我国地下矿山采矿方法的进展及发展趋势

Series N o.284 February2000金属矿山M ET AL M IN E总第284期2000年第2期郭金峰,马鞍山矿山研究院采矿研究所副所长,高级工程师,243004安徽省马鞍山市湖北路9号。

#采矿工程#我国地下矿山采矿方法的进展及发展趋势郭金峰(马鞍山矿山研究院)摘要回顾了建国50年来我国地下矿山采矿方法的进展,概括总结了体现我国地下采矿技术水平的崩落采矿法、空场采矿法和充填采矿法,展望了我国地下采矿方法的发展趋势。

关键词地下矿山崩落采矿法空场采矿法充填采矿法Advance in China.s Underground Mining Methods and Its Development TrendGuo Jingfong(M aanshan I nstitute of M ining Research)Abstract A dvance in China.s underground mining met hods i s rev iewed,caving mining,open-stope mining and stop-ing-filling mining that reflect China.s underground mining technolog ical level are summed up and the dev elo pmental trend of China.s underground mining methods is for casted.Keywords U nder ground mine,Caving mining,Open-stope mining,Stoping-filling mining1我国地下矿山采矿方法的技术发展建国50年来,我国地下矿山采矿方法在崩落、空场和充填三大类的基础上,通过改进和不断完善,形成了各种各样的适合于我国金属矿床开采的变形采矿方法。

本文结合我国地下矿山采矿方法的技术发展现状,对能体现我国目前采矿技术现状的采矿方法分崩落采矿法、空场采矿法和充填采矿法三方面加以概括总结。

111崩落采矿法的技术发展现状崩落采矿法是一种工艺简单、作业安全、低成本、高效率的采矿方法。

该采矿方法在国外应用占据重要地位,我国自60年代以来,在金属矿山和某些非金属矿山逐步得到推广应用,在理论研究和生产实践中都积累了较为丰富的经验。

自从80年代以来,崩落采矿法已进入了一个新的发展阶段,这个阶段的主要技术特征是:增大结构参数、提高矿块生产能力、采用深孔落矿技术和电动、液压无轨采矿设备,以及操作过程的自动化和遥控化。

这些技术的应用不仅提高了劳动生产率和降低了采矿成本,而且还给各类型的崩落采矿法增添了新的活力,从而推动了国内崩落采矿法的技术水平向前发展。

11111无底柱分段崩落采矿法1965年由鞍山冶金设计研究院从瑞典引入我国,同时马鞍山矿山研究院开始着手进行试验研究,并从两个方面进行了室内放矿模拟试验和以大庙铁矿为试验矿山进行工业试验,1967年试验获得成功。

由于该采矿方法具有安全、高效和工艺简单等特点,迅速在国内金属矿山推广应用。

据不完全统计,全国的冶金矿山中约有80%以上的地下矿山采用了无底柱分段崩落采矿法。

从70年代中期开始,无底柱分段崩落法逐渐向高分段、大间距方向发展。

1975~1978年,马鞍山矿山研究院在河北寿王坟铜矿试验研究的高端壁无底柱分段崩落法获得成功。

该方法将两个低分段合并为一个高分段开采,分段内仍划分为上下两个分段,上分段布置凿岩通风进路,下分段布置凿岩出矿进路,并呈对称布置,高分段间则呈双巷菱形布置,回采时按分段落矿、出矿,利用进路端部崩落矿石孔隙通风。

采用上述工艺改善了作业面的通风条件,提高了矿块生产能力,降低了矿石贫化损失。

此后又在浙江漓渚铁矿等矿山推广应用。

1988~1992年,马鞍山矿山研究院在酒钢镜铁山铁矿开展了大结构参数的无底柱分段崩落法的试验研究工作,其分段高度20m,进路间距20m和15m,炮孔直径<64mm,炮孔最大深度25~30m,炮孔排距1.8m,每排炮孔落矿量2500~2000t,采用Simba H252型采矿凿岩台车和Atlas copcol1238型液压凿岩机凿岩,用DZY-200型装药车装药,Wag ner的ST-SE3.8m3电动铲运机进行出矿。

