中孔爆破落矿在采矿方法中的应用.docx
《中孔爆破落矿在采矿方法中的应用.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《中孔爆破落矿在采矿方法中的应用.docx(10页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
中孔爆破落矿在采矿方法中的应用
中孔爆破落矿在采矿方法中的应用
引言
在地下矿山的回采过程中,采矿方法的选择与矿体赋存地质条件、技术经济与矿山机械化装备水平密切相关,选择切合实际的采矿方法对确保矿山安全生产、获取最大经济效益具有举足轻重的作用。
本文针对中孔爆破落矿能节省大量采准工程的低成本优势,介绍了其在中厚矿体回采中的应用方案。
1、概述
采矿方法就是从矿块中开采矿石所进行的采准、切割与回采工作的总称。
依据回采过程中采空区存在的状态与维护方法,划分为空场采矿法(自然支撑采矿法)、充填采矿法(人工支撑采矿法)、崩落采矿法等三大类。
但无论哪种采矿方法,选择的落矿方式不同,采准、切割与回采工作就会产生差异。
当今世界,地下矿山比较常见的落矿方法有机械切割、浅孔爆破、中深孔配伍爆破、中孔爆破、水力冲割等等。
其中机械切割节省人工、降低工人劳动强度、安全隐患小,就是科技研发与矿山装备方向,条件许可时应优先考虑;浅孔爆破适应性最广,人、财、物的准入条件低,但人工投入多、工人劳动强度高、安全隐患大,就是现代矿山避无可避的无奈选择;中深孔配伍爆破与水力冲割只能适用于特定地质条件的矿体,应用范围较窄;中孔爆破落矿与浅孔爆破的人、财、物准入条件相同,但在人工投入、工人劳动强度、安全隐患等方面具有明显优势,并且最为业主瞧重的采掘比与中深孔爆破一样低,可以让业主的利润最大化。
下面,就以几个矿山的应用实例来介绍中孔爆破落矿在采矿方法中的应用。
2.空场法中孔爆破落矿
金日盛矿业公司在安徽霍邱县拥有周油坊铁矿与重新集铁矿,主要采用垂直深孔爆破落矿阶段矿房法,简称VCR法。
但局部受限地质条件,仍需大量采用分层中孔爆破落矿房柱法。
2、1、地质条件
周油坊、重新集铁矿地质条件基本相同,均为第四系覆盖的盲矿体,矿体产状299°∠70°~80°,矿石平均品位(TFe)31、03%,周油坊矿体走向长3800m,倾向深564m,均厚115m,其中N3~38R穿脉之间长约1200m,矿体平均厚度约10m;重新集矿体长4000m,倾向深420m,均厚68m,其中23~55勘探线之间长约1600m,矿体均厚8m。
矿体顶板岩性主要有黑云斜长片麻岩、角闪黑云斜长片麻岩、斜长黑云片岩及铁闪片岩等,矿体底板岩性主要为白云石大理岩,局部花岗岩,岩体完整性、稳定性好。
无区域性大断层,矿床的工程地质复杂程度中等。
矿床埋藏于当地侵蚀基准面及地下水位以下,地表为稻田与村庄,无大的水体,水文地质条件属中等偏复杂的矿床。
2、2、采矿方法选择
对于厚大矿体,周油坊、重新集铁矿均采用VCR法,对于厚度10m左右的急倾斜矿体,试行过浅孔留矿法,并针对该法工作面环境差、劳动强度高、安全隐患大的特点,公司亏损补贴提高了采、掘单价,但依然受到工人抵制。
后借鉴本矿VCR法中孔拉底爆破经验,改为分层中孔爆破落矿的房柱法(简称分层中孔采矿,下同)。
2、3、阶段参数
阶段长度即中厚矿体的长度,分别为1200m与1600m。
阶段高度与VCR法中段高度相同,60m。
阶段内又分为4个分段,即分层高度15m。
