浅谈我省灰岩地下开采矿山采矿方法选择.pdf

- _ I 研 究 探 讨 三 蓑 崮灰岩士 也 下开 万三 去 选择 刘 尔春 福建南平市闽宁钽铌矿业开发有限公司 ， 福建南平 3 5 3 0 0 6 【 摘要l 我省地采灰岩矿山现所采5 I 的采矿方法 中， 房柱采矿 法 回采率低 ． 回采 率仅 为 1 8 ％ - 2 5 ％， 且安全 隐患较 多， 而分段采 矿 法回采 率 可达 4 6 ％以上 ．人 员在巷 道 中工 作的 安全 有保 障 。 分段 采矿 法较适 合 用于我 省灰岩 地采矿 山开 采。 【 关键 词】 灰 岩矿 山地 下开采采矿 方 法房柱 采矿 法分 段 采 矿 法浅 孔 留 矿 法 石灰石是生产水泥的主要原料 ， 我省的石灰石 资源主要分 布于龙岩、 三明、 南平、 泉州等地区。 随着社会经济不断发展 ， 特 别是近几年以来 ， 全省大规模的基础设施建设的投入 ， 市场对 水泥需求量不断增加， 为了适应市场需求 ， 水泥企业不断扩大 水泥生产能力。随着水泥产量不断增加 ， 石灰石的需求量也大 量增加 ， 而由于浅部灰岩资源的枯竭 ， 我省南平、 三明、 龙岩、 泉 州等地很多灰岩矿山已由露天开采转入地下开采。如何安全地 进行地下开采、 提高灰岩 资源的利用率 ， 是 当前灰岩地采矿 山 需要解决的问题。正确选用采矿方法可解决灰岩地采矿山提高 灰岩资源的利用率和保障井下安全生产的问题。 一 、我省灰岩地下开采矿山现状 我省水泥用灰岩多赋存于二叠系下统栖霞组 P 1 q 及上碳 系船山组 C3 c 地层中， 灰岩矿山岩溶较为发育 ， 多有溶洞、 溶 裂 ， 并受构造断层褶皱影响。另外 ， 溶洞水、 地下水的存在也对 开采方法有所影响。 水泥用灰岩 为低价矿物 ， 又难以选别， 同时水泥生产对灰 岩有一定的质量要求 ，因此水泥用灰岩矿一般都采用露天开 采 ， 但随着浅部灰岩资源的枯竭， 灰岩矿体埋藏较深， 如采用露 天开采占地面积大， 加上地表环境复杂 ， 存在露采过程剥离量 过大的问题。我省相当多的水泥用灰岩矿采用地下开采， 其开 拓方式多为平硐或斜坡道 ， 采用无轨运输。 因受水泥生产对灰岩质量要求的限制 ， 我省灰岩地采矿山大 多使用空场类采矿法。现采用的采矿方法可以分成以下几种 一 浅孔 留矿 法 南平水泥股份有限公司后谷灰岩矿 山， 为地 下开采 ， 矿体 山 回采采用浅孔留矿法。 根据矿体赋存情况， 矿房垂直矿体布置。 矿块 长 3 5 5 0 m，矿块 高 4 2 ～ 4 5 m，矿房 宽 1 2 1 5 m，问柱 8 ～ 1 0 m， 漏斗间距 5 m。中段采用电瓶车轨道运输， 主平硐采用 架线电机车牵引矿车运输矿石。后谷矿山为国内第一家采用地 采矿山， 从 1 9世纪 8 0年代初至 2 0 1 0年 ， 矿山均采用浅孔留矿 法进行回采矿石。从现场看 ， 浅孔留矿法在后谷矿 山使用的很 好 ， 矿块回采率 4 6 ％。 二 房柱采矿法 我省灰岩矿 山现大多采用房柱采矿法 ， 所用的房柱采矿法 不够规范’， 矿房宽度、 长度随意性较大。很多矿山是在已掘好的 巷道中进行扩帮挑顶形成采场 ， 觉得不安全后才另辟采场 。