第21卷 第4期矿业研究与开发Vol.21 No.4
2001年 8 月MININGR&DAug. 2001
文章编号:1005-2763(2001)04-0021-04
国内外缓倾斜中厚矿体采矿方法现状
黄胜生
(金山金矿,江西德兴市 334213)
摘 要:缓倾斜中厚矿体的开采,一直是国内外的采矿难题。在对国内外缓倾斜中厚矿体开采状况调查的基础上,分别就目前主要应用的采矿方法的采矿工艺、采矿装备、应用效果和存在问题与发展趋势作了简要的叙述。
关键词:缓倾斜;中厚矿体;采矿方法
中图分类号:TD853.2 文献标识码:A
TheState-of-ArtsofMiningMethods
forGentlyDippingMedium-ThickOrebodiesBothinChinaandAbroad
HUANGSheng-sheng
(JinshanGoldMine,Huaqiao,Jiangxi334213,China)
Abstract:Miningofgentlydippingmedium-thickorebodieshasbeenabigchallengetotheminingin dustrytheworldover.Thestate-of-the-artsofminingmethodsforgentlydippingmedium-thickorebodiesbothinChinaandabroadhasbeeninvestigated.Basedonthisinvestigation,abriefdescrip tionisgivenoftheminingtechnology,equipmentandminingperformancesalongwithexistingprob lemsanddevelopmenttrend.
KeyWords:Gentlydipping;Medium-thickorebody;Miningmethod 对倾角为15 ~35 、厚度为6~20m的缓倾斜中厚矿体的开采,在国内外一直是一个难题。矿体倾角缓,矿石无法自溜,需采用机械运搬或人工扒运,而采场空顶较高,顶板管理困难。据对国内缓倾斜中厚矿体矿山的统计,房柱采矿法占50%,底盘漏斗采矿法占35%,其余的主要为采用分层充填法和电耙留矿法。而国外这类型的矿体则主要采用房柱法,其比例达61%,另外采用充填法的占23%;其余的主要用爆力运矿采矿法。以下就国内外主要几种采矿法的应用情况予以叙述。
柱的房柱法,预切顶中深孔房柱法和浅孔落矿胶结矿柱房柱法。前两种方法应用较为普通,这里不再赘述,以下简要介绍后两种采矿方法。1.1 预切顶中深孔房柱法
该方法采用脉内采准,浅孔超前切顶,扇形中深孔落矿,锚杆护顶,抛绳枪挂滑轮,采场电耙出矿。矿块沿走向布置,并划分为盘区开采。盘区布置2~3组矿房和矿柱。盘区长60~100m,阶段斜长40~60m,阶段高度一般为15~30m。矿房宽8~20m,矿房间柱宽3~8m,顶底柱高各3~6m。回采从切割上山开始,先用浅孔在矿体上部进行切顶,切顶高度为2~3m。上部切顶可全面拉开,一次形成,也可超前下部回采,分段形成。切顶揭露后的顶板用楔缝式锚杆支护,锚杆网度(1~1.5)m (1~2)m,锚杆长度1.6~2m。
下部矿体的回采,是在下部沿脉凿岩上山用中
1 房柱法
房柱法主要用于倾角25 以下、厚度4~12m的中厚矿体,要求矿石及围岩稳固和中等稳固。目前,国内外缓倾斜中厚矿体应用房柱法的变型方案很多,主要有留不规则房间矿柱的房柱法,留条形矿
收稿日期:2001-03-21
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矿业研究与开发 第21卷
深孔凿岩机向上钻凿扇形深孔。目前国内中深孔凿岩设备主要有YGZ90、YGZ80钻机。爆破采用2#岩石炸药,人工装填,部分矿山采用装药器装药。一般采用各排微差爆破。崩落矿石由电耙运搬。
