典型急倾斜薄矿脉浅孔回采工艺优化.pdf

第 卷第期有色金属(矿山部分)年月 d o i:/j i s s n 典型急倾斜薄矿脉浅孔回采工艺优化张庆旭,刘东锐,李士超,(广西桂华成有限责任公司,广西 贺州 ;长沙矿山研究院有限责任公司,长沙 ;国家金属采矿工程技术研究中心,长沙 )摘要:浅孔留矿法适用于急倾斜薄至中厚矿体的回采,具有开采成本低、工艺简单等特点,但也存在安全风险高、人员长期在暴露顶板下作业等问题.珊瑚矿矿体属于典型的急倾斜薄矿体,在使用浅孔回采过程中,存在爆破块度大、采场结构参数不合理、顶板稳固性差等问题.通过理论分析、工程类比等方法及手段,优化采场结构参数、凿岩爆破工艺、支护工艺以及出矿设备,现场试验表明,优化后各项技术经济指标均得到较大的提升,为类似矿山提供良好的工程实践及理论基础.关键词:浅孔留矿;回采工艺;支护工艺;爆破工艺;优化研究;现场应用中图分类号:T D 文献标志码:A文章编号:()O p t i m i z a t i o no f s h a l l o wh o l e s t o p i n g t e c h n o l o g y i nt y p i c a l s t e e pt h i nv e i n sZ HANGQ i n g x u,L I UD o n g r u i,L IS h i c h a o,(G u a n g x iG u i h u a c h e n gC o,L t d,H e z h o uG u a n g x i ,C h i n a;C h a n g s h aM i n i n gR e s e a r c hI n s t i t u t eC o,L t d,C h a n g s h a ,C h i n a;N a t i o n a lM e t a lM i n i n gE n g i n e e r i n gT e c h n o l o g yR e s e a r c hC e n t e r,C h a n g s h a ,C h i n a)A b s t r a c t:S h a l l o w h o l eS h r i n k a g es t o p i n gi ss u i t a b l ef o rt h em i n i n go fs t e e p l y i n c l i n e dt h i nt o m e d i u m t h i c ko r e b o d y I th a s t h ec h a r a c t e r i s t i c so f l o wm i n i n gc o s t a n ds i m p l et e c h n o l o g y,b u t i ta l s oh a ss o m ep r o b l e m s,s u c ha sh i g hs a f e t yr i s k,a n dp e r s o n n e lw o r k i n gu n d e re x p o s e dr o o f sf o ral o n gt i m e S h a n h uo r e i sat y p i c a ls t e e pt h i no r eb o d y I nt h ep r o c e s so f s h a l l o wh o l ee x t r a c t i o n,t h e r ea r es o m ep r o b l e m s,s u c ha s l a r g eb l a s t i n gb l o c k s,u n r e a s o n a b l es t o p es t r u c t u r a lp a r a m e t e r s,a n dp o o rr o o fs t a b i l i t y T h r o u g ht h e o r e t i c a la n a l y s i s,e n g i n e e r i n ga n a l o g y,a n do t h e rm e t h o d sa n dm e a n s,t h e s t o p e s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s,d r i l l i n ga n db l a s t i n g t e c h n o l o g y,s u p p o r t t e c h n o l o g y,a n dm i n i n ge q u i p m e n t a r eo p t i m i z e d V a r i o u st e c h n i c a la n de c o n o m i ci n d i c a t o r sh a v eb e e ng r e a t l yi m p r