从原有斜坡道掘砌联络道,与各分层通连(如下图),人员及设备、材料通过斜坡道进出各分层。
周油坊/重新集铁矿分层采矿斜坡道布置图
2、4、采区参数及采准巷道布置
采区沿走向长度分割,采区长度取决于采空区嗣后充填的空区稳定性,一般120~240m。
采区高度为60m。
金日盛矿业的采区巷道布置如下图。
采区布置分层巷道,其中1~3分层巷道塈中孔硐室,4分层巷道塈底部集矿堑沟。
各分层巷道均布置在矿体内,距底板约1m。
为了确定巷道方位并进一步探明矿体边界,每隔30m掘一组穿脉贯通矿体顶底板(兼作各分层装矿点)。
溜矿眼一般布置在靠近主提升竖井的底板围岩内,全矿块内的数量不应超过2个。
溜矿眼为圆形断面,规格φ3、5m。
切割槽与人行立眼合并施工,矩形断面,规格2m×2m。
布置在采区边界一端。
注意:
为了提高掘砌与行人安全性,各分层内的立眼应在倾向上错茬掘砌。
出矿进路单侧布置,在采区下部,从底板运输巷每间隔10m,向集矿堑沟掘砌出矿进路。
2、5、采矿工艺
2、5、1采矿工序:
打中孔→装药爆破→出矿
2、5、2凿岩机具:
7655型风动凿岩机、YGZ-90型中孔凿岩机。
钻孔直径∮=60—65mm。
2、5、3中孔布置参数:
排距1、5~2、0m,同排呈扇骨布置,装药段间距1~2、5m。
其中,为了减少大块复破,孔底间距不超过2、5m;为了降低贫化率,孔底距离矿床顶、底板间距0、5m;为了减少通孔处理工时,孔底距离上部巷道、采空区底板距离1、2m(这就要求:
做好巷道实测上图工作,并实时观察采空区边界剥离情况,遇较大片帮、冒顶、滑塌时及时估测上图)。
2、5、4爆破参数
炸药:
采用中孔专用粉状乳化炸药或2#岩石硝铵炸药(φ50×300mm)均可。
粉状炸药用专门装药机、药卷用长木杆或塑胶管顶压安装。
雷管:
采用电雷管引爆导爆管、导爆管引爆火药。
装药长度:
L=1、5~15m。
装药系数:
0、2~0、6。
每次爆破3~6排中孔,每排崩矿量254、2m3,折合每米崩矿量9、93t。
2、5、5回采顺序
走向:
从两侧边界向斜坡道方向后退式回采。
倾向:
自上而下进行,中段内4个分段同时回采时,上分段超前下分段15m左右。
2、5、6矿石运输
采场崩落的矿石,各分层均采用铲运机装载胶轮车,由后者运送到溜矿眼。
其中,中段底部胶轮车直接运送到提升竖井。
2、6、采空区管理
采区采空后,封闭所有采区出入口,利用本矿已有充填系统进行充填。
其中,采空区下部15m左右利用胶结充填,其余均采用废石直接充填,使全矿废石升井提升量减少了60%。
2、7、小结
金日盛公司对中厚矿体采用分层中孔采矿后,在工程中大量使用机械,生产效率高、产量大,经济效益十分明显。
当然,由于该公司主体采用VCR采矿,当分层中孔采空区充填时,分层中孔采矿即告暂停,采矿工人转移到VCR采场,等待充填好后即接续回采,采场与采场之间无需留矿柱。
对于没有其它配采工作面、却要保持连续生产的矿山,两个采场之间必须保留长度不少于10m的矿柱,该矿柱无法全部回收,增加了损失矿量。
3、充填法中孔爆破落矿
陕西“山-柞-旬”多金属成矿带,矿体均厚一般小于3m,各矿山对于急倾斜矿床的开采,多采用充填法:
指眼打孔,浅孔爆破,一采一充,交替循环作业。
但对于个别矿体膨大后形成的矿囊,在沿用此法的基础上逐渐发展出了中孔爆破落矿,例如夹沟铜矿。
3、1、地质条件
夹沟铜矿位于山柞旬沉积盆地南东边缘,为沉积岩变质改造热液成矿。