采用预切顶的方法,预先锚固顶板,安全性较
好,同时,通过预切顶,便于适应矿体顶板形态的变化,减小采矿贫化损失;采用中深孔凿岩爆破,采场生产能力大,采矿工效高。其缺点是,在矿石品位变化较大的情况下,不便进行分采。
其应用情况及主要技术经济指标见表1。
表1 国内外缓倾斜中厚矿体房柱法主要技术经济指标
矿山及采矿方法
王集磷矿深孔房柱法
良山铁矿预切顶中深孔房柱法牟定铜矿预切顶中深孔房柱法锡矿山锑矿浅孔房柱法金山金矿胶结矿柱房柱法大庄子金矿胶结矿柱房柱法洛林矿区椰夫矿(法)乌拉尔波克罗夫斯克矿(苏)潘纳斯矿(希腊)
采场生产能力
(t/d)
[1**********]~7050~6060~[1**********]
采矿工效(t/工班)9.3310.2627.37~95~67~8-130120
凿岩台效(t/台班)1078078.260~7050~6060~70-7060
贫化率(%)710~30710~30158-5-710
损失率(%)22154.720~2512915520
凿岩设备
运搬设备
YGZ80电耙YGZ80电耙YGZ90电耙YT26电耙7655电耙7655电耙
台车配旋蟹式装载机、转式钻机EIMCO铲运机 100铲运机台车铲运机
1.2 浅孔落矿胶结矿柱房柱法
目前,普通房柱法的突出缺点是遗留矿柱很难及时回收,矿柱损失较大,可达40%以上,且大量的空区给后续生产带来很大的隐患。为此,高品位的矿山多采用两步骤开采、嗣后充填的房柱采矿法。
该方案采用盘区连续开采。盘区沿走向布置,长30~60m。盘区内沿走向划分为矿房和矿柱,矿房宽10~15m,矿柱宽5~8m,底柱高6~7m,顶柱高3~6m。当采场斜长较大时,则沿倾向划分为两个分段进行回采。上下分段长30~40m。回采顺序是先采矿柱,矿柱采空区胶结充填后,再回采矿房,矿房采空区用尾砂充填。
回采采用浅孔落矿,分层回采。崩落矿石用25~55kW的电耙运搬。采场顶板用锚杆网护顶。矿柱采用胶结充填,其灰砂比多为1!6~1!10,矿房则采用分级尾砂充填,最小粒径一般要求大于37 m。
纵观国内矿山,近年来尽管对各类房柱法作了不少改进,但其装备水平提高不够快,大都未使用凿岩台车等设备,采场运搬设备仍以电耙为主。所以,综合生产效率与国外同类采矿方法相比,仍然较低,保障采场安全生产的顶板管理措施仍未达到满意的效果。
国外应用房柱法的矿山普遍采用先进的采掘设备。据对西方主要矿山的统计,应用无轨自行设备的矿山有41个,其中加拿大11个,英国10个。凿岩作业一般采用装有1~4个凿岩机臂的无轨凿岩;辅助机械进行采场顶板管理和锚杆护顶,从而保障了回采工作的安全。由于装备先进的采、装、运设备,采场综合生产能力、采矿工效明显较我国的高,其有关矿山的各项技术经济指标见表1。
2 底盘漏斗采矿法
对矿石中等稳固、倾角25 ~45 、厚度10~20m的中厚矿体,采用房柱法开采,在凿岩、矿石运搬,以及顶板管理方面会带来一系列问题。所以,对矿石价值不高,或品位不高的矿体,多采用底盘漏斗采矿法开采。
该方法的特点是将矿体划分为盘区开采。盘区沿走向布置,长30~60m。每个盘区内布置2~3个矿房,矿房跨度10~15m,斜长一般50~80m。每个盘区布置一条连续隔离矿柱,矿柱宽5~8m。采场之间不再留矿柱。在底盘围岩内,于矿体倾斜方向开掘带有普通漏斗的电耙道出矿结构,在凿岩上山内进行中深孔凿岩,采用分段微差爆破落矿。矿石靠自重经漏斗下放至电耙道,由电耙集中耙至溜井放出。采空区用尾砂进行充填。矿柱不予回收。
回采顺序是沿倾斜由上而下后退式推进,盘区内几个矿房同步推进。采用YGZ90型凿岩机在凿岩上山钻凿扇形中深孔,使用铵松腊炸药、微差起爆方法,向切割槽爆破。崩下矿石通过开掘的漏斗自溜入电耙道内,再用30~55kW的双卷筒电耙绞,
第4期 黄胜生 国内外缓倾斜中厚矿体采矿方法现状
