难采厚大破碎矿体采矿方法试验研究.pdf

I S S N 1 6 7 l一2 9 0 o CN 431 3 47 ／TD 采矿技术 第1 1 卷第6期 Mi n i n g T e c h n o l o g y ，Vo 1 ． 1 1 ， No ． 6 2 0 1 1年 1 1月 NO V ．2 o1 1 难 采 厚 大 破 碎 矿 体 采 矿 方 法 试 验 研 究 冯 壹， 刘方求， 郑剑洪 湖南黄金洞矿业有限责任公司， 湖南 岳阳市4 1 4 5 0 7 摘要 以黄金洞金矿难采厚大破碎矿体为研 究对 象， 针对其开采 中存在 支护成本 高、 生 产效率低 、 矿石损失大和顶板 易冒落等技术难题 开展 了研 究， 提 出了水压支柱控顶与小型 挖机 出矿相结合的上向进路充填采矿法。通过水压 支柱控顶和机械化开采实现 了厚大破 碎矿体安全、 高效、 低 贫损开采。工业试验证明， 该采矿方法作业机动灵活、 安全性好、 开 采成本低 、 生产能力大， 是一种适合于黄金洞金矿倾斜厚大破碎矿体的理想采矿方法。 关键词 厚 大破碎矿体 ； 采矿方法； 水压支柱； 小型挖机 ； 上向进路充填 湖南黄金洞矿业有限责任公司 原黄金洞金 矿 是一个具有 4 0 0多年开采 历史的老矿， 位于湖 南省平江县黄金洞乡境内。黄金洞金矿金塘矿 区 3 号脉属于难采厚大破碎矿体， 公司先后聘请科研院 所对3号脉厚大破碎矿体进行了崩落采矿法、 长锚 索网护顶采矿法等采矿方法试验， 均未取得成功。 为此 ， 采用采空区顶板暴露面积较小 的水压支柱控 顶与小型挖机出矿相结合的上向进路充填采矿法对 3号脉进行采矿方法试验。 l 开采技术条件 黄金洞金矿金塘矿区3号脉为厚大矿体， 走向 为近东西方 向， 矿脉厚度为 l 0～6 0 m， 平均脉厚 约 4 0 m， 倾角 4 5 。 一5 5 。 ， 平均约 5 0 。 ， 矿脉下盘稳固 ， 矿 脉及上盘均非常破碎 ， 节理与裂隙极发育 ， 矿石多为 网状石英脉夹破碎蚀变板岩矿石及少量泥质岩夹石 英岩型矿石， 矿石遇水泥化现象严重， 属难采厚大破 碎矿体。 2 采矿方法的特点与主要设备 2 ． 1 采矿方法的主要特点 水压支柱控顶与小型挖机出矿相结合 的上 向进 路充填采矿法的主要特点是 以水压支柱为护顶工 具对回采工作面附近的空区进行临时地压管理， 废 石充填采空区； 以小 型挖机配合斗车来完成 出矿和 充填工艺。 2 ． 2 采矿方法试验的基本原则 从矿体开采技术条件和矿山生产实际出发， 制 定采矿方法试验方案应遵循的基本原则是 1 安全第一， 确保安全是采矿方法试验的首 要原则 ； 2 推广机械化、 减少环境污染、 提高效率是采 矿方法选用与试验的根本 目的 ； 3 降低成本 、 提高经济效益是采矿方法选用 与试验的最终 目的。 2 ． 3 S Y Z型水压支柱系统 S Y Z型水压支柱是中南大学与湖南辰州矿业有 限责任公司合作研发的支护设备， 该设备为国内首 创 ， 其各项技术指标均达到了国际先进水平。 S Y Z型水压支柱系统 由水压支柱和增压泵两部 分组成。水压支柱具有安全、 稳定、 环保等优点， 增 压泵具有轻巧 、 耐用、 增压率大等优点。水压支柱由 柱体和承压顶架两部分构成 ， 支柱底座可套承压板 ， 对松软、 破碎的顶底板均可适应， 柱体与柱体之间可 用钢构件连接， 形成网状结构对顶板实施主动支撑。 