浅孔留矿法

HOT全球矿业资讯 2019-02-14

谁是浩特?请参考下图



概述


浅孔留矿法在我国地下采矿广泛应用,留矿的作用就是作为临时工作台,并起支撑围岩的作用,是空场法的一种,有以下几个特点:

(1)先采矿房后采矿柱。

(2)操作人员可以直接在矿房中大暴露面下进行凿岩等工作。

(3)自下而上分层回采矿房,使用浅孔崩薄矿体。

(4)每次崩落的矿石靠自重从放矿点放出1/3左右,留下2/3 矿石作为下次凿岩、爆破工作的临时工作台。当矿房全部采空后,再将留下的2/3 矿石全部放出(称为大量放矿)。暂留下的矿石并不能作为地压管理的主要手段。

(5)凿岩人员是站在留矿堆上进行作业的。

图1:脉外无底柱浅孔留矿法

二、构成要素

1 阶段高度

一般为30~60米,现实情况来说30~50米占较大的比重。

影响阶段高度有以下几个主要因素:

●  围岩的稳定程度--围岩的稳定性越好,可以采用较高的阶段高度,否则反之。

●  矿体倾角--倾角的大小对放矿影响很大,当阶段高度较大时影响更加大。当倾角不大的矿床采用浅孔留矿法时,建议采用30~40米的阶段高度。

●  天井掘进条件--当用普通方法掘进天井时,掘进天井的困难程度随着天井高度的增加而增加。

贵州省铜仁市德江县楠杆乡石槽水重晶石矿(简称“石槽水重晶石矿”)的围岩稳定性较好,矿体的平均倾角是85°,阶段高度为40米。

2 矿块长度

采用浅孔留矿法开采薄矿体和中厚矿体,其矿块长度是有区别的。当开采薄矿体时,矿块长度在25~120米,现实中比较常用的是40~60米;当开采中厚矿体时,矿块长度为20~80米。影响矿块长度的主要因素有:

●  矿体和围岩稳定性程度(主要因素)--在中国,可以用浅孔留矿法开采的矿体,顶板暴露面积大部分在300~400平方米,围岩稳定时,可以达到500~600平方米,甚至更高。

●  通风防尘条件的限制--倘若通风的主要方式是靠天井通风,矿块的适宜长度是40~60米,矿块过长会增加通风阻力,不利于排尘。

石槽水重晶石矿采用的矿块长度为50~60米,围岩稳定性较好。

3 矿柱尺寸

关于矿柱的尺寸,到目前为止主要是靠经验来确定和判断。当然也有主要的因素影响矿柱的尺寸:

●  顶柱厚度--留2~3米的顶柱是对薄矿体和矿房跨度很小的情况;对于中厚以上的矿体,留3~6米的矿柱是对矿体比较稳定性和矿房跨度不大的情况,留5~6米的矿柱适用于矿体稳定性差和矿房跨度很大的情况。

●  底柱高度--与底部结构的类型、与漏斗的间距有关,还取决于矿体厚度和矿体及围岩的稳定性。一般薄矿体底柱高度可以为4~6米(特殊情况下为2.5~3.5米),中厚以上为8~10米。

●  间柱宽度--与矿体厚度、矿体和围岩的稳定性、以及天井的服务期限和矿房跨度有关。薄矿体留2~6米,中厚矿体留8米左右。

●  人行联络道间距--一般为5米。

●  放矿漏斗间距--一般为5~7米(条件好时为3~5米),断面一般为1.8×1.5米或1.8×1.8米。

放矿漏斗布置的原则:

Ø 漏斗应尽量开掘在靠近矿体下盘处,以减少岩石巷道工程量。

Ø 当矿体倾角小时,漏斗布置越靠近下盘越好。

Ø 矿房宽度小于7米时,可以布置一排漏斗;矿房宽度大于7米时,可以布置两排或者多排漏斗。但是每个漏斗所负担的面积不超过50平方米。

Ø 当矿体倾角<60°时,仅开下盘漏斗,一起回采留的三角矿柱和其它矿柱。

石槽水重晶石矿房间矿柱宽度一般为8~10米(考虑在其中掘进天井以及间柱的回收需要),顶柱高为4米,底柱取6米,漏斗形状为矩形,采用两侧交错布置漏斗,漏斗相距为6.0米。由中段低盘运输平巷掘进横巷穿漏斗,漏斗断面尺寸为0.6米×0.6米,净面积为0.36米2,长度为4.0米。

三、采准工作

浅孔留矿法的采准工作主要包括:阶段运输平巷、通风人行天井、联络道、切割工程等。

1 阶段运输平巷

运输巷道可以是开拓,也可以是采准时利用,探采结合。阶段运输平巷位置的选择是主要受以下因素的影响:

Ø 矿体和两盘岩石的性质;

Ø 矿体的厚度及矿石的工业价值;

Ø 围岩的矿化情况;

Ø 平巷的支护方法;