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采用漏斗式底部结构时为5~8m,采用堑沟式时为10~13m。顶板管理多采用崩落上盘围岩的方法。该法将底部出矿结构沿矿体下盘布置,在凿岩上山进行凿岩作业,出矿人员无须进入采场,回采比较安全,采场跨度与暴露空间可略为增大,采场顶板稳固性要求也可略为放宽。另外,由于采用中深孔凿岩,几个采场可同时作业,采场生产能力大,采矿工效高,采矿成本低。其主要的缺点是,采矿贫化损
失大。因而,该方法多用于倾角与厚度偏大的低品位、低价值的缓倾及倾斜中厚矿体。
相对国外,底盘漏斗采矿法在我国应用较多,尤其在铜矿和铁矿应用较为普遍。近年来,随着金属价格的下调,我国资源的减少,以及该法贫化损失高、采准工作量大、矿体形态适应性差等问题,其应用有减少的趋势。国内外部分应用底盘漏斗采矿法的矿山的主要技术经济指标见表2。
表2 底盘漏斗采矿法的主要技术经济指标
矿山名称
牟定铜矿
大冶赤马山铜矿河北后沟金矿河北金河磷矿良山铁矿
赞比亚穆富拉铜矿
矿体倾角( )10~2040~703020~3010~4525~45
矿体厚度(m)5~1110~457~186~12>106~13
采场生产能力
(t/d)140~180180~240180140~180200250
采矿工效(t/工班)15~1715~20-10~11-80
贫化率(%)18~3015151920-损失率(%)18~2210182520~3014
采切比(m/kt)34~4218243320~2519
3 机械化分层充填法
对于品位较高的矿床开采,为提高矿石回收率和控制岩移及顶板压力,越来越多的矿山采用分层充填采矿法,对品位较高、中厚以上的矿体多采用效率较高的机械化充填采矿法。据统计,有色矿山的充填法的比重由1963年的0.7%上升到1990年的19.6%,黄金矿山则高达31%。
近年来随着充填工艺的不断完善和采矿机械化的发展,充填法已跨入高效采矿的行列。以凡口铅锌矿盘区机械化尾砂胶结充填法为例,该法采用底盘脉外斜坡道、高中段、高分段、脉外集中溜矿井,实现无轨采矿;采用盘区组合采场采矿、出矿和充填,盘区生产能力达400~500t/d,采场生产能力比普通上向分层充填法提高一倍以上。而后又配套使用凿岩台车、锚杆台车、撬毛台车、装药车、锚索台车和铲运机等高效设备,使盘区工艺技术、装备和主要技术经济指标达到了世界先进水平。
金川二矿1号矿体采用的上向进路机械化胶结充填法,沿矿体走向100m划分为两个盘区,进路断面为5m 4m,两步骤间隔回采,采用双机液压台车凿岩,电动铲运机出矿,辅助车安装锚杆和装药,实现无轨化采矿和细砂管道充填。盘区综合生产能力达1039t/d。
焦家金矿宽进路分层盘区充填法,盘区内采场,个采场同时作业,分别进行凿岩爆破、矿石装运、顶板支护和充填作业。采用法国的PLVTON-17型双机凿岩台车凿岩,使用芬兰的TORO-250BD型柴油铲运机装运矿石,用瑞典阿特拉斯公司的PT-50L型撬毛台车处理采场顶板松石,采用法国的PLVTON-17-1B型锚杆台车进行锚杆支护,其采矿生产能力和采矿工效显著提高。其有关矿山的主要技术经济指标见表3。
表3 上向分层充填采矿法部分矿山主要技术经济指标
矿山名称凡口铅锌矿金川二矿红透山铜矿焦家金矿王岛多尔芳白钨矿
盘区生产能力采矿工效贫化率损失率采切比
(t/d)(t/工班)(%)(%)(m/kt)130~1201039380
3123.385
9.74.619.5
1~52.81.2
80~100-30
250~37547~48-18.4-
4 结 语
综上认为,对缓倾斜中厚矿体,房柱法仍是主要的开采方法。目前其开采主要有以下三个发展趋势,其一是针对不同矿体厚度和不同矿石品位,演变用不同的变型方案。对矿石品位较高的矿体,多采用两步骤开采的房柱法,矿房采空区和矿柱采空区分别采用胶结和非胶结尾砂充填,以减小矿石贫化损失;对矿体厚度较大,且赋存稳定,厚度变化不大,,