水压支柱的初撑载荷为 】 6 0 k N 02 0 0 k N可调 ， 柱体 的支撑高度可在 1 5 0 0 2 4 0 0 m m之问调节 ， 水 压支柱的安设、 回收可在 3 111 外遥控操作。增压泵 由泵体及其附件组成， 它以空气为动力， 以水为动力 介质 ， 对环境几 乎不造成污染 ， 其最 少启 动压力为 0 ． 1 MP a ， 最大输出压力为 3 0 MP a ， 泵重 2 7 ， 附件 总重 5 ， 因而增压泵具有启动压力小 、 输出压力 大、 重量轻、 环保性能好等优点。 2 ． 4 0 8型井下用小型挖机 0 8型井下用小型挖机是三河智能机械公司自 主研发出来的挖机， 具有稳定性好、 重量轻、 结构紧 凑、 灵活高效、 耐用、 环保等优点， 其技术指标已达到 国际先进水平。 1 0 朱矽技朱 1 以电力做驱动力 ， 电机功率 7 ． 5 k W， 对井 下空气无污染， 环保性能好。 2 附带液压破碎锤 ， 可进行辅助破碎大块 、 处 理松石， 与矿车配套完成矿岩的装载及运输任务 。 3 借助于铲斗 的特殊设计 ， 能较好地用于进 路式 回采空间的接顶充填 。 通过试验对比， 0 8型井下用小型挖机装岩效率 高、 成本低 ， 装岩效率是耙岩机的 1 ． 5倍 ， 是人工 5 人同时作业 的 3倍 ； 而完成 同样吨位矿岩的装载， 挖机的装载成本 是耙 岩机的 6 5 ％ ， 是人工 5人 同 时作业 的 3 5 ％ 。 3 工 业试验 3 ． 1 试验采场选择 采矿方法试验采场选 在金 塘矿区 3号脉 一2 0 1 2 3 中段 的 4号矿体 。该矿体平均倾角约 5 0 。 ， 垂 高约 4 0 m， 矿脉走向长约 1 0 0 m， 倾 向长约 5 2 I l l ， 矿脉平 均厚度约 3 0 m。矿石类型 为含金网状石英脉夹破 碎蚀变板岩 ， 矿石遇水泥化。矿体及围岩节理裂隙 发育， 特别是上盘围岩和矿体与断层相交部位， 岩体 破碎 ， 稳固性极差。 3 ． 2 试验矿块布置及结构参数 试验矿块沿矿体走向布置 ， 按 5 0 I n左右划分矿 块 ， 阶段高度 4 0 m， 宽度 为矿体厚度。以分层凿岩 爆破 、 分层出矿和分层充填方式 ， 自下而上分层进路 式回采， 分层高度为 2 ． 2 m 。回采进路沿矿体走向 连续推进 ， 回采进路的宽为2 ． 2 m， 高为 2 ． 2 m， 长为 矿层全厚。工作面采用 0 8型井下用小型挖机出矿 ， 顺路溜井溜矿至阶段运输平巷装入矿车运出。试验 矿块采矿方案如图 1所示。 l 一 充填天井 2 一 回风天并 3 一 上中段运输平巷 4 一 水压支柱5 一 挖机6 一 斗车 7 一 顺路通风上山 8 一 穿脉平巷 9 一 矿石溜井 l O 一 中段运输平巷l l 一 斜坡道1 2 一 充填联络巷l 3 一 废石充填体 图 1 试验矿块采矿方案 3 ． 3采准切割工程 首先掘进断面为 2 ． 2 m 2 ． 2 m的充填联络巷 ， 掘进断面为 2 ． 2 m 2 ． 2 m的溜井联络巷 ， 然后 自阶 段运输平巷向上以大于4 5 。 的倾角向上朝矿体方向 掘进断面为 1 ． 0 m1 ． 0 m的放矿斗穿直达， 同时 自 充填联络巷和溜井联络巷分别 向上掘进断面为 1 ． 