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名称 厚大矿体新型采矿工艺研究与现场应用
发布机构 科技外事处 索引号 2189234/2021-01466
主题分类 科技发展 文号
发布日期 2021-08-11 主题词

厚大矿体新型采矿工艺研究与现场应用

发布日期:2021-08-11 16:18 信息来源:科技外事处 访问量:? 字体 :[ 大 ][ 中 ][ 小 ]

厚大矿体新型采矿工艺研究与现场应用

O 引言

    无底柱分段崩落法没有复杂的底部结构,通过回填覆盖岩或崩落围岩的方式实现地压控制,具有采准及回采工艺相对简单、效率高、成本低和便于大型无轨设备运输等优点,是我国地下金属矿山广泛应用的采矿方法之一。无底柱分段崩落法采矿的特点是通过进路将矿体进行分割,并作为凿岩巷在该进路内进行中深孔凿岩工作。某铁矿进入地下开采以来一直采用无底柱分段崩落法,实现安全、高效开采。自该矿开采工作进入Om分段后,随着开采深度的增加,矿体厚度逐渐加大,平均厚度约100m,采场进路长度过长,且随着矿体厚度的增加呈现出增长趋势,严重制约了矿山的凿岩、出矿效率。此外,过长的巷道在爆破后通风比较困难,巷道内出现悬顶、推墙现象的概率较大,严重影响人员安全。因此,在当前开采技术条件下,如何保障矿山采矿量储备、提高采矿效率、减少设备集中程度、加强采区通风成为目前该矿山亟需解决的重要问题。

    就地下采矿厚大矿体开采过程中出现的采矿效率低、通风困难、供矿难度大等问题,以某铁矿为工程背景,提出一种厚大矿体中央沿走向扇形切割拉槽,上下盘垂直走向进路同时回采的无底柱分段崩落采矿方法,提高矿山凿岩、出矿效率,降低进路悬顶、推墙概率,保障井下作业人员安全。

1 原采矿方法设计概况及存在的问题

1.1原采矿方法设计概况

    该矿矿体相对集中,其中,在1号矿体的Om标高以下发现厚大矿层,目前,矿体沿走向控制长600m,平均厚度约100m,沿倾向延深标高已达-205m。根据矿床的矿体赋存条件、开采技术条件和水文地质条件,该铁矿井下采矿应用无底柱分段崩落法,采场采用大结构参数,并配置相应的凿岩设备。矿块沿走向布置,长约72m,宽为矿体的水平宽度,中段高度60m,分段高度20m,回采进路沿矿体走向或垂直矿体走向布置,进路间距18m,上、下相邻的分段回采进路呈菱形布置。

    该矿采用下盘脉外斜坡道采准,在下盘脉外运输巷道内施工采准穿脉巷道。溜井沿脉外运输巷道布置,间距72m。斜坡道布置在下盘围岩中,作为行人通风和无轨设备的通道。从斜坡道向矿体方向掘进分段运输巷道,从分段运输巷道内向矿体掘进穿脉巷道至矿体上盘,沿矿体上盘掘进切割巷道,在凿岩巷道内每36m布置垂直切割天井切割拉槽。进路采用扇形孔凿岩,中深孔排距1.7m,利用切割拉槽所形成的爆破空间,崩矿至矿体下盘。

1.2存在问题

    原采矿方法在厚大矿体中应用时存在的主要问题如下。

    (1)中深孔凿岩效率低,采场无法满足采矿设备台数要求。由于矿体较厚,进路长度大,凿岩设备摆布台数少,中深孔凿岩时间长,且多台凿岩设备调整、调转影响中深孔凿岩效率。

    (2)出矿设备运距远,出矿效率低。进路较长导致初期出矿时掌子面距下盘脉外运输巷道较远,出矿时设备运距最大可达120m,采矿效率大大降低,也间接影响了井下作业安全。

