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    淺談金屬礦山充填采礦的五種方法

    2014-05-10 16:06:22殷振海
    關(guān)鍵詞:礦房礦柱鑿巖

    摘要:隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展,地下金屬礦山采礦技術(shù)有了較大的發(fā)展。為了保護(hù)環(huán)境和合理利用礦山資源,應(yīng)不斷優(yōu)化采場結(jié)構(gòu)參數(shù)和采空區(qū)的處理方法,從而確定更加合理的、高效的、適應(yīng)性強(qiáng)的采礦方法,來滿足國內(nèi)外市場的需求。

    關(guān)鍵詞:金屬礦山 充填采礦方法

    在注重礦山開采與環(huán)境保護(hù)及采場地壓顯現(xiàn)規(guī)律研究的同時,通過對現(xiàn)有的崩落法、空場法和充填法三大類采礦方法不斷改進(jìn)和完善,形成了各種適合我國地下礦床開采的組合方法,從采礦的實(shí)踐來看,主要談以下幾種常用的地下充填采礦技術(shù)和方法。

    1 上向水平分層充填采礦法

    上向水平分層充填采礦法使用歷史悠久,也經(jīng)歷了很多的技術(shù)變革,其采切比較小,貧化損失率低,頂板管理方便,尤其是對于不穩(wěn)固~中等穩(wěn)固礦體,優(yōu)點(diǎn)尤為明顯。

    1.1 采場結(jié)構(gòu)參數(shù):中段內(nèi)沿礦體走向劃分連續(xù)礦塊,礦塊長60m,高為中段高度45m,寬為礦體的水平厚度,一般為25~30m左右。礦塊間不留間柱,上、下中段間亦留6m高頂?shù)字?,采場垂直礦體走向布置,分礦房、礦柱兩步驟回采。按15m劃分一個礦塊(一房一柱),第一步驟回采(礦房)8m,第二步驟回采(礦柱)7m。

    1.2 采準(zhǔn)工程布置 :采準(zhǔn)工程包括下盤沿脈運(yùn)輸平巷、中段裝礦穿脈、分段平巷、分段聯(lián)絡(luò)巷、充填回風(fēng)(泄水)天井、出礦溜井,采場拉底切割平巷等。

    1.3 優(yōu)點(diǎn):①回采時對邊界適應(yīng)能力強(qiáng),礦石回采率高;②空區(qū)充填質(zhì)量好,回采損失貧化小;③生產(chǎn)能力大,采礦成本相對較低。

    1.4 缺點(diǎn):①頂板暴露面積較大,要求礦巖穩(wěn)固性好,對礦巖穩(wěn)固性中等,節(jié)理裂隙較發(fā)育的礦體適應(yīng)性較差;②第二步驟回采礦體穩(wěn)固性較差,護(hù)頂工藝復(fù)雜;③采切工程量大。

    2 上向進(jìn)路分層充填采礦法

    本采礦方法一般不劃分礦房礦柱,一個步驟回采。其特點(diǎn)是:自下而上分層回采,每一分層的回采是在掘進(jìn)分層聯(lián)絡(luò)道后,以分層全高沿走向(或垂直走向)劃分進(jìn)路,間隔地進(jìn)行進(jìn)路采礦。第一批進(jìn)路回采完畢便立即充填接頂,然后再回采并充填另一批進(jìn)路,待整個分層的回采與充填工作結(jié)束后,再用進(jìn)路回采上一分層。

    2.1 采場結(jié)構(gòu)參數(shù):采場留5~6m底柱,作為出礦用,采場內(nèi)部留點(diǎn)柱、間柱,也可不留,采用沿走向連續(xù)回采作業(yè)方式。采場沿礦體走向布置,采場高為階段高45m,寬為礦體厚度,長60~80m。

    2.2 采準(zhǔn)工程:中段出礦穿脈、分段沿脈巷、分段溜井、分段聯(lián)絡(luò)道、充填回風(fēng)(泄水)井、順路溜礦井。分段沿脈巷道通過采區(qū)斜坡道與中段連通,脈外溜井和分段沿脈巷道布置在下盤脈外,從分段沿脈巷道向礦體掘進(jìn)分段聯(lián)絡(luò)道。采場下盤布置順路溜礦井,在礦房內(nèi)的礦體上盤礦巖均穩(wěn)固位置施工回風(fēng)充填(泄水)天井,下部用作泄水井,上部用作回風(fēng)、充填天井,并作為采場安全出口。

    采準(zhǔn)工程完成后,在聯(lián)絡(luò)道的兩翼,沿礦體走向布置回采進(jìn)路,進(jìn)路斷面4.0~6.0m×3.0~3.6m。各采場的斷面依照采場的穩(wěn)定程度和礦體厚度而定,不太穩(wěn)固時取小值,比較穩(wěn)固時取大值。各分層內(nèi)一期、二期回采進(jìn)路采高相互錯開,即二期進(jìn)路回采高度超高一期進(jìn)路0.5~0.6m。