8 m1 ． 6 m的充填天井和回风天井至上中段水平 ， 并 与大于 4 5 。 倾角斜向上 中段运输平巷底板相通 。以 沿脉切割平巷作为初始 自由面垂直矿脉走向掘进断 面为 2 m 2 m穿脉回采进路。 3 ． 4回采工艺与技术 采用分段爆破法进行 回采 ， 一次爆破 的分段长 度为 3 ． 0～3 ． 5 m， 分段宽度为 回采进路宽度 。由于 顶板矿岩破碎， 采空区暴露面不宜过大， 故待充填进 路采空区为一条。每一分层有两条回采进路同时推 进， 两回采进路的间距为2 0 m。 凿岩与崩矿。用 7 6 5 5型凿岩机钻凿 q M2 m m 浅孔， 孔深为 2 ． 4 m， 炮眼采用水平“ 梅花形” 布孔方 式 ， 侧向崩矿 ， 即逆 回采进路掘进方 向崩矿。 通风。新鲜风流从采场下部中段运输平巷经顺 路通风上山、 溜井联络巷进入采场 ， 污风从回风天井 进人上中段平巷 ， 再经各级通风斜井排出。 采场顶板管理。在底板沿脉切割平巷和回采穿 脉进路施工过程 中， 随着掘进工作面向前推进 ， 进路 空区均以水压支柱支撑顶板 ， 水压 支柱的设计排距 为 2 ． 0～ 2 ． 2 m， 设计间距为 0 ． 6～ 0 ． 8 m。 出矿 。以挖机配斗车为出矿设备 ， 以分层 底板 沿脉切割 平巷 和 溜井 联络 巷作 为 斗 车运 输 平 巷 出矿。 撤柱与充填。撤柱 的顺序是从里向外一根一根 依次撤卸 ， 撤柱时 ， 作业人员站在 3 IT I 开外遥 控操 作。撤卸完水压支柱后 ， 用挖机将这段 回采进路空 区密实充填好 。 下转第 2 9页 党国建， 等 南泥湖钼矿矿岩物理力学参数测试分析 2 9 4 试验结果汇总 本次试验共使用岩石试样3 8 个， 按照岩石力学 试验规程 ， 在岩石力学实验室 ， 对栾川龙宇钼矿 2种 主要矿岩的物理力学参数进行了较为全面 的测试。 通过试验 ， 获得 了矿岩 的块体密度、 弹性模量 、 泊松 比、 单轴抗压强度、 抗拉强度、 内聚力、 内摩擦角和岩 块声波速度等物理力学指标 ， 为采空区顶板最小安 全厚度计算提供了基础数据 。试验分析最终结果见 表 1 。 表 1 栾川龙宇钼矿岩石物理力学参数室内测试结果 岩 石 名 称 涫 松 比 内 臀角 黑云母长英角岩 2 ． 6 9 3 4 ． 0 8 0 ． 2 3 1 2 7 ． 3 9 4 ． 2 1 1 0 ． 1 3 4 1 ． 1 9 3 8 1 6 阳起石透辉石长英角岩 2 ． 7 O 2 7 ． 3 4 0 ． 2 5 9 8 ． 4 2 3 ． 9 0 1 2 ． 1 1 4 2 ． 8 6 4 l 9 3 参考文献 [ 1 ] 王文 星． 岩体力学 [ M] ． 长沙 中南大学出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 2] 采矿手册 编辑委员会． 采矿手册 [ M] ． 北京 冶金工业 出版 社 ， 1 9 9 0 ． 上接第1 0页 3 ． 5 工业试验结果及主要技术经济指标 通过现场工业试验 ，比较原采矿方法与新型上 向进路充填采矿法的技术经济指标 ， 可以看出， 水压 支柱控顶 与小型挖机出矿相结合的上 向进路充填采 矿法 出矿能力和效 率远大 于原采矿方法 ， 而采场支 护成本远远小于原采矿方法采场的支柱成本。