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我国地下金属矿山连续开采技术研究的发展

2020-07-16 15:06100[db:作者]

  随着地下矿山开采规模的不断扩大及开采深度的不断加,会带来一系列的技术难题。连续开采技术是解决这些难题的有效途径之一。它可以改善井下工人的作业环境和工作条件;可以实现矿山机械化连续作业,提高采场的综合生产能力;可以缩短采场的回采周期,有利于深部地压的控制和管理;可以实现大规模、高强度的集中强化开采,降低矿石的开采成本,提高开采的经济效益等。因此,连续开采工艺具有明显的技术经济优势。连续开采已成为当今世界各国研究的热点和焦点,对于二十一世纪矿山向开采深部化、规模大型化、设备机械化、操作自动化、生产连续化、管理现代化方向发展具有重大意义。

  2地下金属矿山连续开采的概念对“地下矿山连续开采”这一概念的认识理解是随着现代矿山技术的发展逐步完善的。“地下矿山采矿连续工艺”依矿岩软硬程度的不同有两种形式:一是在硬度不大的矿岩如煤矿、钾盐等矿床开采中的采掘全工艺过程(如切割、落矿、装载、运搬)在同一空间内平行连续作业;二是在矿岩坚硬的矿山,如金属矿,在矿体、阶段或矿块的回采过程中落矿、出师,从事采矿及其相关技术领域的研究工作。

  有色矿山工序间相互协调,在不同的空间平行作业,由此组成高效率的连续开采工艺系统。

  地下金属矿山连续工艺仅指矿块(矿房)回采工艺的连续性,只是连续开采的一个层次。连续开采是在此基础上发展起来的范围更广、内涵更丰富的矿山开采新技术。它主要包括:矿房的连续回采(I层次)、矿体(床)的连续开采(层次)、矿石的连续运送(层次)及全工艺过程的连续化(IV层次)。

  2.1矿房的连续回采矿房的连续回采是指在采场的回采过程中落矿、出矿、矿石运搬工艺的连续作业。研究的主要内容有适合于连续回采的采矿方法及采场结构、高效率、低大块率的凿岩、落矿技术;安全简便实用的底部结构,高效耐用的采场连续出矿和连续运搬设备。

  其目的是实现高效率、高能力、高强度的落矿、出矿、运矿的采场连续回采。这个层次是国内外投入的人力、物力、财力最多的层次,也是研究成果最多的层次。例如,各种型号和用途的振动出矿机、采场矿石连续运搬的振动运输机、振动运输列车、胶带运输机等。这个层次下一步研究的重点将是大块的控制管理和出矿、运矿设备的改进和完善。

  22矿体(床)的连续开采矿体(床)的连续开采是指在矿体(床)的开采过程中,不留或少留矿柱,尽可能采用一步骤回采的开采模式。研究的主要内容有:开采方一步骤回采,避免或减少二步骤回采矿柱的矿量,从而提高了矿石的回收率,减少矿石资源的损失和浪费,这一层次还有巨大的发展空间。

  2.3矿石的连续运送矿石的连续运送,是指井下矿石的转载、运输、提升等环节。研究的主要内容有:连续运送矿石的方式、运送设备及配套设备的研制等。该层次为地下开采矿石的后处理工艺,其工作效率直接影响到前工艺作业的效率。近几年来,该层次的研究无重大突破,国外很多矿山用特殊的胶带运输机实现了地下开采矿石的连续运送。

  24全工艺过程的连续化全工艺过程的连续化是指掘进、落矿、出矿、运搬、运输等过程的连续化作业,是最高层次的连续开采研究的目的是实现地下金属矿山名副其实的连续开采。研究的主要内容是达到上述目标的工艺技术和设备。目前,这个层次在软岩矿中的研究和应用发展迅猛,已实现大规模工业开采全工艺过程的连续化。在硬岩开采中的研究难度较大,但如连续采矿机、冲击式采矿机、钻孔射流采矿等已开始投入试验阶段,这一领域具有广阔的前景,它对于硬岩中实现非爆破采矿具有重大的意义。

