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单层崩落采矿技术

2011-12-17 14:59:23 来源:采矿手册 点击数:0次 评论(0)
单层崩落采矿法主要应用于开采顶板不稳固的缓倾斜薄矿体。采幅高度一般等于矿体的厚度,但很少超过3m;采矿时,工作面附近显露的顶板需要人工支护,回采向前推进到一定距离时,要进行放顶,崩落的顶板岩石充满采空区……
    一、综述
 
    (一)方法特点
 
    单层崩落采矿法主要应用于开采顶板不稳固的缓倾斜薄矿体。采幅高度一般等于矿体的厚度,但很少超过3m;采矿时,工作面附近显露的顶板需要人工支护,回采向前推进到一定距离时,要进行放顶,崩落的顶板岩石充满采空区。因此,放顶工作是单层崩落法回采作业循环中重要环节。
 
    (二)主要方案
 
    单层崩落采矿法分为长壁式单层崩落法、短壁式单层崩落法和进路式单层崩落法。
 
    1、长壁式单层崩落法
 
    按回采时不同的推进方向,可分为沿矿体走向和倾向推进两种回采方案。
 
    (1)沿矿体走向推进的回采方案,按其回采工作面的形式又可分为直线式(图1a)和阶梯式(图1b)两种布置。直线式布置对顶板管理有利,阶梯式布置可以使凿岩、支护、运搬三个工序同时作业,互不干扰,因此采场生产能力大,但工作面下部超前部分的顶板暴露面积大,维护较难。

图1  沿矿体走向推进的长壁式单层崩落采矿法
a—直线工作面布置;b—阶梯式工作面布置
1—沿脉运输巷道;2—安全口;3—电耙巷道;4—放矿溜井;5—炮孔;6—崩落区;7—联络巷道;8—装矿巷道;9—通风上山
 
    (2)沿矿体倾斜上向推进的回采方案,依据电耙耙矿方向的不同,也有两种布置,图2a是电耙沿矿体倾斜向下耙矿,其优点是多漏斗出矿,采场生产能力较大,一般适用于顶板较稳固的矿体。图2b,是电耙沿矿体走向耙矿,优点是一次爆破的矿量大,凿岩、支护和运搬作业相互干扰少,采场生产能力也较大,但放矿漏斗掘进工作量大,一般适用于顶板较稳固、倾角小的矿体。

图2  沿矿体倾斜上向推进的长壁式单层崩落法
a—沿矿体倾斜向下耙矿;b—沿矿体走向耙矿
1—沿脉运输巷道;2—放矿溜井;3—炮孔;4—安全口;5—木支柱;6—穿脉运输巷道;7—上山;8—电耙绞车
 
    2、短壁式单层崩落法
 
    短壁式单层崩落法主要适用于顶板不稳固,并且矿体厚度和顶底板起伏变化大的缓倾斜薄矿体。它与长壁式单层崩落法不同之处是需将采场划分为分段进行回采。由于多段接力运搬,故与长壁式单层崩落法相比,采场生产能力低。根据回采时不同的推进方向,本法可分为沿矿体走向推进的回采方案(见图3)和沿矿体倾斜下向推进的回采方案(见图4)。当工作面贯通后后者比前者通风条件较好。

图3  沿矿体走向推进的短壁式崩落法
1—分段巷道;2—放矿溜井;3—崩落区;4—上山

图4  沿矿体倾斜下向推进的短壁式崩落法
1—拉底巷道;2—上山;3—木棚子;4—放矿溜井
 
    3、进路式单层崩落法
 
    其特点是以进路回采(见图5)

图5  进路式单层崩落法
1—天井;2—上山;3—木棚子;4—密集木柱
 
    进路式单层崩落法的采场生产能力低,通风条件差。每采完一条进路即进行放顶,不留控顶距。本法用于开采松软矿石和顶板极不稳固的缓薄矿体。
 
    (三)矿块结构参数
 
    采用阶段采准系统的矿山,矿块的倾斜长度,长壁式单层崩落法为30~60m,短壁式单层崩落法为15~30m。少数矿山采用盘区采准系统,盘区斜长150~180m或更长,工作面斜长受电耙运搬生产能力的限制,一般不超过50~60m。
 
    矿块走向长度常根据较大断层来划分,在一般情况下,长壁式单层崩落法为100m左右,短壁式和进路式单层崩落法分别是50~60m和20~25m。
 
    阶段矿柱的斜长根据矿体厚度和地压大小确定,一般为3~5m,矿体厚度大和地压大时,矿柱的斜长也大。脉内采准时,阶段矿柱的斜长大。脉外采准时,一般留连续阶段矿柱,以防止废石冲入下阶段的采场内,保证下阶段采场的作业安全。
 
