地下开采采矿方法的发展趋势.pdf

第 6 巷第l 期 江西有 色金属 地下开采采矿方法的发展趋势 摘 要 本 文论 述了地下开采采矿方法的发展趋势为 简化采矿方法结构．特别是底部结构． 尽 可能 使 用一步骤回采 ．不留或少留矿拄，走组合化的道路 所谓组合 化就是在一个回采单 元 中 使 用 两组 以上 的采 矿方 法 ，吸 取各 种 采矿 方法优 点 ．克暇缺 点．形 成新 的方 案． 获得 更 好 的 拄 术 经济 指标 ；采 用深 孔 和 中深孔 进行 拉 底切割 工 作 ．提 高 其效 率 ．降 底成 本 采用振 动 出矿 ．提高台格块度R 寸．使 出矿作、 时间利用率提高．实现连续出矿 应用加固技术． 改 变客观 条 件 ．适 应 主观 要求 扩 大 采矿 方法 掏成 要素 ．实 现强 化开采 关键词 地下开采采矿方法发展趋势 采矿方法是地下开采矿山的核心。用系 统工程的术语来说 ．它是整个矿山系统的主 要系统 ．其他八大 系统都是受它支配和制约 的。因此．一个地下开采矿山选择正确合理 的采矿方法方案 无疑对矿山的迅速达产和 获得好的经济效果 ．起着决定性的作用。 地下开采的采矿方法受矿体的产状、埋 藏要素、地理 位置和矿岩稳固性 ．以及矿石 的品位与 价值的影响，也 为当时的采矿技术 水平所限制 ．不难理 解．有 了性 能良好的深 孔凿岩设备之后 ．就不会广泛使用药室爆破 崩矿了．没有大型的采装设备 不可能提高 合格矿石块度的尺寸 通 常深孔崩矿的合格 块 度 尺 寸 为 6 0 0 ～8 0 O mm 而 中 南 工 大 在 “七五 期间研究成功的 盘区回采振动出矿 采矿法 ” ．由于 采用平底堑沟 、扩 大出矿巷 道 断 而 ，使 用J Z C型组合式振 动 出矿机 ． YZ Y移 动式 分节振 动运输 机和YZ S 型原矿 振 动 条筛 ．形成z C YS 型振动连续出矿 连 续运输和连续筛分的流水作业线 不但生产 能 力大 ．达8 2 8 t ／ h．而且可以 自采场放出 】 】 0 O mm 以上 的 大 块 矿 石 由于 各 个 矿 山 收稿 日期 l q 9 卜0 一 3 0 的采矿地质条件的千差万别 ．采矿技术也在 不断发展．因此 ．使用过的采矿方法方 案是 多 如繁 星 ．一 些 过 时 的 采 矿 方 法 方 案 不 用 了 ．有 了新 的采 矿设 备 和 采 矿技 术 ． 又 出现 了新 的 采矿方 法 方 案 。 一 个矿山的采矿方法形成之后，要改变 是相 当困 难 的 ，一 方 面 是 人们 的 习惯 势 力一 时很 难 改 变 另一 方 而 是生 产 矿 山采 矿方 法 的改变．要涉及阶段水平层布置的改变 ．这 就会发生经济问题和生产衔接问题 所以在 矿山设汁阶段选择采矿方法和生产期间采用 新的采矿方法．必须慎 重考虑．要进行 充分 的经济分析和论证。 在 可行 性 研 究 和矿 山设 讣 阶段 ，选 择 采 矿方法 的困难是地 质勘探工作提供 的地质资 料很有限．准确性 也鞍差。只有投 产若干年 之 后 ．才能 充分而 准 确 地 掌握 采矿 方 法设 计 所需 的 资料 。因此 ，在 可 行性 研究 和 矿 山设 计中．选择采矿方法方案．采矿工程师的经 骑 是 相 当重 要 的 。 目前 的 高级 计算 机 也 很难 取 代 阅历 丰富的采矿 工程师 的经验 和智慧 的 维普资讯 江西有 色金属 第 6 巷 根据近2 0 年来出现的一些效果较好、使 用较 多 的 一些 采 矿 方法 例 如 ． 