麦坝矿区缓倾斜铝土矿采矿方法探讨.pdf

科技 麦I贝 矿区缓I I 页 斜铝土矿采矿方法搞讨 昆明理工大学国土资源学院赵坤云南瑞科矿业科技开发有限公司 程涌 杨八九 [ 摘要 ] 我 国铝土矿 以露采 为主 ， 地 下开采较 少， 本 文针 对中铝贵州分公 司麦坝矿区铝土矿赋 存条件 ， 结合国 内外采矿方法现状 ， 提 出采用房柱 法进行 开采 ， 对回采工艺进行 了描述。 [ 关键词 ] 缓倾斜铝土矿 采矿 方法 房柱 法 1 ． 引言 随着可以露天开采的铝土矿资源逐渐减少， 为获取铝土矿资源， 势 必转入地下开采。中铝贵州分公司拥有1 ． 5 亿吨资源量， 根据矿体赋存 条件， 9 0 ％ 均需地下开采。麦坝和猫场两矿区资源储量最大， 占总储量 的2 ／ 3 ， 两矿区矿体属缓倾斜矿体， 开展此类铝土矿采矿方法的研究工 作势在必行。 我国铝土矿地下开采的矿 山较少 ， 从规模上基本上都是 1 5 万 t ／ a以 下的矿山 ， 属于中小型地下矿山 。国外铝土矿的开采 以露天开采为主 ， 地下开采仅欧洲有部分中小型地下矿山， 大都采用的是壁式崩落法和 房柱法。中铝贵州分公司第二铝矿是国内最早进行铝土矿地下开采的 矿山， 林歹矿区铝土矿赋存属急倾斜矿体 ， 采用无底柱分段崩落法， 在 回采期间采场的稳定和回采后采空区的安全管理较为容易， 已成功掌 握了此类方法的开采技术。而麦坝矿区铝土矿属缓倾斜矿体， 且起伏 较大， 矿区断层和破碎发育， 因此需探索合理的采矿方法， 以保证采矿 过程安全和提高技术经济指标 。 2 ． 矿区地质简介 麦坝矿区南北长5 k r n ， 东西宽 1 ．6 k in， 矿区面积8 k in 。含龙滩坝和 龙头 山两个矿 段。矿区位于清镇县城北西方 向 ， 平距 约 1 9 k in。北 西与 林歹矿区毗连， 东靠长冲河矿区， 呈南北向延伸。清镇铝土矿位于滇黔 桂台向斜北部 ， 上古生代黔中古陆边缘带上。麦坝矿区在区域构造上， 位于龙头山复式背斜西翼南倾没处 ， 可细分为次一级的龙滩坝向斜、 铜 鼓坝背斜及南部单斜构造。区内断裂不发育， 全区断层大致可分为横 向及纵向断层组， 目 前发现的断层有2 O 余条 ， 其中较大的并对矿体产 状 有一定影 响的断层计 6 条 。横向断层分别 为 F 3 、 F 4 、 F 9 ； 纵 向断层分 别 为F 1 8 、 F 1 9 、 F 2 8 。矿 区无岩浆岩活动 矿床成因类型属“ 风化壳再沉积矿床” ， 工业类型为“ 准地台型陆源 碎屑障壁海岸及陆表海内的潮坪泻湖相， 产于碳酸岩类岩石侵蚀面上 的铝土矿床” 。铝土矿体呈似层状产于含矿岩系的中部， 局部产于含矿 岩系的顶或底部。麦坝矿区铝土矿属缓倾斜薄矿体 ， 矿体厚度2 ～ 7 m， 且起伏较大， 顶板为结晶的灰质 白云岩， 矿体直接围岩为铝土岩、 铝土 页岩、 铁质页岩、 赤铁矿 ， 其中铁质页岩、 疏松赤铁矿稳同性较差。 3 ． 采矿方法选择 3 ． 1 采矿 方法现状 根据铝土矿赋存的不同层位 ， 可以把已开采的地下铝土矿山划分 为 3 类 1 二迭纪铝 土矿矿 山的开采 此类矿床矿岩赋存稳定， 节理较发育， 矿体顶板为铝土岩、 泥岩、 炭 页岩等结构松弛， f 系数为 3 4 ， 底板为铝土岩， 属高铁质粘土， 矿层厚 1 2 I l l ， 倾角8 1 2 。 ， 如山东淄博的王村铝矿， 开采此类矿体主要采用 壁式崩落法工艺， 中段巷道布置在脉外， 后退式回采。此类矿床也可采 用小空场崩落法进行回采 。 2 中上石炭纪铝土矿矿山的开采 此类矿床矿层呈层状、 似层状、 扁豆状， 形态变化复杂， 矿层一般厚 0 ． 