经现 场统计 ， 主要技术经济指标如表 1 所示 。工业试验 证明， 新的采矿工艺作业机动灵 活 、 安全性好 、 开采 成本低、 生产能力大， 是一种适合于黄金洞金矿倾斜 厚大破碎矿体的理想采矿方法。 表 1 试验矿块 主要技 术经济指标 指 标 采 能 力荨 豢 专 荛 原 采矿方法 3 0～4 0 6 3 0 1 2 ． 5 堑 墨 互鲨 4 结 论 1 现场工业试验证 明 水压支柱护顶 ， 能有效 控制采空区顶板 ， 避免采场顶板垮塌 ， 提高作业环境 的安全．陛； 小型挖机出矿与充填 ， 减轻了出矿和充填 工人的劳动强度 ， 提高了劳动生产率 ， 缩短了矿房 回 采周期。 2 在初始试验阶段 ， 挖机装矿与斗车运矿 、 挖 机充填与斗车运料等工序之间衔接工作不是很密 切， 使采矿工艺效率没有完全体现出来 ， 因此采用水 收稿 日期 2 0 1 1 0 71 3 作者简介 党国建 1 9 7 0一 ， 男， 河南南阳人， 工程师， 主要 从事于矿山采矿安全生产及管理。 压支柱控顶与小型挖机出矿相结合的上向进路充填 采矿法回采厚大破碎矿体 ， 关键在于做好水压支柱 的控顶工作， 做好挖机装矿和斗车运矿之间的衔接 工作及挖机充填与斗车运充料之间的衔接工作。 3 厚大破碎矿体开采一直是国内一些矿山企 业和科研院所面临的难题 。水压支柱控顶和机械化 开采厚大破碎矿体具有安全、 高效、 低贫损的优势， 为回采厚大破碎矿体开拓了新的思路。 参考文献 f 1 ] 黄启 富 ， 胡中华 ． 我 国矿井支护设备的分 析与探讨 [ J ] ． 黄 金 ， 2 0 0 3 ， 2 4 3 3 1 3 5 ． [ 2 ] 李 昌元 ， 张秉行． 水压支柱 系统在 沃溪矿 区的应用 实践 [ J ] ． 黄 金 ， 2 0 0 4， 2 5 4 2 5 2 9 ． [ 3 ] 任卫东 ， 杨彪． 水压支柱护顶房柱采矿法在豫西铝土矿 中的 应用 [ J ] ． 中南大学学报 ， 2 0 0 9 ， 9 2 8 9 ． [ 4 ] 张根深 ， 刘赞 ， 王祥 ， 等． 水压支柱护顶壁式充填采 矿法试 验研究 [ J ] ． 采矿技术 ， 2 0 0 6 ， 6 4 7 9 ． [ 5 ] 黄仁东 ， 等． 金属矿缓倾斜薄矿脉深井开采临时支护新技术应 用 [ J ] ． 中国矿业 ， 2 0 0 4， 1 3 4 5 1 5 4 ． [ 6 ] 吴根替 ， 等． 黄金洞 矿区老 隆残矿 回采技术研 究 [ J ] ． 国土资 源导 刊， 2 0 0 7， 4 2 3 23 4 ． [ 7] 曹志丰 ， 冯壹． 水压支柱 全面法 回采深井缓倾 斜复杂矿体的 实践 [ J ] ． 江西有 色金属 ， 2 0 0 3， 1 7 4 1 92 1 ． [ 8 ] 吴爱祥， 等． 水压支柱支护特性及在深井开采中的应用 [ J ] ． 中南大学学报， 2 0 0 2 ， 3 3 6 5 6 4 5 6 6 ． 收稿 日 期 2 0 1 1 0 81 1 作者 简介 冯 壹 1 9 7 3一 ， 男， 湖 南衡 阳人 ， 工程 师， 硕 士， 主要从事金属矿采矿技术研究和顶板加固技术研究， E m a i l 3 7 3 5 8 9 7 4 6 q q ． c o rn。