尢底 柱 分段 崩 落法 、VCR法和机械化水力充填 法等 米 判断 ．地 F开采采矿方法的发展始势 是 简 化采矿方法结构，尽 可能一步骤连续回采 ． 不留或少留矿柱．走组合化的道路 ，具体来 说，可 l l慨括为如下几点 1 不留、 少留或 留临 时矿 枉 因 为留矿 柱 的 、 分两步 骤 回采 的采 矿方 法，往往因 留矿柱．不可避免地会产生下列 缺 点 和问 题 a ． 为 地压应力集中提 供 r条件 ．有可 能产生冲击地压和地 压冲击 波．因而会有地 压突然剧烈活动的危害．例如江西盘古山钨 矿 曾发 生过此 种地 压 灾害 b ． 矿 柱 回采较困难 ．而 且回采矿t t 时 的损失和贫化都很大．导致资源的浪 费，矿 床开采经济效益的降底 。 c 留矿 拄要积压矿石和资金．延长生 产作业线 ．井巷维护工作量增加 ．通风系统 复杂 ．管理困难 ，井下通风效果不好 d ． 增加切割工作蛰 ．单位矿石所摊采 切 赞增 加 近年来出理、使用又较多的无底柱分段 崭落法和 F 行水乎分层胶结充填法属于不留 矿 柱 的例 证 2 简化矿块底 部结构 简化矿块 底部结构的具体措施是 a ． 将 底 柱中的巷道由多层布置 图l 和 图3 ．改 为在一个水平层上布置 图2 ．减 少层 次 ； b ． 底 柱 中的多种巷道 水平的 垂直 的和倾斜的 变为一 种巷道 水平的 ； c ． 巷 道 断面形状 与规格尽可能采用一 种 d ． 受 矿 巷道 由漏斗变为堑沟式 的或平 底式 的 ． 图 l 是常 见的一种底部结构 ．它 有两 个 水平层 拉 底层 和 运输 水 平层 ． 图3 的 底部结 构还多一个二次破碎水平层或 耙运水平屡 ． 巷道有三 种 上 水平的运输巷道 ，倾斜的 漏 斗颈 ，垂直 的编 斗 如果 改为图2 所 示的 堑淘式 底部结构．则拉底层与运输 水平层的 标高一致 ，形成堑沟的巷道为拉 底乎巷 ．自 该巷遭打扇膨中深孔爆 破则形成堑 沟 圈3 有二次破碎水平层的漏斗式 底部结构 将 图1 和图3 与图2 所示 的三 种底 邦结 构 维普资讯 第1 期 黄存 绍 地下开采采矿方法 的发展趋势 进 行 比较 ．图 2 的 底 邵 结 构 具 有 r州明 吐的 优点 { a 由于底 丰 _E 中的巷 道都 是水平的． 断而形状和规格一致 ．有利于采准切割J 作 机械 化 工 作 效率 提 高 ．劳 动 条 件 好 ． 单位 矿石的采准切割 费减 少 b 拉 底采 用 中深孔 ，效率 高 ，成 本 低 ； 【 c 采准切割与回果可以使用相同的设 备 一 个矿山采用的采矿设备种类少．便于 管理 ． d 矿 的环 节 步 ．有 利 于 放 矿 ． 可 以 减少放矿作 业中的安全事故 ； e 底托高度小，矿石损 失贫化较 小。 3顶 柱 和 底 柱 合 一 ，留倾 斜 的 阶段矿 柱 ，或者用 混凝土事先 构 筑人工 的阶段 矿柱 一 般 采矿 方 法 例 如 留矿 法 和 阶段 矿 房 法 等 ， 阶段 矿柱 都 是 由顶 拄 和 底柱 两 部 分 组 成 ， 莹 Ⅱ 图4 所 示 。此 种 阶 段 矿 拄高 度大 ， 矿 量 多 ．底 拄 中有 巷道 ．矿 拄 的稳 固 性 ，受 巷道掘进和放 矿中频繁进行的二次破碎的爆 破所削弱，甚至破坏 。底柱中的巷道，既增 加 j - 回采矿柱时矿．岩混杂的机会 ．又使矿 往回采时的炮 L 很难合理布置．致使矿柱 回 采的矿石损失和贫化增加 ．如 改为图5 所示 的阶 段 矿 拄 ． 