    脉内采准布置,为保护运输巷道,需要留斜长为3~5m的底柱。采用后退式回采,且不需要保留上阶段脉内运输巷道的条件下,在回采下阶段矿石时,可以回收部分底柱。
 
    我国部分矿山应用单层崩落采矿法的矿块结构参数见表1。
 
表1  我国部分矿山应用单层崩落采矿法的矿块结构参数
矿山名称
采矿方法
结构参数
备注
斜长
(m)
走向
长度
(m)
顶柱
斜长
(m)
底柱
斜长
(m)
庞家堡铁矿
长壁式单层崩落法
50~60
50~100
2~3
5~6
3~4
脉外采准
脉内采准
明水铝土矿浅井矿区
长壁式单层崩落法
200~300
 
3~5
3~5
盘区采准系统
遵义团溪锰矿
短壁式单层崩落法
15
50~60
3
 
 
湘潭锰矿
进路式单层崩落法
37
15~20
3
 
 
白渔口粘土矿
进路式单层崩落法
30~40
11~18
4
4
 
 
    (四)采准与切割
 
    采准布置可分为脉内和脉外两种布置方式。脉内采准又可分为双巷道布置方案(图6)及单巷道布置方案(图7)。采用双巷布置后退式回采时,阶段运输巷道随回采工作面的推进而报废,而保留下部巷道做为下阶段回采时的回风、运料和行人之用,因此采场通风条件好,可以实现多阶段采矿。单巷道布置方案的优点是采准工程量小,但运输巷道的维护工作量大,需要留矿石顶柱和底柱,矿石损失大,采场通风条件也不好。近年来有些矿山使用混凝土预制块支护巷道不留顶柱,减少矿石损失;脉外采准布置方式也可分为双巷道布置方案(图8)及单巷道布置方案(图9)。前者采场通风条件好,运输能力大,用于大型地下矿山。后者由于采准工程量小,巷道维护工作量也小,故使用的较多。

图6  脉内采准双巷道布置图
1—沿脉运输巷道;2—运料巷道;3—电耙硐室

图7  脉内采准单巷道布置图
1—沿脉运输巷道;2—回风巷道

图8  脉外采准双巷道布置图
1—沿脉运输巷道;2—装矿巷道;3—联络巷道;4—安全口

图9  脉外采准单巷道布置图
1—沿脉运输巷道;2—电耙巷道;3—安全口
 
    1、放矿溜井。采场内使用电耙沿矿体倾斜耙矿时,每个放矿溜井负担的耙矿范围最多不超过4排木柱的间距,因此放矿溜井间距一般为4~6m。如用电耙沿矿体走向耙矿时,每个采场可以布置一个放矿溜井。
 
    2、拉底巷道。一般采用图10的布置方式。

图10  拉底巷道布置方式
1—拉底巷道;2—放矿溜井
 
    3、安全口。如图9所示,自矿块上阶段运输巷道中掘进安全口,间距10~12m,规格2.0×1.8m,供行人、通风和下料用。
 
    4、切割上山。以长壁式单层崩落法为例,每个矿块回采之前需要掘一条或多条切割上山,其规格为2~2.4×2m。上山位置一般布置在矿块的一侧,距边界断层5m左右,如果采矿需要通过矿块内数条断层时,上山的位置应布置在正断层的上盘矿体中,或布置在逆断层的下盘矿体中。
 
    (五)回采
 
    1、落矿。一般用浅孔凿岩爆破方法落矿。矿石坚硬时用轻型凿岩机凿岩。矿石松软时,有的矿山使用MSZ-12型电钻凿岩,爆破落矿;有的矿山使用03-11型风镐落矿。有些硬质粘土矿山为减少粉矿,采用松动爆破,风镐落矿。
 
    2、采场运搬。多数矿山采用14~30kW电耙绞车,容积为0.2~0.3m 3的耙斗运搬矿石。耙矿效率与矿体倾角、底板程度有关。有的矿山把耙斗串联起来运搬时,效率可达到120~150吨/台班。矿体底板起伏不平且岩石松软时,为减少贫化,一些矿山采用人力装矿、链板输送机运搬矿石。
 
    3、顶板管理
 
    (1)顶板管理是保证采矿正常进行的重要环节,一般矿山都用木支护,其型式和作用可分为:带柱帽的单根木柱,用于顶板较稳固的采场,能支撑较大的地区,根据柱帽被压缩的情况可以判断地压大小,这种支架型式用的较多;不完全棚子,一般用于顶板较破碎的采场或放矿溜井口上方顶板的支护,架设较困难,且初撑力小,爆破时易崩倒;不带柱帽的单根支柱,能支撑较大地压,放顶时,用于切断顶板;丛柱和木垛,用于顶板局部地压大和局部冒顶的地方,这种支架妨碍电耙耙矿,尽量不采用;斜木柱,过断层时可以采用。顶板支护参数视岩石稳固性和地压大小而定,一般中心排距为1.4~1.6m,柱距0.8~1.0m,木柱以红松木为佳,直径13~24cm。
 