从 省内使用房柱采矿法的矿山中可以看到 ， 人员及车辆均在矿房 大暴露面下行走、 运行。现使用的房柱采矿法参数较乱 ， 井下采 用装载机装车 ， 汽车运输。 我省现在灰岩矿山仅使用以上两种采矿方法。主要以房柱 法为主。南平水泥股份有限公司后谷灰岩矿 山曾进行过分段采 矿法试验 ， 效果甚好 ， 因受当时矿山设备影响， 没有使用。而现 在几个 中大型灰岩矿 山均以采用分段采矿法为主 ，矿块 回采 率 ≥ 4 6 ％。 二 、 采矿方法选择 灰岩矿体均为沉积矿体， 矿体厚大， 矿体稳固性较好 ， 矿石 不结块、 不 自燃。 开采的石灰岩作为生产水泥原料使用 ，根据生产水泥要 求 ， 灰岩质量要求为 Ca O≥4 8 ％、 Mg O≤3 ％、 S io2 ≤5 ％。 如采用崩落采矿法 ， 一般需在覆盖岩层下出矿 ， 对矿石 产 生贫化 ， 即影响了石灰岩的使用价值 ， 充填采矿法主要用于开 采贵重的金属矿 ， 或在特殊的环境条件下使用， 开采成本高 ， 因 此崩落采矿法及充填采矿法均不适合用于石灰岩矿山开采。因 此灰岩开采均选用空场类采矿法。 一 空场类采矿法中的全面采矿法适用条件 1 一 般要 求矿 岩 中 等稳 固 以上 ，顶 板 的暴 露 面积 2 0 0 ～ 5 0 0m2 。 ， ． ． 1 _ nU 累 一 I _ I l U 采 2 矿体倾角≤3 0 。。 3 矿 体 厚 度在 5 ～ 7 m 以 下 ，国 内大 部 分 矿 山开 采 1 ． 5 ～ 3 ． O m 的矿 体 。 4 一般 矿体 产状 较稳定 。 5 留有矿房内矿柱 ， 最好在贫矿中应用。 二 房柱采矿法适用条件 1 主要适用于矿石和围岩稳固与较稳固的矿体。 2 矿体倾角 3 0。以下。 3 浅孔房柱采矿法矿体厚度小于 8 ～ 1 0 m， 中深孔房柱采 矿 法矿 体厚 度可 达 1 O ～ 1 2 m。 4 价值不高或品位较低的矿石。 上述全面采矿法和房柱采矿法均为开采厚度 1 2 m 以下的 矿体 ， 如开采厚度大的矿体 ， 将产生资源浪费。 因此上述 2种采 矿方法一般不宜用于灰岩开采。 可能采矿方法有阶段采矿法、 分段空场法、 浅孔留矿法。 ①阶段矿房法。适用条件 矿石、 围岩均稳 固； 急倾斜厚矿体和任意倾斜的极厚矿体 ， 或特殊条件 下的薄矿体 ； 矿体几何形状较为规则 ； 不需选别或 剔除 废石 。 阶段 矿 房 采 矿 法 主 要 采 用垂 直 深 孔 崩 矿 和 水 平 深 孔崩矿 。 矿块垂直走向布置长 6 0 m，划分为矿房 5 0 m， 宽 1 5 m，间柱 1 O m 垂直矿体 1 O m，沿矿体 间柱 1 O m， 阶段高度 5 0 m， 矿房底部平底结构 ， 分段垂 直深孔侧向崩矿 ， 装载机装汽车运输 出矿。开采顺 序为各分段 自上而下回采。该采矿法有特点 矿房 研 究 探 讨 _ _ I 程中不需要支护。 矿房垂直矿体布置长 6 0 m，划分矿房 为 5 0 m，间柱 1 O m 垂直 、 沿矿体的间柱均为 1 O m， 设计阶段高 4 7 m。中深孔分 段凿岩、 落矿 ， 平底结构 ， 装载机装汽车运输。该采矿方法在无 覆盖岩下放矿 ， 回采矿石品位高 ， 但存在暴露面积大， 要求上盘 岩石稳固。 