多空区矿体斜面蹬碴落矿采矿方法试验研究.pdf

Se r i e s No． 361 J u l y 2 0 0 6 金 离 山 METAL MI NE 总 第3 6 1 期 2 0 0 6 年 第 7期 采 矿 工 程 多空区矿体斜面蹬碴落矿 采矿方法试验研 究 任凤玉 韩智通 蒋运章 崔永胜 1 ．东北 大学 ； 2 ．团城铁矿 摘要团城铁矿 5 0 m中段被民采空区破坏成多空区矿体， 在无底柱分段崩落法采区， 存在于分段之间的 采空区使中深孔无法崩落其上矿体， 使矿石回采率过低， 为此 ， 提出了斜面蹬碴落矿的回采方法。这一方法在团城 铁矿 6 0 m分段 4 采场进行试验， 取得 良好的技术经济效果。试验研究表明， 斜面蹬碴落矿采矿方法用于开采多空 区矿体 ， 具有适应性较强 、 安全条件较好 的优点 ， 是一种经济实用 的新型采矿方法 。 关键词地 下开采 多空 区矿体斜 面蹬碴 落矿散 体力学 Te s t o n Bl a s t e d Or e ． Fo r me d I nc l i n e d Pl a t f or m M e t ho d f o r M i ni ng o f De p os i t、 v i t h M ul t i - M i ne d- out Ar e as R e n F e n g y u Ha n Z h i t o n g J i a n g Yu n z h a n g C u i Yo n g s h e n g 1 ．N o r t h e a s t e r n U n i v e r s i t y ； 2 ．T u a n c h e n g I r o n Mi n e Abs t r a c t The 50m mi d dl e l e v e l i n Tu a n c he ng I r o n Mi n e i s de s t r o y e d i n t o o ne wi t h mu l t i mi n e d o u t a r e a s b y a r b i t r a r y c i v i l mi n i n g a c t i v i t i e s ．I n t he pi l l a r l e s s s ub l e v e l c a v i ng mi ni ng a r e a，i t wa s un a b l e t O c a v e t he a b ov e o r e b o dy b y me d i a m a n d l o n g h o l e b l a s t i n g d u e t O t h e mi n e d o u t a r e a e x i s t i n g b e t w e e n s u b l e v e l s ，l e a d i n g t O t o o l o w a n o r e e x t r a c t i o n r a t e ． T h e r e f o r e，b l ast e d o r e f o r me d i n c l i n e d p l a t f o rm c a v i n g me t h o d w a s p r o p o s e d，w h i c h a c h i e v e d g o o d t e c h n i c a l a n d e c o n o mi c r e s u I t s wh e n t e s t e d i n t h e No ． 4 s t o p a t 6 0m s u b l e v e l i n Tua n c h e ng I r o n Mi ne ．