则可避 免 这 些缺 点 。 图5 的阶段矿拄是将 顶．底仕合并 ，对 - -A 十 t 址 A A 麻 囤4 留矿法的阶段矿柱结构 图5 简化的倾斜的阶段矿柱 本阶段是底柱 对下一阶段 则为顶柱 ．阶段 矿 拄 中没 有巷 道 其 稳 固性 较 好 ．回采 矿柱 时，市置炮孔也方便 ，使 回采矿拄的爆 破． 能 更 好地 控 制 矿 石块 度 ，有 利于 崩落 矿 百的 放 出和 回 收 如果 矿石的价值 高．想进一步降底矿石 损 失和避 免留矿柱的缺点．则可以 采用图h 所 示的 人 工底 拄 ．在 拉底 切 割时 ，用 混凝 土 构 筑 颅 斜 的， 人 工的 阶段 矿 柱 。 囤6 混凝土构筑的倾斜的阶段矿柱 采用 混 凝土 构筑 的人 工 矿拄还 有其 他重 要的优点 例 如 ，一劳永逸地 解决 了采 空区 处理 的问题，对制止岩层移动和地 表陷落有 较好的效果 自然要配合采后充填 ；对井下 通风管理和防尘也有利 对防止突然发生的 剧烈 的地 压 活动也 有 利 。 4 采用 深孔进行拉底 和切割 使用平底式 和堑沟式的底部结构，为拉 底切期使用深孔提供 了前提 ．深 L 爆破 掘进 天 井 ， 多排同段爆 破和VCR 法用于掘进切 维普资讯 江西有 色奎属 第 6 卷 割天井及形成切割槽 ．这样深孔 崩矿和深孔 拉底切割 ．不但 可以使用同一种设 备．甚至 孔网布嚣和参数也相同．这就简化 r采矿方 法的工艺过程 ．而且可以使 拉底切割工效提 高．劳动条件得到改善．一个矿山企业使 用 凿岩设备种类的减少．给经营和管理带来 r 方便 。因此 ．在设计采矿方法 ，选择底部结 构和 拉槽方法 时 要 考虑施 工的方 便和效 率 ．例 如 中南工大在 “ 七五 期间研究 盘 区 回采振 动出矿连续采 矿方法 时 ．拉切割槽 用 的深孔 与崩矿用深 孔采 用同一 的网孔参 数．一次打完整 个采场 的深孔 ．是比较理想 的 简化 了采场 的施工 程序及生产管理 ．效 率高 ．成本低。 5 将采 准巷道布 置在稳 固而完 整的矿岩 中，一奈巷道先后 重 复使用多次，具有多种功能 图 7 所 示 的 采 准 布置 体现 了这 一 原 则 。 图7 中的1 是上分段的运输平巷 ．本分段的回 采 荫矿的凿岩 巷道 自1 中打 向下的扇形深 孔 它位于完整的矿体中．稳固性很好． 不用支护 。平巷 1 的掘进都是附产矿石．没 有贫化 。图7 中的2 为联络 横巷 ．是 出矿巷 道 ． 又 是 回采 矿 柱4 的 凿岩 巷道 。 图7 中的 3 是沿走向布置在 底柱中的平巷．既有探矿作 用，又是拉底巷道 ．又是受矿和出矿巷道 ． 有多种作用 图7 采准巷道的布置 按 图 7 h “ 式 布 置 采 准巷 道 ．既 减 少 了采 准切割 工作量 ．又便于巷道的维护 ．降低巷 道 的维 护 费 。在阶 段 中除 了切 割 槽 之外 ，部 是一种规格和形状的水平巷道 ．对巷道掘进 也有利。采用无轨 自行设备开采的矿山，工 作人员 可以崩车辆直接送到工 怍面，减少工 作人 员上，下班的体 力消耗 ．对提 高劳动效 率有利 此种形式的分段空场法 ．其采准切 剖和 回采崩矿都是采用深孔 ．很 有特色．值 得重 视 6 增 走放矿 或 出矿 巷道 断面 和合格矿 石块度 的尺 寸 在放矿过程中发生卡堵和悬拱．使放矿 中断．要进行二次破碎 ．既降低 了放矿的劳 动生产率和采 区 采场 生产能力 ．又破坏放 矿巷道和设备 ．恶化放矿作业条件．