论文部分内容阅读
[摘要]缓倾斜薄矿层冶镁白云岩矿体开采在国内外一直是个难题,针对宁夏某公司冶镁白云岩矿开采技术条件,选择适合冶镁白云岩矿的电耙运搬壁式房柱采矿法,研究得出这种采矿方法安全系数高、采场生产能力大,回采工效高、损失贫化率低等优点,证明这种采矿方法的选择在类似的冶镁白云岩矿是经济合理的。
[关键词]缓倾斜 薄矿层 电耙运搬壁式房柱采矿法
[中图分类号] TD804 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2014)-6-14-2
国内冶镁白云岩矿一般由于矿体厚多采用露天开采,宁夏某公司冶镁白云岩矿由于矿体为缓倾斜-倾斜层状矿体,矿层之间的夹层总厚度大于矿层总厚度,若采用露天开采,剥离量为矿层之间的夹层总厚度及矿层上部的围岩及山体,剥离量远大于矿石量,剥采比为14.5,要大于经济合理剥采比,经济上不合理。采用地下开采,废石量小,对地表破坏小,经济上合理,根据矿山实际情况,采用地下开采方式。
1矿山概况
寧夏某公司冶镁白云岩矿赋存于青白口系王全口组第四岩段中,矿区内共圈出一个冶镁白云岩矿体,分布有9层矿层,其中B1、B2、C1、C21、C22、C3、C4为主矿层,A3、A1为次要矿层。参与储量估算的矿层为B1~C4主矿层。矿层与围岩呈互层或夹层产出。矿层为深灰—灰白色中厚层状白云岩,单层厚度在1.74~5.21m之间,总厚度10.86~21.69m,平均15.74m。围岩为深灰色—灰白色的中厚层状—薄层状(千层饼状)硅质条带白云岩,单层厚1.33~6.01m,总厚度14.82~29.33m。在保有储量中,控制的内蕴经济资源量(332)为69.94万吨,推断的内蕴经济资源量(333)为530.80万吨,预测的资源量(334)为2657.46万吨。矿石品位MgO 21.81%。
矿床具有干旱、半干旱区山地型水文地质特点,无地表常年性迳流,大气降水是地下水的唯一补给来源,而该区的年降水量远小于蒸发量,地下水的补给严重不足。第四系黄土及砂砾石含水层和新近系泥岩、砂砾岩裂隙孔隙含水岩组富水性弱,碳酸盐岩岩溶裂隙水水位埋深在150m以下,故矿床水文地质条件应归为简单类型。
矿层与围岩呈互层或夹层产出,矿层的抗压强度68.6~81.4MPa,抗剪强度8.3~12.6 MPa。围岩顶板的抗压强度57.7~74.6MPa,抗剪强度11.3~19.2MPa,底板的抗压强度64.9~74.3MPa,抗剪强度9.0~15.2MPa,所以矿层的顶、底板岩石整体结构良好,质地坚硬、节理裂隙不发育,无软弱结构层。
2采矿方法的选择
根据该矿矿体倾角较缓、厚度较薄、矿岩由中等稳固至稳固、地表允许崩落等开采技术条件,可供选择的采矿方法主要是空场法、崩落法、充填法三大类。该矿区矿体厚度总体上不厚,矿体总体呈缓倾斜产出,由于冶镁白云岩矿单位经济价值不高,如采用充填采矿法、则增加投资和充填成本;而对于缓倾斜矿体,比较合适的方法有空场型的房柱采矿法或壁式采矿法,其采矿效率较高,工艺较为简单,但如果顶板围岩不太稳固时其安全性就受到影响,合理地确定采场和矿柱的尺寸就显得尤为重要。就全矿而言,全矿矿体的综合平均厚度为4.32m,经综合考虑两种采矿方法的特点,充分利用两种采矿方法的优点,确定采用的采矿方法为电耙运搬壁式房柱采矿法。
3采矿方法工艺
3.1矿快结构与工艺
