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后谷石灰石矿地下采矿方法研究与试验 南方冶金学院黄 文钿卢平饶 运章 后谷石灰石矿林 鸿水李 成摸刘尔春 提要本文介绍了看答石 灰石 矿开采条件．采矿方法模糊选择，分段首岩阶段矿房法试验方寨的矿块 结构 、 来 掘 工艺靶 回采 赦帑． 石灰 石价 廉物丰，通常不 选 矿 就 可 利 用 ，国 内矿 【 [ 】 向来几乎都用露采，国外也不 例外 然而 ，随着对其需 求量 和开采深度 的 增大，不 步矿山将逐步转入地采 。由于石灰 石地采势在 必行 ，因此 ，高 效率 、低成本 、 低贫 化的石灰石矿地下采矿法的研究 己 日为 紧迫 。后谷石 灰石矿 南矿段 是南 平水泥广生 产优 质水混 的原料 基地 ，近 几年 了露采 转 地采 的需 要，对 其地下 采矿 方法进行 了研 究 与试验，现介绍如下 。 一 矿体开采地质 条件 I ] 后谷南矿段 主要 由 I， I两矿体组成 I矿体船 山组灰岩，厚至 巨厚。 I矿体硒霞 组二段灰岩 ，中厚至厚 两矿体棘落洞和断 层破碎带附近的灰岩较破碎外，均较稳固。 据 统计 ，2 0 3 ，1 5 2 中段老窿空 区暴露面积达 1 0 0 0 米 ‘ ，最 大为 1 5 0 0 米 ‘ ， 暴露时间多 在l ～ 2 年 以上 。矿石坚 固性系数f 6 ～1 3 ． 5 。 I 矿体上盘为栖霞一段灰岩，下盘由浅 变质岩 和云母片岩 或变 质石 英砂岩 。 I矿体 上盘为栖霞三段灰岩 ，下盘为栖 霞 一 段 灰 岩 。这 些围岩 除局部地段的混质 灰岩 和断层 破碎带等较弱 外，绝大部分 皆 较 坚 硬 、致 密 ，稳固。围岩 f 5 ～ 1 2 。 两矿 体上部地 表是 由松前状 粘土 、亚 钻 士，砂土、砾石和碎块废石等组成的第四系 地 层，其 分布范围 广，厚 度0 ． 5 ～2 0 米 ，最 厚 达5 0 余 米。 I 矿体惯角4 0 7 0 ‘ ． C a O品位5 3 ． 8 7 ． I矿体倾 角3 0 5 5 ‘ ，C a O品位 5 1 ． 9 5 。此 品位与福建建材总公司规 定 的C a 0 达 标值 4 8 相 差不大 。 两矿 体的1 5 0 米标高 以上岩 洛 较发育 ， 有 较多 的溶洞 、溶 裂 ，岩 溶率较高 1 5 0 米 以下 情扰较好，岩 溶率 明显 降低 。 二采矿方 法模糊选 择 出了 传统的采矿方法 选择法不 利于 数据 量化和处理 汁算机化，所 以本研究课题采用 了如下的模糊 线性加 睫变 挠法 2 进 行 优 化 选 择 。 一 采 矿 方 法方 案 匝其 主 要 指 标 X ． 从该矿地质和技术条件出发，经技术分析， 初步选出技术上可行的采矿方法方案无底 桂分段崩落法 ；分段凿岩阶段矿房法。至于 其他的崩落法，空场法和充填法则 因其安全 差、贫化大，成 本商或效率低等 显而 易 见的 缺点而予 剔除 ． 根据矿山企业设计 中重 太技术方 案的选 择原理 ， ] ，列 出初 选方 案的七 个 特 征指标 表 1 。 表 中采准 切割 比和 出矿 品位 采用计 算法确定 ，即分 别从设计草 图上盈算和从原 矿 品位和贫 化率阊 接推 算 出 回采工作面 效 率 、矿 石损失 宰，贫 化率采用类 出推理法确 定，即比较类 似矿 山资料后再台理确定 ；矿 块 生产能力 和采矿直 接成 车用混台法确定 ， 即先分项指标类比 选择 ，再总 项累计 。