往往因 此 而 引起 事 故 井下安全事故发生率有4 0 ％ 以 上与放 矿作业 有关 而增加崩 矿的单位 炸药消耗和改进凿岩爆破的参 数与工艺．埘 降底不合格大块的产出率是有一定的限度 。 要完全消除深孔崩矿的不合格大块 ．在 目前 是 很 难 实现 的 但 是 ．增 加放 矿 出矿 巷道 的断面和合格块度 的尺寸 ．可以显著减少不 合格大块的产出率 。不言而喻．不合格大块 产 出率 的降低 ．对放矿 和维护 底往中的巷 道．都是有利的 。 在 目前对坚硬矿岩的连续开采．为 了解 决不合格大块所引起的问题 ．世界各国都在 研 究 ．除 了继 续完 善深孔爆破 崩矿 如VC R、束 状 炮孔 多排 同段．合理 微差和挤压 爆破等 之 外 ．为 了实现采场连续 出矿 与运 输．据我们所知．有两种不同的途径正在进 行研 究 a 研 究 采场 用 移动式 破 碎机 。加拿 大、美国和瑞典正在进行这方面的研究．出 矿巷道放出的矿石进行筛分 ．不合格大块进 移动式破碎机 ．破碎之后与筛 下的合格的矿 石上皮带运输机运走 维普资讯 第1 期 黄存绍 地下开采采矿方法的发展 趋势 ．3 7 此种方式，底柱中的巷道断面大 设备 的安装拆迁工程量大 ，装备费用大。我们认 为．不够理想 。它 的优点是 皮带运输机的 装 机 功 率 小 ．运距 较 长 ，皮 带运 输 机 运 矿的 噪音 较 小 b ． 采 用大型出矿设备 ，将不合格大块 移到采场之外 ，集中进行破碎 。 中南工大在” 七五 期 间所完成的国家项 目中就研制成功了这样的连续出矿 、运输和 筛分的出矿 系统 本法 的实 质是 在 大断 面出矿巷 道中采 用台板宽度2 0 0 O mm以上 的J Z C组台式振 动 出 矿 机 ．直 接 向YZ Y分 节 振 动运 输 机供 矿，在溜井 口上安设YZ S 原矿振动条筛 ，控 制 进 入 溜井的矿石块度 5 0 mm 。筛 上 的 矿石 ．除 了利用YZ Y运 输机 向Y Z S 条 筛 给矿时的 自然落差进行 自动破碎之外 ，YZ S 型条筛上的大块 自动落人溜井旁边的二次破 碎硐室 中，进行集中破碎 。由上述三种振动 设 备组 成的Z CYS 机组 ．其生产能力．经中 国有色金属工业总公司设备检测中心检测 ． 达 到 8 2 8 t ／ h ，运距为4 5 m时的出矿成本为0 4 元 ／ t 。 我 国 自行 研制 成 功的 Z C YS 机组 ，与 美、加、瑞典的 比较有 明显 的优点 a 设 备 的 结 构 简单 紧凑 ．外 形 尺 寸 小 ，造 价低，维 修工作量少 ； b 对矿石 的 块 度适应性 强 ，大小 块矿 石都可 以运 送 ； c 连 续 系统 的环节 少 ．可靠 性大 ； d 安装 拆迁 方便 ，工 作量小 ； e 作业 条件 好 ； f 底柱中的巷道断面很小，一般 用机车运输的 矿 山都 可以推广使用 ； g 生产能力大 出 矿 成 本 低 h 在 崩落法中应用．可以显著 地降低矿石损失和贫化 ZCYS机组 不足 之 处是 ； a 装 机 功率较 大，运距较 短 ； b 对轨 道 铺 设 质量要求较高 ； e 噪音稍大，达到1 0 3 分 贝 j d 个别特 大的大块要在振 动出矿 机上进行二次破碎 ．对二次破碎的操作要求 较 严 格 。 7 采用振 动放 矿 采 用振 动放矿 ，可以 改善矿石 的流动 性 ．已为实践 和研究 所证 实 由重 力放 矿 包括木漏斗、电耙 和铲运机出矿 改为振动 放矿 ．