当矿体倾角在15°——35°,厚度大于2.5m时,均可采用电耙运搬长壁式房柱法。该采矿方法沿矿体走向布置矿房,矿房长度120m,每个矿房布置2个工作面,矿房沿矿体倾向斜长为53——116m,阶段高度为30米,矿房预留5m的顶柱,矿房内留5m×5m或φ5m的间隔点柱,点柱间隔20×20m(点柱中心距);矿房底部布设电耙硐室,硐室间隔20m,如图1所示:
3.2采准切割工作
采准切割工作包括矿房电耙绞车硐室,断面尺寸3.0m×2.5m;切割兼通风天井,断面尺寸:2.0m×2.0m,布设于矿体中靠近下盘;集矿仓,面积5m×15m,采准切割工程采用YT-28型风动凿岩机进行凿岩爆破。
3.3回采工作
当矿体厚度在小于5m的情况下,沿切割通风天井的左右两壁从上到下,采用YT-28型风动凿岩机钻凿倾斜炮孔,同时在矿房顶柱上距离工作面3m的位置钻凿电耙导向滑轮锚杆眼,钎杆的直径为30mm,炮孔呈梅花形布置,孔深2.3——2.5米,炮孔直径40mm,孔间距0.8m——1.0m,孔排距0.8m——1.0m,使用岩石铵油炸药,采用人工装药,电雷管、导爆管雷管联合起爆,爆破后矿石在抛掷作用下,向外爆落。工作面自上到下全断面向矿房的两侧推进。至少进行30min通风后先行严格检查顶板和处理浮石,必要时向顶板打上1.8-2.2m深的锚杆进行支护,然后采用DZ-30型电耙绞车配0.4m3耙斗耙运爆破下来的矿石至矿房底部的集矿仓,耙矿块度<450mm,采用ZWH-80/15T0(LZ)型扒渣机(外形尺寸:6400×1730×1650)或XD926型铲运机(外形尺寸:5650×2000×2500)装矿至3PT70J2110D(K1)型(外形尺寸:5700×1800×1700)胶轮汽车经斜坡道运输至地表。回采时在矿房内留出井字形布置的间隔矿柱,间隔矿柱的尺寸为5m×5m或φ5m,循环作业直至矿房全部采完。
当矿体厚度大于5m的情况下,凿岩爆破可分二层进行,先爆破开采下分层,然后利用爆破后的矿堆补偿开采上分层的凿岩空间,由下向上交替进行,其他工序与矿体厚度小于6m的开采工艺相同,每一个工作循环主要包括:凿岩、爆破、通风、清理浮石、出矿等工序。
4采场通风及地压管理
采场通风采用JK58-2No4.5型局部扇风机。新鲜风流经下部主运输巷道进入矿房,污风从采场经切割通风天井到达上中段回风巷道,然后经通风井在主扇的作用下(抽出式)排除地表。 该矿床的矿层呈多层状产出,相对較为集中,但矿层厚度小,矿层间距稍大,矿层产状缓,且围岩坚固稳定,地下水位低,第四系覆盖较多。遇偏丰水年和暴雨季节时,地表迳流形成的洪水对矿坑的威胁,预防措施为积极疏导,防止坑道附近洪水量的增大;对开采时经爆破松动的岩块的塌落,要及时给予清理,要注意留好矿房矿柱,以防顶、底板松动岩石的脱落;对开采过程中可能出现的破碎地带进行清理和棚架支撑,以防滑帮现象发生;对采出的废石要推出矿坑一定距离,且不要堵塞沟谷,以减轻对坑道壁的压力和有利于山洪的及时排泄。
5矿柱回采及采空区处理
5.1矿柱回采
矿柱回采应在统一性、及时性、合理性三条原则下进行,统一安排。确定回采时间,选定回采范围;品位过低的矿柱可不采;不安全的不采。采用隔中段回采矿柱,中段矿房回采结束,矿柱回采速度应与矿房回采速度相适应;矿柱回采应采取后退式回采方式,先采上中段底柱和本中段顶柱,然后回采间柱。
5.2采空区处理
整个中段矿柱回采结束后,采空区被采下的矿石,上中段废石和本阶段塌落的废石充填,有时上部的废石量不多,本阶段的上盘围岩又不能随矿柱的崩落而自然崩落,还要在位于矿体上盘5——6m处掘进天井和爆破硐室,向硐室内装药爆破,强制崩落上盘围岩,充填采空区,降低地压活动,以保证下部安全正常生产。由于有七层矿,待矿块采完后可逐层崩落其间的夹层以充填空区。