参与 类 比的矿 山，其矿体 的赋存条 件，矿岩物理 机械性质、生产规模、开采技术水平等都与 维普资讯 采 矿 方 法 方 案 殛 其 特 征 指 标 裹 1 l 采矿方法 专 案 f 甲。无底柱分矬崩落法j 乙 。分 跫J 苜岩阶 疆矿房 珐l I 黑 失】 化J 割 能 力 x l } 面 毁 率 x 率 x ， 率 x I 比 x 1 吨／ 臼 1 电 ／ 工班 0 米 ／ 干 吨 i 3 0 3 0 l 3 1 ll l I 7 1 4 0 I 2 8 2 5 l 7 儿 采矿直接 成本x‘J 元／ 吨 I 4 3 3 7 I 出矿 品位 X r 37 49 注l出矿品位x T 乃采出矿石ca o含量．福建建 总公司现定 睡替矿 采出矿石质置必缅满足 c a o 4 8 ，否且 哇 为球矿 或不台 格 石 该 矿类似 。 确 定吝描 标的隶属 函数 x 和摸 糊关 系矩 降R 以两方 案所对 应的指标 X． 为横 坐标 ， 以X 为纵坐标 绘 如 图 l 所 示的 线性 串届函数 图 a ．生 产静 力 b ． 工作面 效率 c 损 戋率 ” l O l l Z J ＼ ＼ 1 r _ 面 i r 、 d． 贫化 率 e ． 采 切 比 f ．直 接成 衣 、 g ． 出矿 品 位 圈1 采矿方案特征 指标的隶属 函数 图 8 根 据 图 l ，查 出两 方 案 所 对 应 的不 同隶 属 函数值 表2。由表 2 得 出一个 模 糊 关 系矩阵 O ． 6 ‘ 、 0 , 8 2 采矿法方 案 的隶属函数值 衰 2 指 标f xl f xl{ x|f x．f x- x f xT 甲方案 l 0 ． o 6 l 0 ． “ 0 ． i 8 1o ． 2 3-0 6 6 0 8 8 0 ． 6 2 乙 力 案 Io ． 6 4 l0 ． 6 9}0 ． 3 8 0 ． 8 2 10 ． 7 8 0 ． 9 0 10 ． 8 2 三 把 R看作 变换 器，输八模糊 向量 A 按各指标的技术经济重要性， 对A赋值， A - 0 ． 1 4 ， 0． 0 5 ， 0． 1 O ， 0 ． 1 6 ， 0． 0 5 ， 0 ． 2 1 ．，0 ． 2 9，式中各因素漪足 归 一 化 条 件． 四 接 线性 变抉 1击 ， 求 输 出的 模 糊 向 量B B 由A与R复 台而成 ． B A oR 一 0 ． i 4 ， O ．05， ⋯ O． 60 O． 6 4、 -o ． 7 4 0 ． 6 9 J o ． i 8 o． 3 8 I o 1 o ， o ． i 6 ， 0 ． 0 5 ． o ． 2 i ， o ． 2 9 O 0 ． 2 3 0 ． 8 2 l 0 ． 6 6 0 ． 7 8 l j o ． 8 8 o ． 9 。 J l＼ 。 ． 6 2 0 ． 8 2 一 O ． 5 7 ， 0 ． 7 6 五 分析模 糊向 量B 由B的复 合数 可 知， 乙方 案对应元 素值 0 ． 7 6大于甲方 ∞ “ 札 站 昭 O 0 O 0 0 0 O I l R ～ 维普资讯 案对 应元素值 0 ． 5 7，即 乙方 案优于甲方 案 ，所 以最 终选择了分段凿岩 阶段矿房法进 行工业 试验 。