赋矿岩层为古生界志留统双河镇组的浅变质碎屑千枚岩,局部夹条带状粉砂岩与炭质板岩。
矿区赋存多条透镜状铜矿体,其中K6矿体长度765、7m,平均厚度1、32m,平均铜品位1、62%。
矿体产状180°~200°∠43°~48°,平均45°。
该矿体在6~10号勘探线呈囊状,囊状三轴长度为70、36m、21、45m、45、2m。
3、2、采矿方法选择
该矿山整体采用充填采矿法,浅孔爆破,一采一充。
遇到矿囊后,沿用此法技术上比较成熟。
但就是,周边一些铅锌矿在沿用此法回采矿囊时,连续发生数起顶板事故,教训惨重。
于就是,有的矿山试行将矿体沿水平轴剖分成几个条带,分条带边采边充。
然而,一就是爆破对高出基准面的充填体破坏严重;二就是矿石爆下后抛飞进入充填体,矿石贫化率与损失率双高。
为此,夹沟铜矿利用坑道液压地质钻机打中孔,进行爆破落矿嗣后充填试验,效果良好。
3、3、采区巷道布置
中段高度40m,先掘脉内巷道探矿,然后距矿体15m在底板围岩内掘砌中段运输巷。
单独将矿囊划为一个采区。
在矿囊走向两侧窄矿体内,各布置1个行人立眼。
回采后充填采空区时,在采场两端各码砌1个溜矿立眼,立眼四周及其它空区充填夯实。
3、4、采矿工艺
3、4、1采矿工序:
打中孔→装药爆破→出矿→充填(码砌溜矿眼)
3、4、2中孔钻机、中孔布置及爆破参数与前文大同小异,略。
3、4、3回采顺序:
走向:
由任意一侧后退回采。
倾向:
自下而上。
3、4、4矿石搬运:
电耙出矿至溜井,通过振动放矿机装载胶轮车运输。
3、4、5顶板管理:
废石充填。
3、5、小结
中孔比浅孔爆破落矿少掘进、产量高,具有很大的成本优势。
同时,因采空区高度、面积足够大,满足了电耙使用的空间要求,既降低了工人劳动强度,又基本杜绝了浅孔爆破人员必须长时间、频繁出入超大采空区的弊端,极大消除了安全隐患。
4、崩落法中孔爆破落矿
优良的破碎及剥离特点,使中孔爆破落矿与崩落法具有天然的亲合性。
不仅仅一些普通金属非金属矿山在崩落法中大量采用中孔爆破落矿;基至连个别金矿山也亲睐此法。
其中,河北迁安劳服铁矿区内变质岩系为太古界迁西群三屯营组。
区内有3条可采矿体,即Ⅱ、Ⅲ与Ⅳ号矿体,矿体走向40°~50°,倾向NW,矿体呈透镜状,厚度2~45m,各矿体平均厚度9、5~9、85m,平均倾角55°~60°,矿石平均品位SFe26、0%。
甘肃省大桥金矿的金矿体赋存于三叠系下部岩性段角砾岩中,矿体总的走向50~230°方向,长1780米,倾角6°~36°,平均厚度为11、88米,一般为0、9~65、76米,矿石平均品位3、27×10-6。
劳服铁矿与大桥金矿,工程、水文地质条件总体均属简单类型,均为地下开采方式,地表允许崩落。
其采矿历程与现阶段采矿方法惊人相似:
均就是先试行了其它采矿方法,并在长期的采矿实践中定型为分层中孔崩落法。
4、1、盘区划分及采场参数
两矿均以斜坡道为中心,沿走向将斜坡道两侧各矿体划分为两个盘区,盘区高度即中段高度40m。
采场宽度40~60m,长度即盘区长度,采场分层高度15m。
4、2、采区巷道布置
如下图,采区各分层巷道由脉外运输巷、中孔硐室暨出矿进路、切割平巷组成。
4、3、采矿工艺
4、3、1采矿工序:
打中孔→装药爆破→出矿→充填(码砌溜矿眼)
4、3、2中孔钻机、中孔布置及爆破参数与前文大同小异,略。
4、3、3回采顺序:
走向:
沿出矿进路暨中孔硐室后退回采。
倾向:
自上而下。