通过上述采矿方法比较 ， 灰岩矿 山采矿方法推荐以分段采 矿法为主 ， 在边界及有夹石地段采用浅孔留矿法为辅的采矿方 法。回采以中深孔为主 垂直扇形炮孔 ， 孔径 7 5 9 0 mm， 浅孔 为辅 孔径 3 8 ～ 4 2 mm 。 三 分段采矿法、 浅孔留矿采矿法的矿块构成要素 采用 的分 段采 矿 法 、 浅 孔 留矿 采矿 法 ， 矿 房 均 垂直 矿 体 走 向布置 ， 在矿块边角及有夹石位置采用浅孔留矿法 ， 正常矿块 采用分段采矿法， 设计为单中段布置。矿块布置参数见表 1 。 表 1 矿 块布 置参 数袁 分段采矿法 留矿采矿法 项目 名称＼ 中段高度 m 5 0 5 0 矿房长度 m 5 0 5 0 矿房宽度 m 1 5 1 一 1 2 分段高度 m 1 0 | 问柱厚度 m 1 0 l O 顶柱厚度 m 3 3 底柱厚度 m 8 ． 5 7 ． 5 装矿进路间距 m 1 0 1 0 回采在无覆盖岩下放矿 ， 采出矿石质量好 ， 矿房回采率高 ， 但存 在采切工艺复杂 ， 需要完成矿房全部采切工程才能出矿 ， 矿块 准备时间长。该采矿法要求矿房内不能存在溶洞、 断层、 破碎 带， 如有将会严重影响凿岩、 爆破 ， 最终使矿房报废。 ②浅孔留矿法。适用条件 矿岩基本稳固的急倾斜矿体 ； 适 用于任何厚度的矿体 ； 要求矿石不结块、 不 自燃。 矿块 垂直走 向布置长 6 0 m，划 分为矿房 5 0 m，矿 房宽 1 O ～ 1 5 m， 间柱 1 0 m 垂直、 沿矿体的间柱均为 1 O m， 阶段高度 5 0 m， 顶柱 3 m， 底柱 7 ． 5 m。采用平底结构 ， 装载机装汽车运 输。 采场浅孔凿岩， 分层或分梯段落矿。 该采矿方法优点是采出 矿石质量较好 ， 但存在矿块生产能力小 ， 矿房生产能力每 日出 矿 1 0 O吨 ， 采切工艺复杂， 采场积压矿石等。 ③分段采矿法 采用分段凿岩、 阶段出矿 。适用条件 一般 用于矿石与围岩都稳固的矿体 ； 主要用于下盘倾角大于矿石自 然安息角的中厚 或厚 矿体 ； 矿体较规则 ， 层理 、 节理不发育 ， 没有明显的破坏构造 ； 矿层无夹层， 矿石品位较均匀； 在回采过 四 分段采矿法的采矿工艺 1 ． 采准切割 采准天井布置在矿房间柱 中 ， 规格为 1 ． 6 m X 2 ． 5 m， 用分 段横巷与分段 凿岩 巷道相连结 ， 天井服务于 2个矿房 ， 作 为 通风、 人行、 运料之用。 采 用 装载 机装 矿 ，采 场底 部结 构 为单堑 沟 双侧 出矿 结 构 ， 切割立槽布置在矿房一侧 或中间 的位置。先在矿房一侧 或 中间 位置掘进切割天井， 同时掘进切割横巷 ， 并与切割天井相 贯通 ， 用以凿岩、 爆破 ， 形成切割槽 ， 使切割槽 的大小与矿房的 高度和宽度相一致。 矿房拉底水平用底部堑沟拉底平巷进行拉底 ， 一般随着回 采的推进 ， 逐步把拉底层拉开 。 2． 回 采 采用垂直扇形中深孔矿落矿 ， 炮孔向前倾斜 8 。～ 1 O 。 ， 采 用 T 一 1 ∞ 型、 Y Z 一 9 0型高风压钻机凿岩 ， 炮孔直径 7 5 ～ 9 0 mm， 孔 底距 1 ． 