这 里须 指出，在 与类 似矿山类 比 中，甲方 案矿块生 产能 力选得偏小，所 以 最 后复 合出的 乙方案对应 元素值 0 ． 7 6远 大于 方 案的 0 ． 5 7，且表 l 似有不 比 自 可 分 晓之感 。这 表 明，我们 的工作 有偏差。 尽管如此，在取 甲方 案的矿块 生产能 力和回 采 工作面效 率适当大于 乙方案的 相 应 指 标 后，复合所得的 B数中，乙方案对应元素值 仍 太于甲方案对应 元素 值。显 然，上 述 偏 差 ，并不 影响计 算 精度和正确择 优． 三试验 矿块 布置 和构 成要 素 分段 凿岩 阶段 矿房 法 的试验方案 如 图2 所 示 ． 圉 2分 段 凿 岩 阶 履 矿 房 法 l 一阶段运 输平巷 2 一横巷；3 一人行天井}4 一 电耙 道 ；5 _ ． 复 内横 巷； 6 一分段 苗宅横 巷 j 7 一分 段 联 络 平 巷8 一切铷檑及萁 无 井 9 一炮 孔；Dm 一高 嶷 兜 屡； F， 一 断 屠 一 矿块布置矿块可 垂直走 向、沿 走 向或斜交 走向布置 ，这 取决于各矿块 夹层 走 向，夹 层间矿 体厚度 、溶 洞 毛向和大小、 最大主应力方 向等因 素。当夹 层和溶 洞沿走 向穿过 、夹 层间或 夹层与上下盘围岩 间矿体 平 均厚度不 小于2 0 2 5 米 、最 、 ‘ 应力直交 走 向或 开采 矿块 毗邻F。 三 ． 』 时，矿块 一 般垂直走向布置为好，这样有利 j 一 留下夹层 作 矿挂 、减 少溶洞充填物混入 、控制采空 区 暴 露面 积 改善矿房矿 l 乇 回采时 的地压管理 及减少 矿石在底蚌 上的堆 积量 。当夹层沿走 向或垂直走 向穿插 、溶 洞 闻 小 于 2 0 2 5 米 开采矿块远离 P3 三 角断j 时，矿块 一般 沿走 向布置为 适，其 优 点 与 莳者 布 置 相 同 ． 本 次试 验矿块 选在 l 1 O 米 阶段 4 ～4 线东 衡矿段 图3，矿块垂直走『 布置． 矿块构 成要 素衙段 高4 2 米，矿 房宽 1 6 米 ，矿房长 4 5 5 0 米 第 一分段 原 属拉底分段 高1 l 米，第 三 分 段 高l O 米 。横 向临时间柱l O 米 ，永久 柱7 或9 米 } 纵 向临时或永久间柱 8 米 }麻转 9 米 。 四试验矿 块采堆切割 一 采准试验矿块 及l 有 关的南毗 邻矿块的采准工作如图3 、2 ． 。从4 线 穿 脉 横巷 旧 有 的 至4 ’ 绒，沿 D _ 夹 层 右 东 界 平掘 脉 内装 车平巷 ，并 同时从此巷 与 4 线交点处，右掘 4 线穿脒 横 巷 。从4 线 穿脉横巷右 东 端，上掘人行灭 井 至i 5 2 米 中段 。在底柱左 西 端 ，从装 车平 巷上 掘两两 电耙漓 井和 短入行 井至电耙水平．在 电耙水平，从上述两井平掘两条电耙道及其 联 络遘 。治 每条 电耙道 内侧 ，每 隔6 ～8 米平 上 掘 斗穿 颈 统称放矽 日 。在第 一 分段 的底板 水平，从各斗颈平 掘两条 堑沟 横 巷 其实耸是第 一分段凿岩横巷 ，即各 斗颈对头贯穿 。在南横 向间柱右螭，从电耙 联 络道水平，上掘与南毗邻矿块公用的回风 天井至1 5 2 米水平 。在第二 ．三 分段 水 平， 从 人行 天井 、回风 天井或 切割 天井 采准时 掘成 平掘分段 凿岩横巷 及 其 联 终 道 。