由于采用了大型无轨采矿设备,使矿块生产能力大幅度提高,同时大大降低了无底柱分段崩落采矿法的采矿成本,目前在国内冶金、有色、化工及非金属矿山得到全面推广应用。

随着采矿技术的不断进步和配套技术措施的不断完善,无底柱分段崩落采矿法成功地解决了地质条件复杂、矿岩松软破碎、采场地压较大矿体的回采技术问题,使无底柱分段崩落法的适用范围得以扩大,丰富了无底柱分段崩落法的技术内容。

1986~ 1990年,北京科技大学和马鞍山矿山研究院在鲁中小官庄铁矿的科技攻关中,根据矿体埋藏深、倾角缓和矿岩松软破碎等特点,按分段回采顺序和采准巷道施工顺序,确定巷道分级支护形式,利用地压实现上盘两翼自然冒落的并段回采;针对下盘倾角缓,采用了切岩回采下盘三角矿带,研究了夹石多、矿石品位不均、复杂矿体的放矿管理方法,形成了无底柱分段崩落法开采深埋、矿岩破碎、缓倾斜复杂矿体的综合开采工艺,使该矿西区产量由1986年的20万t/a 提高到1990年的40万t/a,矿石回收率由42.9%提高到81.5%,采矿工效从5.9t/(工#班)提高到15122t/(工#班),效果令人满意。

11112有底柱崩落采矿法随着崩落采矿法在我国金属矿山的广泛应用,有底柱崩落法也朝着加大阶段高度、采用垂直补偿矿房落矿、矩形堑沟与锥形放矿口的底部结构和振动连续出矿系统的方向发展。

通过一系列的技术革新,解决了一些破碎松软矿体的采矿问题,使有底柱分段和阶段崩落法的应用范围得以扩展。

1985~1987年,东北大学与玉石洼铁矿合作攻关,首先找出该矿过去有底柱与无底柱崩落法都是由于巷道破坏而未能实现正常生产的原因之后,对地压控制采取了光面爆破、锚喷网联合支护,无底柱分段崩落法以进路为单元组织生产的新工艺以及有底柱崩落法回采遗留松软矿石的方案,历经3年的技术攻关,采矿生产技术等方面都取得明显进展,安全生产条件得以明显改善,矿石回收率从45182%提高到8012%,创建矿以来最高水平。

水钢观音山铁矿由于矿体赋存条件复杂和上下盘的矿岩边界处存在着厚度不等的破碎带,致使巷道垮冒严重和大量矿石丢失。

为了解决该矿采矿方法问题,1984~1989年马鞍山矿山研究院和贵州水钢观音山铁矿联合攻关,开展了底盘漏斗阶段强制崩落采矿法的试验研究,采用振动出矿机的出矿方式,矿石回采率从63133%提高到83116%,出矿效率也大大提高,同时还为在采矿方法中应用振动放矿机积累了宝贵的经验。

安徽铜陵有色金属公司狮子山铜矿与中南工业大学、北京矿冶研究总院、长沙矿山研究院和马鞍山矿山研究院合作,开展盘区回采振动出矿连续开采方法的研究,试验中采用多排同段起爆、束状大直径深孔爆破技术,大块率由30%降低到5%左右。

该方法采用了KY-170A地下牙轮钻机、大型双台板振动出矿机、振动运输列车和原矿绳架带式运输机,实现了连续运输开采。

东北大学与小官庄铁矿合作,在小官庄铁矿东区采用垂直分条有底柱崩落法进行试验获得成功。

针对该矿东区矿岩松软破碎的特点,采用沿矿体走向划分垂直分条,垂直走向按2~3条电耙道的范围划分回采矿块,底部结构布置在下盘岩石中,上向扇形中深孔分段挤压落矿,底盘漏斗电耙出矿,卸压开采,强化一次爆破效果和让压刚性支护相结合的开采工艺,取得矿块平均出矿能力2.13万t/月、矿块回收率91.56%、贫化率21173%的良好采矿技术指标。

