自然崩落采矿法立爪装碴机出矿研究及应用.pdf

有有色色矿矿冶冶NON-FERROUS MINING AND METALLURGY第 40 卷第 1 期2024 年 2 月Vol.40No.1February 2024文章编号：1007-967X（2024）01-13-04自然崩落采矿法立爪装碴机出矿研究及应用*李雪澜，施伟江，李晓斌（弥渡县九顶山矿业有限公司，云南 大理 674400）摘要：根据九顶山铜矿自然崩落法立爪装碴机出矿研究应用实践，介绍了自然崩落采矿方法回采时出矿设备现状并提出改进建议、出矿过程及各阶段的特点及有关技术指标统计，通过对2 540 m 水平东部 2 采区-401#试验采场生产实践，阐明了立爪装碴机出矿的优缺点及适用条件，论述自然崩落法出矿方式的选择依据，探讨了在特殊条件下出矿时应采取的特殊措施。关键词：自然崩落法；装碴机；出矿方式；支护形式；选择依据中图分类号：TD863文献标识码:A1地质绪论九顶山铜钼矿床属中温热液细脉浸染型矿床，矿床内矿体构造和形态复杂，各矿带的划分与构造裂隙带、岩浆岩相带及变质蚀变岩相带的划分基本吻合。钼矿带产于侵入体的内接触带边缘，与铜钼矿带共同的特征是有接触裂隙与岩浆岩直接相连，岩石中成矿裂隙相当发育。钼矿体形态和产状取决于矿床中各构造裂隙带内裂隙产状和密集程度，分为两类：一是由彼此相连的复合裂隙群形成的大矿体，由为数众多又彼此相连的矿脉群所组成，矿体沿走向或倾向分岔、尖灭、再现，矿体产状与围岩接触界面相同。如 1、2 号钼矿体，走向长达 1 200 余 m。二是产于侵入体中部，为被厚度不等的无矿夹石所间隔的规模极小而又不连续的透镜状矿体群，透镜体与裂隙产状一致，呈雁行排列，矿体形态变化极大，有用组分分布极不均匀。矿石类型及品质：钼矿石为细脉浸染型，矿体与围岩呈过渡关系，无明显的界线，矿体边界按工业指标的规定以品位来确定，矿体与围岩在矿物成分、化学组成上无本质区别。钼矿石中的钼完全由辉钼矿所组成，矿体赋存为辉钼矿花岗斑岩、辉钼矿长英角岩和复矿矽卡岩化辉钼矿黄铜矿长英角岩。矿石品位与含矿裂隙密集程度密切相关，平均品位在0.06%0.10%。工程地质：九顶山矿、岩土工程地质条件上无明显差别，其稳固性取决于裂隙发育程度。钼矿体赋存于花岗斑岩，块状构造，裂隙发育，裂隙密度平均为 22 条/m，风化的高岭土化、绿泥石化使岩体变得软硬不均，岩石破碎，岩体稳定性差，掘进巷道进入该岩组约 90%地段需支护。2出矿设备选择的依据矿山以往采供矿能力为 1 4001 500 t/d（含副产矿石），一、二选厂处理能力共 2 100 t/d，矿山二期技 改 产 能 规 模 为 2 000 t/d。现 矿 山 生 产 能 力 达4 0005 000 t/d，然而，制约这一目标实现的“瓶颈”是：在九顶山松散、破碎、富含水地质条件下，采矿方法研究、应用、定型。对矿山老区沿用的“巷道式切割上山拉底刷帮后自然崩落采矿法”进行研究，存在：一是受底部结构影响和限制，装、出矿设备落后（人工装矿、0.75 m3翻斗式人力矿车或胶轮手推车运输出矿），规模较小，2 615 m、2 580 m、2 566 m 水平及 2 540 m 水平老区日采出矿仅 900 t/d；二是贫损较大且难于控制等。基于九顶山（上述）地质条件及开采技术，相关工程技术人员首先在 2 540 m 水平东部 2 采区采用有底柱浅孔破柱切帮、拉底自然崩落法探索（见图1、图 2）。从该法试验采场出矿效果看，矿块自然崩落较充分，但存在三个问题：一是在破碎矿岩中施工斗颈困难，安全威胁大；二是装、出矿机械化程度低；三是出矿漏斗及出矿进路支护在服务期内因地压活动剧烈变形较快，达不到预期效果。*收稿日期：2023-08-11作者简介：李雪澜（1986），男，白族，云南丽江人，采矿工程师，主要从事采矿技术管理、矿山开采设计、工程项目管理等。