在 1 5 2 米中段 ，从4 线穿脉横巷 滑D 夹 层 平 掘有 关联 络道 ，沟通 人行 天井 回风 天井和 坷割 天 ． 9 维普资讯 图3运输 水平 巷道 和矿 房 拄 布置 复合 囤 二 切 割率方 案是 垂直上向扇形 中 深孔落矿，堑淘空间受矿。从理论和实 ％ 可 知，垂直 孔爆破 作用力 主要 指 向垂直 补偿 空 阃 切割立槽 ，其次才指 向水平受矿空间 即堑淘空 间或拉底层 I中深 孔形成 堑沟 的最佳 时刻 ，是 在上部分段孔正式 起爆 前的 瞬 间，这 样既可 及时提供受矿 空间和爆 破补 助 自由面，又可 去除 堑沟空间过早 大暴 露导 致 的不 稳定 因 素 。因 此 ，传 统 的 预 拉 底 堑 工 作，并入了回采工 作，从而 中深 孔 拉堑的切割 采 则变成了第一 分 段 的 回 采，即第一分段孔与上部分段孔一次装药， 微差分段起爆，其中，第一分段孔先爆，以 超前瞬间顺便 及 时形成受矿和水平 自由补偿 空 间。 于是 切割不要专 门拉底， 只要拉槽 了． 拉槽 图2 、4时，从两 堑 沟 横 巷 东 端 ，对掘 切割艇 平 巷 即 立 槽 的 拉 底 平 巷 。从此巷中部 ，逆 倾 向分段 喇匾留割天 井至 1 5 2 米 中段 。从第二 、三分段 凿岩 横 巷 与切割天并交口处，平掘立槽凿岩短平巷 。 从 立槽 的拉 底水平始， 以切割 亚平巷 为拉底 平巷， 以切割天井的上部 为通风 人 行 安 全 口， 以圆术隔成的顺路人行道 底通北 电耙 遭 为另一安全 口，用浅 眼留矿法 上采 五个 分层 1 ． 6 米 58 米 ，形成 第一分 段 立 10 槽 。继之 ，在 浅眼留矿法工作面 的最终留矿 堆上和第三分段立槽凿 岩短平巷中 ，逐排钻 凿上 向微扇形 中深 孔 每排 三孔，最小抵抗 线 1 ． 1 ～1 ． 2 米 ，一次装药 ，微 差 分 段 起 爆 ，爆后放 出矿石 ，形成三个 分段的立槽 ， 即所 谓 “ 浅眼留矿法和 中探 孔一次装药爆破 法 联 合拉 槽 ．经计 算和实践 证 明，这样拉 槽 ，爆 破补偿空间是足够的，且其大小还可 利用 留矿堆 调节． ] 图4 浅眼 留矿和中深 孔爆破 法联合拉槽 I -- ；2 --拉底平巷j 3 一切割天井j 4 --持段 落岩平着5 一立l榴苗 平 巷；6 一斗 巍 ；7 一顺 路 行 道 i 8 一隔 木j 9 一 炮孔 ；1 0 -- 冒矿蛙 五试 验矿 块回采 一 矿房回 采回采工作 主 要 分 落 矿 、运 搬和通风作业。 在三个 分段 凿岩巷 道 中，用YGz一9 0 钻机，从立槽端向矿房另一端逐排后退式钻 凿垂直上向扇形 中深孔 。孔排距 最小抵抗 线 w1 ． 4 米，孔底距m 1 ． 1 ～ 1 ． 2 1 。 5 4 ～1 ． 6 8 米 。 全矿房 孔一次凿好 后，在周末分次装药 爆破。 每次取各分段 之 同 立面上3 ～4 排孔， 一 维普资讯 按 自外而 内 自下而 上微差分段起 爆，把工作 面爆成直 立面 。炮孔用B QF一1 0 0 装药 器 装 入 2 号岩石硝 铵炸药 。 爆下矿 石采用配 0 ． 3 米 。 耙 斗 的 2 DPJ 一 3 O 电耙运搬 至 电耙溜井， 再由振动放矿机放 入2 米 。 矿车 。