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力和采矿效率;对矿体厚度、品位及形态变化很大的矿体,采用浅孔房柱法开采,有较好的灵活性。其二是努力进一步完善中深孔的凿岩爆破工艺,尽量避免出矿工人进入空场作业,减少生产安全隐患,其中关键是采用合理的采切布置和凿岩爆破工艺。其三是逐步使用凿岩、采场运搬和顶板管理自行设备。可以预计,我国房柱法将逐步地向后一趋势发展,但就我国目前矿山的生产现状,继续应用现有设备,努力完善采矿工艺仍是目前主要的工作。
底盘漏斗采矿法,近年来配以连续采矿工艺,采矿效率得以进一步提高,但贫化损失较大这一突出问题仍未根本解决,其应用呈逐步减少趋势。(上接第18页)
的拉应力值增值显著,最大拉应力为!y。压应力增值亦是如此,最大压应力为!z。而3种情况下的应力分布形式、拉应力区的位置及形状均无明显改变。
表4 同一横断面进路顶板最大拉应力
及墙脚处最大压应力值 单位:MPa
计算
工况情况2
应力性质拉
矿 体!x0.935
!y5.736
!z1.104
!x
混凝土结构
!y
!z2.547
而充填法,包括机械化上向分层充填法、上向进路充填法、点柱上向分层充填法,由于其回采灵活,采矿贫化损失低,在高品位矿山得到广泛应用。近年来,随着充填工艺和充填料制备,输送技术等方面的不断完善,以及凿岩台车、铲运机、锚杆台车等无轨设备的应用,充填法已成为一种高效、高回收率的采矿方法,得到广泛的应用,其中上向进路充填法将是高品位缓倾斜中厚矿体的一种主体采矿方法。可以预计,随着矿山开采深度的不断加大、环保要求的日趋严格、开采技术的提高和回采设备的发展,以及充填工艺的改善和充填成本的降低,这一类采矿法在今后将得以更大的发展。
包括混凝土支护结构在内为1.45m左右。
(2)无堑沟并未进行回采时,进路在矿岩接触带附近,以及与联络道的交叉口附近顶板拉应力较大;有堑沟并回采时,进路除了在这些部位顶板拉应力较大外,由于堑沟的开挖,在近堑沟附近的进路顶板中拉应力亦较大,并在其上边界附近存在有一定范围的!x拉应力区。
(3)进路一侧的联络道侧墙(该部位为围岩体)在其与进路相交的拐角处!!x、y为拉应力,且铅垂方向的压应力!z较大。在联络道的顶板及侧墙腰线附近有一定范围的拉应力区出现。
(4)当进路上部的垂直荷载增加时,进路顶板的拉应力增大,稳定性变差,侧墙与顶板拐角处的压应力也同时增大。
(5)根据该类采场结构的上述受力特征,在支护设计中,应加强顶板的钢筋网布置,横向钢筋宜大于纵向钢筋;拱顶及侧墙腰线处的锚杆长度应大于其它部位的锚杆长度;为适应进路爆破端上部边界处的拉应力区,拱顶长锚杆或长锚索可后斜适当角度;近堑沟处、矿岩接触带附近、在进路与联络道的交叉口应加强支护。此外,应避免各进路回采及出矿的不均匀性,避免上一水平的残留矿柱存在,以减小进路上部垂直荷载的集中。当上一水平的残留矿柱无法消除时,其对应的下部进路应加强支护。作为研究内容的一部分,这些认识与其相应的支护措施已在现场支护试验中获得了成功的应用。
1.6575.173
压-4.394-4.832-6.482-1.829-1.855-4.695拉
0.93596.00181.19572.76308.63074.2485
情况3
压-4.8684-5.4339-7.5554-3.0384-3.0836-7.7956拉
0.93686.33421.30254.145812.95296.3755
情况4
压-5.4619-6.1869-8.8972-4.5506-4.619-711.6712
4 结 语