分层同步推进时,上分层必须超前下分层15m以上。
4、3、4矿石搬运:
各分层用铲车出矿至溜井,中段底部直接用铲车装载胶轮车运输。
4、3、5顶板管理:
自然崩落。
4、4、小结
中孔爆破落矿的成本优势在得到了彰显的同时,非常显著的提高了生产规模与劳动效率,产量激增,效益优良。
5.煤矿中孔爆破落矿
前文所述中孔爆破落矿集中在金属非金属矿山中,作为矿山大类中的煤矿,该方法也有广泛的应用前景。
北京矿务局木城涧煤矿从上世纪50年代开始试验中孔爆破落矿,却因当时没有中孔钻机,采用本矿自行研制的钻机打眼成功低,该法只局限于个别采区,末获得全面推广。
直至到本世纪初,中孔钻具及技术成熟后,中孔爆破落矿才全面取代了该矿沿用半个多纪的浅孔爆破陷落法。
5、1地质条件
北京木城涧煤矿二层煤为透镜状无烟煤,矿体厚度8~15m,倾角70°~85°。
低瓦斯、无火灾、无水患、无煤尘爆炸危险。
顶底板均为粉砂岩、砂质泥岩、细砂岩,它们受构造影响,岩体裂隙较发育,顶板破碎,稳定性变差。
5、2盘区划分及采场参数
该矿采用平硐暗斜井开拓,中段高度100m。
沿煤层走向400m划分为一个盘区,以石门巷作为分断标志。
每个盘区按走向长100m划分为4个采场,采用楼式中孔爆破陷落法采矿。
楼式层高10m左右。
5、3、采区巷道布置
如下图,采区巷道由斜坡左右分割成的人行道、矿仓及运料立眼、溜矿立眼、行人立眼及分层斜坡组成。
5、4、采矿工艺
5、4、1采矿工序:
打中孔→装药爆破→出矿
5、4、2中孔钻机、中孔布置及爆破参数与前文大同小异,先按设计掘砌完成分层斜坡,再垂直斜坡掘砌中孔硐室,中孔硐室间隔15m。
5、4、3回采顺序:
走向:
从分层斜坡未端向中间楼式巷道后退回采。
倾向:
自上而下。
分层同步推进时,上分层必须超前下分层15m以上。
5、4、4矿石搬运:
各分层爆落煤采用自溜运输,集中到斜坡矿仓后,自溜装载矿车外运。
5、5、5顶板管理:
自然崩落。
5、6、小结
楼式陷落采矿法具有极其鲜明的优缺点,优点就是采区矿石完全自溜运输,成本十分低廉。
缺点就是小孔爆破成塘时,如果无法一次自然陷落,爆破工必须进入采空区二次扩塘,安全隐患巨大。
采用中孔爆破后,无需爆破成塘工序,彻底消除了采矿过程中的顶板事故。
该方法虽然只在低瓦斯煤矿得到推广运用,但理论上在高瓦斯急倾斜煤矿同样适用,因为楼式结构对于抽放瓦斯极为有利。
若如此,则该方法在急倾斜煤炭资源极为丰富的云、贵、川具有文泛的运用前景。
总结
中孔爆破作为一种落矿手段,其实与采矿方法没有多大关系。
当地质条件合适时,中孔爆破即可发挥出巨大优势。
一般下述矿体可以运用中孔爆破落矿方法。
设计必须遵循先探后采,探采结合,边探边采的原则安排工程,使之具有可靠性与可操作性。
既能保证安全又能节省投资,减少投资的风险性。
斜坡道布置方法
斜坡道一般按坡度i=15‰布置,弯道部分,为了确保安全,一般按水平巷道施工。
1、斜坡道端头连线在铅垂平面内布置
此方法优点就是设计、施工管理都比较简单,缺点就是通向矿体的联络道较长,增加了掘砌工程量。
假设矿体产状β∠α,中孔崩落法分层高度h,则斜坡道方位角为β,斜坡道长度为L=
。
2、斜坡道端头连线平行矿体倾斜面布置
此方法优点就是通向矿体的联络道较短,减小了掘砌工程量。
缺点就是设计、施工管理都比较复杂。
假设矿体产状β∠α,中孔崩落法分层高度h,则斜坡道方位角为β`=β±arcsin
斜坡道长度为L=
。
其简易线框图如下
中孔注意事项: