关于湘潭锰矿缓倾斜矿体采矿方法的变革.pdf

, , 1西 . 一 - . ... ...... .... .. 旧..... .... .. .... ... . . . . . . . . . . . 曰.... ... .. . . . . . . 关于 湘 潭 锰矿缓倾抖矿体 碑 采矿方法的变革 才 湘潭锰矿刘缉阳 湘潭锰矿已有二十多年地下开采历史 , 缓倾斜矿体开采 曾占有较大比重 。 由于开采 技术条件较复杂 , 围岩又具有罕见的自燃发 火特点 , 第一期建设的井区下称一期井 区采用崩落法开采 , 第二期扩 建的 井区 下称二期井区则改用了水砂 充 填 采矿 法 , 从中积累了一定的经验和教训 。 应编辑 同志 之约 , 现就湘锰缓倾斜矿体采矿方法的 变革作一探讨 , 供有关化工矿山的同志们参 考 。 期井区上缓下陡 、 东缓西 陡 。 在已开采的矿 体中 , 多为缓倾料矿体 多 4 . 矿床地质构造复杂 断层多 , 尤其 是小断层与盲断层甚多 , 矿体常呈尖灭和不 连续 , 多褶皱 , 底板起伏不 平 ; 5 . 二期井区的矿体上部有一平均厚 8 6 米的硅质页岩含水层 , 含裂隙承压水 , 属中 等水文地质类型 。 该含水层至 矿体的隔水层 一般为3 0 4 0米 , 最薄的地方只有 1 . 2 米 。 二 、 短壁崩落采矿 法 一 、 开采技术条件 湘潭锰 矿属震旦 纪浅海相沉积碳酸锰矿 床 , 矿体呈层状 、 似层状产出 , 赋存于黑色 页岩之中 。 开采技术条件有以下特点 1 . 围岩 自燃 矿体 的顶底板为黑色页 岩 , 含炭 7左右 , 并含有星散状的黄铁矿 全硫3 . 2 5左右 , 陷落松散后 2 0 6 0 天 即发火自燃 ; _ 2 . 围岩和矿体均不稳固 矿体直接顶 板为叶片状薄层黑色页岩 , f 12, 松 软 极不稳固 , 极易冒落;其上 间接顶板为贝壳 状厚层黑色页岩 , f 二4 6 , 亦不稳固 , 顶板 允许的暴露面 积仅为“一“米 “ 。 矿体底板内不 稳 固的线理状黑 色 页岩 , f7 。 碳酸锰 矿 层 因生成年代古老 , 经受多次地壳运动 , 节 理发育 , 稳固性差 , f 3、 7; 3 . 矿体厚度与产状变化大 矿体厚度 一般0 . 5、 3米 , 平均 2 米左右 , 局部4、 6米 , 最厚达1 0米 。 矿体倾角变化在几 度至 9 0 “ 之 间 , 一期井区开采的缓倾斜矿体比重大 , 二 在一期井区 , 针对矿体埋藏较浅了10 0 米 等特点 , 并根据我 矿在五十和 六十年代 当时的开采技术水平 , 采用了壁式崩落采矿 法 。 原设计为长壁 法 , 但因埋藏条件复杂 , 黑色页岩易 自燃 , 矿山在长期生产实践中采 用的是短壁崩落法 , 开采倾角在3 0 。 以下的 缓倾斜矿体 。 短壁崩落法有沿矿体走向推进和沿倾斜 方向推进的两种方案 , 分别用来开采倾角为 1 5 30 。 和 1 5 。 的缓倾斜矿体 。 矿块斜长 3 040、5 0米 , 沿走向长一般小于 10 0 米 , 在此范围内又划分成几个长方形的小矿块 , 或者根据断层无矿带自然划分 , 溜井 间距 7 1 0 米 ; 矿块之间不留矿柱 。 划分小矿块 进行回采 , 可加快推进速度 . 减少因围岩陷 落自燃的威胁 , 并适应矿体产状变化大的特 点 。 沿走向推进的短壁崩落法如图 1所 示 , 回采从切割上山开始 , 逐排进行 。 排宽2 . 4、 2 . 6米 , 每排的回界是逆倾向由下往上分次 . 14 . 一 . ... . .曰.. 一 一出矿平巷 , 2 一 油矿井 , 3一切剑巷 , 4一切剑上 山 , 5一超前巷,6一安全出口 , 7一双格溜井 循环推进 , 每循环推进1 . 2、1 . 6米 。 采场顶 板管理用一梁半园木二柱或三柱木 棚子支护 , 棚子间距0 . 6、1 . 0米 , 采后陷落 顶板围岩处理采空场 。 新采场每回采三排以 后 , 即用密集支柱切顶 , 撤柱放顶陷落顶板 围岩 , 放顶两排 , 保留控顶一排 。 以后每采 一排放一次排顶 , 悬顶距4 , 8“5 . 2米 , 放顶距 2 . 42 . 6米 , 控顶距2 . 4、 2 . 6米 。 海 一 人工出矿 。 为减少耙齿啃底板围岩 淤 产生矿石贫化 , 平时在耙道上铺留少 冲 量碎粉矿石 , 待放顶前清理采场时全 部耙出 。 放顶撤柱使用1 4千瓦1 4 吨拉力 和5 . 5千瓦 直接拉力2 . 2吨 的回柱 纹车 。 对于厚度大于3 . 5米的矿体 , 采用 分层 回采 。 先采上层 , 后采下层 。 上 部分层采后铺设假顶 , 并充 填0 . 3” 0 . 5米黄土隔火, 上 、 下分层 的回采 同于单分层短壁崩落法 , 在我矿称为 分层壁 家家家家家家家家家家家家家家家家 布旁杯戒燕 燕 l l l l l l lr . 谁叭呼 望竺篮, , 羹羹羹鑫鑫 舞 式崩落法 。 由于黑色页岩有氧化自燃特性 , 发火期 为 2 0、6 0天 , 放顶后的黑色页岩在空气和潮 湿的条件下氧化自燃 , 放出热量 , 排放CO 、 eo Z、 5 0 2和 H s等气体 , 而0 2则减少, 采 望望匆竺 召于泛 J 监 毖公套交 交 乳乳二皿二二二刀二燕 燕 书书污分欣幼次公甘令不召陌招 招 带带希减俊狱 狱睿 睿 「「 汤形翔翔翔 副副副副 甲甲 孟 孟 洲 l l l 答答谬汾乏舞舞喇 喇 、 、J一, 肠, , 1 1 1二、 念,把 把 场气温达4 0、5 0 ℃ , 给采矿带来严重威胁 , 影响工人身体健康 。 因此 , 必须对 内因火灾 采取防治措施 。 在生产实践中 , 我矿 综合采取了下列措施 1 . 划分小矿块回采 , 加快推进 速度 , 使回采赶在火灾前面 , 减轻火 灾对采矿的威胁 , 2 . 施行黄泥灌浆参见图 3 图2沿倾斜推进的短壁崩落法 1一出矿 平巷,2 一溜矿井 , 3一切割巷 , 4一切割上山 ; 5一超前进路 向崩落区打钻孔灌入黄泥浆 , 用以包 裹岩块 , 减少和防止与空气接 触氧 化 。 泥浆固液比为1 3”1 4 , 灌浆量 按崩落区体积的1 0、1 5考虑 ; 如果 是灭火性灌浆 , 则要加密钻孔和加大 图2所示短壁崩落法用于开采倾角 15 。 的矿体 。 沿走向每1 5、3 0米划为一个矿块 , 回采从矿块的上部开始 , 由中央的切割上山 向一侧或两侧回采 , 推进方向是沿倾斜自上 而下 , 利用切割上山出矿 。 放顶是垂直倾斜 方向切顶 , 当采场压力大时则不留控顶距 , 下排重开 进路 回采 。 采场运搬采用电耙 , 绞车功率1 4 、 1 5千 瓦 . 耙斗容积0 2、O 。 2 5米 “ 1963年以前是 灌浆量 。 灌浆方式有地面和井下钻孔灌浆两 种 , 预防性灌 浆的钻 孔网度 为1 5 x 1 5、 20 x 20米, 3 . 封闭放顶崩落区 , 减少 和 防 止漏 风 , 尤其是已燃火区要进行封闭隔离 , 4 . 利用 自然的断层无矿带和人工隔离 带来隔离火区 , 如预留防火矿柱 , 充填废石 黄土等 , 5 . 提高坑木回收率 , 减少残留在崩落 15 . 一过盆 毋 白号污夕、, z, 了协 甲D _。 