o v e d I tp r o v i d e sg o o de n g i n e e r i n gp r a c t i c ea n da t h e o r e t i c a lb a s i s f o r s i m i l a rm i n e s K e yw o r d s:s h a l l o w h o l es h r i n k a g es t o p i n g;m i n i n gt e c h n o l o g y;s u p p o r t i n gt e c h n o l o g y;b l a s t i n gt e c h n o l o g y;o p t i m i z a t i o nr e s e a r c h;f i e l da p p l i c a t i o n收稿日期:作者简介:张庆旭(),男,中级工程师,主要从事矿山生产管理工作,E m a i l:c o m.急倾斜极薄矿脉受产状和赋存条件的限制,属于难采矿体之一 .具有矿体薄、规模小、赋存条件简单、矿石价值高等特点,致使可供选择的采矿方法少,常采用浅孔留矿法进行回采,阶段控制地质储量少、开采速度快、开拓采准压力大导致矿山采掘失调,三级矿量失衡,影响生产 .珊瑚矿矿体平均厚度 m,矿体倾角 ,属于典型的急倾斜极薄至薄矿体.随着开采进入 m中段,开采受深度增加的影响逐渐增大,岩体稳固性逐渐降低,采用浅孔回采工艺进行回采,安全风险快速增加.在开采过程中,比较突出的有凿岩爆破工艺不合理、支护形式单一等问题,随着国家安全形式的不断严峻,亟需针对珊瑚矿的 采 矿 方 法 进 行 全 方 面 的 优 化,保 证 生 产安全.第期张庆旭等:典型急倾斜薄矿脉浅孔回采工艺优化 矿山概况 矿山开采技术条件矿体为钨锡石英脉,钨平均品位 ,锡平均品位 ,在平面上为多条脉大致平行,呈群状分布,矿岩界线清晰.矿体厚度绝大多数在 m范围,最大 m,平均 m,矿体倾角 ,属 典 型 的 极 薄 至 薄 矿 体,矿 体 赋 存 在 m标高间.地表不允许崩落.矿岩中等稳固,节理裂隙发育,潜在裂隙及结构滑面多,遇水稳固性较低,且界限明显,矿体产状变化大,交错、分支、复合严重,工程地质属简单至复杂类型.矿山开采现状矿山自 年开采投入生产,年生产能力为 万t,中段高度为 m,采用竖井盲斜井联合 开 拓,中 段 运 输 以 有 轨 运 输 为 主,m、m及 m三个中段同时回采,m中段为开拓中段,通风系统采用两翼对角式通风,主体采矿方法为浅孔留矿法,辅以少量的削壁充填采矿法,每天生产能力为 t,回采贫化率及损失率为 、,采场基本不支护,或采用坑木进行支护.采矿工艺及存在的问题 采矿工艺采场沿矿体走向布置,中段运输巷道布置在矿体上盘,采用漏斗放矿底部结构.采场尺寸参数为()m m m m(长高矿),采场长度视矿岩情况调整,预留顶底间柱,分别为、m,为了采场出矿的顺利,漏斗中对中距离为m,每隔m开掘漏斗,且随着开采进入深部,为了保证回采过程中漏斗的稳定性,需采用拱浇筑的方式进行构筑.由采准天井在拉底切割平巷高程,施工拉底平巷,拉底高度应控制在m以内,与劈漏工作同时进行,另采用普通法,沿脉施工采准天井,兼顾人员材料及采场通风井,以及部分出矿功用(图).图浅孔留矿法标准方案F i g S t a n d a r ds c h e m eo f s h a l l o wh o l e r e t a i n i n gm e t h o d采场内回采顺序采用上行式回采,分层高度控制在m以内,水平方向沿脉进行回采,单次回采长度为 m,采用Y S P 气动凿岩机、m钎杆进行凿岩,孔深为 m,岩石乳化炸药电子数码雷管起爆,单次爆破量为 t,炮孔采用“之”字或“一”字布置,具体视采场采幅确定,每次出矿量为爆破量的/,下次回采以本次回采的矿石为平台,爆破、通风、撬顶处理松石、平整工作场地,再有色金属(矿山部分)第 卷开始下个作业循环,直到当采场回采至顶柱时,进行大量放矿.矿石经漏斗下放运输平巷装矿车运出.存在的问题)安全性差、效率偏低受凿岩爆破工艺和支护工艺的影响,采场爆破效果不佳,顶板平整度差,劳动强度大,敲帮问顶阶段安全风险不可控,效率无法保证;)上盘围岩不稳固,采场片帮时有发生,采场支护压力大,临时横撑支护强度不够,大量放矿时仍有大量上盘围岩离层造成大量二次贫化;)矿体产状变化大,工程地质条件中等至复杂,爆破产生的大块易夹在采场中间无法放出,造成极大的矿量损失;)回采过程中,采场尺寸参数较大,未按原方案进行施工,支护形式匮乏,支护量低,进一步加剧采场回采过程中的风险.回采工艺优化依据矿山开采现状、开采技术条件以及生产中存在的问题,以安全风险最低化、回采成本最低化、贫化损失最小化为目标,基于工程类比及理论分析 ,对浅孔回采工艺的各个工艺流程及尺寸进行全面的优化,进而实现安全高效回采.采场结构参数根据岩体力学理论以及类似矿山的开采经验,针对采幅在 m的浅孔留矿法的回采,采场长度应控制在 m以内,采场高度及采幅保持不变,同时,为了顺应机械化开采趋势,取消底盘漏斗,简化底部结构,改用无底柱的方式进行回采,利用相邻脉的沿脉巷作为运输巷,并施工出矿巷;当相邻脉间距超过 m时,在两条脉中间施工运输巷和出矿巷.凿岩爆破工艺实际生产中,造成贫化损失率大、顶板破坏严重、浮石多等问题的主要原因是凿岩爆破参数不合理.根据普氏岩石分级、R Q D值分级、岩石可爆破性分级等方法,珊瑚矿矿岩属于难凿型,可爆性属于易爆难爆之间的中等可爆级别.依据可钻可爆性分级,凿岩视岩石坚硬程度和采幅采用“之”字形和梅花形布孔方式(图),布孔距离上下盘 mm以减少对上下盘围岩的扰动,最小抵抗线W、炮孔间距a和堵塞长度依据经验公式确定为 、和 m,炸药单耗控制在 k g/m,炮孔堵塞采用水炮泥袋或黄泥巴,相邻药卷之间留有空气柱或填充有炮泥隔离.图梅花形和“之”字形炮孔布置F i g C l u bs h a p ea n dz i g z a gh o l e l a y o u t 采场支护工艺鉴于矿山采场主要采用坑木进行支护,相较于钢制结构,存在支护强度不足、易腐烂放热等缺点,无法满足安全生产需求.通过工程类比法,对采场的支护工艺进行优化,依据采场作业空间,选用锚杆双筋条的支护形式,锚杆杆体选用直径 mm的左旋螺纹钢,药卷选用水泥卷,双筋条由自身加工而成,双筋条宽 mm,用根直径 mm的钢筋切割平行焊接而成,平行钢筋 相 距 mm,连 结 筋 采 用 同 径 钢 筋,间 隔 mm.双筋条可预制成多种规格,长度分别为 、mm等.出矿设备优选在采场结构优化的基础上,保证井下通风,对出矿设备进行 优选,以提 高采场的回 收效率,选用m电动铲运机进行出矿.现场应用根据浅孔留矿回采工艺的优化方式,选择位于 m至 m水平勘探线间的 采场作为试验采场(图).采场属于 矿脉,平均宽度 m,倾角为 ,钨品位为 ,锡品位为 ,钨锡矿石呈竹叶状产出于石英脉中.设计采用浅孔留矿法进行回采,采幅控制在 m,采场长度 m,高度为中段高,预留 m的顶柱,不留底柱及间柱,m布置一条出矿进路,天井规格 m m,分别布置在采场南、北两侧,天井旁布置有溜井.通过凿岩爆破参数优化,工艺优化前后对比见表,采场生产能力明显提高.现场效果图见图.第期张庆旭等:典型急倾斜薄矿脉浅孔回采工艺优化图试验采场位置F i g T e s t s t o p e l o c a t i o n图现场效果F i g F i e l de f f e c t表工艺优化前后对比T a b l eC o m p a r i s o nb e f o r ea n da f t e rp r o c e s so p t i m i z a t i o n项目优化前优化后采场生产能力/(td)贫化率/损失率/大块率/平整度/结论通过优化采场回采工艺,保留采矿方法不变的情况下,提高采场生产效率,降低贫化损失率、安全风险,进而降低整个生产成本.现场通过个月的实施,采场生产能力由 t/d提高 至 t/d,采 场 贫 化 率 由 降 低 至 ,损失率由 降低至 ,且整体开采成本降低至原本的,对于类似矿山具有一定的借鉴价值.参考文献党建东,阚忠辉,董凯程,等急倾斜薄矿体中深孔预裂爆破开采技术研究J有色金属(矿山部分),():,D AN G J i a n d o n g,KAN Z h o n g h u i,D ON G K a i c h e n g,e ta l R e s e a r c ho nm i n i n gt e c h n o l o g yo fm e d i u m d e e ph o l ep r e s p l i tb l a s t i n gf o rs t e e p l yi n c l i n e dt h i n o r e b o d yJN o n f e r r o u sM e t a l s(M i n i n gS e c t i o n),():,郭金峰急 倾 斜 极 薄 矿 体 不 稳 固 顶 板 采 矿 方 法 的 试 验 研究J有色金属(矿山部分),():GUOJ i n f e n g E x p e r i m e n t a ls t u d yo nu n s t a b l er o o f m i n i n gm e t h o d o f s t e e p l y i n c l i n e d e x t r e m e l y t h i n o r e b o d yJN o n f e r r o u sM e t a l s(M i n i n gS e c t i o n),():胡际平国外急倾斜薄矿体采矿方法的新发展J有色金属(矿山部分),():HUJ i p i n g N e wd e v e l o p m e n to fm i n i n g m e t h o df o rs t e e p l yi n c l i n e dt h i no r e b o d ya