1、地下金屬礦無間柱連續(xù)采礦法研究 劉柱 崔國偉 承德龍興礦業(yè)工程設計有限責任公司 河北 067000摘要：隨著社會的發(fā)展與進步，重視地下金屬礦無間柱連續(xù)采礦法對于現(xiàn)實生活中具有重要的意義。本文主要介紹地下金屬礦無間柱連續(xù)采礦法研究的有關內(nèi)容。關鍵詞 地下；采礦；工業(yè)；技術；條件；方案；設計；中圖分類號：X753 文獻標識碼： A 文章編號：Abstract: with the development and progress of society, pay attention to underground metal mine non-pillar continuous mining metho
2、d for real life has important significance. This paper mainly introduces the underground metal mine non-pillar continuous mining method study of the relevant content.Key word:Underground; mining; industry; technology; conditions; design scheme;引言隨著地下礦山開采規(guī)模的不斷擴大、開采深度的不斷增加，會帶來一系列的技術難題。連續(xù)開采技術工藝是解決這些難題的
3、有效途徑之一。它可以改善井下工人的作業(yè)環(huán)境和工作條件;可以實現(xiàn)礦山機械化連續(xù)作業(yè)，提高采場的綜合生產(chǎn)能力;可以縮短采場的回采周期，有利于深部低壓的控制和管理;可以實現(xiàn)大規(guī)模、高強度的集中強化開采，降低礦石的開采成本，提高開采的經(jīng)濟效益等。因此，自20世紀80年代以來，國際礦業(yè)界對實現(xiàn)連續(xù)強化開采問題予以極大關注，把它視為發(fā)展礦山生產(chǎn)，提高經(jīng)濟效益最直接有效的途徑。隨著高效率采、裝、運設備的出現(xiàn)和大量落礦采礦技術的發(fā)展，井下生產(chǎn)正趨向于大型化、連續(xù)化，采礦方法向高階段和一步驟回采的方向發(fā)展。因此，連續(xù)開采技術對實現(xiàn)21世紀礦山向開采縱深化、規(guī)模大型化、設備機械化、操作自動化、生產(chǎn)連續(xù)化、管理現(xiàn)代
4、化發(fā)展具有重大意義。一、地下礦山連續(xù)開采的概念隨著采礦技術的發(fā)展，地下礦山連續(xù)開采的概念逐漸清晰。由于礦巖軟硬程度的不同，出現(xiàn)了兩種形式的連續(xù)開采方式。一是采掘工藝全過程(含切割、落礦、裝載、運搬)同時平行連續(xù)進行，如綜合機械化采煤工藝。這種連續(xù)開采方式主要是適用于開采礦巖硬度不大的礦體，如煤礦、鉀鹽礦等;另一種是指采裝運機組與一步驟回采配套的連續(xù)采礦，這是基于爆破破巖的一種廣義連續(xù)采礦概念。它是一步驟回采的采礦方法和高效率的采、裝、運設備組成的采礦系統(tǒng)。它不追求嚴格意義上的連續(xù)并行作業(yè)，而是以規(guī)?；傻V為目標，通過創(chuàng)新采礦方法、工藝和設備，將各采礦工序和設備有機組合起來，成為廣義的連續(xù)采礦系
5、統(tǒng)。這種連續(xù)開采方式主要適用于礦巖硬度較大的礦山。二、試驗礦段采礦技術條件與回采方案設計本研究課題從提高礦床開采強度,降低礦石損失、貧化指標,改善井下工人勞動條件,提高勞動生產(chǎn)能力和降低生產(chǎn)成本為目標,對研究提出的具有中國特色的地下金屬礦無間柱連續(xù)采礦法及其工藝技術進行了全面的研究。2.1連續(xù)采礦工藝系統(tǒng)連續(xù)采礦工藝系統(tǒng)的建立，使不少孤立的出礦和運輸?shù)脑O備配置，達到了采用連續(xù)采礦工藝的調(diào)劑及經(jīng)濟上的合理。每個礦山企業(yè)都有其具體的開采條件，因此就可能有各種不同的實施方案，形成的作業(yè)系統(tǒng)可能是全面連續(xù)作業(yè)或間斷一連續(xù)作業(yè)。其基本模式可用框圖1表示。圖1連續(xù)采礦系統(tǒng)甚本模式框圈由圖1可以看出，采場工