  3我国地下金属矿山连续开采技术的研究我国从“六五”至“九五”连续4个国家五年发展规划中,该课题始终被列为国家重点科技攻关项目,投入了大量的人力、物力和财力进行理论研究和科学试验,并在地下金属矿山连续开采技术的研究中取得了一些成果。

  3.1子山铜矿盘区回采振动出矿连续开采研究分别以振动运输列车和原矿车带式运输机为主要连续运矿设备的两条连续作业线进行了试验。

  试验在狮子山铜矿西山矿段一120m水平的15号矿块进行,矿体厚度62m,倾角50*左右,矿体中有14m厚的夹层,矿岩均很稳固。15号矿块垂直走向布置,试验采用的采场顶板宽13m、阶段高40m,采矿连续工艺方案如所示。矿块上部一80m水平为大空区,用KY―120钻机钻凿垂直下向平行深孔,侧向崩矿,底部结构为无二次破碎水平的平底式结构。共安装了3台轻型组合式振动出矿机,漏斗间距为10m,振动运输列车由11节组成,总长度40m,在溜井口上部安装了原矿振动条筛。出矿时,采场原矿经大出矿口的组合式振动出矿机放到振动狮子山铜矿采场连续工艺方案示意一JZC振动出矿机;2―降尘喷雾器;3―YZY振动运输列车;4一轨道;5+YTZS原矿振动条筛;6―贮矿溜井;7―振动出矿机;吴爱祥等:我国地下金属矿山连续开采技术研究的发展运输列车上,在运输槽的激振力作用下,矿石被连续输送到溜井口上部的条筛上,大块由振动条筛输送到专用二次破碎硐室集中处理;合格块度则直接进入溜井,到下部运输水平由振动装矿车运至主井矿仓。实践证明,由轻型组合式振动出矿机出矿,移动式振动运输列车运矿,原矿振动条筛集中处理大块所组成的采场出矿、运矿连续作业线取得良好的技术经济指标。采场大块产出率2.9%矿石贫化率63%矿石损失率8.1%米切比19.5m/万t,米场出矿技术生产能力828t/h,作业成本2.48元/t. 32凤凰山铜矿振动机组连续作业强化开采研究在“七五”研究成果的基础上,“八五”期间,中南工业大学在铜陵有色金属公司凤凰山铜矿对以振动运输列车为主体的连续作业线进行了进一步的研究与完善工作。

  试验采场位于凤凰山铜矿2矿体北端,倾角85*平均厚度10m,矿体上盘为花岗岩,/=6~8,矿石为含铜磁铁矿或赤铁矿为主,/=16~26,坚硬稳固。但采场局部节理裂隙发育,溶洞穿插。矿房长构示意图见,采场上部凿岩硐室宽9~14m,凿岩用CD*360型高风压潜孔钻机,钻凿孔径165mm的下向孔,侧向挤压崩矿方案落矿。

  采用了无二次破碎水平的平底式底部结构,安装了5台双台板组合式振动出矿机,放矿口尺寸为2.2mX1.9m(宽X高)溜井设在采场中央位置,米场南北两端由4台和7台振动运输列车组成了两条运输作业线,对中央溜井给矿,通过溜井口的振动条筛将大块运至二次破碎硐室,用YS―50型液压碎石机集中破碎;溜井下部用振动出矿机向矿车装矿,运至主矿仓。

  试验取得了良好的技术经济指标:采场综合生产能力813t/d振动出矿机组生产能力325t/h,矿石贫化率8.3%,出矿成本0.93元/t.工业试验再次证明,采用大直径深孔采矿技术与先进的全套国产连续出矿装备,具有回采强度高、出矿能力大、成本低、作业安全、适应性强的特点。它对实现强化开采、提高矿山综合生产能力具有重大意义。特别是在大孔崩矿,连续出矿设备的可靠性及生产能力等方面均有较大进展。该成果目前己在凤凰山铜矿进一步试用。

