某石灰岩矿采矿方法试验研究.pdf

S e r i a l No． 5 7 6 April ． 2 01 7 现代矿业 MODERN MI NI NG 总 第 5 7 6期 2 0 1 7 年 4月第 4期 采矿 工 程 某石灰岩矿采矿方法试验研究 陈敏黄铁平 广 东省冶金建筑设计研究院 摘要针对某石灰岩地下矿 山采用浅孔房柱法开采存 在的一些问题 ， 通过预切顶下向平行 中深孔房柱法和上向扇形 中深孔房柱法比选， 确定开展预切顶下向平行 中深孔房柱法安全高效 回 采技术研 究。试验结果表明， 新采矿方法在提 高采场生产 能力、 降低采矿成本、 改善 通风安全条件 等方面取得 了良好的效果 ， 可以在类似石灰岩地下矿 山推广应用。 关键词石灰岩矿预切顶下向平行 中深孔房柱法 生产能力 采矿成本 Te s t S t u dy o f t h e M i ni n g M e t ho d o f a Li m e s t o n e M i ne Ch e n Mi n Hu a n g Ti e p i n g G u a n g d o n g Me t a l l u r g i c a l A r c h i t e c t u r a l D e s i g n R e s e a r c h I n s t i t u t e Abs t r a c t I n v i e w o f t h e e x i s t i ng pr o b l e ms o f s hall o w h o l e r o o m a n d p i l l a r mi n i n g me t h o d o f a l i me - s t o n e mi n e， b y c o n d u c t i n g c o mp a r i s o n a n d s e l e c t i o n o f p r e c u t t o p d o w n wa r d p a r all e l me d i u m l e n g t h h o l e r o o m a n d p i l l a r me t h o d a n d u p wa r d f a n s h a p e d me d i u m l e n gth h o l e r o o m a n d p i l l a r me t h o d，t h e s a f e t y mi n i n g t e c h n i q u e s t u d y o f p r e - c u t d o wn w a r d p a r a l l e l me d i u m l e n gth h o l e r o o m a n d p i l l a r me t h o d i s d o n e ． T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h e n e w mi n i n g me t h o d i s g o o d f o r i mp r o v i n g t h e s t o p e p r o d u c t i o n c a p a c i t y， r e - d u c i ng mi ni ng c o s t a n d i mp r o v i n g v e n t i l a t i o n s a f e t y c o n d i t i o n s， wh i c h i s f u r t h e r s h o w t h a t t h e me t h o d c a n b e us e d t o t h e s i mi l a r l i me s t o n e un d e r g r o un d mi n e s ． Ke y wo r d s L i me s t o n e mi n e ， P r e - c u t d o wn p a r a l l e l me d i u m l e n gth h o l e r o o m a n d p i l l a r me t h o d， P r o d u c t i o n c a p a c i t y， Mi n i n g c o s t 随着国民经济的快速发展， 石灰岩作为重要的 建筑材料和生产水 泥的主要原材料 ， 需求量 日益增 大。石灰岩是一种沉积岩 ， 多呈厚大层状结构 ， 块状 构造产出， 一般采用露天方式开采。但由于受开采 技术条件限制 ， 如保护 自然生态环境 ， 地表不允许破 坏 ， 石灰岩矿地下开采在部分地区呈快速发展趋势 。 少数大型石灰岩地下矿山采用较正规 的分段法或留 矿法开采 ， 经济效益和安全性相对较好。但是 ， 小型 民营石灰岩地下矿山由于技术力量不足， 采矿方法 多为留不规则矿柱的浅孔房柱法， 存在工人劳动强 度大、 生产效率低 、 通风条件差 、 采场结构不合理、 资 源回采率低等缺点 。因此 ， 提高该类矿山开采技 术水平 ， 提高生产效率 ， 改善通风效果 ， 提高资源 回 采率 ， 确保矿山安全生产是十分重要和必要 的。 陈敏 1 9 6 5 一 ， 男， 高级工程师， 5 1 0 0 8 0 广东省广州市越秀区 中山二路 3 5号。 1 矿 山概 况 某石灰岩矿床赋存于下二叠统栖霞组的碳酸盐 岩地层中 ， 分 布在北东 向背斜构造 上 ， 呈厚层状产 出， 其产状与地层构造一致 。轴向为北东一南西走 向， 倾 向分别向南东及北西倾斜 ， 两翼倾角为 4 5 。 一 4 9 。 ， 矿体沿走向最大长度为 1 0 6 0 m， 平面分布宽度 为 2 5 0～ 4 9 0 m， 面积约 0 ． 3 7 5 k m ， 控制厚度一般在 1 6 ． 8 51 1 4 ． 1 7 m， 在轴部 最大厚度 为 1 1 4 ． 1 7 m。 矿层厚度较大， 连续完整。矿床在平面上为一多边 形 ， 空间上近似一个顶面起伏 的“ 馒头体” 。 该石灰岩矿结构致密， 节理裂隙不发育， 抗压强 度为 6 2 ． 2～ 6 3 ． 6 M P a ， 坚固系数为 5～l 0 。矿石岩 质完整 ， 坚硬稳固， 工程性能良好 ， 一般不用支护。 由于受开采技术条件限制 ， 该石灰岩矿 山采用 地下开采。设计开采标高为 2 0～一2 5 m， 生产规 模为 4 O万 t ／ a ， 采用斜 坡道一汽车开拓运 输方案。 原采矿方法为普通浅孔房柱法， 即浅孔凿岩崩矿， 挖 73 总第 5 7 6期 现代矿业 2 0 1 7年 4月第 4期 掘机装矿， 自卸式汽车运输。矿块垂直矿体走向布 置 ， 每个矿块划分成矿房、 间柱和顶柱 3个部分 。间 柱和顶柱为永久性矿柱 ， 不予 回采。 2采矿方 法选择 为解决普通浅孔房柱法开采过程 中存在的诸多 问题 ， 实现安全高效开采 ， 所选用的采矿方法应满足 矿块生产能力大、 通风安全性好等条件。结合该矿 石灰岩矿体厚大和采用无轨设备 的特点 ， 初步选定 预切顶下向平行中深孔房柱法和上向扇形中深孑 L 房 柱法 。 方案 I为预切顶下 向平行中深孔房柱法。将矿 房分成上下分层两步骤 回采 。采用 B o o m e r 2 8 1型凿 岩台车在矿房顶部掘进一条切顶巷道 ， 形成上分层 行人、 通风、 运输与安全 出口通道 。切顶巷道断面为 三心拱 ， 尺寸为 4 m X3 ． 5 m 宽 高 ； 将切顶巷道 向两帮逐步刷大 ， 形成 1 5 m X 5 m 宽 高 切顶 空 A． A 间 ， 完 成 上分 层 的 回采工 作 ； 在切 顶 空 间下 用 T a m r o c k R a n g e r 6 0 0型潜孔钻机钻凿深 1 0 m下 向平 行中深孔 ， 微差爆破 ， 崩落矿石用挖掘机装矿 ， 载重 自卸式汽车经斜坡道运 出地表 ， 完成下分层 的回采 工作 。方案 I 技术方案示意见图 1 。 方案 Ⅱ为上 向扇形 中深孔 房柱法。一 步骤 回 采 ， 凿岩、 采装、 运输全部工作在矿房底部的凿 岩巷 道完成 。采用浅孔凿岩爆破在矿房底部掘进一条凿 岩巷道 ， 作 为行人 、 通风、 凿岩 、 出渣 和安全通道 ， 巷 道断面为三心拱 ， 尺寸为 4 m 3 ． 5 m 宽 高 ； 在 凿岩巷道 内采用 Y G Z 一 9 0型凿岩钻机 配 T J 2 5型钻 架 钻凿上 向扇形 中深孔 ， 采用 B Q ． 1 0 0型装药器装 药 ， 并 向预先 准 备好 的切 割槽 崩 矿 ； 崩 下 矿石 用 Z L 5 0 C型装载机装矿 ， 1 0 t自卸式汽车经斜坡道运 出地表。方案 Ⅱ技术方案示意见图 2 。 图 1 方案 I 技术方案示意 单位 i n 1 一切顶巷道 ； 2 一切顶 空间 ； 3 一 中深孔 ； 4 一矿堆 ； 5 一凿岩钻机 ； 6 一挖 A． A 图 2 方案 I I 技术方 案示意【 单位 I l 1 1 一凿岩巷道 ； 2 一 中深孔 ； 3 一矿堆 ； 4 一 装载机 ； 5 一汽车 I、 Ⅱ技术方案特点及优缺点 比较见表 1 。 矿房、 间柱 、 顶柱 三 部 分 ， 矿 房 长 8 0～1 0 0 m， 宽 通过对方案 I、 Ⅱ综合比较 ， 可以判断方案 I 在 1 5 m， 高 1 8 m， 间柱宽 1 5 r n ， 顶柱厚 3 0 m。矿房分 2 采矿凿岩效率、 生产能力和通风安全方面的优点均 层回采， 上分层高8 m， 下分层高 1 0 m。采矿方法示 较明显。因此 ， 本项 目选择预切顶下向平行 中深孔 意见图 3 。 房柱法开展试验研究。 3 ． 3回采工艺 3 中深孔房柱法试验 矿房先采上分层， 后采下分层 ] 。上分层回采 3 ． 1 试验地点 实际上是形成切顶空间， 为下分层 回采创造条件 。 试验采场布置在 0 勘探线 附近、 0～一2 5 m斜 3 ． 3 ． 1 上分层 回采 坡道两侧， 矿石类型为大理岩和灰岩， 矿岩坚硬稳 先在上分层 1 0 m水平沿矿块长轴方向拉通 固， 连续完整， 节理不发育 ， 工程条件 良好 。 预切顶巷道 ， 两端分别与 1 0 m中段运输巷道和回 3 ． 2 试验矿块构成要素 风巷道联通 ， 形成上分层的行人、 运输 、 通风与安全 沿矿体走向每隔3 0 m左右划分一个矿块， 分成 出 口通道。 预切顶巷道断面为三心拱， 尺寸为5 m 7 4 陈敏黄铁平 某石灰岩矿采矿方法试验研究 2 0 1 7年 4月第 4期 方案 优点 缺点 篓 慧 璧 悫 笆 采 切 工 程 量 大 ； 顶 板 暴 露 时 间 长 ，不 易 检 查 ， 安 全 性 较 差 ； 凿 岩 设 耋 喜 备 铲 装 ，机 械 化 程 度 高 ， 生 产 能 力 大 ； 回 采 妄 吴 ’ ’ 。且 ’ ’ 工 艺 简 单 ，通 风条件好 。 。 无切 顶层 ， 采切工作量小 ； 巷道 内凿岩 、 铲装作业 ， 安全 性好 ； 无轨 “ 设备铲 装 ， 机械化程度高 ， 生产能力较大 ； 凿岩设备投资小。 爆破质量较难控制 ， 对顶柱 和矿柱破坏 性大 ； 凿 岩效率低 ， 崩矿 块度不均匀 ， 大块率高 ； 凿岩巷道容易堵塞 ， 通风效果一般。 图 3 预切顶下 向平行 中深孔房柱 法示意 单位 m 1 一 切顶巷道 ； 2 一切顶空间 ； 3 一 中深孔 ； 4 一矿堆 ； 5 一凿岩钻机 ； 6 一挖掘机 ； 7 一 汽车； 8 一锚杆 ； 9 - - 0 m中段运输巷 ； 1 O 一1 0 m中段运输巷 ； 1 1 一 回风巷道 6 m 宽 高 ； 利用预切顶巷道扩帮形成切顶空 3 ． 4 采场通风 间 ， 在倾斜工作面或 留矿堆上采用浅孔凿岩分层爆 在掘进上分层预切顶巷道时， 主要采用局扇通 破逐层推进 ] ， 最后形成 1 5 m 8 m 宽 x高 切顶 风 。预切顶巷道拉 通后 ， 就形成 了利用矿井主扇机 空间。崩落矿石采用挖掘机装矿 、 自卸式汽车运输 ， 械抽出式贯穿风流通风 J 。新鲜风流从 l 0和 0 m 经主斜坡道直接 运到地表破碎 站。切顶空 间形成 水平运输巷道进入采场 ， 污风 由预切顶巷道汇入回 后 ， 即完成 了上分层 回采工作 。 风巷道排出地表 。为了迅速排烟降尘 ， 加强通风效 3 ． 3 ． 2 下分层回采 果 ， 采用局扇进行辅助通风。 在下分层 回采之前 ， 先进行下分层 的开拓运输 3 ． 5 顶板管理 道路和采准切割工作 。将斜坡道从 1 0 m标高开 在上分层 回采时 ， 采用 自制的顶板检查设备清 拓至 0 m标高 ， 从 0 m标高处掘进一条水平运输巷 理顶板松石 ， 在挖掘机铲斗中安装一个焊接 的铁篮 道与各试验采场矿房联通 ， 该下分层水平运输巷道 子， 安全人员站在 由挖掘机高举 的铁篮子里手持橇 布置在矿房中间部位 ， 作为下分层 的行人、 运输 、 通 棍检查处理浮石 。用 自制设备替代顶板检查升降台 风与安全 出口通道。由此 ， 每个矿房 中间部位就形 车， 既节省设备投入 ， 又操作容易、 安全可靠。下分 成了一条 5 m 6 m x 1 0 m 长 x宽 高 立槽 ， 作为 层回采时 ， 在每次进入采 场作业前 ， 先进 行顶板检 下分层两端矿房崩矿的自由面和补偿空间。 查， 确保安全的情况下进入采场作业。 凿岩设备为 T a m r o c k R a n g e r 6 0 0 型潜孔钻机， 炮4 试验效果 孔倾 角 为 9 0 。 ， 孔径 为 7 9 m m， 孔 深 1 0 m， 孔 距 为 本项 目在东采 区 0 m 中段布置 了 5个试 验采 3 ． 0 m， 排距为 2 ． 5 m， 炸药单耗为 0 ． 6 k g ／ m ； 采用 场 ， 进行了 2 a中深孔房柱法试验 。据统计 ， 试验采 2 岩石炸药 ， 连续柱状装药 ， 非 电导爆管雷管起爆 ， 场矿块生产能力由原来的 2 0 0 t ／ a 提高到 1 0 0 0 t ／ a ， 分段微差时间为 5 0 m s _ 5 ； 崩下的矿石直接用 P c ． 采矿工效由4 0 t／ a提高到 2 0 0 t ／ a ， 资源利用率由 2 0 0型挖掘机装矿 ， 1 0 t自卸式汽 车运至地表破碎 2 5 ％提高到 4 0 ％ ， 可多采 出矿石 1 5万 t 。采矿直接 站； 大块矿石用挖掘机安装 E 2 0 0 B型液压碎石器进 成本由1 1 ． 8 t 降低至9 ． 3 r_t t ， 年节约采矿成本 行二次破碎。 约5 0 万元 ； 采场通风效果明显改 下转第8 8 页 7 5 总第 5 7 6期 现代矿业 2 0 1 7年 4月第4期 上接第 6 6页 3 ． 2 元素在空间上的分布分配规律 测区内各元素的背景起伏是以近 E W 向展布的 高低相间变化为特征 ， 与测 区的基本构造格局、 地层 走向一致 。由测 区地球化学异 常分布特征可知 ， 测 区北部为 P b 、 z n 、 A g高背景和异 常区 ， 中部 为 c u 、 Mo 为主的高背景和异常区、 南部为 w、 s n高背景和 异常区。异常总体呈 E W 走 向， 但 由于受到后期 同 生构造 、 隐伏断裂构造 、 岩浆侵入活动影 响， 异 常展 现出 N E、 近 E W、 N WW 或近 S N向分布的规律。近 E W 向展布 的异 常一般具有 相 同或 相近 的元 素组 合 ， 而 N E、 N WW、 近 S N向分布的异常由于穿切 了不 同地层或岩浆岩 ， 很难有相近的元素组合 ， 多具有几 种不同的元素组合特征_ 1 引。 4 结语 结合吉如测区 1 5 0 0 0 0水系沉积物测量成果 ， 分析 了区内水系沉积物地球化学特征。结果表 明 该区 1 3种元 素的分布具有较强 的规 律性 ， P b 、 z n 、 A g 、 C u 、 Mo 、 W、 S n 、 B i 等异常分布明显 ， P b 、 z n 、 A g 异 常主要与晚石炭纪一新近纪火 山沉积． 正常沉积地 层有关， 主要异常和矿化线索或已知矿点均分布于 该类地层出露区， C u 、 Mo 、 w、 S n 、 B i 异常更多地与侵 入作用有关 ， 特别是与浅成侵入活动有关 。 参考文献 [ 1 ] 王立成 ， 王成善 ， 李亚林 ， 等． 藏 南地 区海相 白垩 系富有机质 沉 积的影响 因素浅析[ J ] ． 地 学前缘 ， 2 0 0 9 ， 1 6 5 1 0 7 ． 1 1 7 ． [ 2 ] 周永章 ， 付伟 ， 杨志军 ， 等 ， 藏南地 区中生代硅 质岩的地球化 学特征及其成 因意义[ J ] ． 岩石 学报 ， 2 0 0 8， 2 4 3 6 0 0 - 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