11113自然崩落采矿法自然崩落法在美国、加拿大、智利、印尼、南非和菲律宾等国家已得到较为广泛的应用。

国内60年代在云南易门铜矿、山东莱芜铁矿开展过自然崩落法试验,但均未取得较好的效果。

80年代初期,长沙矿山研究院在武钢金山店铁矿分别试验了有底柱自然崩落法和无底柱自然崩落法,虽然有些技术指标不够理想,但展现了成功的前景。

马鞍山矿山研究院与酒钢镜铁山铁矿共同合作,在镜铁山铁矿的破碎矿体中,采用平底的阶段自然崩落法,通过对矿体可崩性评价、矿石崩落条件、底部结构稳定性、拉底切割方法和地压控制等方面的试验研究,使该方法在镜铁山铁矿中获得成功,取得矿石贫化率8152%、矿块生产能力1613万t/a等良好的技术经济指标。

中南工业大学等在中条山铜矿峪铜矿试验应用郭金峰:我国地下矿山采矿方法的进展及发展趋势1999年第2期了自然崩落法,该法阶段高120m,由于矿体倾角为45b,在下盘岩石中布置了3层放矿漏斗,采用中深孔拉底,拉底高度7m,拉底巷道沿矿体走向布置,间距10m,为促使初始崩落,在初崩落区侧部和上盘边界上布置切割帮槽,当矿石崩落面达到下盘漏斗标高时,下盘漏斗层开始拉底,促使崩落继续向上发展。

出矿采用75kW电耙,用X射线荧光分析仪监测和快速分析出矿品位,用微机排产,实现最优放矿控制。

盘区出矿能力达到111万t/d,采矿直接成本降低38%,贫化率和损失率降低10%~15%。

/九五0期间,马鞍山矿山研究院在酒钢镜铁山铁矿Ö、×矿体开展盘区式自然崩落法试验,从试验取得的相关资料分析可望获得成功。

112空场采矿法的技术发展现状空场采矿法是我国金属矿山地下开采史上应用最早、技术最为成熟的采矿方法。

该法具有成本低、生产能力大、劳动生产率高、采准时间短和较容易达产等突出优点,因此在我国多数矿岩较稳固的矿山应用较为普遍。

近20年来,随着采矿技术水平的不断进步,空场采矿法也在一些矿岩破碎的矿体中应用。

总结建国50年来我国空场采矿法的特点,主要体现在以下几个方面:¹结构趋于简单而合理;º参数不断加大;»生产效率不断提高;¼支护手段日益完善,与充填法组合应用,使用范围得以扩大。

11211房柱采矿法我国地下矿山在应用房柱采矿法开采方面积累了不少新的经验,从开采薄矿体发展到中厚甚至厚大矿体,从顶板稳固到中等稳固发展到顶板不稳固,从低品位、低价值发展到高品位、高价值;随着高效率的无轨采、装、运设备的日益广泛用于井下,水平或缓倾斜矿体的房柱法的采场生产能力将大为提高,应用比例和范围将逐渐扩大。

贵州遵义锰矿东区为缓倾斜薄矿体,矿体直接顶板为粘土页岩,具有吸水膨胀、失水收缩、层理、节理较发育的特点。

1984~1988年,原冶金部组织马鞍山矿山研究院和遵义锰矿联合攻关,采用预支顶板锚杆房柱采矿法进行试验研究获得成功。

该方法在切割上山内采用长钢筋砂浆锚杆预先加固不稳固的采场直接顶板,采场内采用快硬水泥卷锚杆加固采场两侧顶板代替留护顶矿支护采场顶板的联合支护方式,大大地提高了采场顶板的稳定性,同时落矿采用梯段式由下向上推进等回采工艺,使矿石回采率由过去的50%~60%提高到80129%,采场生产能力达到120t/d,矿石贫化率为719%。