遇有大块 ，则在放矿 口处、电 耙道 内或电耙溜井格筛上用敷l七药包或大锤 破 碎 ． 落矿时产生的烟尘，用安于上阶段局扇 J K5 5 1 № 4 ． 5 型 抽 出汇 入总 风 流 ，新 风由人行天井入，清洗分段凿岩巷道或采空 区后，枵风 由 切割天井顶段和1 5 2 米 中 段 局 扇排出 ． 运搬和 二次破碎 时产生 的烟尘， 由上行 总风流排出 。新风由人行短井入 ，清洗 电耗 道后 ，污风经联络道 和回风 天井 排 至 上 中 段 ，污风 也可 从 放空的放矿 口， 经矿房采空 医、切割 天井顶段排 至上 中段 。 矿柱 回采采 完本 矿房 和南邻矿 房后 ，则 立即抽 采 隔一采 一 南 横 向 同 柱 。回采时，通过矿房 分段采准系统布援间 柱分段 凿岩巷 遭，接 着 在 这 些 巷 道 内 用 YGz一9 0 钻 机穿 凿平 行于间柱 纵轴的 上 向 垂 直扇 形中探 孔 w1 ． 6 米 ，然 后 以 两 铜矿房采空区为 自由补偿空间，一次装药分 段微差爆破 ，爆下矿 石由两佣 矿 房 底 部 放 出 。至于顶柱 ，因对应的上 阶段为F。 三 角断 块，构造应力大 ，且矿量较小，而弃采 。 三 空区处理采完 间拄 或 间柱 和 阶段矿柱 后 ，把 电耙道两端和 1 l O 米 中 段 通往采 空 区的所有 通道皆用块石 混 凝 土 严 封 ，任空 区 自持 自冒． 六溶洞处理 该矿 1 5 2 米 中段 以上没 有 系 统 查 洞 资 ，为 了有效治耐，要求在开拓、生探和采 准切割 中做好查嗣工作 。如 ，应用坑 内小直 径 地质钻超前探洞 ，加强溶 洞 的 观 测 圈 定 、研究工作 ，弄清溶洞所在部位 、容积、 发育形态 洞壁 稳固性、充填 物成分及 其性 质、洞际关系等，以利处理。 4J 。 图 5 溶 洞 治理 方 法 i ． 利 用溶滴b ． 穿透溶 ． 同c ． 避开溶洞d ． 采通溶润 1 一溶洞I 2 一隔离矿桂；3 一炮孔 j 4 一切割 槽j 5 一分段 笛岩巷澄l 6 一 冀猫平着；7 一铁复管 8 一十卓 篦 片； 9 一矿房界限 一 制 用溶洞 圈5 ，a若溶 洞与 矿房长轴近乎垂直或平行 ，且洞宽0 ． 5 ～1 ． O 米 以上 ，则可放 出充填 物后 ，和用溶 洞作切 割槽，或越 过溶 耐一边凿 孔，然后利用 溶洞 为 自由补偿 空间爆下边部矿石 穿选 溶洞 图5 ，b 若溶洞宽 小于 0 ． 5 ～ 1 ． 0 米 ，贝 吐 炮孔干脆穿透溶洞，装 药 时在孔 与润相 贯的敞空孔段，可 插入带底 铁管 管口端用十写篾撑住 隔开空洞，以 利装药和爆破。 三 避开溶洞 图5 ，c 若溶 洞宽 0 ． 5 ～1 ． O 米，且与地表或其他溶洞沟通，耐 内又充满充填物，贝 可在溶洞侧面留下3 ～4 米的隔离 矿柱 避开之 。 四 采通溶洞 图5 ，d 若在矿房倒 边有中型 宽约0 ． 5 ～1 ． 0 米 溶洞，则先爆 下l ～2 排孔，以戳穿之，并 由洞侧电耙遭放 出充填物，由另一铡电耙遭放出矿石，以后 再分次爆破其余炮孔 ，最终垒都采通 溶洞 。 此过 程置 溶洞于 矿房 开采 范 下转 第l 9 页 维普资讯 图 3废 水 沉 降 由 线 1一工业废水l I一艇台亦； Ⅲ一碱虚水 动 ，数分 钟后即 出现清液 区。 到沉 降的中后 瓤 ，混 合 废水明显慢于单一废 水。