基于考虑上述各种情况的三维有限元数值分析结果,可得到对无底柱崩落法采场结构空间受力特征的几点主要认识,并提出有关的一些支护建议。(1)从垂直于进路轴线的横断面来看,拉应力主要位于进路顶板,其次是进路侧墙腰线附近及进路底板。顶板中沿坐标3个方向均有拉应力存在,拉应力值以!!x。在本次计算模y最大,其次是!z、型条件下,无堑沟并未进行回采时,顶板拉应力区高度为0.75m左右;当有堑沟并用混凝土及锚索支护且进路回采时,顶板拉应力区高度为1.05m左右,
第21卷 第4期矿业研究与开发Vol.21 No.4
2001年 8 月MININGR&DAug. 2001
文章编号:1005-2763(2001)04-0021-04
国内外缓倾斜中厚矿体采矿方法现状
黄胜生
(金山金矿,江西德兴市 334213)
摘 要:缓倾斜中厚矿体的开采,一直是国内外的采矿难题。在对国内外缓倾斜中厚矿体开采状况调查的基础上,分别就目前主要应用的采矿方法的采矿工艺、采矿装备、应用效果和存在问题与发展趋势作了简要的叙述。
关键词:缓倾斜;中厚矿体;采矿方法
中图分类号:TD853.2 文献标识码:A
TheState-of-ArtsofMiningMethods
forGentlyDippingMedium-ThickOrebodiesBothinChinaandAbroad
HUANGSheng-sheng
(JinshanGoldMine,Huaqiao,Jiangxi334213,China)
Abstract:Miningofgentlydippingmedium-thickorebodieshasbeenabigchallengetotheminingin dustrytheworldover.Thestate-of-the-artsofminingmethodsforgentlydippingmedium-thickorebodiesbothinChinaandabroadhasbeeninvestigated.Basedonthisinvestigation,abriefdescrip tionisgivenoftheminingtechnology,equipmentandminingperformancesalongwithexistingprob lemsanddevelopmenttrend.
KeyWords:Gentlydipping;Medium-thickorebody;Miningmethod 对倾角为15 ~35 、厚度为6~20m的缓倾斜中厚矿体的开采,在国内外一直是一个难题。矿体倾角缓,矿石无法自溜,需采用机械运搬或人工扒运,而采场空顶较高,顶板管理困难。据对国内缓倾斜中厚矿体矿山的统计,房柱采矿法占50%,底盘漏斗采矿法占35%,其余的主要为采用分层充填法和电耙留矿法。而国外这类型的矿体则主要采用房柱法,其比例达61%,另外采用充填法的占23%;其余的主要用爆力运矿采矿法。以下就国内外主要几种采矿法的应用情况予以叙述。
柱的房柱法,预切顶中深孔房柱法和浅孔落矿胶结矿柱房柱法。前两种方法应用较为普通,这里不再赘述,以下简要介绍后两种采矿方法。1.1 预切顶中深孔房柱法
该方法采用脉内采准,浅孔超前切顶,扇形中深孔落矿,锚杆护顶,抛绳枪挂滑轮,采场电耙出矿。矿块沿走向布置,并划分为盘区开采。盘区布置2~3组矿房和矿柱。盘区长60~100m,阶段斜长40~60m,阶段高度一般为15~30m。矿房宽8~20m,矿房间柱宽3~8m,顶底柱高各3~6m。回采从切割上山开始,先用浅孔在矿体上部进行切顶,切顶高度为2~3m。上部切顶可全面拉开,一次形成,也可超前下部回采,分段形成。切顶揭露后的顶板用楔缝式锚杆支护,锚杆网度(1~1.5)m (1~2)m,锚杆长度1.6~2m。
下部矿体的回采,是在下部沿脉凿岩上山用中
1 房柱法
房柱法主要用于倾角25 以下、厚度4~12m的中厚矿体,要求矿石及围岩稳固和中等稳固。目前,国内外缓倾斜中厚矿体应用房柱法的变型方案很多,主要有留不规则房间矿柱的房柱法,留条形矿
收稿日期:2001-03-21
:(),男,,.