    2.3 優(yōu)點(diǎn):適應(yīng)性強(qiáng),對形態(tài)復(fù)雜和產(chǎn)狀變化大的礦體,能有效進(jìn)行回采;②回采進(jìn)路頂板暴露面積較小,能保證回采作業(yè)的安全;③不需留點(diǎn)柱或條形礦柱,礦石回采損失率和貧化率低,資源回收率高;④進(jìn)路采礦法經(jīng)優(yōu)化后,回采、通風(fēng)、充填效率大有提高。

    2.4 缺點(diǎn):①第一分層為獨(dú)頭巷道型通風(fēng),通風(fēng)效果相對較差;②一期進(jìn)路充填需進(jìn)行接頂,充填工作復(fù)雜;③一期進(jìn)路膠結(jié)充填,采礦成本相比點(diǎn)柱法較高;④生產(chǎn)能力小,效率低。

    3 點(diǎn)柱上向分層充填采礦法

    該方法實(shí)際上是在垂直礦體走向布置的上向水平分層充填采礦法的變形方案,其不同之點(diǎn)是將房間礦柱分割為若干方形或圓形礦柱,這些礦柱不予回收,作為永久損失,使兩步驟回采變?yōu)閱尾襟E回采。采準(zhǔn)工程、回采和充填工藝也不需作任何改變。

    3.1 采場結(jié)構(gòu)參數(shù):采場沿走向布置,長度60m,高度為中段高度45m,寬為礦體厚,底柱高6m,不設(shè)頂柱及間柱,采場內(nèi)按12m×15m布置點(diǎn)柱,點(diǎn)柱尺寸為5m×5m。

    3.2 采準(zhǔn)工程:采準(zhǔn)工程有中段出礦穿脈、分段沿脈巷道、溜井、分段聯(lián)絡(luò)道、回風(fēng)充填(泄水)天井、回風(fēng)充填(泄水)沿脈及拉底穿脈。溜井和分段沿脈巷道布置在下盤脈外,分段沿脈巷道通過采區(qū)斜坡道與上下中段連通,從分段沿脈巷道向礦體掘進(jìn)分段聯(lián)絡(luò)道。在礦房內(nèi)礦體上盤礦巖均穩(wěn)固位置施工回風(fēng)充填(泄水)天井,下部用作泄水井,上部用作回風(fēng)、充填天井,并作為采場安全出口。

    3.3 優(yōu)點(diǎn):①上向分層點(diǎn)柱充填采礦法依靠永久點(diǎn)柱和充填體共同支撐頂板,能非常有效地控制頂板大面積下沉,保護(hù)地下水資源和生態(tài)環(huán)境。②隨著礦體的形態(tài)進(jìn)行回采,降低廢石的混入率,提高礦石的入選品位,能實(shí)現(xiàn)分采選采;③在回采過程中,可根據(jù)巖石的穩(wěn)固性控制頂板的暴露面積,采場控頂高度小,容易發(fā)現(xiàn)和處理采場頂板的安全隱患,安全可靠。④本身兼有房柱采礦法生產(chǎn)能力大的優(yōu)點(diǎn),也可以多采場,多工作面,多中段同時作業(yè),增加作業(yè)采場,提高中段生產(chǎn)能力;⑤上向分層點(diǎn)柱充填采礦法只有澆面層充填體強(qiáng)度要求高,其他可以使用強(qiáng)度較低的充填體。⑥根據(jù)礦體形態(tài)和分支關(guān)系,多層礦體聯(lián)合采準(zhǔn),可以節(jié)省采準(zhǔn)工程量。

    3.4 缺點(diǎn):①需要留規(guī)則的永久損失礦柱,使礦石損失率較大;②若礦巖局部不穩(wěn)固,則回采過程中安全隱患處理比較大,支護(hù)工作量較大;③多采場,多工作面同時作業(yè),各工作面相互連通,容易產(chǎn)生串風(fēng),通風(fēng)困難。

    4 分段菱形礦房充填采礦法

    該采礦法采場是垂直礦體走向或沿礦體走向布置,劃分礦房礦柱,兩步驟回采,先采礦房,后采礦柱,分段鑿巖,階段出礦,階段充填。endprint

    4.1 采場結(jié)構(gòu)參數(shù):采區(qū)長60m,寬為礦體的水平厚度,約25~30m,高為中段高度45m,分段高為12m左右。采區(qū)與采區(qū)之間留15m間柱,采區(qū)內(nèi)按分段自下而上沿礦體走向布置菱形礦房,高24m,長15m,寬為礦體厚度。在每個菱形礦房的底部下角布置鑿巖巷,并在菱形礦房中央設(shè)置分段鑿巖巷,兩分段鑿巖巷鑿巖,底部拉底巷切割V型塹溝作為受礦巷,聯(lián)合出口進(jìn)路出礦,此方法要求每個菱形礦房下部均要布置裝礦底部結(jié)構(gòu)。