b r o a dJN o n f e r r o u s M e t a l s(M i n i n gS e c t i o n),():(下转第 页)第期王贺等:基于三维激光扫描空区精细化稳定性分析 贾会会,郭利召,薛建志基于C A L S数据点云与F L A C D耦合建模采空区稳定性研究J水利与建筑工程学报,():,J I A H u i h u i,GUO L i z h a o,XU EJ i a n z h i S t a b i l i t ya n a l y s i so fg o a fb a s e do nC A L Sd a t ap o i n tc l o u da n dF L A C Dc o u p l e dm o d e l i n gJ J o u r n a lo f W a t e rR e s o u r c e sa n d A r c h i t e c t u r a lE n g i n e e r i n g,():,孟梦北方地区复杂地形下的煤矿采空区地质稳定性建模分析J矿冶,():ME NG M e n g M o d e l i n ga n da n a l y s i so fg e o l o g i c a ls t a b i l i t yo fc o a lm i n eg o a fu n d e r c o m p l e xt e r r a i ni n N o r t h C h i n aDM i n i n ga n dM e t a l l u r g y,():李杰林,高乐,杨承业,等大型复杂采空区群的稳定性数值分析及隐患区域预测J黄金科学技术,():L I J i e l i n,GA O L e,YAN G C h e n g y e,e ta l N u m e r i c a la n a l y s i so fs t a b i l i t yo fl a r g ec o m p l e x g o a fg r o u pa n d p r e d i c t i o n o fh i d d e nd a n g e ra r e aJ G o l dS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,():林毅斌,董凯程,赖渊平,等露天矿地下采空区探测与综合整治技术研究J有色金属(矿山部分),():L I N Y i b i n,D ONG K a i c h e n g,L A IY u a n p i n g,e ta l S t u d yo nd e t e c t i o na n dc o m p r e h e n s i v ed i s p o s a l t e c h n o l o g yo fu n d e r g r o u n dg o a fi n o p e n p i t m i n eJ N o n f e r r o u s M e t a l s(M i n i n gS e c t i o n),():(编辑:周叶)(上接第 页)刘东锐软弱破碎矿体采场支护技术研究J有色金属(矿山部分),():L I UD o n g r u i R e s e a r c ho ns t o p es u p p o r tt e c h n o l o g yo fw e a kb r o k e no r e b o d yJN o n f e r r o u s M e t a l s(M i n i n gS e c t i o n),():刘东锐,李向东,李强,等一种间隔胶结支柱削壁充填采矿法:BP L I UD o n g r u i,L IX i a n g d o n g,L IQ i a n g,e t a l Ak i n do f s p a c e d c e m e n tp i l l a rc u t t i n ga n df i l l i n g M i n i n gm e t h o d:P 刘东锐,李 强,李 晓 辉基 于V a g u e集 的 采 矿 方 法 优 选 研究J化工矿物与加工,():L I UD o n g r u i,L IQ i a n g,L IX i a o h u i S t u d yo nm i n i n gm e t h o do p t i m i z a t i o nb a s e do nV a g u eS e tJC h e m i c a lM i n e r a l sa n dP r o c e s s i n g,():张庆旭,张宝,宋甫,等削壁充填法在珊瑚矿的应用研究J采矿技术,():,Z HAN GQ i n g x u,Z HAN G B a o,S ONGF u,e ta l A p p l i c a t i o no fw a l l c u t t i n ga