6结论
主要技术经济指标
对倾角为15°——35°,厚度小于5m的缓倾斜薄矿体的开采,在国内外一直是一个难题。宁夏某公司冶镁白云岩矿矿体倾角缓、厚度薄,矿石无法自溜,人工扒运劳动强度大,生产效率低,通过对该矿缓倾斜薄矿体采矿方法的研究,得出以下结论:
(1)工作面沿倾斜方向布置,采用浅孔凿岩爆破电耙铲运机出矿,采场生产能力大,采矿工效高,使矿山能完成48×104t/a的生产要求;
(2)矿房工作面沿倾向全断面向两侧推进,由于工作面比较大,施行集中凿岩,集中爆破,集中耙矿出矿的作业循环,没有交叉作业,减少了工人暴露空区作业的时间,减少了安全事故的发生;
(3)有效降低矿山损失贫化指标,
(4)因此,对于宁夏某公司冶镁白云岩矿缓倾斜薄矿体,采用适合不同厚度矿体的电耙运搬长壁式房柱采矿法是经济合理的。
参考文献
[1]范赞军,张果,肖木恩;倾斜极薄软破矿体壁式削壁崩落采矿法研究(J).矿业研究与开发;2011.11[3],4-6,10.
[2]王来军,薛田喜,陈涛,等;缓倾斜薄矿体采矿方法的研究(J).黄金科学技术,2003,11[3],44-47.
[3]黄胜生;国内外缓倾斜中厚矿体采矿方法现状(J).矿业研究与开发;2001,21[4];21-24.
[4]张伶年;某矿倾斜薄矿床开采技术研究与应用(J).采矿技术;2010,10[5];4-6.
[5]张伶年,尹彦波;急倾斜极薄矿脉采矿方法优选研究(J).采矿技术;2010,10[3];29-30,58.
[6]赵永峰,红泥坡铜矿缓倾斜薄矿体采矿方法的选择(J).采矿技术;2013,13[1];1-3.
[7]《采矿设计手册》编委会;采矿设计手册(M).中国建筑工业出版社;1986.
[8]解世俊;金属矿床地下开采(M).冶金工业出版社;1992.
[关键词]缓倾斜 薄矿层 电耙运搬壁式房柱采矿法
[中图分类号] TD804 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2014)-6-14-2
国内冶镁白云岩矿一般由于矿体厚多采用露天开采,宁夏某公司冶镁白云岩矿由于矿体为缓倾斜-倾斜层状矿体,矿层之间的夹层总厚度大于矿层总厚度,若采用露天开采,剥离量为矿层之间的夹层总厚度及矿层上部的围岩及山体,剥离量远大于矿石量,剥采比为14.5,要大于经济合理剥采比,经济上不合理。采用地下开采,废石量小,对地表破坏小,经济上合理,根据矿山实际情况,采用地下开采方式。
1矿山概况
寧夏某公司冶镁白云岩矿赋存于青白口系王全口组第四岩段中,矿区内共圈出一个冶镁白云岩矿体,分布有9层矿层,其中B1、B2、C1、C21、C22、C3、C4为主矿层,A3、A1为次要矿层。参与储量估算的矿层为B1~C4主矿层。矿层与围岩呈互层或夹层产出。矿层为深灰—灰白色中厚层状白云岩,单层厚度在1.74~5.21m之间,总厚度10.86~21.69m,平均15.74m。围岩为深灰色—灰白色的中厚层状—薄层状(千层饼状)硅质条带白云岩,单层厚1.33~6.01m,总厚度14.82~29.33m。在保有储量中,控制的内蕴经济资源量(332)为69.94万吨,推断的内蕴经济资源量(333)为530.80万吨,预测的资源量(334)为2657.46万吨。矿石品位MgO 21.81%。
