刍议缓薄矿体采矿方法的几个要点.pdf

建材发展导向2 0 1 1 年 9月 地质 勘察 测绘 刍议缓薄矿体采矿方法的几个要点 隆华章 广西有色金 属集 团冶金有限责任公司 摘要 根据从采场结构、 工艺参数、 工艺设备等方面 ， 总结 了缓薄矿体 的采矿方法及其工艺演变过程 、 现状及存在的主要 问题 。在此基础上 ， 针对 目前 我国采矿工业的技术装 备和采矿环 境条件， 分析 了缓 薄矿 体采矿方法、 回采工艺、 设 备配套等方面的发展趋势 ， 并探 讨了盘区组合机械化 采矿法的应用研 究 及工艺配置特点 。 关键词 缓 薄矿体； 采矿方法 ； 发展趋势 1 缓薄矿体采矿方法现状 1 ． 1采矿方 法及其演变 8 O ～ 9 0年代 ， 随着采矿技 术及设 备的进 步， 各类 采矿方法在矿 山应用 比重 发生 了较大 的变化 。留矿法和充填法仍是有色金属矿 L L 【 主要采用 的 采矿方法。而崩落法 ， 由 5 O年代近 乎“ 零 ” 的比例 跃为主要的采矿方 法， 在矿山应用中 占据了 2 0 ％的比例 。房柱法 、 全 面法 和壁式崩落法等在 缓 薄矿体 上得到了较大 的应用 ， 并取得了较为显著的效果。 作为传统 的采 矿方法 ， 空场法仍是矿 山， 特 别是缓倾 斜矿 体 目前 主 要的采矿方法 。同时 ， 也 出现 了一些新型 的组合采矿 方法 ， 如房柱 全面矿 块空场法、 垂直分条采矿法 、 前进 式普通全面法等 ， 这些采矿方法 的应 用 人大地 改善 了矿 山生产 效率， 提 高了作业环 境的安全性 ， 使矿 山的生产 建设发展到一个更高的水平。 1 ．2 存在问题 缓倾斜薄矿体 的开采技 术受到地质条件 的限制， 发展较为缓慢 。常 规用于缓倾 斜薄矿体 开采 的单一 壁式崩落法 、 房柱法及 全面法 等 ， 都 存 在许多的不足 1 壁 武崩落法应用 中， 回采 工序复杂 、 工效低 、 材 料消耗高 ， 由此 带 来采矿成本高； 2 房柱法和全面法矿柱损 失较大 ， 矿石 回采 率较 低， 资源利用程 度 低， 生产安全性较差 。 因此 ， 在选择缓 薄矿体开采方法 时， 应 根据矿 体赋存条件 ， 从技 术上 入手 ， 使 采矿方法 能够在最 大程 度上满足最优 化条件 ， 一定程度 上简化 采矿工序 ， 降低矿石损失率及贫化率 ， 提高生产能力 ， 降低采矿成本。 2 缓薄矿体回采工艺及设备 2 ． 1 落矿方式 目前 ，我国用于缓 薄矿体落矿 的方法 主要足 浅孔落矿和 中深孔 落 矿 。主要通过浅孔凿岩机 、 凿岩台车等设备进行凿岩和浅孔爆破， 从而有 效地控制矿块块度 。 2 ． 2 采场矿石运搬 对于缓薄矿 体开采 ，主要通过 电耙将矿 石耙 至溜矿斗颈至溜井 ， 在 运输 巷道用矿车 或铲运机等 运至主井 ， 而后提升至地 面 ； 也 有通过矿 石 自重进行运搬 。 2 ． 3 采场地压管理 根据矿 体及 围岩的性质 ， 缓 薄矿 体开采的地压管理方式主 要是通 过 支护或者充填来进行 。较先进的支护方法有水压支柱护顶无矿柱连续推 进帷幕隔离快速充填法 、 削壁充填法等 。 2 _ 4 装载设备配置 装载 运输设备主 要有 电耙 、 铲运机 、 振 动 出矿 机及无轨 辅助运输 设 高 1 5 ～ 3 0 m宜按 1 1 ．