    (3)通风困难。爆破后炮烟由于巷道较长无法及时排出,影响下一步作业工序,增加了井下作业人员的作业风险。

    (4)中深孔爆破后进路频繁出现悬顶、推墙等现象,影响采矿效率和作业人员安全,且增加工程投资。进路长度较大,中深孔排数多,靠后排线崩矿高度会逐排下降。当爆破后本分段空区无法与上分段空区形成贯通时,会出现悬顶的情况,导致上分段未回采矿石及覆盖岩无法下流。此时需根据现场实际情况增加措施来解决问题,增加工程投资。在悬顶进路附近作业也大大增加了施工人员的施工难度和危险性,从而影响采矿效率。

    (5)备采矿量不足,出矿掌子面过于集中。由于进路长度大,影响中深孔凿岩时间,凿岩设备集中,无法在多条进路同时凿岩,导致后期出矿地点集中,出矿设备集中,巷道内经常出现设备在运输巷道会车、错车等现象,现场混乱、管理困难。

2 厚大矿体新型采矿工艺介绍

    针对原采矿方法在厚大矿体中应用时所存在的问题,对采场布置及结构参数进行优化。以该铁矿Om以下厚大矿体某一矿块为例,为解决上述问题,提出了一种适用于厚大矿体开采的无底柱分段崩落采矿法。该方法具有提高凿岩效率、减少设备运距、增强矿块内通风、增大切割巷道爆破空间、提高采矿效率等特点。

2.1新型采矿工艺结构要素

    该工艺主要包括100m厚度的厚大矿体试验矿块(结构参数20m×18m)、无底柱分段崩落法回采进路垂直走向布置、切割巷道及扇形孔的布置,其特点是厚大矿体切割巷道及扇形孔的布置。

2.2新型采矿工艺特征

    进路垂直走向布置采矿方式,按进路间距垂直穿过矿体后结束。根据矿体厚度及上下分层矿体空间位置确定切割巷道位置,一般布置在本分层矿体的中央。脉外运输巷道分别布置在矿体的上下盘,并满足脉外运输巷道与矿体的设计要求。在上下盘运输巷道内适当距离布置采区通风天井,并与上分段巷道贯通,使巷道内风流形成循环,保证井下作业人员安全。

2.3新型采矿工艺实施步骤

    (1)通过切割天井扩井形成的爆破空间拉开切割硐室,切割硐室是由进路在矿体中间的一部分,不用额外增加工程。切割硐室爆破后为矿体中央布置的切割巷道提供爆破空间。

    (2)切割巷道采用扇形孔布置,爆破范围由采矿设备能力确定,一般为10m20m,保证其爆破效果良好。本分段切割巷道须与上分段崩矿后形成的空区贯通,这是整个新型采矿工艺的关键。

    (3)切割巷道与上下盘垂直走向回采进路之间挑顶区高度不超过7m,挑顶区矿体作为当期损失矿量,利用下分段的回采进路能够充分回采。

    (4)在施工切割巷道扇形孔时,扇形孔高度应与上分段爆破后形成的空区保持0.5m的距离,防止与上分段空区贯通,造成炮孔涌水及装药浪费,切割巷道爆破后,为上下盘垂直走向回采进路的开采工作提供爆破空间。

    (5)上下盘垂直走向回采进路布置的第一排扇形中深孔与切割巷道回采范围保持2m3m的距离,防止切割巷道爆破、回采时出现掩埋上下盘进路首排炮孔或破坏进路眉线等情况

    (6)切割巷道回采完毕后,利用其形成的爆破空间,在上下盘垂直走向回采进路中向矿体上下盘方向以退采方式回采矿体。在上盘矿体倾角较缓区域,垂直走向进路布置的扇形炮孔应根据矿体高度布置,且中深孔穿过矿体0.5m结束,防止出现装药高度不够导致上盘矿体回采不彻底的情况。