  3.3安庆铜矿高阶段回采工艺及连续出矿研究行了以CJDY试验采场在安庆铜矿1矿体9采场,采场位于1矿体西倾伏端,一324m水平至一384m水平之间,米场宽15m,长为矿体厚约60m.矿体上盘紧靠F1断层,并以F1断层作为采场上盘端部边界,采场围岩多为蚀变闪长岩;下盘靠矿体有一矽卡岩带,节理裂隙发育,较为破碎。

  采准主要包括底部结构与凿岩硐室(见)。

  底部结构主要包括皮带巷道、堑沟凿岩巷道、二次破碎巷道、振动出矿口及溜矿井。爆破采用小断面拉槽与大孔侧崩联合落矿方案。整个底部连续出矿系统为:米场的助流振动条筛一固定格筛一振动给石广机一移动式转载小车一原矿皮带运输机一溜矿井。

  试验采场取得的主要技术经济指标:采场综合生产能力1061t/d采场平均出矿能力1708t/d回采作业直接成本4.16元/t,大块产出率1.9%采矿损失率8.5%矿石贫化率2 6%,经济效益显著。

  凤凰山铜矿连续出矿采场结构示意*凿岩硐室;2―令165mm炮孔;3 5*矿车;6*振动出矿机;7*振动运输列车;8 *振动条筛;9*二次破碎硐室;10―液压碎石机安庆铜矿高阶段大直径深孔采矿法示意图有色矿山34凤凰山铜矿无间柱连续大量采矿工艺技术与装备研究研究探索区域连续大量采矿工艺技术提出以矿段为回采单元的连续大量采矿工艺技术即“无间柱连续大量采矿”技术(见试验矿段无间柱连续大量采矿方案示意一分区采后充填体;2―预留临时矿壁;3―二分区正在回采工业试验在凤凰山铜矿一360m中段的2号矿体倾角为75*~85*平均厚度20 ~25m.矿石坚硬稳固,而水平节理较发育,局部矿段比较破碎。矿体上盘为花岗闪长岩,属中等稳固;下盘为灰岩,较稳固。试验矿段选定在一360m至一300m2矿体的原8号矿柱与9号矿房。矿段沿走向长45m,高48m,宽为矿体的厚度(平均)14m.矿体倾角75*以上。设计采矿量11 5万t,铜矿石品位0.试验矿段长45m,高48m,分为两个宽度不等的作业区,先采15m宽的一分区,一分区崩矿、出矿完成后,随后采用高水尾砂胶结料进行快速充填,分区间预留5.5m宽的临时矿壁。该矿壁待二分区崩矿、出矿结束时,一次崩落,并组织快速放出。

  采场出矿振动机组连续作业系统由3台FSZ型振动出矿机、七节HZY型分节振动运输列车、原矿振动条筛和溜井下部装载及中段运输等设备组成。其出矿运矿作业程序是:采场崩落矿石一大出矿口的振动出矿机放出一振动运输列车一溜井口的振动条筛一合格块度到溜井(不合格矿进行二次破碎)一XL*20型7t架线式电机车一主井矿仓。由此实现采场出矿、运矿、筛分和处理大块的连续作业。

  试验取得的技术经济指标:采场综合生产能力845t/d(按实际工作日算),采场连续出矿能力554t/h(技术生产能力)实际平均出矿能力185t/h,采场振动连续出矿成本105元/t;回采作业成本4.55贫化率8.17%,试验研究经济效益良好。

  3.5湘西金矿深井缓倾斜薄矿脉连续开采工艺技术与装备研究国家“八五”和“九五”期间,中南工业大学在湘西金矿进行了上述项目的试验研究。

  试验采场位于深部26中段V3西的复式褶皱轴部矿段。该区段内地质构造复杂,地压活动强烈。

  矿体平均倾角23*脉厚0.85~15m,矿体赋存于板溪群马底驿组的上部紫红色娟云母板岩和含碳质较高的黑色板岩中,普式系数/=6~8,不稳至中等稳固。

  回采工作面垂直走向布置,沿走向推进,工作面长度40~50m.工作面每推进8 ~12m就用帷幕隔离空区,进行尾矿充填;每次回采步距2m,采幅14~2m,采用浅孔崩矿,电耙出矿。矿石出完后,立即架设水压支柱临时护顶,其布置形式为条带状,与工作面平行,支柱与工作面之间的跨度为2m,以便作为下一次回采循环的作业空间。清除采场底板粉矿后,除保留矿体边界的一列和切割平巷附近的一排水压支柱外,将其余水压支柱全部拆除,封闭空区,准备充填,采矿方案见。