8 ～5 m ， 倾角6 ～ 2 5 。 ， 顶、 底板均不稳固， 如山东的田庄铝矿、 北焦宋 铝矿等。采矿方法主要是采用短壁崩落法开采。 3 中石炭纪铝土矿矿山的开采 此类矿床通常节理裂隙比较发育， 矿体完整性和连续性较差， 呈层 状、 透镜状产出， 底板为铝土岩铝土页岩、 铁质页岩等， 其中的铝土页岩 成片状， 干燥时性脆， 遇水易软化， 围岩 f 系数为3 5 ， 矿体倾角 7 5 8 0 。 。实践中采用的采矿方法主要为水平分层崩落法、 低分段崩落法及 浅眼房柱法等。 3 ． 2 存在的问题 我国许多铝土矿资源需利用地下开采的矿山大部分属于难采矿 床， 以往铝土矿地下矿山在开过程中遇到的问题较多， 技术不成熟 ， 突 出体现在 ①地下开采回收率只有 3 0 5 0 ％左右， 资源损失浪费严重； ②围岩破碎不稳固， 地压管理困难， 作业人员安全保障程度不高； ③矿石具有粘结性， 在雨季和地下水较多的季节， 容易结拱， 放矿 困难； ④工艺复杂， 劳动生产率低， 采矿成本高； ⑤煤系地层覆盖下的铝土矿开采具有复杂性。 3 _ 3麦坝矿 区采矿方法的确定 影响采矿方法的选择的矿床赋存要素为矿体厚度， 矿体倾角， 矿体 的稳固性， 地表条件 是否允许陷落 。麦坝矿区两个矿段开采范围内 矿体埋藏深度较大， 矿体倾角较缓， 只能采用地下开采方式进行开采。 在国内外铝土矿采用坑内开采的矿山中， 凡矿体及其顶板属中等 以上稳固， 且倾角为缓倾斜一倾斜， 厚度为薄一中厚的矿体， 基本上均 采用 “ 全 面法” 或“ 房柱法 ” 进行开采 。虽然各个 矿山在矿床 赋存 条件 、 开采技术条件及装备水平等诸多方面不尽完全一致， 故在采场结构参 数及回采工艺的某些细节上存在一些差异 ， 但所选用的采矿方法却基 本相同。若采用“ 充填法” 进行开采， 虽然可以获得较为理想的贫损指 标， 但其生产环节相对较多， 回采工艺较为复杂， 材料消耗量较大， 且还 须于地表建立一定规模的充填料制备站和在坑内建立一套较为完善的 充填系统 ， 必将导致生产成本及基建投资的大幅度增加。而“ 壁式崩落 法” 在顶板岩石不稳固且矿体产状比较规则的薄矿体中采用是适宜的， 其回采贫化率也能得到有效地控制， 但该法很难适应矿体产状的变化， 当矿体厚度变大或倾角起伏变化较大时将增加回采工作的难度， 采场 的生产安全也很难得到保证 ， 而当顶板岩石较为稳固时采用“ 壁式崩落 法” 又将使放顶工作变得十分困难 ， 也将对采场的生产安全构成威胁， 同时生产成本较高， 采场通风条件较差， 只宜在矿体顶板十分破碎而无 法采用其它采矿方法进行回采的前提下予以采用， 原来采用“ 壁式崩落 法” 开采的铝土矿山后来逐步改用“ 全面法” 或“ 房柱法” 进行开采的根 本原因。然而， “ 全面法” 或“ 房柱法” 对矿体及其顶板中等以上稳同， 其 倾角为缓倾斜一倾斜， 厚度为薄一中厚的矿体却具有较好的适应性， 它 不仅能够适应矿体产状的各种变化， 同时还具有较高的生产效率， 较为 简单的回采工艺， 较低的生产成本 ， 较好的采场通风条件及较为理想的 贫损指标， 故在类似条件的铝土矿山中得到广泛采用。由于矿体在不 同部位 的倾 角及厚度存在较大 差异 ， 采用单一 的采矿方法很难适 应矿 体在各个方面的变化， 对矿体不同部位的倾角及厚度， 选择 “ 缓倾斜矿 体分段房柱法” 、 “ 切顶中深孔房柱法” 等采矿方法对矿体进行开采。 由于铝土矿的直接顶板大多为铁质、 铝质页岩 ， 极破碎但厚度不 大， 在采矿过程中极易混入， 是造成矿石贫化的主要因素。当此类顶板 局部不稳固， 可留矿柱 ； 当顶板整体不稳固时， 应采用锚杆进行维护。 