易会 图3 黄泥灌浆与密闭防 火 示意 1 一地 面 ; 2 一泥浆管 ; 浆钻孔 , 5一防 火墙, 3一地面灌浆钻孔 ; 4一井 下灌 6一切割巷 ; 7一出矿 平 巷 面 , 实施了变 “ 崩 ” 为 “ 充 ” , 通过应 用易于掌握和行之有效的工艺 , 所以能 够顺利过关 。 由图 4可见 , 壁式水砂充填法的采 切布置基本上与壁式崩落法相同 , 工作 面一般沿矿体走向推进 。 矿块斜长一般 3 0 6 0 米 , 溜矿 . 井间距2 03 0米 。 溜矿 井 设两格 , 一格放矿 , 另一格供上下人 员 、 运料和通 风 ; 充填时利用溜井字曳水 。 回采从切割J二山并始 , 沿走向一排 区内的易燃物 , 6 , 加强通 风管理 , 尽 量减少采空区的 漏风 。 三 、 壁式水砂充填采矿法 一期井区采用崩落法开采时 , 虽然采取 了一系列防火措施 , 但并未彻底根除内因火 灾 , 井下作业条件恶劣 , 影响工人健康 、近 十年来的实践表明 , 为 了从根本上 解 决 由 于围岩 自燃的内因火灾问题 , 只有采用不陷 落顶板的采矿方法 , 不造成黑色页岩有氧化 自燃的条件 , 同时也考虑二期井区的矿体埋 藏较深 , 上部又有含水层 , 因而改用了水砂 充填采矿离用管道水力输送充填料 。 二期井区自19 6 9年投产以来 , 成功应用 了壁式水砂充填法开采浅部的缓倾斜矿体 。 采矿方法由崩落法演变为充填法 , 在我矿之 所以比较顺利 , 主要是回采工艺及结构上没 有变动 , 仅就采空区的处理和地 压管理 方 一排地推进 , 每排宽 2 . 42 . 8米 , 采场用一梁 二柱的棚子 支护顶板 , 新采场可采三排充填 两排 , 留控一排 。 以后每采一排充填留控的另 一排 , 一般悬顶距4 . 85 . 6米 , 充填距和控 顶距均为 2 . 4、2 . 8米 。 这种型式的采场压力 小 , 有两个安全出口 , 且利于通风 , 但充填 次数较频繁 , 砂帘子消耗多 , 辅助作业时 间 长 , 砂门帘子易冲垮 。 对此 , 二期井区在生 产中多用采两排 、 充两排的形式 , 不留控顶 距 , 下排重开回采进 路 , 因而充填作业较集 中 , 但通 风条件差 , 并且只有一个安出全口 。 采场运搬使用有功率为 14 、 1 5和 3 0 千 瓦 的三种规格电耙 。 充填料为露天采石场开采 的灰绿色板岩 , 近年又部份利用井下掘进废 石 , 但均需破碎至4 0毫米以下 , 由6 “ 充填管经 注砂系统从采场上部管路输往充填区 。 充填 砂水比为1 3 . 5 , 充填倍线在 6以下 , 自流输 送 ; 倍线大于 6 时 , 则用 6pH灰碴泵 加压 。 充 填效率4 0 米 3 /小时 , 充采比0 . 6吨/吨左右 。 充填砂帘子用芦苇杆和高梁杆编织而 成 , 因充填料粒度较粗 . 脱水性能好 . 填后 即能进场采矿 。 短壁崩落采矿法和壁式水砂充填采矿法 的主要技术经济指标参见下表 。 四 、 评述及改进意见 图4壁式 水砂充填 采矿法 一运输平 巷 ; 2 一溜 矿井 ; 3一切 割巷 , 4一切割 山 , 6一充填管路巷道 ; 6一安设 纱帘子处 在五十和六十年代 , 根据国家对锰矿石 的急需 . 以及当时的矿 山技术条件 , 采用壁 式崩落法具有基建速度块只用两年时 间即 . 61 , - 一一一一 - . 曰 一 两 种采矿法主要技术经济指标表 指 _ 标 __ 色产 _ 土 单 位 } 短壁”法 {矍 式 水砂 法 吮 妙 009 00 3 . 