n df i l l i n gm e t h o di nC o r a lM i n eJM i n i n gT e c h n o l o g y,():,李祥龙,赵泽虎,王建国,等基于EMD HHT和小波理论的地下浅 孔 爆 破 振 动 规 律 研 究 J有 色 金 属 工 程,():L IX i a n g l o n g,Z HA OZ e h u,WAN GJ i a n g u o,e ta l S t u d yo nv i b r a t i o nl a wo fu n d e r g r o u n ds h a l l o w h o l eb l a s t i n gb a s e do nEMD HHT a n d W a v e l e t t h e o r yJ N o n f e r r o u s M e t a lE n g i n e e r i n g,():翟会超,杨勇,胡巍巍,等陡倾斜薄矿体浅孔留矿法采场围岩稳定性分析J矿冶,():Z HA I H u i c h a o,YAN G Y o n g,HU W e i w e i,e ta l S t a b i l i t ya n a l y s i so fs u r r o u n d i n g r o c k o fs t o p e w i t h s h a l l o w h o l er e t a i n i n gm e t h o df o rs t e e pi n c l i n e dt h i no r e b o d yJM i n i n ga n dM e t a l l u r g y,():刘 艺浅 孔 留 矿 法 在 金 家 坞 金 矿 的 应 用 J矿 冶,():,L I U Y i A p p l i c a t i o n o fs h a l l o w h o l er e t a i n i n g m e t h o di nJ i n j i a w ug o l d d e p o s i tJ M i n i n g a n d M e t a l l u r g y,():,(编辑:周叶)(上接第 页)陈育民,徐鼎平 F L A C/F L A C D基础与工程实例M 版北京:中国水利水电出版社,:C HE N Y u m i n,XU D i n g p i n g F o u n d a t i o n a n d e n g i n e e r i n ge x a m p l e so fF L A C/F L A C DM S e c o n de d i t i o n B e i j i n g:C h i n a W a t e r C o n s e r v a n c y a n d H y d r o p o w e r P r e s s,:陈鹏,徐博侯基于因素敏感性的边坡稳定可靠度分析J中国公路学报,():C HE NP e n g,XU B o h o u R e l i a b i l i t ya n a l y s i so fs l o p es t a b i l i t yb a s e do nf a c t o rs e n s i t i v i t yJ C h i n aJ o u r n a lo f H i g h w a y s,():杨虎,刘琼荪,钟波数理统计 非数学类专业研究生教学用书M北京:高等教育出版社,:YAN G H u,L I U Q i o n g s u n,Z HON G B o T e a c h i n gB o o kf o rG r a d u a t eS t u d e n t s M a j o r i n gi n M a t h e m a t i c a lS t a t i s t i c sMB e i j i n g:H i g h e rE d u c a t i o nP r e s s,:师超,余凤敏,上官力,等海拔高度、施氮量和栽培密度及其交互效应对利川烟区烤烟产质量的影响J湖北农业科学,():S H IC h a o,YU F e n g m i n,S HAN G GUAN L i,e ta l E f f e c t so fa l t i t u d e,n i t r o g e na p p l i c a t i o nr a t e,p l a n t i n gd e n s i t ya n dt h e i ri n t e r a c t i o no ny i e l da n dq u a l i t yo f f l u e c u r e d t o b a c c o i nL i c h u a nt o b a c c oa r e aJ H u b e iA g r i c u l t u r a lS c i e n c e s,():(编辑:周叶)