应用锚杆或加金属网维护不稳固顶板。 4 ， 回采工艺 4 ． 1 采场结构参数确定 矿块沿矿体走向连续布置， 其宽度为4 0 ～ 6 0 m， 高度为矿体垂直厚 度， 斜长视矿体倾角而定， 一般在6 0 m以内， 最大不超过7 0 m。上下矿 块之间由顶底柱相隔， 顶底柱的水平厚度为4 m， 相邻矿块之间由间柱 相隔 ， 间柱的水平厚度为5 m 。顶底柱和问柱均为连续矿柱， 矿柱直径 为 3 - 7 m， 间距为 5 ～ 8 m。 4 ． 2采准切割 中段运输平巷沿矿体走向布置于矿体下盘， 于其中在矿房范围内 均匀布置j条采场溜矿井进入矿体， 形成采场下放矿石的通路， 同时于 其 中在矿块 间柱范 围内上掘人行通风材料井进入矿体并与沿走 向布置 的电耙联道相通， 再分别通过三条电耙硐室进入矿房后， 沿矿体倾斜方 向顺 矿体 底板上掘三条 切割上 山至上 中段 电耙联道 ， 以形 成采场完整 的通风风路， 并在开掘切割平巷时随即上掘切割天井至矿体顶板， 以形 成采场最初的回采工作面。 4 3回采 作 矿房的回采方法， 根据矿体厚不同而异， 矿体厚度小于2 - 3 m时， 一 次采全厚； 矿体厚度大于3 m ， 应分层回采。 4 ． 4顶板管理 为保证回采作业的安全并避免矿房回采结束后发生大面积冒落 ， 可视矿体顶板的稳固程度在矿房中的适宜位置架设人_ 『 _木垛对顶板进 行支撑， 要留不规则矿柱， 控制好顶板的暴露面积 ， 同时随回采工作的 进行安装锚杆对其进行加固。锚杆长度分别为 1 ． 5 m、 1 ． 8 m和2 ． O m， 直 径为 1 6 ～ 1 8 m m， 其网度一般为 1 ． 0 1 ．2 m 。 为保证锚杆具有较强的锚固力， 长短锚杆应交错布置， 锚杆的角度 则应尽可能与锚固面垂直。锚杆的种类除不宜采用砂浆锚杆 以免部 分混凝土砂浆混入矿石而降低矿石质量 之外， 楔缝式锚杆 、 楔管式锚 杆及其它新型锚杆均可予以采用。 下转第5 9 页 科技信窟 基于Wi n C C洗车控制仿寅系统设计 吉林化工学院信息与控制工程学院孙明革刘麒 [ 摘要] 本文介绍了洗车系统的设计思想、 设计步骤及可以实现的功能， 描述了该系统的硬件 实现与控制程序设计思路。采用 S T E P 7系列P L C编程 实现 自动 、 手动洗 车控制 ， 完成 了理 论上的 自动化 。 [ 关键词] 洗车P L C 控制 顺序 1 ． 洗 车控 制原 理 洗车的工艺流程为首先进行泡 沫清洗 ， 在进行清水清洗 ， 最后 进行 风干。汽车的泡沫清洗 、 清水清洗、 风干分别是通过Q O ． 0 、 Q O ． 1 、 Q O ． 2 的 启动和停止来实现控制的。洗车过程分为自动和手动两种方式。洗车 过程包含3 道工艺 泡沫清洗 、 清水冲洗和风干。 当按下启动按钮后 ， 便可以选择自动和手动两种方式。当选至自 动 的时候 ， 泵 QO ． 0 运行 2 0 秒 ， 即进行 汽车泡 沫洗涤 2 】 秒 ， 然后泵 QO ． 1 运行2 0 秒 ， 即进行汽车清水冲洗2 0 秒 ， 最后泵 Q O ． 2 运行 1 0 秒， 即风干 l 0 秒。风干动作结束后 ， 系统自动进行清洗结束警报， 报警时间为5 秒 ， 此时系统重新进入待洗状态。当选择手动的时候， 按动泡沫清洗按 钮 ， 泵 Q 0 ． O 运行， 即汽车进行泡沫洗涤过程 ， 当操作者感觉当前步骤完 成 时手动切换至下一步骤。具体过程如图 1 。 启动 I 一 手 动 j一 泡 沫 l Q o 0 运行l _ ． } 清 水 动 作 1 一 Q o 0 停 止， Q o 1 运 行 图 1 手动挡洗车系统动作示意 图 2 ． 