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深孔凿岩机向上钻凿扇形深孔。目前国内中深孔凿岩设备主要有YGZ90、YGZ80钻机。爆破采用2#岩石炸药,人工装填,部分矿山采用装药器装药。一般采用各排微差爆破。崩落矿石由电耙运搬。
采用预切顶的方法,预先锚固顶板,安全性较
好,同时,通过预切顶,便于适应矿体顶板形态的变化,减小采矿贫化损失;采用中深孔凿岩爆破,采场生产能力大,采矿工效高。其缺点是,在矿石品位变化较大的情况下,不便进行分采。
其应用情况及主要技术经济指标见表1。
表1 国内外缓倾斜中厚矿体房柱法主要技术经济指标
矿山及采矿方法
王集磷矿深孔房柱法
良山铁矿预切顶中深孔房柱法牟定铜矿预切顶中深孔房柱法锡矿山锑矿浅孔房柱法金山金矿胶结矿柱房柱法大庄子金矿胶结矿柱房柱法洛林矿区椰夫矿(法)乌拉尔波克罗夫斯克矿(苏)潘纳斯矿(希腊)
采场生产能力
(t/d)
[1**********]~7050~6060~[1**********]
采矿工效(t/工班)9.3310.2627.37~95~67~8-130120
凿岩台效(t/台班)1078078.260~7050~6060~70-7060
贫化率(%)710~30710~30158-5-710
损失率(%)22154.720~2512915520
凿岩设备
运搬设备
YGZ80电耙YGZ80电耙YGZ90电耙YT26电耙7655电耙7655电耙
台车配旋蟹式装载机、转式钻机EIMCO铲运机 100铲运机台车铲运机
1.2 浅孔落矿胶结矿柱房柱法
目前,普通房柱法的突出缺点是遗留矿柱很难及时回收,矿柱损失较大,可达40%以上,且大量的空区给后续生产带来很大的隐患。为此,高品位的矿山多采用两步骤开采、嗣后充填的房柱采矿法。
该方案采用盘区连续开采。盘区沿走向布置,长30~60m。盘区内沿走向划分为矿房和矿柱,矿房宽10~15m,矿柱宽5~8m,底柱高6~7m,顶柱高3~6m。当采场斜长较大时,则沿倾向划分为两个分段进行回采。上下分段长30~40m。回采顺序是先采矿柱,矿柱采空区胶结充填后,再回采矿房,矿房采空区用尾砂充填。
回采采用浅孔落矿,分层回采。崩落矿石用25~55kW的电耙运搬。采场顶板用锚杆网护顶。矿柱采用胶结充填,其灰砂比多为1!6~1!10,矿房则采用分级尾砂充填,最小粒径一般要求大于37 m。
纵观国内矿山,近年来尽管对各类房柱法作了不少改进,但其装备水平提高不够快,大都未使用凿岩台车等设备,采场运搬设备仍以电耙为主。所以,综合生产效率与国外同类采矿方法相比,仍然较低,保障采场安全生产的顶板管理措施仍未达到满意的效果。
国外应用房柱法的矿山普遍采用先进的采掘设备。据对西方主要矿山的统计,应用无轨自行设备的矿山有41个,其中加拿大11个,英国10个。凿岩作业一般采用装有1~4个凿岩机臂的无轨凿岩;辅助机械进行采场顶板管理和锚杆护顶,从而保障了回采工作的安全。由于装备先进的采、装、运设备,采场综合生产能力、采矿工效明显较我国的高,其有关矿山的各项技术经济指标见表1。
2 底盘漏斗采矿法
对矿石中等稳固、倾角25 ~45 、厚度10~20m的中厚矿体,采用房柱法开采,在凿岩、矿石运搬,以及顶板管理方面会带来一系列问题。所以,对矿石价值不高,或品位不高的矿体,多采用底盘漏斗采矿法开采。
该方法的特点是将矿体划分为盘区开采。盘区沿走向布置,长30~60m。每个盘区内布置2~3个矿房,矿房跨度10~15m,斜长一般50~80m。每个盘区布置一条连续隔离矿柱,矿柱宽5~8m。采场之间不再留矿柱。在底盘围岩内,于矿体倾斜方向开掘带有普通漏斗的电耙道出矿结构,在凿岩上山内进行中深孔凿岩,采用分段微差爆破落矿。矿石靠自重经漏斗下放至电耙道,由电耙集中耙至溜井放出。采空区用尾砂进行充填。矿柱不予回收。
回采顺序是沿倾斜由上而下后退式推进,盘区内几个矿房同步推进。采用YGZ90型凿岩机在凿岩上山钻凿扇形中深孔,使用铵松腊炸药、微差起爆方法,向切割槽爆破。崩下矿石通过开掘的漏斗自溜入电耙道内,再用30~55kW的双卷筒电耙绞,
