的研制 成功 ，为加拿 大推 广 VC R采矿法解决 了一项关键性技术。 目前，加拿 大萨德伯里矿区就有一百台以上遥控铲运机在井下 使 用 ，其 斗 容 从 0 ． 7 6 m。 1码 。 到 6 m。 8码。 不等。到目前为止，世界上 已有美国、澳大利亚， 芬 兰 、法 国 、西 德等 国家都 已推 广使用 。 国产 YK一1 型遥控铲运机 ，既可遥控 ，又可驾 驶 运行 。在 V C R法采场 出矿 末期 ，可遥控 出矿 ，在 V C R法采场出矿前期和中期 ，则可人工驾驶 出矿。 遥控出矿时从安全操作地点到溜矿井的距离为3 5 m 的条件下 ，装 、运 、卸 的时间只需 2 分钟 。 遥控铲运机出矿作业安全 、回采率高、经济效 益 巨大 。我 国凡 口铅 锌矿 统计 ，采用 遥控铲 运机之 前 ，一个约 4万 t 矿 石 的 VC R法采 场 ，要 丢弃 4 0 0 0 6 0 0 0 t 矿 石 ，使 用 遥 控 铲 运 机 后 ，这 部 分 矿石可全部运出，仅一个 VC R法采场可多收益 1 5 万 元 。 为 进 一 步提 高铲 运 机作 业 的 稳定 性 和安 全性 ， 进一步降低铲运机的维修费用 ，加拿大国际镍公司 铜 崖北矿 正在 就铲 运机 的微机 遥控进 行试验 。 2 ． 3 连 续 出矿 系统 高效率 的 出矿方式 VC R法采用铲运机 出矿 ，虽然 比较理想 ，但 其装 、运 、卸为间歇作业 ，铲运能力受到影响。寻 求比铲运机出矿效率更高的出矿方式，无疑更能充 分发挥 VC R采 矿法 的优越 性 。加 拿大 国际镍 公 司 连续采矿设备有 限公 司 C MS 研制 了一套连续 出矿系统。该系统由 C L 一1 0 0 0型振动式连续装载 机 C MS ／ E a g l e 型 移 动 式 颚 式 破 碎 机 、C MS ／ D ME 伸缩 式胶 带输送 机 和 C MS ／ DME型 0 ～ 9 O 。 胶带 弯 曲机组 成 。该 系统 可将 矿石从 装矿 点径 直送人 溜 矿井 。 2 0 1 0年第 2 期 王建春 等 VC R采矿法研 究及应 用现状 1 7 C I 一1 0 0 0型 振 动 式 连续 装 载 机 ，履 带 式 行 走 机构 。装载 机前 端有 一 耐磨 、抗 拉 强度 高 的振动 颚 板 ，其 振动 率可 调节 。紧接 振动 颚板 为输 送 矿石 的 双链 刮 板输送 机 ，坚 固耐用 ，可 输送 大块 矿 石 。装 载机 作业 时振 动 颚板 铲人 爆堆 作 前后 往复 振 动 ，借 以改 变矿 石堆 的 自然 安 息 角 ，使 矿石 呈 流 动状 态 。 矿石 在 颚板往 复 振动作 用 下 ，均 匀 、 自动 、连 续地 流 向双链 刮 板 输 送 机 ，输 送 机 将 矿 石 输 送 到 破 碎 机 。鉴 于井下 空 问有 限 ，出矿 地 点经 常变 动 ，连续 出矿 系统 使用 的 C MS ／ E a g l e型 颚 式 破 碎 机 为 低 矮 型组 合式 结 构 ，既 可 拆 、牵 引 移 动 ，也 可 自行 行 走 。破碎 机 的 圈 转 半 径 为 9 I T I ，在 最 小 高 4 ． 3 m， 宽6 ． 1 m的井 下 空 问可 有效 地 进 行 破 碎 作 业 。破 碎 机 的入 料 口尺 寸 为 7 6 0 I T l m 1 0 1 6 r f l r l l ，出料 口尺 寸 在 2 0 0 mm 以下 ，其 破 碎 能 力 为 3 0 0 ～ 5 0 0 t ／ h 。 连 续 出矿 系 统 使 用 颚 式 破 碎 机 ，出 矿 费 用 可 降 低 3 O ～ 6 0 。 该 系统 1 9 8 7年 加 拿 大 国际 镍 公 司 铜 崖 南 矿 进 行 了试 验 ，其平 面 布置 系统 如 图 2 ，整个 系统 输 送 距 离 为 1 3 5 r n ，只 需 两 人 操 作 ，每 班 出 矿 3 0 0 0 t ， 出矿能 力大 。 少 的趋 势 。VC R 法 提 高 了劳 动 生 产 率 ，并 在安 全 生产 方 面得 到 了明显 的改 善 。该 法还 使机 械化 达到 更高的水平 ，减少了繁重的采矿作业 ，工人几乎全 部时间都在用锚 杆和金属 网妥 善支护 的切顶下作 业 ，这 无 疑是 工 伤率 降低 的 主要 因素之 一 。 