矿床具有干旱、半干旱区山地型水文地质特点,无地表常年性迳流,大气降水是地下水的唯一补给来源,而该区的年降水量远小于蒸发量,地下水的补给严重不足。第四系黄土及砂砾石含水层和新近系泥岩、砂砾岩裂隙孔隙含水岩组富水性弱,碳酸盐岩岩溶裂隙水水位埋深在150m以下,故矿床水文地质条件应归为简单类型。
矿层与围岩呈互层或夹层产出,矿层的抗压强度68.6~81.4MPa,抗剪强度8.3~12.6 MPa。围岩顶板的抗压强度57.7~74.6MPa,抗剪强度11.3~19.2MPa,底板的抗压强度64.9~74.3MPa,抗剪强度9.0~15.2MPa,所以矿层的顶、底板岩石整体结构良好,质地坚硬、节理裂隙不发育,无软弱结构层。
2采矿方法的选择
根据该矿矿体倾角较缓、厚度较薄、矿岩由中等稳固至稳固、地表允许崩落等开采技术条件,可供选择的采矿方法主要是空场法、崩落法、充填法三大类。该矿区矿体厚度总体上不厚,矿体总体呈缓倾斜产出,由于冶镁白云岩矿单位经济价值不高,如采用充填采矿法、则增加投资和充填成本;而对于缓倾斜矿体,比较合适的方法有空场型的房柱采矿法或壁式采矿法,其采矿效率较高,工艺较为简单,但如果顶板围岩不太稳固时其安全性就受到影响,合理地确定采场和矿柱的尺寸就显得尤为重要。就全矿而言,全矿矿体的综合平均厚度为4.32m,经综合考虑两种采矿方法的特点,充分利用两种采矿方法的优点,确定采用的采矿方法为电耙运搬壁式房柱采矿法。
3采矿方法工艺
3.1矿快结构与工艺
当矿体倾角在15°——35°,厚度大于2.5m时,均可采用电耙运搬长壁式房柱法。该采矿方法沿矿体走向布置矿房,矿房长度120m,每个矿房布置2个工作面,矿房沿矿体倾向斜长为53——116m,阶段高度为30米,矿房预留5m的顶柱,矿房内留5m×5m或φ5m的间隔点柱,点柱间隔20×20m(点柱中心距);矿房底部布设电耙硐室,硐室间隔20m,如图1所示:
3.2采准切割工作
采准切割工作包括矿房电耙绞车硐室,断面尺寸3.0m×2.5m;切割兼通风天井,断面尺寸:2.0m×2.0m,布设于矿体中靠近下盘;集矿仓,面积5m×15m,采准切割工程采用YT-28型风动凿岩机进行凿岩爆破。
3.3回采工作
当矿体厚度在小于5m的情况下,沿切割通风天井的左右两壁从上到下,采用YT-28型风动凿岩机钻凿倾斜炮孔,同时在矿房顶柱上距离工作面3m的位置钻凿电耙导向滑轮锚杆眼,钎杆的直径为30mm,炮孔呈梅花形布置,孔深2.3——2.5米,炮孔直径40mm,孔间距0.8m——1.0m,孔排距0.8m——1.0m,使用岩石铵油炸药,采用人工装药,电雷管、导爆管雷管联合起爆,爆破后矿石在抛掷作用下,向外爆落。工作面自上到下全断面向矿房的两侧推进。至少进行30min通风后先行严格检查顶板和处理浮石,必要时向顶板打上1.8-2.2m深的锚杆进行支护,然后采用DZ-30型电耙绞车配0.4m3耙斗耙运爆破下来的矿石至矿房底部的集矿仓,耙矿块度<450mm,采用ZWH-80/15T0(LZ)型扒渣机(外形尺寸:6400×1730×1650)或XD926型铲运机(外形尺寸:5650×2000×2500)装矿至3PT70J2110D(K1)型(外形尺寸:5700×1800×1700)胶轮汽车经斜坡道运输至地表。回采时在矿房内留出井字形布置的间隔矿柱,间隔矿柱的尺寸为5m×5m或φ5m,循环作业直至矿房全部采完。
当矿体厚度大于5m的情况下,凿岩爆破可分二层进行,先爆破开采下分层,然后利用爆破后的矿堆补偿开采上分层的凿岩空间,由下向上交替进行,其他工序与矿体厚度小于6m的开采工艺相同,每一个工作循环主要包括:凿岩、爆破、通风、清理浮石、出矿等工序。