第4期 黄胜生 国内外缓倾斜中厚矿体采矿方法现状
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采用漏斗式底部结构时为5~8m,采用堑沟式时为10~13m。顶板管理多采用崩落上盘围岩的方法。该法将底部出矿结构沿矿体下盘布置,在凿岩上山进行凿岩作业,出矿人员无须进入采场,回采比较安全,采场跨度与暴露空间可略为增大,采场顶板稳固性要求也可略为放宽。另外,由于采用中深孔凿岩,几个采场可同时作业,采场生产能力大,采矿工效高,采矿成本低。其主要的缺点是,采矿贫化损
失大。因而,该方法多用于倾角与厚度偏大的低品位、低价值的缓倾及倾斜中厚矿体。
相对国外,底盘漏斗采矿法在我国应用较多,尤其在铜矿和铁矿应用较为普遍。近年来,随着金属价格的下调,我国资源的减少,以及该法贫化损失高、采准工作量大、矿体形态适应性差等问题,其应用有减少的趋势。国内外部分应用底盘漏斗采矿法的矿山的主要技术经济指标见表2。
表2 底盘漏斗采矿法的主要技术经济指标
矿山名称
牟定铜矿
大冶赤马山铜矿河北后沟金矿河北金河磷矿良山铁矿
赞比亚穆富拉铜矿
矿体倾角( )10~2040~703020~3010~4525~45
矿体厚度(m)5~1110~457~186~12>106~13
采场生产能力
(t/d)140~180180~240180140~180200250
采矿工效(t/工班)15~1715~20-10~11-80
贫化率(%)18~3015151920-损失率(%)18~2210182520~3014
采切比(m/kt)34~4218243320~2519
3 机械化分层充填法
对于品位较高的矿床开采,为提高矿石回收率和控制岩移及顶板压力,越来越多的矿山采用分层充填采矿法,对品位较高、中厚以上的矿体多采用效率较高的机械化充填采矿法。据统计,有色矿山的充填法的比重由1963年的0.7%上升到1990年的19.6%,黄金矿山则高达31%。
近年来随着充填工艺的不断完善和采矿机械化的发展,充填法已跨入高效采矿的行列。以凡口铅锌矿盘区机械化尾砂胶结充填法为例,该法采用底盘脉外斜坡道、高中段、高分段、脉外集中溜矿井,实现无轨采矿;采用盘区组合采场采矿、出矿和充填,盘区生产能力达400~500t/d,采场生产能力比普通上向分层充填法提高一倍以上。而后又配套使用凿岩台车、锚杆台车、撬毛台车、装药车、锚索台车和铲运机等高效设备,使盘区工艺技术、装备和主要技术经济指标达到了世界先进水平。
金川二矿1号矿体采用的上向进路机械化胶结充填法,沿矿体走向100m划分为两个盘区,进路断面为5m 4m,两步骤间隔回采,采用双机液压台车凿岩,电动铲运机出矿,辅助车安装锚杆和装药,实现无轨化采矿和细砂管道充填。盘区综合生产能力达1039t/d。
焦家金矿宽进路分层盘区充填法,盘区内采场,个采场同时作业,分别进行凿岩爆破、矿石装运、顶板支护和充填作业。采用法国的PLVTON-17型双机凿岩台车凿岩,使用芬兰的TORO-250BD型柴油铲运机装运矿石,用瑞典阿特拉斯公司的PT-50L型撬毛台车处理采场顶板松石,采用法国的PLVTON-17-1B型锚杆台车进行锚杆支护,其采矿生产能力和采矿工效显著提高。其有关矿山的主要技术经济指标见表3。
表3 上向分层充填采矿法部分矿山主要技术经济指标
矿山名称凡口铅锌矿金川二矿红透山铜矿焦家金矿王岛多尔芳白钨矿
盘区生产能力采矿工效贫化率损失率采切比
(t/d)(t/工班)(%)(%)(m/kt)130~1201039380
3123.385
9.74.619.5
1~52.81.2
80~100-30
250~37547~48-18.4-
4 结 语
综上认为,对缓倾斜中厚矿体,房柱法仍是主要的开采方法。目前其开采主要有以下三个发展趋势,其一是针对不同矿体厚度和不同矿石品位,演变用不同的变型方案。对矿石品位较高的矿体,多采用两步骤开采的房柱法,矿房采空区和矿柱采空区分别采用胶结和非胶结尾砂充填,以减小矿石贫化损失;对矿体厚度较大,且赋存稳定,厚度变化不大,,