3 技术经济指标对比

    以Om以下分段厚大矿体中某一标准矿块(矿块储量36.15万吨)为例,该矿块采矿方法优化前后数据。

    综上所述,优化后的采矿工艺对比原采矿方法存在以下优点。

    (1)新型采矿工艺中深孔凿岩效率提升,避免设备集中,减少凿岩设备调整、调转时间,这也使矿块形成备采矿量的时间提前。

    (2)设备运距大大降低。由于在矿体中间施工切割巷道,利用切割巷道作为爆破空间,上下盘垂直走向进路同时回采,减少了设备有效运距,提高了出矿效率。

    (3)爆破后巷道内通风时间明显缩短。优化后的采矿方法使各个巷道相互联通,通风时间减少,通风效果明显好转。

    (4)出矿地点增加,减少运输设备集中。由于上下盘进路内可同时出矿,增加了出矿设备的作业地点,更容易达到供矿要求,且运输设备在巷道内会车、错车等现象明显减少。

    (5)矿体中间施工切割巷道,减少进路长度,且切割巷道中深孔采用扇形孔布置,增加了上下盘进路的爆破空间,降低了由于爆破高度下降巷道内出现悬顶、推墙的概率。

4 结论

    (1)为解决使用无底柱分段崩落法开采厚大矿体时存在的采矿效率低、设备有效运距远、通风困难等问题,提出了一种新型无底柱分段崩落采矿法。在该方法中,将切割巷道布置在厚大矿体中央,沿走向扇形拉槽,在矿体上盘和下盘同时布置脉外运输巷道及其内部通风天井,开采过程中进路上下盘同时满足回采条件。

    (2)经过现场应用实践表明,与原采矿方法相比,采用这种新型采矿方法采矿时,中深孔凿岩效率提高了30%、出矿运距减少了50%、通风时间缩短到原来的30%、回采工作面数量提高1倍、进路爆破后出现悬顶、推墙等现象大大减少,实现了厚大矿体的高效、安全开采。新型采矿工艺为类似矿山的安全、高效开采提供了新思路。


摘自:《矿业研究与开发》2021年第6

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厚大矿体新型采矿工艺研究与现场应用

科技外事处 2021-08-11

厚大矿体新型采矿工艺研究与现场应用

O 引言

    无底柱分段崩落法没有复杂的底部结构,通过回填覆盖岩或崩落围岩的方式实现地压控制,具有采准及回采工艺相对简单、效率高、成本低和便于大型无轨设备运输等优点,是我国地下金属矿山广泛应用的采矿方法之一。无底柱分段崩落法采矿的特点是通过进路将矿体进行分割,并作为凿岩巷在该进路内进行中深孔凿岩工作。某铁矿进入地下开采以来一直采用无底柱分段崩落法,实现安全、高效开采。自该矿开采工作进入Om分段后,随着开采深度的增加,矿体厚度逐渐加大,平均厚度约100m,采场进路长度过长,且随着矿体厚度的增加呈现出增长趋势,严重制约了矿山的凿岩、出矿效率。此外,过长的巷道在爆破后通风比较困难,巷道内出现悬顶、推墙现象的概率较大,严重影响人员安全。因此,在当前开采技术条件下,如何保障矿山采矿量储备、提高采矿效率、减少设备集中程度、加强采区通风成为目前该矿山亟需解决的重要问题。

    就地下采矿厚大矿体开采过程中出现的采矿效率低、通风困难、供矿难度大等问题,以某铁矿为工程背景,提出一种厚大矿体中央沿走向扇形切割拉槽,上下盘垂直走向进路同时回采的无底柱分段崩落采矿方法,提高矿山凿岩、出矿效率,降低进路悬顶、推墙概率,保障井下作业人员安全。