4采场通风及地压管理
采场通风采用JK58-2No4.5型局部扇风机。新鲜风流经下部主运输巷道进入矿房,污风从采场经切割通风天井到达上中段回风巷道,然后经通风井在主扇的作用下(抽出式)排除地表。 该矿床的矿层呈多层状产出,相对較为集中,但矿层厚度小,矿层间距稍大,矿层产状缓,且围岩坚固稳定,地下水位低,第四系覆盖较多。遇偏丰水年和暴雨季节时,地表迳流形成的洪水对矿坑的威胁,预防措施为积极疏导,防止坑道附近洪水量的增大;对开采时经爆破松动的岩块的塌落,要及时给予清理,要注意留好矿房矿柱,以防顶、底板松动岩石的脱落;对开采过程中可能出现的破碎地带进行清理和棚架支撑,以防滑帮现象发生;对采出的废石要推出矿坑一定距离,且不要堵塞沟谷,以减轻对坑道壁的压力和有利于山洪的及时排泄。
5矿柱回采及采空区处理
5.1矿柱回采
矿柱回采应在统一性、及时性、合理性三条原则下进行,统一安排。确定回采时间,选定回采范围;品位过低的矿柱可不采;不安全的不采。采用隔中段回采矿柱,中段矿房回采结束,矿柱回采速度应与矿房回采速度相适应;矿柱回采应采取后退式回采方式,先采上中段底柱和本中段顶柱,然后回采间柱。
5.2采空区处理
整个中段矿柱回采结束后,采空区被采下的矿石,上中段废石和本阶段塌落的废石充填,有时上部的废石量不多,本阶段的上盘围岩又不能随矿柱的崩落而自然崩落,还要在位于矿体上盘5——6m处掘进天井和爆破硐室,向硐室内装药爆破,强制崩落上盘围岩,充填采空区,降低地压活动,以保证下部安全正常生产。由于有七层矿,待矿块采完后可逐层崩落其间的夹层以充填空区。
6结论
主要技术经济指标
对倾角为15°——35°,厚度小于5m的缓倾斜薄矿体的开采,在国内外一直是一个难题。宁夏某公司冶镁白云岩矿矿体倾角缓、厚度薄,矿石无法自溜,人工扒运劳动强度大,生产效率低,通过对该矿缓倾斜薄矿体采矿方法的研究,得出以下结论:
(1)工作面沿倾斜方向布置,采用浅孔凿岩爆破电耙铲运机出矿,采场生产能力大,采矿工效高,使矿山能完成48×104t/a的生产要求;
(2)矿房工作面沿倾向全断面向两侧推进,由于工作面比较大,施行集中凿岩,集中爆破,集中耙矿出矿的作业循环,没有交叉作业,减少了工人暴露空区作业的时间,减少了安全事故的发生;
(3)有效降低矿山损失贫化指标,
(4)因此,对于宁夏某公司冶镁白云岩矿缓倾斜薄矿体,采用适合不同厚度矿体的电耙运搬长壁式房柱采矿法是经济合理的。
参考文献
[1]范赞军,张果,肖木恩;倾斜极薄软破矿体壁式削壁崩落采矿法研究(J).矿业研究与开发;2011.11[3],4-6,10.
[2]王来军,薛田喜,陈涛,等;缓倾斜薄矿体采矿方法的研究(J).黄金科学技术,2003,11[3],44-47.
[3]黄胜生;国内外缓倾斜中厚矿体采矿方法现状(J).矿业研究与开发;2001,21[4];21-24.
[4]张伶年;某矿倾斜薄矿床开采技术研究与应用(J).采矿技术;2010,10[5];4-6.
[5]张伶年,尹彦波;急倾斜极薄矿脉采矿方法优选研究(J).采矿技术;2010,10[3];29-30,58.
[6]赵永峰,红泥坡铜矿缓倾斜薄矿体采矿方法的选择(J).采矿技术;2013,13[1];1-3.
[7]《采矿设计手册》编委会;采矿设计手册(M).中国建筑工业出版社;1986.
[8]解世俊;金属矿床地下开采(M).冶金工业出版社;1992.