洗车控制系统的下位机设计 2 ． 1 手动与自动方式洗车计 当选 择手动 的时候 ， 按动泡 沫清洗按钮 ， 泵 Q O ． 0 运行 ， 即汽车进行 泡沫洗涤过程 ， 当操作者感觉已经洗涤充分时， 按动清水清洗按钮， 这 时泵Q O ． 0 停止运行， 汽车停止泡沫洗涤 ， 同时泵Q O ． 1 运行， 即进行清水 冲洗过程， 当操作者感觉汽车已经冲洗于净 ， 按动风干按钮 ， 这时泵 Q O ． 1 停止运行， 汽车停止清水清洗， 同时Q O ．2 开始运行 ， 即进行汽车风 干过程， 同时进行风干操作。当操作者感觉汽车已经风干充分时， 按动 停止按钮， 这时Q 0 ．2 停止运行 ， 即风干动作结束 ， 同时 Q 0 ． 4 运行 ， 即进 行洗车结束报警 ， 提示操作者本次手动洗车过程介绍。 2 ． 2报警 系统设计 洗车控制系统中的报警系统包括两部分， 分别是汽车清洗结束报 警和系统故障报警。 在洗车控制中如果出现一些故障导致洗车过程不能再继续进行下 去 ， 如泡沫清洗剂不足、 水箱液位低 、 风干系统无法运行时代表系统出 现故障。此时系统故障灯将持续闪烁 ， 提示操作者停止洗车过程或采 取相应措施。当操作者看见故障等闪烁时按下确认报警按钮表示已发 现系统故障， 直至此时系统故障等停止闪烁。 3 ． 上位机组态 画面 3 ． 1 洗车控制系统的项 目建立 启动 Wi n C C ， 出现一对话框 ， 选择建立新项目的类型为“ 单用户项 目” ， 并单击“ 确认” 按钮。在“ 新项 目” 对话框中输入w u y u e 作为项目 名， 并设置其为启动画面。创建项 目后， 单击Wi n C C 项目管理器浏览窗 口中的“ 计算机 ” 图标 ， 选 择所需要 的计 算机 ， 并 在快捷菜单 中选择 “ 属 性” 命令， 打开“ 计算机属性” 对话框。在常规选项卡上， 检查“ 计算机名 称” 输人框中是否输入了正确的计算机名称。此名称与Wi n d o w s 的计 算机名称相同。 3 ． 2组态变量 双击“ 变量管理” 子目录， 右击“ 内部变量” 图标， 在快捷菜单中选择 “ 新建变量” 菜单项 ， 在数据类型列表框中， 选择数据类型为“ 有符号 1 6 位数” ， 单击“ 确认” 按钮。所建立的所有变量在Wi n C C 项目管理器的右 边窗 口中。在 S I MA T I C S 7P RO T O C O L S UI T E的子 目录 MI P建立于 P L C 相连接的各个洗车控制系统的变量 ， 并在变量属性中定义其变了类型 以及变量地址。 3 ． 3刨建过程 画面与编辑 画面 右击Wi n C C 资源管理器的图形编辑器， 从快捷菜单中选择“ 新建画 面” 菜单项 ， 将创建一个名为N e w P d l 0 ． p a l 的画面， 并显示在Wi n C C 资源 管理器的右边窗口中。右击次文件 ， 从快捷菜单中选择“ 重命名画面” 菜单项， 在随后打开的对话框中输入“ 洗车控制系统．p d l ” 。 打开画面， 开始编辑画面图形。选择菜单“ 查看” “ 库” 或单击工具 栏上的图标 ， 显示对象库中的对象 目录。双击“ 全局库” 后显示全局库 中的目录树， 双击 P l a n t E l e m e n t s ， 双击T a n k s ， 并将其拖至画图区中。拖 动次对象周围的黑色方块可改变对象的大小。单击“ 全局库” P l a n t E l e m e n t s V a l v e s S m a t r O b j e c t s ， 选择阀门放置在画面上。