沉降 2 4 小 时后 ，各种废水中沉降物体 比为碱废 水 酸 废水 混台废 水 1 1 ． 2 2 4 。单一废 水 沉降物主要是石墨 ，容易回收。而混台 废 水 沉降物 为粘稠 状流体 ，水分含量是 固体物 的 1 0 2 0 倍 ，难 以脱水，其中的石墨也难 以 分离回收，成为一种难处理的二次拧染物。 为提高石 墨回收率 ，降低 出水色度 ，我 们采用了酸碱废水分流沉淀的处理方法，具 体流程见圄4 。经测定，废水中c回 牧 率 选 9 8 ％以上 ，出水PH6 ～7 ，水 色 遣 明，符 台国家排 放标 准。 结 语 1 ． 高碳 石墨生产 中所加入 的浇碱 ，只有 一 小部分 与灰分 发生反应，过 量部 分主要 以 Na OH和Na CO 的形式进 入碱洗 废水，选 既污染了水质，也浪费了资 源，应 回 收 利 用 。 图4废 水 处 理 流 程 图 2 ． 直接浓缩 回用 废碱液 ，将导致硅 的积 累 ，殃及高碳石 墨的生产 ， 同时 烧碱 回收 率 仅为加 入量的4 1 ． 4 ％。 3 ． 用 苛化法处理0 级 洗 水，可 使Na OH 回收率达到加入量的6 5 ． 4 ％，经 济 效 益 显 著。若将1 级洗水与0 级洗水台并苛化，回收 率还会 提高，苛化 时再补加 适量 纯碱 ，可 实 现高碳 生产 的烧碱 自给 4 ． 用苛化法回收烧碱，既 降低了废水的 PH值 使 之接近于7， 同时脱除 了碱液 中 的硅，铝杂质 ，避 免了硅 的积 累 。 5． 酸 、碱 废水分流沉 淀，是 回收石墨、 净化水质 的有效 手段。经 “ 回收烧碱 、分 流 沉 淀 后的废水，可 达国家排 放标准。 参考 文献 l [ 1 ] 武况建材工业竽院选矿宣． 石墨选矿 建工出葳 牡 i 【2 ]山东南墨石墨 矿火 碱 废液回收再用的半工业实 驰 初见成效 ， 非金属矿， 1 9 7 9 1 1 ， s s i ； [ 3] Ⅱ- H- 格里曼利珥 夫等 水玻璃 ， 中 工出葳杜 l 9 6 4 ]罗伯特C- 韦斯特，化工及塑 粕CRC-T - ． 英文 第 版 ，1 9 8 2 N 1 9 8 3 5 3 9 S 页； C 5 ] 侯德榜，制碱工擘 ，化工出版社，1 9 6 0 ． 上接第 1 l 页 围之 内。 七主要 技术经济指标 试验方案指标如下 矿块生产能力，矿 房 1 5 0 ～1 6 0 吨／ 日，问柱 1 0 0 1 2 0 吨／ 目}回 采工柞面披 率3 1 吨／ 工班 ；矿 石损 失 率 ，矿 房1 8 ，间柱2 0 3 0 }矿石贫化率，矿房 4 ～6 ， 间柱 7 ～8 ％ ；采 出矿石C a O品位， 矿房 I5 0 ． 1 1 ， 间柱 4 9 ． 0 5 }一扶炸药 消 耗量0 ． 2 9 公斤／ 吨 }二次炸药消 耗 量0 ． O 8 公 斤／ 吨}坑木消耗量2 ． 3 米 。 ／ 万吨 ；采准切割 比i 0 ． 1 米／ 千吨 ；直接成本3 ． 5 6 元／ 吨。 主要参考文献 [ 1 ] 福建地质勘探大矾， 南平 水记厂后谷石盘 岩矿区南矿段勘探地质报告 1 9 8 5 ； C 2 ] 黄文钿， 模糊数学选择采矿方法 南方冶金学院学报 1 9 8 9 ， №4 j [ 3 ]江西冶金学院采矿教研室． 金属矿床地 F开采 l 97 7 ． 1 9 维普资讯