14有色矿冶第 40 卷图 12 540 m 水平东部 2 采区有底柱浅孔切帮自然崩落法试验采场拉底平面图图 22 540 m 水平东部 2 采区有底柱浅孔切帮自然崩落法试验采场拉底剖面图在总结该试验研究成果的基础上，相关工程技术人员结合九顶山的实际，共同提出平底装矿结构、堑沟式拉底的矿块自然崩落采矿法，正式命名为“九顶山松散、破碎、富含水地质条件下立爪装碴机出矿阶段自然崩落采矿法”（见图 3）。图 3九顶山松散、破碎、富含水地质条件下立爪装碴机出矿阶段自然崩落采矿法3立爪装碴机出矿方案装碴机出矿方案就是崩落矿石在重力作用下，从聚矿沟流到铜矿巷道，利用装碴机前端式铲斗在液压作用下铲矿并运至顶底盘溜井的出矿方式。为了安全、平稳、高速作业，这种能力较强的大型设备对运矿道断面、聚矿沟规格、放矿点间距及曲率半径均有较高要求。本矿使用的电铲运矿道规格为 2.8m2.8 m；聚矿沟呈矩形漏斗状，上部尺寸为 10 m6m，下部尺寸为 10 m4 m；放矿点间距为 6 m，穿脉间距为 30 m；曲率半径为 8 m，出矿进路与穿脉运矿道的夹角为 63。试验采场 2 480 m 水平 1 盘区 1采区 1#4#采场，2 540 m 水平东部 3 采区-401#、401#采场，目前共有 ZL-10 立爪装碴机 6 台，用于出矿、装碴。4采场的主要研究内容（1）松散、破碎矿岩地质条件下采场建设掘进支护型式。（2）根据矿岩工程地质研究采场结构参数，为底部最佳受矿寻求有利条件。（3）在现有矿岩可崩性研究的基础上，探索采场崩矿速度，选择合理的自然崩落矿块控制切帮工艺参数。（4）采场底部结构与装、出矿设备技术性能的匹配研究。（5）九顶山矿岩条件下采场切帮天井、通风、人行、材料井掘进方式。（6）采场落矿爆破参数的确定及采场的研究内容。5采场结构参数及技术经济指标研究2 480 m 水平 1 盘区 1 采区 1#4#试验采场指标见表 1，2 540 m 水平东部 3 采区-401#试验采场指标见表 2。表 12 480 m 水平 1 盘区 1 采区 1#4#试验采场表 22 540 m 水平东部 3 采区-401#试验采场6试验采场结构、爆破参数分析（1）装矿道与转运道岔口夹角 60，装矿设备进入采场装矿道需修刷内弯帮，增加了工程量，岔口暴露面积大，支护困难。（2）采准工程支护为确保采场服务期装、出矿，采取钢支架临时支护、钢砼浇灌，支护成本较高。（3）堑沟拉底由装矿道顶板高度提高到距装矿道顶板 2.53 m 位置，有效保护了出矿受矿口的安全。（4）由采场爆破效果看，浅孔所控制范围均能爆破至孔底，爆破效果较好。（5）由采场放矿情况可知，装矿道受矿口间距过大，放矿过程中各斗难于联通形成连续空间，不利于矿块自然崩落及放矿椭球体的发育。（6）切割工程工艺需完善，存在：一是掘进时需二次倒运矿碴，滞缓的切割掘进速度；二是拉底切帮空间过小，难于控制矿块自然崩落发育方向。7存在问题及改进措施（1）矿岩松散、破碎，切割成巷困难和切割掘进出碴二次倒运，滞缓了采场建设速度，施工进度缓慢。改变切割工程结构，从便于交叉作业和出碴容易方面考虑，提高采场建设速度。第 1 期李雪澜等：自然崩落采矿法立爪装碴机出矿研究及应用5采场结构参数及技术经济指标研究2 480 m 水平 1 盘区 1 采区 1#4#试验采场指标见表 1，2 540 m 水平东部 3 采区-401#试验采场指标见表 2。表 12 480 m 水平 1 盘区 1 采区 1#4#试验采场项目名称采场间距采场装矿道间距采场长采场转运道长采场装矿道长一分层拉底二分层拉底采切工程利用率浅孔布置方式浅孔最小抵抗线浅孔深浅孔孔底距浅孔密集系数浅孔装药系数采场爆破方式计量单位mmmmm%mmm结构参数18.67155026608距装矿道顶板 3 m距装矿道顶板 6 m100纵向 3 排平行布置1.41.82.21.410.64导爆索连接，一次点火爆破支护型式钢支架、钢砼浇灌钢支架、钢砼浇灌钢、砼钢、砼木间支备注转运道中到中距离装矿道边到边垂距采区处于矿界三角地带净断面：2.8 