5 5 屯 馏 险 即 摆 巨爪伽自 卜 山 工 作面 回采强度 防 火或充填成本 采矿成本车间 全员夯动生 产率 吨/月 面 吨/工 班 肠 肠 米兮千吨 公斤/吨 个/吨 元/吨 元/吨 吨/人年 4 6 0 0 4 2613 64 46 ; 注 短壁崩落法为立新井区闭坑资料 ; 壁式水砂 丸填法为 红旗井区 197 2 197 8 年统计资 料 建成年产1 5 万吨井区, 投资少一期井区 投资额为3 1 . 2 5元/吨年 ,人员少年产1 5 万吨井区只有五 、 六 百人等优点 。 虽然采 矿工效和采矿强度低于水砂充填法 , 而全员 劳动生产率和采矿成本却优于水砂充填法 。 一 崩落法的严重弊病是顶板陷落后的黑色 页岩将发火自燃 , 内因火灾威胁采矿 , 恶化 井下作业 环境 , 危害工人健康 , 同时产生矿 坑酸性水 , 腐蚀设备与支柱 , 危害农田 。 在 一期井区开采时 , 由于防火方面的设备 、 投 资及力量不 足 , 生产管理上对防火与采矿未 能并重 , 往往使防火工作被动 。 壁式水砂充填法由于不陷落顶板黑色页 岩 , 从根本上预防了自燃内因火灾 , 并能抑 制矿坑酸性水的产生 , 坑内气温保持在 2 1、 2 5℃之间 , 减少了有毒气体的危害 , 改善了 劳动条件 , 符合安全 生产方针 ; 同时也利于 防止地表 塌陷 , 避免 了对 农田的破坏 。 但壁式水砂充填法投资 大投 资额 为 9 8 . 6元/吨年户 , 二期井区的充填系统要比 一期井区的防火系统多投资2 0 0万元 , 生 产 成本高 . 人员多年产2 0万 吨时的井区全员 1200人 , 全员劳动生产率低 。 由于水砂充填 工艺较复杂 , 备用 工作面多 , 采场分散 , 不 便于生产管理 ; 采矿过程中由于充 填料的 混入 , 使得矿石贫化率加大 , 对于厚矿体 , 因未分层回采 , 丢矿多 , 致使矿石 回采率较 低 ; 充填料泥分的流失 , 污染大巷 , 影响文 明生产 。 这些 , 也是今后要逐步采取措施予 以改进和克服的问题 。 除上所述 , 对 于 “ 崩 ” 和 “ 充 ” 的两种 采矿法 , 都 存在坑木消耗量大的问题 。 水砂 充填法为了适应顶板极不稳固 , 因而既设支 柱又充填 , 付出代价很大 , 实质上为支柱充 填法 。 针对壁式水砂充填法的存在问题 , 致 力于提高采矿强度 , 降低坑木消耗 , 应是改 进这种采矿方法的关键 。 1 改进劳动组织 , 每班工作面作业人 数 邮、 4人增至6、8人 , 壁 式工作面由单一 直线工作面改为梯段式双工作面 , 一次采完 两排后全部充填 , 以提高矿块的采矿 强度 , 缩短战线 ; 2组织专门力量 , 采用机械回 柱 , 在保证安全的前提下配合充填作业回收 部分坑木 , 提高坑木的复用率 , 并买行坑木 回收 、 节 约奖 ; 3试验采用锚杆最好为 开缝式锚管与坑木联合的支护型式 , 寻求 坑木的节约代用途径 ; 4加强矿 山管理 , 协调采 、 充平衡 , 继续利用和扩大废石充填 历年排研场废石也可利用 , 以降低充填 成本 ; 采场充填管道改用活节头 , 减少 充填 辅助作业时间 , 提高充填效率 。 五 、 结 语 对于顶板不稳固的一般缓倾斜薄矿体 , 采取陷落鼠岩来处理采空区应该说是较合理 的 。 但在湘潭锰矿的特定条件下 , 由于崩落 后的顶板黑 色页岩具有发火自燃的特性 , 内 因 火灾威胁采矿 , 恶化劳动条件 , 并有矿坑 酸性水危害 , 故不 宜继续采用 。 为彻底解决围岩 自燃的内因火灾问题 , 改善坑内作业环境 , 采用壁式水砂充填法是 必要 和正确的 , 还可以同时解决防水 、 防陷 和 防止酸性水的危害 。 今后应从生产管理和 技术措施上予以改进 , 提高采矿强度 , 降低 坑木消耗 , 使水砂充填法的应用不断得到完 善 。