8 - 2 ． 4 m ，最 大孔 深约 7 ． 8 m ，每排 1 1 个 孔 ，炮 孔排 距 - _ _ 研 究 探 讨 2 m， 每米崩落量 1 1 ． 3 9吨 图 1 图 1 炮 孔 布 置 图 采用阶段出矿方式 ， 矿房回采采用扇形中深孔侧 向崩矿方 式进行 回采 ， 从矿房的一端向另一端后退式回采 ， 沿矿房高度 自上而下分段回采 ， 采矿工作先呈直线形或正台阶形状。 崩落的矿石， 由装载机在底部堑沟的装矿进路中装载搬运。 五 浅孔留矿法的采矿工艺 1 ． 采准工作 人行天井布置在矿体间柱中， 规格为 1 ． 6 m X 2 ． 5 m， 每隔 5 米开凿断面为 2 ． 0 X 1 ． 8 m 的人行联络通道通往采场。 采场两端 人行联络道应错开布置。采用平底结构双 单 堑沟的底部结 构 ， 堑沟可作为拉底巷道使用。在堑沟顶部水平进行切割工作， 第一分层回采前应将堑沟扩完并充满矿石。 2 ． 回采工作与局部放矿 矿房采用 自下而上分层回采 ， 分层高度为 1 ． 8 2 ． O m。回采 工作面分为 2 ～ 3个梯段布置。落矿采用气腿式钻机 ， 打水平或 微上倾炮孔 ， 孔深 2 ． O ～ 2 ． 5 m， 炮孔最小抵抗线为 0 ． 8 1 ． 0 m。 爆 破后放出 1 ／ 3左右的崩落矿量 ， 其余 2 ／ 3留在采场内 ， 作 为下 次落矿的作业平台 ，并使矿房内暂留矿石与回采工作面保有 1 ． 8 ～ 2 ． 0 m 的空间。等整个矿房回采爆破作业结束后， 才大量出 矿。矿块回采工作采用后退式回采方式。 回采工作循环 凿岩爆破一通风出矿一顶板处理一场地平 整 大块处理 一 凿岩爆破， 一般每日安排 1个工作循环 。 3 ． 出矿结构 』』 L、 l 口T l l nn 1 n 1 n 采场底部结构中的出矿结构为单堑沟双侧 出矿结构 ， 有拉 底堑沟、 出矿巷道、 装矿进路、 运输平巷组成。装矿进路斜交于 出矿巷道， 交角 4 5 。～ 5 O。， 进路间距 1 O m。 回采进路中崩落的矿石采用 Z L 一 5 O轮式装载机装车 ，装载 机经进路、 出矿巷道， 在中段运输巷道 ， 将矿岩装入井下矿用 自 卸车 ， 由汽车外运。 三、 结束语 采矿方法在矿山生产中占有十分重要的地位。因为它对矿 山生产的许多生产指标如 矿 山生产规模、 矿石损 失率 、 贫化 率、 劳动生产率 、 成本及安全等都有很重要的影响 ， 所以采矿方 法选择的合理 、 正确与否， 将直接关系到企业经济效益和安全 效果。 我省灰岩矿山因受矿体赋存状况的影响 ， 将有很多矿山相 继转 入地下开采 ，因此采矿方法的正确使用将对矿山经济效 果、 安全生产起到很大的作用。 技术进步带来采矿方法的更新换代 ， 我省灰岩矿山现已向 无轨化发展 ， 提高生产效率。因此各个不同矿山采用不同的采 矿方法时， 底部结构均应改为平底结构 ， 便于无轨设备的操作 ， 分段采矿法及浅孔留矿法均可以进行底部结构的优化。 不同的灰岩矿 山应根据矿 山具体情况选择采矿方法。正确 选择使用采矿方法 ， 对资源充分利用及安全生产均可起到保障 作用。_ 编辑／ 黄征