4 VC R采矿 法的利弊 VC R采矿法主要优点 1 劳动生产率高，所 需 采场 较 少 ；2 人 力少 ，采矿 成本 低 ；3 采矿作 业 循环 中无 非生 产 性 间歇 ；4 作 业 安 全 ，因 工作 是 在采 场外 进行 ；5 地 层 控 制 得 到 改 善 ，推进 速 度 较快 ；6 可 用来 回采 矿 房 和 矿 柱 ，矿 山 只需 采 用一 种 采矿 方法 。 VC R采 矿 法 存 在 的 缺 点 1 开 拓 采 准 费 用 高 ；2 工程 控 制 要 求 高 ；3 品位 控 制 灵 括 性 较 差 ；4 不适 用 于细 脉矿 床 。 5 展 望 虽然 VC R采 矿 法优 缺 点 共 存 ，但 可 以 明显 地 看 出 VC R采 矿法 利 大 于 弊 ，尤 其 是伴 随着 矿 山高 机械 化 、高 自动 化 以及 高 阶段 大直 径深 孔技 术 的不 断发 展 ，VC R采 矿 法 的 优 势 会 越 来 越 明 显 的体 现 出来 ，而 大参 数 、高机 械 化 、高 自动化 以及 连续 出 矿 ，也必 将成 为 VC R采 矿法 必然 的发 展趋 势 。 参考文献 [ 1 ]黄玉焕 ．大直径 深孔爆 破技术 在矿柱 回采 中的应 用 ． 金属 矿 山 ，2 0 0 2 1 ． E 2 ] 李樟鹤 ．高 阶段 大直 径深 孔爆 破 技术 在 安庆 铜矿 的应用 ． 金 属 矿 山 ， 2 0 0 2 2 ． r 3 ] 廖德 兴 ．紫 金 山 金 铜 矿 大 直 径 深 孔 阶 段 矿 房 法 的 试 验 ． 余 图 2加 拿 大铜 崖 南 矿 7 4 0 m水 平 连 续 出 矿 系统 平 面布 置 E 4 ] 3 VC R法的安全 问题 根据 国外 应 用 VC R 法 的矿 山 安 全 事 故 记 录 ， 改用 VC R法 大 幅减 少 了撬 松石 事 故 。统计 数 据表 明 ，采用 VC R 法 的矿 山 ，现 场 发 生 工 伤 事 故 有 减 属 矿 山 ，2 0 05 1 1 ． 谢本 贤 ．铜绿 山铜铁矿 大直径深 孔采矿 方法应用 研究 ． 金 属 矿 山 ，2 0 0 6 4． 吴万荣 ，魏建华 ，张永顺 等 ．大直径 深 L 凿岩 钻孔偏 斜的机 理及其控制方案 ． 中国有色金属学报 ，2 0 0 1 2 ． 汪献忠 ．高 阶段 大直径 深孔采矿 法在 安庆铜 矿的应 用 ． 2 0 0 6 0 4 ． 蔡本裕 ． VC R采矿法采场出矿技术发展 ， 四川 I 冶金． 邹贤季 ．大 直径深 L 采矿 法的崩 矿方式研究 ， 有色 金属 ， 2 0 0 5 7 ． S t u d y a n d r e c e n t a ppl i c a t i o n s t a t u s o f VCR m i ni ng t e c hn o l o g y W ANG Ji a n c hu n。 ZHAO Ha o - ku n， GUo Zh o ng - l i n Ku n mi n g Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ， Ku n mi n g 6 5 0 0 9 3， Ch i n a Ab s t r a c t Du e t o i t s a d v a n t a g e s s u c h a s h i g h e f f i c i e n c y p r o d u c t i v i t y，l o w c o s t ，s a f e o p e r a t i o n a n d s ma l l a mo u n t o f c u t t i n g wor k， t he VCR Ve r t i c a l Cr a t e r Re t r e a t mi n i n g me t ho d i s wi de l y u s e d i n t he wor l d． The c ou r s e of VCR me t h od de v e l o p me n t i s i e we d ． Th e s i g n i f i c a n t a d v a n t a g e s＆ ．d i s a d v a n t a g e s a n d t h e d e v e l o p me n t t r e n d o f VCR me t h o d a r e a n a l y z e d ． Ke y wo r ds VCR mi ni n g me t ho d； mi ni ng m e t h od； d e ve l op me nt t r e n d