随着资源量不断的减少.目前采矿的深度越来越深,采深到l000m 以下.带来了许多在浅部采矿没遇到的困难和问题。除了对卷扬机、通风机要有更高的要求以外,由于矿体埋藏太深,井下岩石温度会升高(澳大利亚的芒特·艾萨34m水平岩石温度达64 ,深部岩石压力加大,深部地区岩爆也可能发生,给回采带来许多意想不到的困难。深井采矿,技术界尚无明确的、统一的概念,一般认为,由于矿床埋藏较深而使生产过程出现一些在一般矿床开采时不曾遇到的技术难题时的矿山生产.即为深井采矿。但是,深与浅,难与易是相对的.随着采掘技术和矿山机械设备性能的发展和提高,开采深藏矿床的矿山越来越多,开采深度越来越大,原来认为是深的,现在就不再属深,原来是难的.现在也不再困难或许正因深浅难以划分,故人们没有去探讨确定深井采矿的统一概念。 但随着矿山开采深度增加,地压增大,岩温增高,矿山的提升、排水、支护、通风等方面的困难也随着增大,因而要求采矿工艺技术和机械设备能适应这种变化。我国现阶段的非煤矿山的开采深度一般都不超过700~800m,但近年已有一些埋藏深度达1 000m左右的矿床正在开发,铜陵有色金属公司所属的冬瓜山铜矿床、金川二矿区850m水平就属于其中。目前国内通常将深度超过l 000m的矿山称为深井采矿。
(1)深井矿山的分布情况:根据80年代前期的资料,在国外年产矿石l0万t以上的2 018座(包括露天矿)非煤矿山中,开采深度超过l 000m的就有79座。这79座深井矿山分别是:加拿大3O座.南非15座,美国ll座,印度4座,澳大利亚4座。俄罗斯2座,波兰2座,西班牙2座,赞比亚2座,乌克兰1座,挪威1座,日本1座,英国1座,匈牙利1座,墨西哥1座,津巴布韦1座。深井矿山多分布在采掘工业发达的国家.就开采的矿种而言,这79座深井矿山中,金矿26座,铜矿l8座,镍矿9座,钾盐矿7座。铅锌矿6座,银矿5座,钴矿4座,铁矿3座,铝土矿1座,贵金属和重有色金属矿山占深井矿山中的大多数。从开采深度划分,深度为1 000~2 000m 的有64座,2 O00~3 000m的有l2座,3 000m以上有3座,其中最深的是南非卡里顿维尔金矿,开采深度达3 800m.竖井井底已达地表以下4 164m。当前深井矿山多数还处在1 000~2000m,但2000m以上的已不再罕见。
(2)深井矿山的提升和生产能力:开采深度增大,首先碰到的就是矿井的提升能力问题,目前的提升机一次提升最大高度已超过2 000m。如加拿大一次提升的最深矿井—— 克赖顿镍矿9 竖井.已深达2 172m;南非斯坦总统金矿的一条竖井已达2 310.4m。南非卡里顿维尔金矿的竖井也达2 300m。但是,深井矿山提升所用的提升机机型却不尽相同.卡里顿维尔金矿采用的是两台直径6m的滚筒式卷扬机,加拿大克赖顿镍矿也是采用滚筒式卷扬机。其直径6m,宽2m,电机功率4 777kW (6 600)马力 ,提升容器为15t底卸式双箕斗及双层单罐笼.摩擦轮多绳提升机主要用于浅井和中等深井中.在南非最深用于深1 952m井中。
一般说来,当井深超过1 800m时,使用这种提升就会遇到许多困难,因此在南非是逐步用布雷尔多绳提升机代替摩擦轮多绳提升机。布雷尔多绳提升机的提升高度已达2 394m。从提升机电机功率来说,最大的是美国圣曼纽尔铜矿的两台卷扬机,分别为5 222kW(7 000马力)和4 476kW(6 000马力),它是深井矿山中生产规模最大的矿山(5.9万洲),两卷扬机分别提升装载干矿26.3t和21t的双箕斗。而目前西德EPR公司制造的一台大型四绳落地式提升机,摩擦轮直径9m,箕斗有效载重30t。提升高度l 200m,提升速度20rids,电机功率2~3 710kW,这台提升机就其直径而言是世界上最大的多绳提升机。 这些足以说明,提升设备能力已完全能满足大型深井矿山的要求。