其他图形按 以上方法依次画出。 3 ．4改变对象属性 选择“ 清洗结束” 的报警灯对象并右击 ， 从快捷菜单中选择“ 属性” 菜单项。在“ 对象属性” 窗口中选择“ 闪烁” 并右击快捷菜单， 选择连接 变量为“ 灯光报警” ， 此时白色灯泡变成绿色， 并选择“ 根据变化” 。当清 洗结束时， 其报警灯将会闪烁以提升操作者， 如图2 。 图 2 设 置对象 属性 打开“ 系统向导 预设置类别” 对话框， 选中“ 带有报警” ， 故障和警 告的类别错误 进人的确认 ” ， 最后出现的一个对话框时对前面所做选 择 的描述 ， 单击 “ 完成” 。在 “ 消息变量”、 “ 消息位” 、 “ 消息 文本” 列分别 输入“ 故障报警、 0 、 故障报警” 和“ 声音报警、 0 洗车结束” 。 4 ． 结论 通过对汽车清洗功能的要求 ， 清洗机清洗过程中各主要清洗机构 运动轨迹分析， 完成了清洗机总体方案设计， 实现了系统的技术性、 经 济性和可靠性的要求。完成了汽车清洗机驱动系统的设计， 从根本上 避免了在这些情况下对汽车损害的可能， 保证了驱动电机的安全性。 参考文献 [ 1 ] 崔坚． 西门子s 7 可编程序控制器一s T E P 7 编程指南[ M] ． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 7 ． 2 4 3 0 ． [ 2 ] 王天维 国产 自动洗车机投入使用[ I ] ． 建筑机械化， 1 9 9 3 ， 5 0 0 1 2 -1 5 [ 3 ] 李丽英， 黄季乎． 自动洗车机可编程控制器的控制系统[ J ]中国 农 业大学学报， 1 9 9 6 ， 8 0 4 1 5 -1 8 上接第 5 8 页 4 ． 5采场通风 采场通风主要依靠主风流所形成的风压。新鲜风流由中段运输平 巷经人行通风材 料井上行至电耙联道 ， 再经 电耙硐 室进入矿房 ， 洗刷采 矿工作面后 ， 污 风经切割上 山回至上 中段 电耙联 道 ， 再经上 中段人行通 风材 料井进入上 中段运输平 巷后 回出。采场施爆 之后 ， 为使炮 炯得 以 尽快排除， 采用局部扇风机对其进行辅助通风。 4 ． 6空区处理 采场回采结束之后， 在局部顶板岩石不太稳固的地段采用木垛或 砌筑毛石支撑顶板， 避免顶板大面积垮塌， 并且应及时采用毛石混凝土 封闭矿房所有通道 ， 以防空区垮塌时所产生的冲击波对相邻采场或附 近工作面造成影响。 5 ． 结语 铝土矿的开采向地下转移是必然趋势， 采矿方法的选择视地质条 件而定， “ 因矿生法” 是技术管理必须遵循的规律， 因此， 适合的就是最 好的， 并要在实践中不断优化工艺技术参数 ， 伴随先进装备水平的出现 来提高采矿过程安全和技术经济指标。 参考文献 [ 1 ] 张 吉龙 ， 姜 立春． 我 国铝 土 矿 资源 开采 技 术 综述 [ J ] ． 轻金 属 2 0 0 7 ， 6 5 ～8 [ 2 ] 文舰． 贵州铝矿山现状及发展对策[ J ] 轻金属，2 0 0 4 ， 5 6 ～ 9 [ 3 ] 刘中凡． 世界铝土矿资源综述[ I ] ．轻金属， 2 0 0 1 ， 5 7 ～1 2 [ 4 ] 罗建川． 基于铝土矿资源全球化的我国铝工业发展战略研 究 [ D] ． 长沙 中南大学， 2 0 0 6 [ 5 ] 侯克鹏．矿 山地压控制理论与实践E M] ． 昆明 云南科技 出版社． 2 0 0 4 [ 6 ] 解世俊 金属矿床地下开采． 北京 冶金工业出 版社， 1 9 8 6 [ 7 j 采矿手册编辑委员会 采矿手册． 北京 台 金工业出版社． 1 9 9 0