m2.8 m净断面：2.8 m2.8 m净断面：1.8 m1.8 m净断面：1.8 m1.8 m表 22 540 m 水平东部 3 采区-401#试验采场项目名称采场间距采场装矿道间距采场长采场转运道长采场装矿道长一分层拉底二分层拉底采切工程利用率浅孔布置方式浅孔最小抵抗线浅孔深浅孔孔底距浅孔密集系数浅孔装药系数采场爆破方式计量单位mmmmm%mmm结构参数18.67708589.5距装矿道顶板 2.5 m距装矿道顶板 7.5 m100纵向 3 排梅花状布置0.71.82.20.80.750.72导爆索连接，一次点火爆破支护型式钢支架、钢砼浇灌钢支架、钢砼浇灌钢、砼钢、砼钢备注转运道中到中距离装矿道边到边垂距采区处于矿界三角地带净断面：2.8 m2.8 m净断面：2.8 m2.8 m净断面：1.8 m1.8 m净断面：1.8 m1.8 m6试验采场结构、爆破参数分析（1）装矿道与转运道岔口夹角 60，装矿设备进入采场装矿道需修刷内弯帮，增加了工程量，岔口暴露面积大，支护困难。（2）采准工程支护为确保采场服务期装、出矿，采取钢支架临时支护、钢砼浇灌，支护成本较高。（3）堑沟拉底由装矿道顶板高度提高到距装矿道顶板 2.53 m 位置，有效保护了出矿受矿口的安全。（4）由采场爆破效果看，浅孔所控制范围均能爆破至孔底，爆破效果较好。（5）由采场放矿情况可知，装矿道受矿口间距过大，放矿过程中各斗难于联通形成连续空间，不利于矿块自然崩落及放矿椭球体的发育。（6）切割工程工艺需完善，存在：一是掘进时需二次倒运矿碴，滞缓的切割掘进速度；二是拉底切帮空间过小，难于控制矿块自然崩落发育方向。7存在问题及改进措施（1）矿岩松散、破碎，切割成巷困难和切割掘进出碴二次倒运，滞缓了采场建设速度，施工进度缓慢。改变切割工程结构，从便于交叉作业和出碴容易方面考虑，提高采场建设速度。1516有色矿冶第 40 卷（2）地压较大，采场支护为密集临时支护和钢间隔支护，切割成巷后支护变形、压裂，造成短周期内二次支护，同时，对浅孔凿岩、爆破形成障碍，同时阻碍落矿后采场出矿。对采场支护变形跟踪调研，除裂隙构造带、矿岩松软地带地压较明显，其他地段地压的显现主要是矿岩具碎胀性，掘进爆破后即时关帮（爆块充填）支护，关帮充填碎块水潮后碎胀，压裂、挤断支护厢木，造成二次支护。根据 2 580 m、2 540 m 水平老区同类型矿岩采场建设比对，老区采场切割均为上山后拉小联道 断面规格（1.61.8）m1.8 m，浅孔一次爆破落矿，采场建设过程中切割工程均未支护，局部出现垮涝，但垮涝高度均不高即趋向二次平衡。故试验采场建设应尽可能不支护，一可节约采切成本，二放矿过程较顺畅，很少出现卡斗等现象。（3）采准工程支护为钢支架临支，钢砼浇灌，成本与开拓工程相比较高。根据矿岩特性改变采准结构或支护型式，挖潜降耗。（4）放矿过程中，存在一是矿块自然崩落发育方向难于控制；二是相邻采场和受矿斗间矿块自然崩落难于实现连续崩落空间，造成矿块自然崩落积极向立面空间发育，难于向平面空间发展，从而形成矿房悬顶或松软岩层向上线形发育。对现采矿法方案变形，从改变采场切割工艺结构和矿块自然崩落可控性两方面入手进行解决。（5）工程切割天井难于形成，增加了切割工程量。根据工程实践，切割工程上、下分层之间通过3040小斜井形成安全联道和出碴、材料、设能通道。8结论截至年末，完成 2 540 m 水平-401#试验采场和2 480 m 水平 1 盘区 1 采区 1#4#试验采场的建设和落矿。根据试验采场建设、放矿情况，在九顶山采用自然崩落采矿法是可行的，具备实施条件，现阶段取得的成果是：（1）采场落矿爆破较充分，浅孔爆破参数可初步确定。（2）对矿块自然崩落发育取得了较好的认识，下一步的工作重点是研究矿块自然崩落的可控性。（3）采场底部结构是合理的，装、出矿设备能与之相配套。（4）对采场切割支护取得的一致认识是：在矿岩稳定性相对较好的情况下，尽量少支护或不支护，且只能采取临时支护或爆破时易于崩塌的支护形式。