卷扬机的提升速度一般都在15m/s以上。从笔者掌握的资料中有74个提升高度超过1 000m的提升机站,其中提升速度在15~20m/s有69个.提升速度为10—15m/s的有1座,提升速度小于10m/s有3座。其中提升速度最大的是20m/s.提升速度最小的是南非兰德公司赫库里斯矿井的卷扬机.其提升高度为1 800m,提升速度仅为6.35m/s。国外不少深井仍采用滚筒式单绳卷扬机。而在我国,井深500
600m的矿井采用摩擦轮多绳提升机相当广泛。加拿大克赖顿镍矿直径为6m的滚筒式卷扬机,其钢绳直径为67.15mm(21/4时),最多缠绕4层:而我国则不得超过两层,因此,扩大单绳滚筒式卷扬机应用范围,还有不少技术问题值得进一步探讨和解决(3)深井矿山的岩温和通风降温问题:一个矿山开采深度增大,岩温也随之增高,但是不同矿山在相同深度的岩温却未必相同,因此影响岩温的因素很多,而深度只是其中之一,岩温高是井下生产工作面气温高、工作条件差的主要原因之一。世界许多国家规定井下温度不能超过28℃。日本丰羽铜锌矿在一600m水平(大约距地表l 20Om左右)岩层温度已超过IOO~C。南非斯坦总统金矿在地表以下3 200m的105中段,原岩温度高达63 。为了改善井下的工作条件,深井矿山普遍采用加大井下通风风量和对井下空气进行冷却降温,即采用风冷和水冷两种方式。两者中选用其一还是两者兼之,则往往是根据技术经济比较的结果,普遍是先考虑用风冷,不能满足要求时再考虑增加水冷。采用水冷又分为地表集中致冷和井下分散致冷,较普遍的是地面建立集中制冷站,将水温冷却为2℃左右后再送到井下工作面附近,用它把进入工作面的新鲜风流的温度降低到所要求的温度,保证工作面气
温达到27 左右。斯坦总统金矿就是在地表采用7 O00kW 冷冻设备制造100L/s的冷水为井下空气冷却降温。
澳大利亚芒特·艾萨铜铅锌矿也是在地表建立有两套3 000kW 冷冻设备的制冷站,为井下送入冷水以冷却井下工作面的空气,而澳大利亚的布罗肯希尔铅锌矿在80年代末仍在井下生产中段里建有制冷站为冷却工作面的空气服务。为了改善深井采矿工作面的工作条件,除了设法降低气温的同时,也非常重视降低工作面的空气温度,为了降低空气降温的耗电量,更加重视减少井下机械设备的散热量.井下柴油设备的散热和井下制冷设备本身的散热问题已引起重视。
(4)深井采矿的地压管理和采矿方法:地压管理在我国一般矿山管理中常被忽视.而在深井采矿中它却是一个很重要、很突出的问题,它直接关系到采矿生产能否顺利进行和生产成本高低。因而,一般深井矿山都建立有完整的地压测量和监控系统.都非常重视研究本矿的地压变化规律.注意合理安排采掘顺序和选择合理的采场构成要素 岩爆是深井采矿中可能碰到的突出问题.然而是否发生岩爆不完全取决于矿井的深度,它与矿床的地应力、矿岩的性质及矿床开采过程中地压管理情况都有密切关系,有些矿山,在地表以下2 000多米甚至3 O00m开采时也不常出现甚至根本没有发生过岩爆现象。而有的矿山,如美国的加利纳银矿,在采矿深l 500m左右,就常有岩爆发生。为了预测岩爆,许多矿山都在井下安装了微震监控装置,例如美国日照银矿就在2 254m水平安装了微震监控装置,进行24小时监控。为了防止岩爆发生,各深井矿山都非常重视防止岩石应力集中而采取释放措施,认真研究确定矿柱与岩柱的形状、尺寸和分布,在深井矿山中普遍采用充填法或嗣后充填采空区的大孔法、VCR法等,与深井地压大、容易发生岩爆有密切关系
(5)深井开采还会遇到由于矿石温度升高,造成硫化矿石自然和在装填炸药时自爆的现象,也要引起足够的重视。
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