1 原采矿方法设计概况及存在的问题

1.1原采矿方法设计概况

    该矿矿体相对集中,其中,在1号矿体的Om标高以下发现厚大矿层,目前,矿体沿走向控制长600m,平均厚度约100m,沿倾向延深标高已达-205m。根据矿床的矿体赋存条件、开采技术条件和水文地质条件,该铁矿井下采矿应用无底柱分段崩落法,采场采用大结构参数,并配置相应的凿岩设备。矿块沿走向布置,长约72m,宽为矿体的水平宽度,中段高度60m,分段高度20m,回采进路沿矿体走向或垂直矿体走向布置,进路间距18m,上、下相邻的分段回采进路呈菱形布置。

    该矿采用下盘脉外斜坡道采准,在下盘脉外运输巷道内施工采准穿脉巷道。溜井沿脉外运输巷道布置,间距72m。斜坡道布置在下盘围岩中,作为行人通风和无轨设备的通道。从斜坡道向矿体方向掘进分段运输巷道,从分段运输巷道内向矿体掘进穿脉巷道至矿体上盘,沿矿体上盘掘进切割巷道,在凿岩巷道内每36m布置垂直切割天井切割拉槽。进路采用扇形孔凿岩,中深孔排距1.7m,利用切割拉槽所形成的爆破空间,崩矿至矿体下盘。

1.2存在问题

    原采矿方法在厚大矿体中应用时存在的主要问题如下。

    (1)中深孔凿岩效率低,采场无法满足采矿设备台数要求。由于矿体较厚,进路长度大,凿岩设备摆布台数少,中深孔凿岩时间长,且多台凿岩设备调整、调转影响中深孔凿岩效率。

    (2)出矿设备运距远,出矿效率低。进路较长导致初期出矿时掌子面距下盘脉外运输巷道较远,出矿时设备运距最大可达120m,采矿效率大大降低,也间接影响了井下作业安全。

    (3)通风困难。爆破后炮烟由于巷道较长无法及时排出,影响下一步作业工序,增加了井下作业人员的作业风险。

    (4)中深孔爆破后进路频繁出现悬顶、推墙等现象,影响采矿效率和作业人员安全,且增加工程投资。进路长度较大,中深孔排数多,靠后排线崩矿高度会逐排下降。当爆破后本分段空区无法与上分段空区形成贯通时,会出现悬顶的情况,导致上分段未回采矿石及覆盖岩无法下流。此时需根据现场实际情况增加措施来解决问题,增加工程投资。在悬顶进路附近作业也大大增加了施工人员的施工难度和危险性,从而影响采矿效率。

    (5)备采矿量不足,出矿掌子面过于集中。由于进路长度大,影响中深孔凿岩时间,凿岩设备集中,无法在多条进路同时凿岩,导致后期出矿地点集中,出矿设备集中,巷道内经常出现设备在运输巷道会车、错车等现象,现场混乱、管理困难。

2 厚大矿体新型采矿工艺介绍

    针对原采矿方法在厚大矿体中应用时所存在的问题,对采场布置及结构参数进行优化。以该铁矿Om以下厚大矿体某一矿块为例,为解决上述问题,提出了一种适用于厚大矿体开采的无底柱分段崩落采矿法。该方法具有提高凿岩效率、减少设备运距、增强矿块内通风、增大切割巷道爆破空间、提高采矿效率等特点。

2.1新型采矿工艺结构要素

    该工艺主要包括100m厚度的厚大矿体试验矿块(结构参数20m×18m)、无底柱分段崩落法回采进路垂直走向布置、切割巷道及扇形孔的布置,其特点是厚大矿体切割巷道及扇形孔的布置。

2.2新型采矿工艺特征

    进路垂直走向布置采矿方式,按进路间距垂直穿过矿体后结束。根据矿体厚度及上下分层矿体空间位置确定切割巷道位置,一般布置在本分层矿体的中央。脉外运输巷道分别布置在矿体的上下盘,并满足脉外运输巷道与矿体的设计要求。在上下盘运输巷道内适当距离布置采区通风天井,并与上分段巷道贯通,使巷道内风流形成循环,保证井下作业人员安全。