Th e t e s t r e s u l t s i n di c a t e t h a t t h i s me t ho d h as t h e a d v a n t a g e s o f s t r o n g a d a p t a b i l i t y a n d g o o d s a f e t y c o n d i t i o n s w h e n u s e d i n mi n i n g d e p o s i t s wi t h mu l t i mi n e d a r e a s， a n d i s a n e c o n o mi c a n d p r a c t i c a l n e w mi n i n g me t h o d ． Ke y wo r d s U n d e r g r o u n d mi n i n g ，De p o s i t wi t h mu l t i mi n e d a r e a s ，B l a s t e d o r e f o r me d i n c l i n e d p l a t f o rm c a v i n g，B u l k me e h a ni 团城铁矿为接触交代矽卡岩型磁铁矿床， 矿体 形态复杂 ， 呈透镜状与似层状多分层产出， 分层厚度 一 般 1 0～2 0 IT I ， 倾角 3 0 。 ～8 0 。 ， 矿体不稳 固到中等 稳 固； 上 、 下盘围岩分别为闪长岩与石灰岩 ， 中等稳 固 局部出露的矽卡岩疏松质软 ， 稳定性较差。 矿区地表标高 2 8 9 m左右 ， 浅层 矿体与 4线 以西矿体由地方开采 ， 矿山从 1 7 0 IT I 水平开始 ， 应 用无底柱分段崩落开采 ， 按 1 0 IT 1 分段高度 ， 从上 往 下逐分段 回采 4线 以东矿体 。当回采工作进入 5 0 1 1 1 中段时 ， 整条矿体被民采空区破坏 ， 其 中 7线 以东 民采空区滞后 冒落形成多空 区矿体。在多空区矿体 开采中， 6 0 IT 1 分段 4 采场 已经按 1 0 IT I 进路间距 掘 成的 4条回采进路 图 1 ， 凿岩时发现 ， 在分段之 间 标 高 6 5 I T I 左右 ， 有小矿点工程 大面积出露。分 段 中间出现采空 区的情况 ， 在附近的西石门铁矿 曾 多次遇见过 ， 此时因中深孔无法崩落采空区的上部 ．1 2 矿体 ， 从而不能形成无底柱分段崩落法的覆岩条件 ， 最终导致矿石 回采率极低。我国对多空区矿体开采 技术研究较多 j ， 但对于分段 内部含空 区矿体的 开采技术难题 ， 一直未得到很好解决。为此 ， 急需寻 求新的采矿方法 ， 以便合理 回收此类被空区破坏 的 矿 量 。 1 斜面蹬碴落矿工艺 调查发现 ， 在团城铁矿 中等稳固的矿岩 内， 跨度 几乎等于矿体宽度的采 空区， 形成后需要经过 3个 月以上的时间才发生 冒落， 而且滞后 冒落 的时间随 空区跨度的减小而增长。因此 ， 如果形成顶板稳定 所需 的受力条件 ， 且使采空 区 或空场 的跨度足够 小， 完全可 以控制在数 日内采空区 或空场 顶板不 任风 玉 1 9 5 6一 ， 男， 东北 大学 资源 与土木 工程学 院 ， 教授 ， 博 士生 导 师， 1 1 0 0 0 4辽宁省沈 阳市东北大学 2 6 5信箱。 维普资讯 任凤玉等 多空区矿体斜面蹬碴落矿采矿方法试验研 究 2 0 0 6年第7期 发生冒落 、 形成人员 可以在其 内安 全作业 的条件。 根据这一分析， 科研组提出图 2所示 的斜 面蹬碴落 矿回采工艺 ， 即从进路端部开始 ， 从下向上沿斜面推 进回采工作面 ， 利用散体堆的坡面作为工作台， 完成 浅孔凿岩 、 装药爆破与矿石溜放等项作业。 ． _ 麓 仁 二 二 二二 图 l 6 o m 分段 4 采场进路布置形式与 回采矿体边 界条件 ■■ ■ ■■■ 一 ■ 习 ／ 000 一_lll一7 图 2方法的力学原理是 ， 采用斜面退采方式 ， 减 小空场顶板的有效暴露面积 ， 同时 ， 利用工作面前方 的散体堆提供侧向压力 ， 阻止顶板矿石的变形 ， 并对 顶板矿石的倾倒趋势形成支撑力量 ， 以此形成采空 场的稳定结构。 应用这一方法时 ， 需要先将上部散体引入回采 水平 ， 再按选定的抵抗线靠近散体坡面打倾斜炮孔。 崩落的矿石形成新的散体坡面， 从底部放出一部分 ， 形成适宜出入的通 口和适宜 凿岩的坡面后 ， 再蹬碴 打第二段炮孔 。当空间高度不足时 ， 可用套钎技术 钻凿岩 ， 即先用短钎杆开口， 再用长钎杆打到设计深 度。第二段炮孔爆破出矿后 ， 打第三段炮孔 ， 依次类 推。最后一段炮孔 ， 采用套钎技术打到足够深度， 使 顶盖一次崩落。 每段炮孔 的角度 ， 既要考虑顶板有效暴露面积 的大小 ， 又要考虑施工条件方便 。蹬碴打孔时， 炮孔 倾角最小值不小于散体 的坡面角 ， 最大值不超过 下 式计算值 ／3 a r e s in 詈 s in ， 式 中， 为蹬碴打孔时的炮孔最大倾角 ； 为散体坡 面角 约等于 自然安息角 ； W为炮孔抵抗线 ； 为气 腿凿岩机与钎杆的最小长度。 团城铁矿 一4 5 。 ， W1 ． 2 m， L2 m， 计算得 一7 0 。 。 在分段高 l 0 m、 三段崩透 的方案中， 为方 便施工， 设计第一段炮孔 的倾角略大于散体坡面角 ， 最后一段炮孔接 近 7 0 。 ， 中间段炮 孔的倾 角介于两 者之间 图 3 。下部 2排炮孔 回采时 为空场下 出 矿， 为防止相邻进路采空区的废石流入空场， 在两条 进路之间， 留下 1 ． 0～ 1 ． 5 m的间柱 ； 最上一段炮孔 回采时为覆岩下出矿， 为形成完整的覆岩条件 ， 爆破 到边界位置 。为便于 出矿 ， 每条进路采用 曲线工作 面退采 ， 形成半 漏斗状散体坡面 图 4 。崩落矿石 沿散体坡面流入端部 口， 从端部 口装车运走。 图 3 团城铁矿斜面蹬碴落矿 采矿 法炮 孔倾 角设 计 图 4工作 面退 采方式 2斜面蹬碴落矿采矿法的试验结果 利用 图 2回采工艺在图 1中的 2～4号进路进 行回采试验 ， 回采过程如图 5所 示。拉底到设计宽 度后 ， 先在端部 打 4排倾 角 5 0 。 的上 向炮孑 L ， 排距 抵抗线 1 ． 2 m， 炮孔 间距 0 ． 8 m。每次爆破一排 ， 前排崩落的矿石放出后 ， 再爆破下一排炮孔。当第 四排炮孔回采结束后 ， 发现民采空区仍未敞空 ， 于是 继续拉底与打上向炮孔 ， 每次打 3排 ， 依然一排一排 地爆破 回采。在第 7排炮孑 L 回采结束时， 露 出民采 ． 1 3 ． 维普资讯 总第 3 6 1 期 金 属 矿 山 2 0 0 6年第 7期 空区顶板 ， 蹬碴打一排第二段炮孔。爆破 出矿后 ， 端 部眉线被废石散体堵塞 ， 此时爆破第一段第 8排炮 孔 ， 回采后露 出空间 ， 蹬碴打第二段第 2排炮孔。依 次类推 。从第一段到第 二段 每次回采一排炮孔 ， 循 环进行。在回采工作线越过 民采空 区边界后， 为凿 岩方便 ， 由两段 回采改为三段 回采 。最后 ， 第一排炮 孔倾角放缓 ， 并崩落部分岩石 ， 为第二段边部炮孔施 工创造条件。第三段最后 2排炮孔 同时爆破 ， 出矿 后结束回采。 一一一 A 第 段凿岩第 l ～4 排炮孔 B 依次同采每排炮孔， C 第一段 凿岩第5 7 排炮孔 第4 排炮孔 采后 一 一 一 D 第一段 第7 排炮孔 同采后 E 第二段 第l 排炮孔 网采后 F 第一段第8 排炮孔同采后 第 i段钻凿 第l 排炮孔 第一段 钻凿第8 ～1 0 排炮孔 第二段钻凿第2 排炮孔 G 越过空 区边 界后改为3 段同采 H 第一段的最后 1 排炮孔倾 角变小 I 最终第 段的最后 2 排炮孔 同时爆 破 图 5斜面蹬碴落矿法回采过程示意 回采作业 工序包括 撬 顶 、 凿岩 、 装药爆破 、 通 风 、 出矿。