    4.2 采準(zhǔn)工程:采用下盤脈外斜坡道采準(zhǔn),主要采切工程:分段聯(lián)絡(luò)道、分段穿脈巷、鑿巖巷、出礦穿巷、充填回風(fēng)井、順路礦石溜井、切割天井等。

    4.3 優(yōu)點(diǎn):①鑿巖在巷道內(nèi)作業(yè),出礦通過分段出礦進(jìn)路出礦,回采作業(yè)安全性好。②中深孔落礦效率高,采場生產(chǎn)能力大。

    4.4 缺點(diǎn):①損失貧化大,要求礦體8m<厚度<15m;②鑿巖、爆破技術(shù)要求高(切割工程、鑿巖、布孔以及裝藥困難),爆破效果差,炮孔利用率低;③如遇礦體不穩(wěn)固區(qū)域或頂板暴露跨度設(shè)計過大,易產(chǎn)生冒頂現(xiàn)象,從而影響上一分段礦房的回采;④采切工程量比分段鑿巖階段出礦嗣后充填采礦法更大。

    5 分段鑿巖階段出礦嗣后充填采礦法

    該采礦方法是沿走向布置的進(jìn)路法,共布置2條進(jìn)路,靠近礦體上盤進(jìn)路寬7m,下盤6m。先回采下盤礦體較軟弱的6m進(jìn)路,第一期進(jìn)路采用膠結(jié)充填,當(dāng)充填體強(qiáng)度達(dá)到3MPa后,再進(jìn)行另一條進(jìn)路的回采。

    5.1 采場結(jié)構(gòu)參數(shù):中段內(nèi)沿礦體走向劃分采區(qū),采區(qū)長60~80m,高為中段高度45m,分段高為12m左右,長為礦體的水平厚度。采區(qū)與采區(qū)之間留8~10m間柱,已施工的充填回風(fēng)井設(shè)在采區(qū)兩端的礦柱內(nèi),因此采區(qū)穿脈聯(lián)絡(luò)道也布置在采場兩端。采區(qū)內(nèi)再分礦房,礦房寬10~15m。試驗(yàn)采場設(shè)計采區(qū)長60m,礦房寬12.5m,采區(qū)內(nèi)共布置四個礦房。

    5.2 采準(zhǔn)工程:在各分段礦房中央垂直走向布置鑿巖巷,采切工程主要有:分段沿脈巷、分段聯(lián)絡(luò)道、分段鑿巖巷、裝礦聯(lián)絡(luò)道、切割天井、充填回風(fēng)井、充填聯(lián)絡(luò)平巷、順路礦石溜井等,裝礦底部結(jié)構(gòu)布置在礦房下部分段。

    5.3 優(yōu)點(diǎn):①采準(zhǔn)工程布置較分段菱形法簡單,工程量少;②中深孔落礦效率高,采場生產(chǎn)能力大;③人員設(shè)備不進(jìn)入大暴露面下作業(yè),安全性好。

    5.4 缺點(diǎn):①回采時貧化損失率大,資源回收率不高;②礦房要求膠結(jié)充填,充填體質(zhì)量要求嚴(yán)格,充填成本較高;③礦體上盤要求采用預(yù)切頂支護(hù),施工工藝復(fù)雜;④暴露面積大,對地表保護(hù)、充填體下作業(yè)安全保障性差。

    總之,研究和總結(jié)金屬礦山的采礦方法,可根據(jù)不同的礦體,采用不同的采礦方法,對類似礦體和同行業(yè)的開采具有極大的借鑒意義。

    參考文獻(xiàn):

    [1]郭滕飛,韋庫明. 我國金屬礦山開采方法及發(fā)展前景研究[J]. 黑龍江科技信息,2010(22).

    [2]謝勤金.地下礦山開采技術(shù)及其發(fā)展趨勢[J].科技信息(學(xué)術(shù)研究),2008(18).

    [3]余偉健,高謙.充填采礦優(yōu)化設(shè)計中的綜合穩(wěn)定性評價指標(biāo)[J].中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011(08).

    作者簡介:殷振海(1967-),男,河北涿鹿人,1991年7月畢業(yè)于山西礦業(yè)學(xué)院,采礦專業(yè),本科學(xué)歷,學(xué)士學(xué)位,2004年11月取得高級工程師職稱。endprint

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