2 5 ～ 1 1 ． 7 5考虑。 该项 目具有 工程环跪要求较 高、开挖深度大 、基坑边 坡高度达 l 6 ～ 2 6 m等特 点，按照类似工程经验及 各支护结构形式 的适 用条件分析 ， 本 工程 可采用锚 喷网、 土钉墙、 护坡灌注桩 等支护结构形式 ， 但考虑到基坑 A、 B 、 c、 D、 H边坡的放坡 条件 有 限、 对 周 围建 构 筑 物 的保护必 须万无 一 失， 以及 D边坡 上部岩土体 较破 碎等 因素， 同时还 结合计 算类 比和技 术经济综合 比较 ， 最后确 定 A、 B 、 C 、 H边坡 采用锚喷 网支护 ； D边坡采用 排桩 一 锚喷 网联合支护 ， 其 上部边坡采用 锚喷 网支 护， 下 部边坡采 用钻 孔 灌注护坡桩 并结合桩问预应力锚杆联 合支护 ， 桩顶设置钢 筋混凝士 圈 梁 也称冠梁 。基坑支 护平面 布置示意图见图 1 。 2 ． 6 基坑支 护设计 2 ． 6 ． 1基 坑 D段 边坡排桩 锚 喷网联 合支护设计 1 上部边坡锚 喷网支护 。锚杆参数 锚杆孔用人工或机械 成孔 ， 孔 径 1 0 0 ram， 水 平倾角 为 8 ～ 1 6 。 ， 依 实际情 况和 需要 调整 ， 采 用梅 花 型布 置 。锚 杆材料采用 2 2螺纹钢 筋 ， 水 平间距 1 ． 2 m， 垂直 间距 1 ． 2 m， 长度 9 m 。 水 泥浆锚杆 孔 内压 力注浆 ，水泥采用 P ． 0．3 2 ．5级水 泥，水 灰 比 O ． 4 5 ～ 0 ．6 ， 注浆压力 0 ． 4 ～ 0 ． 6 MP a ； 加 强筋 材料 采用 中 1 2钢筋 ， 菱形 布置 在锚杆 上； 钢筋 网 材料 采用 由 6 ．5钢筋 ， 间距 2 5 0 mmx 2 5 0 mm； 喷射 混凝 土 水泥采用 P ．0． 3 2 ．5级水泥， 强度 C 2 0 ， 厚度 1 0 0 mm。 2 桩 问预应力锚杆 。锚杆参数 锚杆孔用 人工或 机械成 孔 ， 孔 径 ， 1 5 0 m m， 水平倾角为 l 5 。 ， 采用矩形布置 。锚杆材 料采用 2 2 5螺纹钢 筋， 水平 间距 1 ． 5 m， 垂直 间距 3 ． 0 m， 长度 1 8 m； 水泥浆 锚杆孔 内压 力注浆 ， 水泥采用 P ． 0 ． 3 2 ． 5级水 泥， 水灰 比 0 ．4 5 ⋯ 0 6注桨 压力 0 ． 4 ～ 0 ． 6 MP a ； 锚杆 与桩连接采用枯钢腰梁和高强度螺栓 ； 当浆体强度达 到 7 0 ％后可 施加预 应 力，施 加预 应 力均 为 1 0 0 k N；要 求桩 问 预应 力锚 杆 极 限 抗拔 力 为 3 0 0 k N ， 设计抗拔力 2 0 0 k N， 正式施工前先做一组 3根 试验锚杆 。 2 ． 6 ．2 施工过程应注意事项 1 施工前应详 细调查、 分析场地 周围环 境状况 ， 避免盲 目施工 引发 不安全事故 ； 2 基坑 开挖 、 支 护顺序合 理， 一般宜先施 工护坡 桩 ， 后按 分层放 坡 开挖 、 分步支护要 求 ， 安排合 理的挖土 、 支护工序 ， 保证支护作业 及时跟 进土方开挖 ， 避免随意超挖 、 欠挖 ， 以及坡面暴露时 间过长现象发生 3 基坑开挖 时， 应考 虑适宜的施工 降、 排水 措施 ， 并且在施工期 间， 应在基坑上部及 内部修 建截、 排水沟 ， 禁止 雨水流 入基坑 ， 对渗入 的水 体 必须及时排 出； 4 开挖 土体必须及时运走， 坑周严禁堆载； 5 在正 式施工前 ， 锚 杆的现场 抗拔试验必 不可少 ， 一般情况 下， 每 组试验锚杆应保证 3根 ， 施加的最大荷载 宜为锚 杆工作状态设计拉力 的 1 ．