  湘西金矿深井缓倾斜薄矿脉采矿方法示意一沿脉;2―漏斗;3 6―沿脉;7―切巷;8―人行道;9一底巷试验取得了良好的技术经济指标:试验期间,2矿房生产能力906.9t/月,矿石的贫化率控制在5%左右,损失率7. 3%,工班工效9.3t/人班,超过了该矿区相同脉幅采场生产能力1. 4我国地下金属矿山连续开采技术的发展方向我国地下金属矿山连续开采工艺取得的成果,将在生产实践中进一步完善和提高,同世界先进国家相比,仍有一定的差距。因此,应加强我国地下金元7大块产出率5%采矿损失率9 15%矿石的属矿山连续开采技术方面的研究。

  1‘9大块产出率5%吴爱祥等:我国地下金属矿山连续开采技术研究的发展(1)加强连续开采的理论研究:目前我国连续出矿、运矿技术和设备得到迅速发展,但采矿方法和工艺始终没有大的突破,直接影响连续开采技术的发展;对低层次的开采模式而言,偏重设备的研制和试验是正确的,但要向高层次模式发展,必须加强如工艺与设备的合理配套问题、适合连续工艺设备的合格块度标准优化问题、连续工艺的合理应用范围问题、作业集中程度的优化确定问题等理论研究,创造与连续采矿技术相适应的连续采矿理论基础。

  (4)创造与采矿连续工艺相适应的采矿方法与开拓采准系统:目前,我国地下金属矿山除崩落采矿法外,大都采用留房间矿柱的二步骤回采,矿柱损失大,回采效率不高。改变现有开拓系统与回采顺序,采用不留矿柱,一步骤快速推进,实现高阶段、大矿段连续回采,并建立与之相适应的连续运输系统是今后连续开采的发展大趋势。

  (5)提高矿石的破碎质量,使之与连续作业设备相适应:大量落矿采矿法的落矿量大,是实现采矿连续工艺的有利条件;但是大孔落矿块度大,大块产出率高,这又是实现采矿连续工艺的最大难题。因此,一方面采用块度标准两步制,即出矿以1100mm为目标,落矿以500mm为目标,将放出大块实行集中二次破碎;另一方面要优化凿岩爆破参数,尽可能降低大块产出率。

  (6)不断研制出矿、运矿及破碎新设备:大型高效的矿山设备是研究和推广应用地下连续开采工艺技术的前提条件,今后需要进一步改进和完善连续出矿、运矿设备,提高设备拆装灵活性、工作可靠性及抗冲击性能,并不断开发研制新型设备。新型的井下移动式破碎机己逐步开始推广应用,胶带运输机技术也日趋成熟,可以预料,在不远的将来,我国的地下金属矿山连续开采将从采场连续作业向全矿系统的连续开采迈进。

  吴爱样,胡华,古德生。缓倾斜薄矿体连续开采的采场稳定性数值模拟丨J.中国工业大学学报,1999(5):123*吴爱样,胡华,古德生。地下金属矿山连续开采模式初探J吴爱样,胡华,余键。湘西金矿深部采场稳定性计算机数值模拟J*中国有色金属学报,1999古德生等。地下金属矿山采矿连续工艺。中国矿业,解世俊。地下采矿工艺的发展和未来采矿技术改革的预测IJ古德生,王惠英。振动出矿技术谌江。我国地下金属矿山采场连续出矿运矿设备研宄的现状与发周J*矿冶,1997,谢源。高阶段回采工艺及连续出矿工业试验。黄通告改为双月20日出版,特此通告。

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