    (2)放顶。切顶一般采用单排密集木柱(不带帽),有时用双排密集木柱或留矿柱切顶;回柱顺序是由下向上;由旧密集柱向新密集柱回收,形成一条斜回柱线,用15~17kW撤柱绞车回收木柱,随回收木柱,顶板自行冒落。采场第一次放顶或顶板稳固时,则采用凿岩爆破方法强制崩落顶板。
 
    (3)顶板管理参数。控顶距要保证采矿作业的空间,一般是排距的1.1~1.2倍,放顶距一般为2~3排木柱距离,悬顶距等于放顶距加控顶距。用木柱维护顶板不仅消耗大量抗木,而且支柱劳动强度大,也不安全。为此明水铝土矿在长壁式单层崩落法工作面中使用了S21-1320型液压支架支护顶板,取得了良好的效果。
 
    4、采场通风。采用单巷道采准布置的矿山,两个阶段同时采矿时,采场内污风串联,作业环境恶化;此外,由于崩落的岩石不能充满采空区,以及旧采区的放矿溜井和安全口封闭不严,漏风也严重,因此,一般在运输巷道内增设局部扇风机,进行辅助通风。
 
    (六)适用条件和评价
 
    1、适用条件
 
    (1)矿体倾角不大于30°~35°,倾角小对顶板管理有利。
 
    (2)矿体厚度一般不超过3m,合适厚度为1.8~2.4m。
 
    (3)直接顶板不稳固到中等稳固。
 
    (4)一般要求底板岩石较坚硬、平整,对提高电耙运搬效率、降低矿石贫化有利。
 
    (5)矿石松软到坚硬。
 
    (6)矿体顶板岩石中不含易燃矿物和瓦斯;矿体断层少,且连续性好;地表允许崩落。
 
    我国应用单层崩落法矿山的开采技术条件见表2。
 
表2  我国应用单层崩落采矿法矿山的开采技术条件
矿山名称
矿体赋存条件
围岩条件
备注
矿体厚度(m)
倾角(°)
走向长度(m)
矿石品位(%)
矿石稳固性
上盘
下盘
岩石名称
稳固性
岩石名称
稳固性
庞家堡铁矿(Ⅰ层矿)
2
20~35
1250
45~48
稳固
黑色页岩
不稳固
石英岩夹薄层页岩
稳固
 
明水铝土矿浅井矿区
1.48
4~15
800
37~45
较稳固
铁质泥岩
不稳固
砂岩泥岩
不稳固
 
遵义团溪锰矿
2.16
10~25
 
17
较稳固
粘土、煤层、矽质灰岩
不稳固
铝质粘土页岩
不稳固
 
湘潭锰矿
2
水平至急倾斜
1160
20~34
 
叶状黑色页岩
极不稳固
线性状
 
 
白渔口粘土矿
2.16
8
500
29~37
不稳固
白云岩炭质粘土
不稳固
炭质物粘土
不稳固
矿体走向延续长2300m
 
    2、主要优缺点与评价
 
    (1)主要优点  采准、切割比较简单,矿块准备时间少;矿体赋存条件适宜时,用长壁式单层崩落法,矿石回收率可达90%以上;贫化率低;采用金属液压支架时,作业安全,矿块生产能力可以大幅度提高。
 
    (2)主要缺点  采准工作量大,长壁式为20m/kt以上,短壁式和进路式为26~40m/kt以上;由于一些矿块要留顶柱、底柱、分段矿柱、上山矿柱和断层矿柱,采区矿石回收率一般只有70%~80%;用木柱支护顶板,劳动强度大,坑木消耗多;采矿难于实现机械化作业,矿块生产能力低;通风条件不好,采用单巷采准布置,长壁式工作面污风串联,影响矿块生产能力的提高,应用进路式工作面回采时,进路为独头工作面,作业条件更为恶劣。
 
    (3)技术经济指标  我国应用单层崩落法的主要技术经济指标见表3。
 
表3  我国应用单层崩落采矿法主要技术经济指标
矿山名称
采矿方法
采准
工作量(m/kt)
矿块生产能力(t/d)
采矿工劳动生产率(吨/工班)
矿石
回收率
(%)
矿石
贫化率
(%)
炸药
消耗(kg/t)
坑木
消耗(m 3/kt)
原矿成本(元/吨)
备注
庞家堡铁矿
长壁式单层崩落法
39
128
5.61
82.08
6.04
0.31
7.4
16.13
 
明水铝土矿浅井矿区
长壁式单层崩落法
25.96
194
5.42
80
5
0.21
7.0
7.58
 
遵义锰矿
短壁式单层崩落法
69.71
47.1
50~60
2.23
2.16
85.8
90.8
6
8
0.27
0.26
3.04
23.5
38.54
42.67
沿走向推进沿倾向推进
湘潭锰矿
进路式单层崩落法
 
30~50
3.2~3.8
94
5~9
0.3
18.0
 
 
白渔口粘土矿
进路式单层崩落法
45
60
2.5
67
3
0.2
9.0
24
 

 

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