2 ～ 1 ． 3倍 ； 6 在施工 护坡桩、 冠梁 、 锚喷 网及 预应力锚杆 等支护 结构 时， 施工 工 序 、 技 术及质量要 求、 安全措 施和工程验 收等方面必 须按设计和 施工 组织文件 要求执行； 7 机械开挖到离基底 标高 3 0 0 m m后改用 人工开挖 ， 确保 基底原状 地基 土不被扰动 ； 8 基坑开挖 、 支护及后 续地下工程施 工、 基坑 回填过 程中 ， 宜 进行 必 要的监测 ， 并采取 必要的监控报 普措施 ， 发现 坡体及周 边建筑物 出现 异 常变形 时， 必须立 即停止施工 ， 查清原 冈并采取有效措 施后方可 继续 施 工 。 3 结 论 在软质 岩石基坑工程勘察前 ，必须初步 了解场地周 围环境 条件， 搜 集足 够的 区域地质资料 ， 然后根据 已掌握 的信 息， 按照软 质岩石基坑 工 程 的勘察要 点布 置工作量 ， 但 不能只在划定的建筑物轮廓线 以 内开展勘 探工作 ， 还应对周边环境进行详细 的 调查了解 。支护方案确定后， 应在施 工前编制详细 的施工组织计划 ，务必使基坑开挖和支护顺序 安排 合理， 还需对施工 中应注 意事项进行 重点分 析， 避 免突发性不 安全事故 发生 。 3 0 9 地质 勘察 测绘 建材发展导 向 2 0 1 1 年 O 9月 备等 。 当前， 地下无轨矿 山除了装 备采 、 装、 运主体采矿 设备外 ， 还 采用辅 助设备与之配套， 从而发挥主体设备效能。作为一种快捷安全的地下输 送方式 ， 无轨设备的应用， 促进了无轨采矿技术的发展， 改革 了传统的采 矿工 艺， 发展了无轨采矿方法和 采矿 新工艺 ； 使得工 艺、 设备配套化 ， 机 械化水平得到提 高。 2 ． 5 主要问题 由于矿体赋存条件 的局限性 ， 采场 结构 方式较为繁琐 ； 自动化程 度 不高 ， 依 靠人工作 业， 生产效率 低 ； 不能合理地 确定 生产设备 的配套 关 系， 依赖于引进 国外 的先进技术 ， 不 能形成 自己独立 的研 究体系 ， 发展上 具有一定的局 限性 。 因此 ， 针对存在 的种种 问题 ， 应该趋 向于 改进采掘方法 ， 简化采场结 构及采矿工序 ； 自主研 发， 发展综合配套 ， 优 化设备性能 ， 提高 设备的可 靠性、 耐久性和适应性， 采用遥控技术 、 机械手 、 机器人技术 、 自动控制技 术， 以便有效地减轻工人的劳动强度 ， 提高劳动生产率 ， 形成盘区组合机 械化开采技术。 3 采矿方法 3 ． 1 矿块布置 矿块沿走 向布置， 矿房长 4 0 m， 宽度 为矿 体的厚度 ， 矿 体倾角 4 0 ， 矿 块高为阶段高度 4 0 m， 矿房斜长约 6 2 m。联络道间距均为 5 m， 不留顶柱 ， 间柱宽度 为 6 m。 3 ． 2 采准切割工作 采矿方法结构与采准工程布置 。在一 8 5 m水平矿体的下盘， 布置一 条 平行于矿体走 向的脉外运输 巷道 ， 矿块 的右侧 布置一条 出矿巷道 ， 然后 在 出矿巷道中布置溜矿井。在一 8 5 m水平至一 4 5 m水平矿体问柱 的下盘施 工一行人通风井 ， 作为该水平整个矿块回采时 的行人通风井 。并在天井 内靠近矿体下盘，每隔 5 m凿一条通风联络道 ，同时作为 电耙移动时使 用 。在矿体下盘接触线 的位置 ， 原有一条脉 内运输平巷 ， 其 地板标 高为一 8 3 ． 7 m， 现在把它作为拉底空间。 3 _ 3 回采工作 1 凿岩爆破 每次落矿 向上推进约 2 m， 凿岩 用 7 6 5 5型凿岩机 ， 炮 孔深 2 m， 排 间距 0 ． 6 m， 炮孔 间距 0 ． 8 m。使用铵油炸药或乳化炸药卷进行 爆破， 采用微差 导爆管雷管起爆。 2 通风 ； 新鲜风流 由下盘阶段运输平巷 进入矿房右 侧的通风行人 天井， 通过联络 道进 入工作面 ， 最后污 风又通 过矿房 左侧 的联 络道 ， 进入 通风行人天井 ， 最后污风从上中段 的运输平巷排 出。 3 采场运搬 每次落矿后用 电耙耙矿至溜矿井 ， 然后装车运走 。每 次出矿后， 留在采场的矿石为 2 ／ 3左右， 作为继 续上采 的工作平台 ， 直至 矿 房全部落矿完毕为止， 最后进行大量 出矿 。 在大量 出矿时用电耙运搬 。 在矿 房中构建人工溜井 ， 靠近矿体下盘一侧铺设 5 ram厚的钢板 ， 以便矿 石在重力 的作用下 自然下落， 并在两侧架设挡板。 4 缓薄矿体开采方法研究趋势分析 当前 ， 根据国 内外缓薄矿体 开采技术 的现状及 发展形势 ， 我 国缓倾 斜 薄矿体开采技术研 究的主要 内容包括 ① 完善回采工艺 ， 推 广高效率 采矿方法 ； ②根据采场规模 ， 研制和选用相应规格采掘设备 ； ③进一步完 善护顶技术 ； ④试验推广充填采矿法 ， 有效保护生态环境 。 4 ． 1采矿方法研究 地下矿 山缓薄矿体开采技术 ， 特别是矿岩条件复杂的缓薄矿体的开 采技术研究是我国地下矿 山采矿技术研究的重要 内容 。 但 由于采矿方法 实践应用 的不可重复性 ， 针对某 一具体矿床而言 ， 采矿 方法的模拟研 究 不失为一种较经 济适用 的方法 。 采矿方法的模拟研 究的前提需要有较系 统的矿床模型。 以广 西某地铁 矿为例， 该矿属典型的缓倾斜、 薄矿体， 矿体地处高山 地区， 埋藏深度 大、 赋存条件复杂、 矿体薄、 灾石 多。由于矿体薄 、 夹石多， 分采 分爆技术要 求高； 同时 ， 要 求采 场结构简化 ， 机械 配套利用率高 ， 因 此， 探讨盘区组合机械 化采 矿法， 研究其结构特点， 最大限度的满足开采 要求成为该类矿体开采 的主要研究课题 之一。研究采用盘 区组合机械化 采矿法的主要技术路线如 图 1所示。 在研 究过程 中， 其技术关键有 1 在矿床“ 缓 ” 、 “ 薄” 的赋存条件 下， 采场 生产能力 小， 生产成本较 高。要提高采场出矿 能力， 必须使用高效的出矿 设备 ， 而要充分发挥设备 31 O 图 1 缓薄矿体开采研究技术路线 的工效， 需改变采场结构 ， 因此需要研 究盘 区组合采场的结构形式 。 2 有 效的选 别开采技术。