使用 Y T 2 7气腿式凿岩机， 套钎钻凿 西4 0 mm的炮孔 ， 钎杆长度系列为 0 ． 5 m、 1 ． 0 m、 1 ． 5 m、 1 ． 8 I n 、 2 ． 0 m、 2 ． 5 m与3 ． 0 m。装入 2 岩石炸药， 采 用非电导爆管起爆 。人工将 崩落 的矿 石装入手推 车 ， 推至联巷溜井 。 2～4号进路二次圈定 的地质储 量为 1 6 8 2 6 t ， 矿石品位 4 8 ． 2 0 ％。一个采矿 班作业 ， 共 回采 了 1 年零7个月计 5 6 0 d ， 采出矿石量 3 7 9 3 7 t ， 采出矿石 品位 3 5 ． 4 6 ％ ， 矿石 回采率 1 6 5 ． 8 8 ％， 矿 石贫化 率 2 6 ． 4 3 ％ 。回采率超过 1 0 0 ％的原 因是 大量地 回收 了上部 冒落残矿 ， 由于冒落残矿 中混入 了不少岩石 据 目测混入量约为 2 5 ％左右 ， 从而增大 了矿石贫 化率。就崩落矿石而言， 据统计 ， 空场 出矿时 ， 矿石 损失率与贫化率约 5 ％ ； 进入覆岩下放矿后 ， 矿石贫 化率显著增大 ， 统计到出矿量等于崩矿量时 ， 矿石损 失率与贫化率的平均值为 1 2 ％左右 。 由出矿量与回采总 时间计算 ， 4 采场 2～4号 进路应用斜 面蹬碴 落矿方法开采 的效率为 6 7 ． 7 4 t ／ d ， 7 ． 5 2 t ／ 工班。采矿作业成本 3 6 ． 6 6 t 。由于 该采场位于 5 0 m 中段最后一个分段 ， 溜井有效利用 高度只有 6 m左右 ， 储矿能力小 ， 出矿工作受中段运 输影响较大 ， 因此 出矿效率较低 。在不受溜井放矿 影响的部 位 ， 预计该 种采 矿方 法 的开采 效率 可达 1 0 0 t ／ d左 右 。 由于生产安全条件好 、 对矿体适 应性强和矿石 回采率较高等原因， 斜 面蹬碴落矿采矿方法深受 团 城铁矿生产工人与管理人员喜爱 ， 目前 已经在 6 0 m 分段以下推广使用。理论分析与生产实践表明 ， 这 一 新型采矿方法具有顶板暴露 面积小 、 对 随机 出露 空 区适应性强等优点 ， 是一种开采中等稳 固以上多 空区矿体的有效方法。 下转第 6 8页 维普资讯 总第 3 6 1期 金 畿 砖 山 2 0 0 6年 第7期 员可非常快捷地查询和分析故障原因。 3 ． 5通讯 本励磁装 置对外 可提供 R S 4 8 5 ／ 2 3 2标 准通讯 端 口， 通讯协议可选用 R O F I B U SD P或 Mo d b u s 两 种方式。若与上位机联机 ， 可实现上位机对现场励 磁装置的集中监控 。 我单 位配 套 的励 磁装 置 采 用 的通 讯 协 议 为 M o d b u s 。该 励 磁 装 置 的 核 心 控 制 选 用 7 2 0 0 2 2 6 P L C， 该 P L C带 2个通讯 口， P O R T 1通讯 口用 于 触摸屏通讯数据 ， P O R T O用于对外 R S 4 8 5通讯。 3 ． 6 人 机界 面 本励磁装置选用 P r of a c e G P 3 7 W2工业级触 摸屏作为一种新型的人机界 面， 通过触摸屏可 以对 - 一一一一一一-一 一-**一*一*一一”一一 上接第 1 4页 3结论 1 在多空区矿体开采 中， 对 于分段 中间含采 空区矿体的开采问题一直没有得到很好解决 ； 本文 提出的斜面蹬碴落矿采矿方法 ， 在团城铁矿 6 0 m分 段 4号采场试验成功 ， 为解决分段之间含空区矿体 的开采难题提供 了新途径。 