改善 了放矿作业条件 ．提高放矿效率 和采区生产能力，降低二次破 碎炸药消耗和 采切工作量及采矿成本，在复盖岩石下放矿 时 ．对降低矿石 的损失 和贫 化有重要 的作 用。因此采场使用振动放矿 ，是改善采矿方 法技术经济指标的一项重要技 术措施．应大 力推广侥用。 对需要大幅度提高矿井生产能 力．需要强 化开采的矿山，建议采用中南工大研制成功 的Z CYS 机组，其技术特性如表 l 。 表I Z CYS 机组技术特性 维普资讯 江西有 色金属 8 走组合 化 的道路 组合化是指在一 个采场使用两种以上的 采矿方法 ．合并为一 种新的采矿方法 。其 目 的 是保 留各种采 矿方法 的优点 ．克服其 缺 点 ，使新的采矿方 法方案 有较 f 的 采投 术经 济指 标 属 于 此种 采 矿方 法 的例 了有 a 无 戚 柱 分段 崩落 法 和有 底柱 分 段 崩 落法合并。它 利用 J ’ 无底柱分段 崩落法机械 化程度高、采场结 丰 句 简 单的优点．避免 了矿 百损失和贫化大 每次崩矿量不多 ．上．下 分段进蹄要错开布置、独头巷道通风困难等 缺点 对有嚆柱舒段 崩落击或阶段崩落法来 说 、它 倮 留 J 一 处 放 矿量 大 的 优点 ． 克服 了 需要很大补偿硐室的缺点 合 并 之 后的新的 采矿方 法方案 的实质 足 在一 个 阶段 中．最 下一 个 分段 用有 底 柱 分段崩落法．其上各分段按 无底柱考虑．但 上 F 分 段 的凿 岩巷 道 不 要 错开 ．位于 同一 垂直副而上 选择适宜位置开劈切割槽．贯 通各分段 ．上部各分段崩落矿石．碎张部分 通过切割礴放 出．其余暂存原地 ．整个阶段 各分段都崩落之后．再进行放矿 。因此．台 片之后的新的采矿方法方案 兼有两种采矿 方 法的 优点 ．而其敏点 刚避 免 了 或削弱 ， 此 种方 案．对我国目前深孔凿岩设备不 足 指 S i mb a 一 2 6 1之 类 的 ．而 中 深 孔 凿 岩 设备的应用已捐当成熟的今天来说 ．是裉有 现 实意 义的 b ． 分段 留矿、工作而剔除废 石的留矿 法 。此法解决 普通 留矿法积压矿 石和贫化 率大的缺点 又利用别出的废石进行充填 ， 解决了采空区的处理和支护 的问题。它有留 矿法 空场法和充填法三者的特 色．又避 免 l『充填法成本高、空场法和留矿法要充填 处 理 窄 区的缺 点 c 房 柱 法和壁式崩落法相结合 。此法 第 卷 开采中厚 以 F的平坦 和缓倾斜矿体很有效。 它利用离柱法的方式维护回采工作而 ．减少 维护费利用壁式崩落法 自边 界后退回采矿 柱 ．处理 采 区 ．减 少 矿 石损 失 和采 空 区的 处卵 旋 。 ．土I l j 洛林铁矿曾应用此种方法．获得了 { } { J 的 效 果 采 矿 工 人 的 劳 动 生 产 率 为 1 0 9 O 8 t ／ 工 一 班 ．全 员 劳动 效率 为 2 7 ， 1 O r ／ 人 一 班 。 d ． 宅 场法与崩落法相结合。在回采工 作而的小范围 内．利用l 晦时矿柱支撑顶 、底 板．隔绝上部已采区崩落 的岩石 ．因此．有 卒场法的特征．随后脱落临时矿柱 ．具有崩 落 法特点 。此法 在赞 比亚的Mu f u l i r a 铜矿 应 用 得 很 成功 图8 。从图8 可 知 分段 高 度h 的选择必须考虑矿体的稳固性．即临时矿拄 所 能 暴露的长度L 和矿石的放矿静止 角 ． 三者有如下的关系 tg O 图8 Mu f u l i r a l 矿的采矿方法 分段 上部所留的临时矿柱．