高强度 开采使用较大 的设备与薄矿层 的 矛盾突出， 必须努力寻求降低矿石贫化率 的有效途径。因此 ， 必须研究采 用控制爆破技术和实施选择性爆破作业 ， 从而降低矿石贫化率 。 3 采动损害的控制难度大 。矿床倾角缓， 面积大 ， 采矿强度大 ， 当出 现较大采空区 的时候 ， 将伴随较大 的应 力集 中与地压活动 ， 采 动损害的 控制难度大 ， 需结合回采工艺及顺序研究控制采动损害的技术措施。 4 ． 2 回采工艺 针对缓薄矿体 的赋存条件， 其回采工艺的主要研究 内容有， 1 优化采场结构参数和回采顺序 。主要指通过数值模拟作为研 究 手段， 考虑矿 岩介质， 模拟回采过程中的采、 充、 崩过程， 在确定最优回采 顺序的基础上， 建立采场结构参数优化模型， 优化选择采矿的结构尺寸， 并进行稳定性分析 。 2 提高矿石品位和矿柱的回收利用率， 减少损失率。 主要通过缩短 井下生产作业线， 减少巷道服务年限， 节俭巷道维护费用， 保证在采空区 稳定的基础上进行回收利用， 从而达到降低生产成本， 提高企业经济效 益。 3 提 高出矿效率 。主 要包括 改善爆 破质量， 提高矿石块度合格率 ； 实行机械设备的配套化， 提高设备 的运行效率 ， 减少设备的空置率等。 5 缓薄矿体开采发展趋势 针对 目前我 国采矿工业 的技 术装备和采矿 环境条件 ， 缓薄矿体 的采 矿 方法研 究与实践 的方向主要有 以下几方面 1 进一步发展组合式采矿方案， 实现 优势互补 。作为一种新型的采 矿方 法， 针对组合采矿方法 的探 讨 ， 能够切合 当前矿山的采矿 方法的演 变 、 应用 、 设备、 工人素质等生产实际 ， 克服单一采矿方法 的不足， 实现优 势互补 ， 一定程度上提 高了矿 山的整体效益。 2 无轨设备的进一步普及、 提高和成套化应用 。当前 ， 我 国无轨采 矿设 备品种不全、 规格不齐 ， 特 别是针对小型 缓薄矿 体开采特 点的国产 设备在可靠性和质量上与 国外产品有一定差距 ； 目前应该 以引进 国外先 进的无轨配套设备的技术为基础 ， 提高我 国无轨采矿设备 的设计水平和 制造水平 ， 通 过科技攻关 ， 形成 我国地下无轨采矿 设备的 自主研制 开发 能力 ， 实现 井下无轨采矿成套设 备的国产化和产业化 ， 以降低矿 山成本 和提高我国矿 山的整体装备技术水平。 3 向机械化、 连续化方向发展。使各项采矿作业连续和集中， 能够 有效 的缩短采矿 工艺的循环 时间， 降低生产作业 的分散 性， 提高劳动效 率， 实现规模 生产 。 4 采用现 代设计方法 设计。应用计算机仿真技术、 有限元技术 、 多 体动力学理论和技术、 C AD技术 、 A N S Y S技术等现代设计方法和手段分 析和设计 ， 确定系统最优方案， 从而提高设计质量和可靠性。 6 结束语 本文针对 目前我 国采矿工业 的技术装 备和采矿环境条件 ， 分析 了缓 薄矿 体采矿方法 、 回采工艺 、 设备配套等方面 的发展趋势 ， 并阐述 了对实 行探采结合的工作方法的实质。 在实施整个探采结合过程中务必加强现 场地质管理 ， 做好与施工人 员的技术交底工作 ， 跟踪现场 ， 采取合理 的安 全 开采和保护措施 ， 才最大 限度地采 出残采矿体 ， 以充分利用矿产资源， 提 高矿 山经济效益 。