2 团城铁矿应用斜面蹬碴 落矿技术 ， 以斜面 退采方式 ， 减小空场顶板的有效暴露面积 ； 利用散体 的支撑作用 ， 形成空场稳定结构 ， 由此较好地适应 了 团城铁矿多空 区矿 体的回采条件 ， 取得 了 良好 的技 术经济效果 ， 目前 已作为主体采矿方法之一用于生 产中。 3 试验研究表 明， 斜面蹬碴落矿采矿方法具 有顶板暴露面积小 、 落矿方式灵活 、 对随机出露空区 适应性强 、 生产安全条件好和矿石 回采率较高等优 点 ， 是一种较好的适用 于中等稳 固以上多空 区矿体 条件的实用采矿方法 。 上接第 4 3页 所以， 随着开采深度 的增加 ， 磁性矿增多 ， 对选别有 利 ， 但结晶粒度更细表明矿石需要细磨。 5结论 1 东鞍山难选矿矿物组成较为复杂， 这为选 矿作业带来 了一定的难度 ， 造成选矿技术指标不高 。 针对铁矿物组成 复杂研究高效反浮选抑制剂 ， 针对 脉石矿物组成复杂研究高效捕收剂是实现东鞍山难 选矿石选矿技术指标改进 的重要途径之一。 2 东鞍山难选矿镶嵌 关系复杂， 使 得其解离 ．68 ． 励磁装置的运行参数 、 工作方式 、 故障事件和累计工 作时间进行监视或调节 ，具有功能强大 、 性能稳定 、 简单易用 、 全中文显示等优点。 4应用 K G L F一2 C型全数字 同步电动机励 磁装置 已在 我单位 的炼铁厂 、 动力厂推广应用数十台套 ， 负载类 型在 炼铁 厂 为烧 结 主 抽 风机 ， 电机 功 率 为 4 1 0 0 k W； 在动力厂为空压机 ， 电机功率为 5 5 0 k W。现该 励磁装置无故障运行已超过 3年时间。实际应用表 明， K G L F一 2 C型全数字 同步 电动机励 磁装置软硬 件设计合理 、 运行可靠 、 操作维护简便 ， 是同步电动 机励磁装置理想的换代产品。 收稿 日期2 0 0 6 - 0 5 -08 一 一一一一一一一一 4 我 国许多地下开采的金属矿山不同程度地 遭到民采空 区的破坏 ， 民采空 区的无序出露 经常造 成分段矿量被民采空区隔断现象 ， 此时斜面蹬碴 落 矿技术不失为有效的回采技术 。 5 有关 回采工作面形状与矿石稳 固性关系等 问题 ， 有待进一步研究 。 参考文献 [ 1 ] 王焱明 ， 任风玉 ．群 采破坏矿 山露天 转井 下衔接 问题研 究与 实践[ J ] ．采矿技术 ， 2 0 0 3 3 1 - 3 ． [ 2 ] 赵兴明 ．多空 区条件 下降低矿石贫化损失 的措施 [ J ] ．中国有 色冶金 ， 2 0 0 4， 3 3 4 5 3 - 5 4 ． [ 3] 周 宗红 ， 任风 玉， 袁国强 ．桃 冲铁矿采空 区处 理方法研究 [ J ] ． 中国矿业 ， 2 0 0 5， 1 4 2 1 5 1 6 ． [ 4 ] 李 清望 ， 任凤玉 ， 侯 建光 ， 等 ．西石 门铁 矿南 区采空 区的 冒落 规律分析 [ J ] ．中国矿业 ， 2 0 0 1 ， 1 0 3 4 2 _ 4 4 ． [ 5 ] 周宗红 ， 任凤玉 ， 袁 国强 ， 等 ．诱 导 冒落技术 在空 区处理 中的 应用 [ J ] ．金属 矿山， 2 0 0 5 1 2 7 3 7 4 ． 收 稿 日期2 0 0 6 -05 -06 困难 ， 必然造成选矿技术指标不高 。 3 东鞍山难选矿结 晶粒度偏细 ， 说 明要提高 其选矿技术指标 ， 必须要强化磨矿作业 ， 在细磨上下 功夫。但是 ， 要防止矿物过磨。同时 ， 东鞍山难选矿 铁矿物比石英细的实际告诉我们 ， 要强化预先抛尾 和采用水力旋流器进行磨矿分级工作。 4 从总体上看 ， 东鞍山铁矿石 由上到下 ， 矿物 结晶粒度变细 ， 强化磨矿分级作业对于改善东鞍山 铁矿石选矿技术指标显得越来越重要 。 收稿 日期2 0 0 6 一 D 4 - 2 3 维普资讯