随羞回采工 作 斫的推进逐段崩落．或 者随着暴露 面积扩 大而 自行崩落。 自行崩落条件 ．必须通过试 r豫确定．避免形成较大的采空区．防止出现 突然大赶 崩落的灾害 。因此采用 自行崩落方 法时 ．必须对矿体的抗压 抗剪强度进行测 定．同时考率崩矿时的爆破对矿体强度的降 维普资讯 算l 期 黄存 绍 地下开采采矿 方法的发展趋 势 3 低 ．以及一 部崩落岩石作用在临时矿柱 上的 负 荷 ．进 行准 确 的讣 算 ．慎 重对 待 。 9采用加 固技 术 ．提 高矿岩 的 稳 固-I生 在矿岩不稳固的条件下．过去只有使用 分层崩落法和壁式崩落法等 为 了提高采区 生产能力 降低采矿成本．保证作业安全 ． 降低矿石损失和贫化 在地下开采中应用了 下列 加固 技 术 a 注浆 皎结 ； b 锚扦加固 C 长锚 索 加 固 ； d 几种加 固技 术 的联 合 使用 ； e 横撑支护 f 块石砌体支护 这是改变客观条件适应主观要求．特别 是前四种加固技术．是近年来支护技术发展 的结 果 应用上列加固技术．提高 了矿岩稳 固性 ．可以使 用空场法、留矿法 和其他一些 回采 工艺简单。效率高、成率低 的采矿方法 与 回采 工艺于矿岩 不稳固或 不够稳 固的矿 体 。 在此 应指出的是 ．冻结 技术也应用于回 采，例如顶扳不稳固含水．或有流砂层的中 缓倾斜 矿体 使用壁式崩落法 回采．工作 而的维护是相当困难的 在此种情况下 ，在 回采之前 ．进行人工冻结 ．使顶板有一定的 稳固性 能维持一定的暴露 而积。则回采工 裒2 苏联卡乌拉一 科特谢瓦阿拉矿 两种采矿方法的指标 指怀名称 人工冻结丹 段崩 落法 房址法 冻结 作而维护问题就迎 刃而解。回采工作而推进 之岳．空区的顶板垮止冻结 ．顶板岩屡则会 自行崩落 回采工艺大大地简化．效率 自然 提 高．成本也随之降低 表2 。 1 0 扩 大矿块构 成要 素 ， 实行 强 化 开 采 ● 由于深孔凿岩拄术的改进．出 设备的 有效运距增加 ．导致矿块构成要 素有扩大的 趋势，例如机械化水力充填法的阶段 高度、 分段高度 分层高度 溜矿井间距 采区长 度．都成倍地增加 ．甚至 出现了一个矿体就 是 一 个矿 块 的情 况 。 矿 块 的构 成要 素扩大 ．矿块 中储 量增 加 ．必 然 要 实行 强 化开 采 ．提 高矿块 生 产能 力才能满足矿山年产量的要求 关于强化开 采问题 ．另行论述 地下开采技术的发展 ．特别是地压理论 研究的不断深入．放矿技 术的发展．阶段 自 然崩落法的应 用获得成功 的实例愈来愈多． 例如美国的S a n Ma n u e ] 铜矿和He n d e r s o n 钼 矿 ．就 是 很有 名的 例 子 阶段 自然 崩 落法 的成功运 用．会使地下开采 矿山出现连续的 流水作业线 。加上放矿拄术 的不断完善．就 有可能形成 自控遥控连续开采的地下矿井 。 其经济效果可与露天开采竞争，这是 目前机 械开采法 所能达到的晟 高水平。 He n d e r s o n 钼 矿 使 用 盘 区 崩 落 法 开 采 。辉 钼 矿平均品位为0 ． 4 Z ．fl产量为3 万t ．1 9 8 1 年市场 不景气 时 ．下 降为2 ． 7 万 t ， d 全 矿在藉总 人数为1 7 0 0 人．其 中采矿 8 0 0 人，运输 1 0 0 人．维修2 5 0 人．选 矿厂2 0 0 人 。其 他 为 3 5 [ 1 人 比我国德烬露天铜 矿的 劳动效率还要高 维普资讯