（5）试验采场切割工艺结构虽在受矿和控制矿块自然崩落方面还有缺陷，但为采场结构改进和变形提供了依据和参考。（6）自然崩落法采场大块产出率高、地应力大，立爪铲运机处理大块能力强，使用机动灵活、污染小，设备生产适于集中管理、生产成本较低。在资金充足、技术力量成熟的情况下，大型自然崩落法采区以选择立爪铲运机出矿方案为宜。在进一步提高立爪铲运机及其配套设备的机械制造能力及提高设备维修保养的能力的基础上，矿山应进一步优化采矿方案设计，充分发挥立爪铲运机出矿的优势，促进采矿的发展。参考文献：1 兰启城.自然崩落采矿法创新技术设计及应用 J.黄金，2018，39（7）：49-53.2 采矿手册编委会.采矿手册（第四卷）M.北京：冶金工业出版社，1990.3 张化远，余南中，田立安，等.采矿设计手册.矿床开采卷.下册M.北京：中国建筑工业出版社，1987.4 朱 忠 华.自 然 崩 落 采 矿 法 研 究 及 应 用J.金 属 矿 山，2019（12）：1-11.5 张东红.自然崩落法的岩石力学工作与矿石崩落块度 J.矿业研究与开发，2003（11）：911.6 九顶山铜钼多金属矿区成矿规律及增储研究 R.2006.7.7弥 渡 县 九 顶 山 铜 矿 1500 t/d 技 改 扩 建 工 程 初 步 设 计R.2009.12.Research and Application of Natural Collapse Mining Method with VerticalClaw Loader for Ore ExtractionLI Xue-lan，SHI Wei-jiang，LI Xiao-bin（Midu County Jiudingshan Mining Co.，Ltd.，Dali 674400，China）Abstract:Based on the research and application practice of the natural collapse method of the Jiudingshan Copper Mine,this articleintroduces the current status of the mining equipment during the natural collapse mining method and proposes improvement suggestions,the characteristics of the mining process and each stage,and relevant technical indicators statistics.Through the productionpractice of the-401#experimental mining site of the second mining area in the east part of the 2 540 m level,the advantages,disadvantages,and applicable conditions of the vertical claw slag loader for mining are explained,This article discusses the selection basisof natural caving mining method and explores the special measures that should be taken when mining under special conditions.Key words:natural collapse method;ballast loading machine;mining method;support form;selection criteria