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矿业研究与开发 第21卷
力和采矿效率;对矿体厚度、品位及形态变化很大的矿体,采用浅孔房柱法开采,有较好的灵活性。其二是努力进一步完善中深孔的凿岩爆破工艺,尽量避免出矿工人进入空场作业,减少生产安全隐患,其中关键是采用合理的采切布置和凿岩爆破工艺。其三是逐步使用凿岩、采场运搬和顶板管理自行设备。可以预计,我国房柱法将逐步地向后一趋势发展,但就我国目前矿山的生产现状,继续应用现有设备,努力完善采矿工艺仍是目前主要的工作。
底盘漏斗采矿法,近年来配以连续采矿工艺,采矿效率得以进一步提高,但贫化损失较大这一突出问题仍未根本解决,其应用呈逐步减少趋势。(上接第18页)
的拉应力值增值显著,最大拉应力为!y。压应力增值亦是如此,最大压应力为!z。而3种情况下的应力分布形式、拉应力区的位置及形状均无明显改变。
表4 同一横断面进路顶板最大拉应力
及墙脚处最大压应力值 单位:MPa
计算
工况情况2
应力性质拉
矿 体!x0.935
!y5.736
!z1.104
!x
混凝土结构
!y
!z2.547
而充填法,包括机械化上向分层充填法、上向进路充填法、点柱上向分层充填法,由于其回采灵活,采矿贫化损失低,在高品位矿山得到广泛应用。近年来,随着充填工艺和充填料制备,输送技术等方面的不断完善,以及凿岩台车、铲运机、锚杆台车等无轨设备的应用,充填法已成为一种高效、高回收率的采矿方法,得到广泛的应用,其中上向进路充填法将是高品位缓倾斜中厚矿体的一种主体采矿方法。可以预计,随着矿山开采深度的不断加大、环保要求的日趋严格、开采技术的提高和回采设备的发展,以及充填工艺的改善和充填成本的降低,这一类采矿法在今后将得以更大的发展。
包括混凝土支护结构在内为1.45m左右。
(2)无堑沟并未进行回采时,进路在矿岩接触带附近,以及与联络道的交叉口附近顶板拉应力较大;有堑沟并回采时,进路除了在这些部位顶板拉应力较大外,由于堑沟的开挖,在近堑沟附近的进路顶板中拉应力亦较大,并在其上边界附近存在有一定范围的!x拉应力区。
(3)进路一侧的联络道侧墙(该部位为围岩体)在其与进路相交的拐角处!!x、y为拉应力,且铅垂方向的压应力!z较大。在联络道的顶板及侧墙腰线附近有一定范围的拉应力区出现。
(4)当进路上部的垂直荷载增加时,进路顶板的拉应力增大,稳定性变差,侧墙与顶板拐角处的压应力也同时增大。
(5)根据该类采场结构的上述受力特征,在支护设计中,应加强顶板的钢筋网布置,横向钢筋宜大于纵向钢筋;拱顶及侧墙腰线处的锚杆长度应大于其它部位的锚杆长度;为适应进路爆破端上部边界处的拉应力区,拱顶长锚杆或长锚索可后斜适当角度;近堑沟处、矿岩接触带附近、在进路与联络道的交叉口应加强支护。此外,应避免各进路回采及出矿的不均匀性,避免上一水平的残留矿柱存在,以减小进路上部垂直荷载的集中。当上一水平的残留矿柱无法消除时,其对应的下部进路应加强支护。作为研究内容的一部分,这些认识与其相应的支护措施已在现场支护试验中获得了成功的应用。
1.6575.173
压-4.394-4.832-6.482-1.829-1.855-4.695拉
0.93596.00181.19572.76308.63074.2485
情况3
压-4.8684-5.4339-7.5554-3.0384-3.0836-7.7956拉
0.93686.33421.30254.145812.95296.3755
情况4
压-5.4619-6.1869-8.8972-4.5506-4.619-711.6712
4 结 语
基于考虑上述各种情况的三维有限元数值分析结果,可得到对无底柱崩落法采场结构空间受力特征的几点主要认识,并提出有关的一些支护建议。(1)从垂直于进路轴线的横断面来看,拉应力主要位于进路顶板,其次是进路侧墙腰线附近及进路底板。顶板中沿坐标3个方向均有拉应力存在,拉应力值以!!x。在本次计算模y最大,其次是!z、型条件下,无堑沟并未进行回采时,顶板拉应力区高度为0.75m左右;当有堑沟并用混凝土及锚索支护且进路回采时,顶板拉应力区高度为1.05m左右,