6、作面的出礦設備由振動出礦機、連續(xù)裝載機和鏟運機三種，可以分別與振動運輸機、特殊膠帶運輸機配套，或將礦石直接卸人溜井，再在后面組成各種連續(xù)或間斷一連續(xù)的采礦系統(tǒng)間。2.2試驗礦段的采礦技術條件某礦井下開采正延伸至-360m水平,中段設計產(chǎn)量為800t/d。本次工業(yè)試驗在-360m中段的號礦體進行。號礦體沿走向為彎曲的透鏡似板狀,長500650m,厚560m,平均厚度為2025m,礦體傾角7585。-360m水平37線有一破碎帶切割破壞礦體,礦體在-240m水平有分枝復合現(xiàn)象。礦石堅硬穩(wěn)固,但水平節(jié)理較發(fā)育,局部礦段比較破碎,穩(wěn)固性有所降低。礦體上盤為花崗閃長巖,易風化,屬中等穩(wěn)固,下盤為灰?guī)r,較
7、穩(wěn)固。2.3無間柱連續(xù)采礦法試驗方案2.3.1無間柱連續(xù)采礦的總體技術思路。實現(xiàn)無間柱連續(xù)采礦的總體技術思路是:將礦體劃分階段,再將階段劃分一個個礦段;以礦段為回采單元,礦段間不留間柱;采切、回采、充填三大工序,分別在相鄰三個礦段中平行進行;礦段回采采用采場連續(xù)工藝,礦段回采結束后,隨即轉入快速充填;三大礦段的作業(yè)互相銜接,階段采礦工作連續(xù)推進,故稱之“連續(xù)采礦”。由于連續(xù)采礦是以礦段為回采單元,礦段間不留礦柱為主要特征,故又稱“無間柱連續(xù)采礦”。第一礦段回采結束,即可轉入第二礦段回采。2.3.2試驗礦段回采方案。根據(jù)上述技術思路,結合現(xiàn)場原有礦塊劃分及已有工程的布置情況,設計無間柱連續(xù)采礦方
8、案。試驗礦段沿走向長45m,高48m,寬為礦體厚度,平均為14m,礦體傾角75以上,礦石體重3.6t/m3,松散系數(shù)1. 6。設計采礦量為11.5萬t。試驗礦段在回采工藝上分為兩個寬度不等的作業(yè)區(qū),均采用大直徑(165mm)深孔崩礦。第一分區(qū)(15m)設計采用漏斗式底部結構,T4G出礦,一分區(qū)崩礦出礦完成后,采用自行研制成功的復合型高水速凝材料與尾砂膠凝跟隨快速充填;第二分區(qū)(30m)設計采用振動出礦的平底式底部結構,用改進完善的振動連續(xù)作業(yè)機組出礦。為降低充填成本,二分區(qū)采后用全尾砂充填。根據(jù)鳳礦井下已形成的開拓系統(tǒng),試驗采場鑿巖硐室布置在-300m,出礦巷道布置在-348m,試驗采場一分區(qū)
9、由2號溜井出礦;二分區(qū)由1號溜井出礦,采場作業(yè)人員由設在一分區(qū)一側的人行天井上下。從試驗采場結構可見,突出的特點表現(xiàn)在以下三方面：(1)在試驗礦段內(nèi)實行分區(qū)回采。其優(yōu)點是:可以適當加大試驗礦段長度,減少回采作業(yè)循環(huán),加快回采速度;第一分區(qū)采后隨即進行充填,這就為試驗礦段回采結束后盡快轉入第二礦段作業(yè)創(chuàng)造了必要條件;可根據(jù)礦體產(chǎn)狀的變化,靈活布置采切工程。(2)在分區(qū)之間預留臨時礦壁。所謂“臨時礦壁”是在分區(qū)之間暫留打好孔的5m左右寬的礦壁,它要待二分區(qū)崩礦、出礦結束前,最后一次崩落放出。這種預留臨時礦壁的主要作用是隔離一分區(qū)內(nèi)的充填體,并使充填體免受二分區(qū)大量崩礦的沖擊破壞。也就是說,在二分區(qū)
10、大量崩礦出礦過程中,一分區(qū)充填體能保持自立不垮落,為二分區(qū)創(chuàng)造了安全作業(yè)條件,并為降低回采過程的礦石損失、貧化指標創(chuàng)造了有利條件。(3)采用結構簡單的底部結構。作為對比,試驗采場二分區(qū)設計采用振動出礦的平底式底部結構形式,這種底部結構簡單,工程量小,開掘容易,采切比只有常用的漏斗底部結構的1/2。并且底柱高度低,礦石損失少,沒有專用二次破碎巷道,工作面都有貫通風流,作業(yè)安全,勞動條件好。三、工業(yè)試驗結果分析無間柱連續(xù)采礦法是一個多工序相互銜接、相互協(xié)調(diào)的連續(xù)作業(yè)工藝系統(tǒng),要使系統(tǒng)達到最優(yōu),則必須保證每一個環(huán)節(jié)相互銜接,正常運行,為此,我們在理論上對礦床連續(xù)回采進行了多方案論證,深入研究了連續(xù)采
11、礦工藝中一些帶基礎理論性的問題;分析研究和采用了相應的先進技術,使本研究項目順利實施并取得預期效果。3.1取得的主要技術經(jīng)濟指標采場綜合生產(chǎn)能力:845t/d(按實際工作日算);采場連續(xù)出礦能力:185t/h(按實際出礦時間計);采場振動連續(xù)出礦成本:1.05元/t;回采作業(yè)成本:4.55元/t;千噸采切比:8.64標米;炸藥單耗:0.335kg/t(試驗采場平均值);二次破碎炸藥單耗:0.02kg/t;大塊產(chǎn)出率:(0.651.1m的)5%;礦石損失率:9.51%;礦石貧化率:8.17%。3.2主要技術效果分析 (1)將礦體劃分為礦段,不留間柱,連續(xù)回采,突破了將礦體劃分為礦房礦柱分兩步驟回
12、采的傳統(tǒng)模式,從根本上避免了傳統(tǒng)工藝中礦柱回采所造成的大量礦石損失和因兩步驟回采帶來的作業(yè)線越拉越長,形成多中段作業(yè),給生產(chǎn)管理帶來困難,嚴重影響礦山經(jīng)營效益等一系列的問題。大幅度降低了礦床開采的損失率和貧化率,實現(xiàn)了以礦段為回采單元、不留間柱的連續(xù)強化回采的工藝目標。(2)研究使用深孔爆破破碎與定向致裂技術,使崩礦質(zhì)量大大提高。一次崩礦量大,崩落礦石塊度均勻,大塊產(chǎn)出率低,為高效率的振動連續(xù)出礦提供了高質(zhì)量的礦石,并且有效地保護了臨時礦壁的完整,使臨時礦壁起到了隔離充填體的作用,避免了回采過程的二次貧化,提高了礦石的回收率。(3)采用新一代振動連續(xù)出礦運礦機組出礦,強化了連續(xù)回采過程。該機組
13、設備是經(jīng)三次改進完善、優(yōu)化設計的新一代機型。該機組設備以機械振動原理為理論依據(jù),直接采用電能,能耗低。設備結構簡單,工作性能穩(wěn)定,機組生產(chǎn)能力大,大塊通過性強,充分體現(xiàn)了連續(xù)強化回采的技術特點。并且是我國自行研制成功的全套設備,其造價低、維修工作量小、有利于降低采礦作業(yè)成本和推廣應用。(4)采用自行研制成功的以本地原料為主(占75%)的復合型高水速凝材料與尾砂膠凝充填了采場一分區(qū),不僅簡化了使用分甲乙兩種料的高水材料與尾砂膠結充填的工藝,節(jié)省了充填成本,還由于高水速凝材料所具有的速凝早強等突出優(yōu)點,也為實現(xiàn)分區(qū)連續(xù)回采、跟隨快速充填提供了材料與技術保障。經(jīng)測定,充填后一天的抗壓強度為1. 6M
14、Pa,三天后的平均抗壓強度為2.06MPa,充填成本比普通水泥尾膠充填低8%;比外購高水材料(甲乙料)成本低30%以上。試驗采場一分區(qū)采后跟隨快速充填,在很短時間內(nèi)就達到要求的強度,使回采作業(yè)很快轉移到二分區(qū),在作業(yè)時間上相互銜接,這是實現(xiàn)分區(qū)連續(xù)回采的前提條件。如果采用普通水泥尾砂膠結充填,要達到本試驗研究的工藝目標,則必須要做到:在充填料中增添速凝劑;增設脫水、泄水措施;提高水泥等級。以上三項條件,既加大了充填工藝的難度,又提高了充填成本,而采用復合型高水尾砂膠凝充填,就較好地解決了上述問題,把井下膠結充填工藝及技術提高到了一個新的水平。結束語總之，21世紀的礦業(yè)目標就是創(chuàng)造更高效率、更低
15、成本、最少環(huán)境污染和較好安全條件的采礦模式，為人類提供巨大的物質(zhì)財富。為實現(xiàn)上述目標，地下金屬礦的發(fā)展方向就是實現(xiàn)采礦作業(yè)系統(tǒng)的連續(xù)化、規(guī)?；妥詣踊⒖嘉墨I1吳周羅中.非膠結充填體下階段礦柱的低貧損連續(xù)回采技術J.采礦技術，2006，(3).2袁世倫，胡國斌，楊承祥.連續(xù)采礦工藝在銅陵有色金屬礦山的研究與應用J.黃金，2004，25(3):19一22.3羅周全，古德生.地下礦山連續(xù)開采技術研究進展J.湖南有色金屬，2010，11(2).4古德生.地下金屬礦采礦科學技術的發(fā)展趨勢J.黃金，2005(l):18一22.5吳愛祥，韓斌，古德生等.國內(nèi)外地下金屬礦山連續(xù)開采技術研究的發(fā)展J，礦冶工程，2002，22(3)
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