2.3新型采矿工艺实施步骤

    (1)通过切割天井扩井形成的爆破空间拉开切割硐室,切割硐室是由进路在矿体中间的一部分,不用额外增加工程。切割硐室爆破后为矿体中央布置的切割巷道提供爆破空间。

    (2)切割巷道采用扇形孔布置,爆破范围由采矿设备能力确定,一般为10m20m,保证其爆破效果良好。本分段切割巷道须与上分段崩矿后形成的空区贯通,这是整个新型采矿工艺的关键。

    (3)切割巷道与上下盘垂直走向回采进路之间挑顶区高度不超过7m,挑顶区矿体作为当期损失矿量,利用下分段的回采进路能够充分回采。

    (4)在施工切割巷道扇形孔时,扇形孔高度应与上分段爆破后形成的空区保持0.5m的距离,防止与上分段空区贯通,造成炮孔涌水及装药浪费,切割巷道爆破后,为上下盘垂直走向回采进路的开采工作提供爆破空间。

    (5)上下盘垂直走向回采进路布置的第一排扇形中深孔与切割巷道回采范围保持2m3m的距离,防止切割巷道爆破、回采时出现掩埋上下盘进路首排炮孔或破坏进路眉线等情况

    (6)切割巷道回采完毕后,利用其形成的爆破空间,在上下盘垂直走向回采进路中向矿体上下盘方向以退采方式回采矿体。在上盘矿体倾角较缓区域,垂直走向进路布置的扇形炮孔应根据矿体高度布置,且中深孔穿过矿体0.5m结束,防止出现装药高度不够导致上盘矿体回采不彻底的情况。

3 技术经济指标对比

    以Om以下分段厚大矿体中某一标准矿块(矿块储量36.15万吨)为例,该矿块采矿方法优化前后数据。

    综上所述,优化后的采矿工艺对比原采矿方法存在以下优点。

    (1)新型采矿工艺中深孔凿岩效率提升,避免设备集中,减少凿岩设备调整、调转时间,这也使矿块形成备采矿量的时间提前。

    (2)设备运距大大降低。由于在矿体中间施工切割巷道,利用切割巷道作为爆破空间,上下盘垂直走向进路同时回采,减少了设备有效运距,提高了出矿效率。

    (3)爆破后巷道内通风时间明显缩短。优化后的采矿方法使各个巷道相互联通,通风时间减少,通风效果明显好转。

    (4)出矿地点增加,减少运输设备集中。由于上下盘进路内可同时出矿,增加了出矿设备的作业地点,更容易达到供矿要求,且运输设备在巷道内会车、错车等现象明显减少。

    (5)矿体中间施工切割巷道,减少进路长度,且切割巷道中深孔采用扇形孔布置,增加了上下盘进路的爆破空间,降低了由于爆破高度下降巷道内出现悬顶、推墙的概率。

4 结论

    (1)为解决使用无底柱分段崩落法开采厚大矿体时存在的采矿效率低、设备有效运距远、通风困难等问题,提出了一种新型无底柱分段崩落采矿法。在该方法中,将切割巷道布置在厚大矿体中央,沿走向扇形拉槽,在矿体上盘和下盘同时布置脉外运输巷道及其内部通风天井,开采过程中进路上下盘同时满足回采条件。

    (2)经过现场应用实践表明,与原采矿方法相比,采用这种新型采矿方法采矿时,中深孔凿岩效率提高了30%、出矿运距减少了50%、通风时间缩短到原来的30%、回采工作面数量提高1倍、进路爆破后出现悬顶、推墙等现象大大减少,实现了厚大矿体的高效、安全开采。新型采矿工艺为类似矿山的安全、高效开采提供了新思路。


摘自:《矿业研究与开发》2021年第6

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