对于薄矿体来说,矿体一般位于巷道的中央,有利于探矿也不易丢失矿体,在实际生产中应用较多。

平巷偏于矿体的下盘时,对于开拓天井和布置放矿漏斗都比较方便。

平巷尽量偏于有矿化的一层,当上、下盘岩石有矿化现象时,也可以回收部分矿石。

采用脉外布置时,矿体的下盘侧可以布置平巷,巷道应该比较平直,有利于运输工作,也方便放出采场里的矿石和减少下盘部位的平巷工程量。

石槽水重晶石矿每中段布置一条平硐,平硐断面为1/4三芯拱断面,断面尺寸2.5×2.7米,净面积:6.31平方米,平硐间利用通风行人天井及回风联络巷连通,不布置中段运输平巷。

2 通风人行天井

天井的位置,大部分布置在间柱中,布置在岩石中的情况也有,还可以在脉内中间和靠下盘侧(脉内)。

图2:天井布置在矿体间柱中

对于较薄的矿体,天井可分为先进天井和顺路天井。先进天井是指在矿块回采之前,在矿房中掘进的天井。先进天井有两种布置形式,一种是中央先进天井,另外一种是侧边先进天井。顺路天井是指随着回采在采场内用横撑支柱所架设的天井。


图3:中央先进天井

图4:顺路天井

石槽水重晶石矿采用的是先进天井,通风行人天井布置在间柱内,用于行人、通风及设备的上下,天井内设梯子间、管道、电缆。其断面尺寸以通行最大的设备尺寸来确定,一般取2米×2米,净面积为4.0平方米。

3 人行通风联络道

在垂直方向上,在人行天井两侧,每隔4~5米左右开一条联络道,使天井与矿房贯通。矿房两侧的人行通风联络道始终保持有两个安全出口,不错开也可以。

石槽水重晶石矿天井掘进结束后,沿天井每隔6米掘进一条人行联络道与采场连通,其断面尺寸为2米×2米,净面积为4.0平方米。


四、切割工作

切割工作的目的是为了正式回采工作创造自由面的,工作内容包括开掘拉底巷道,形成矿房凿岩作业空间;开掘漏斗颈,在开好斗颈的基础上,把漏斗劈开,形成喇叭状,以利出矿;漏斗一般沿走向每隔5~7米开凿一个,应当尽量开凿在矿体下盘侧,主要是为了减少平场工作量。漏斗高度一般为1~2米,边坡角应在45°以上;拉底高度一般为2~2.5米,拉底巷的宽度一般等于矿体厚度或者不应小于1.2米(对于薄和极薄矿体);拉底和劈漏工作往往是联系起来进行施工的。

切割的方法:

对于薄矿体采用拉底劈漏的方法,切割工作具体施工方法如下:

Ø 在阶段运输平巷中,以一定倾角打上向炮孔,所有的炮孔一次爆破,施工斜坡直至掘进到拉底巷标高的矿体。该斜坡作为人员、通风等安全通道,回采过程中作为1号放矿漏斗。

Ø 进入矿体后沿着矿脉走向掘进拉底巷,用运矿车运走每次放炮崩下的矿石。

Ø 拉底巷掘进超过2号放矿漏斗位置后,在下盘岩巷施工放矿漏斗并与拉底巷贯通,形成2号放矿漏斗。

Ø 拉底巷掘进的矿石利用炮崩进入2号放矿漏斗,崩下的矿石从2号漏斗放出一部分并运走,留下一部分矿石作为工作平台。

Ø 拉底巷继续掘进超过3号放矿漏斗位置后,在下盘岩巷施工放矿漏斗并与拉底巷贯通,形成3号放矿漏斗。

Ø 拉底巷继续掘进的矿石利用炮崩进入3号放矿漏斗,崩下的矿石从3号漏斗放出一部分并运走,留下一部分矿石作为工作平台。

Ø 以此类推,所有拉底巷和漏斗施工完成后,形成回采条件,漏斗之间距离一般为6米较适宜。

石槽水重晶石矿采用的是拉底劈漏方法,掘进的规格2米×2米(宽×高)的拉底巷道。

其他的切割方法还有以下方法。

对于厚度较大的矿体采用打拉底平巷的拉底劈漏方法,施工方法如下:

从运输平巷的一侧向上掘进漏斗颈,从斗颈上部向两侧掘进高2米左右,宽度1.2~2米的拉底平巷,然后将其开帮,同时从拉底水平向下或从斗颈中向上打倾斜炮孔,将上部瓶颈扩大或喇叭状的放矿漏斗。漏斗斜面倾角为45°~50°,每个漏斗担负的放矿面积为30~40平方米,最大不应超过50平方米。

图5:打拉底平巷的拉底劈漏的方法示意图

五、回采工作

回采工作的内容包括:凿岩、装药爆破、通风、局部放矿、 平撬和大量放矿等。矿房回采是自下而上分层进行的,每一分层的高度一般为2~3米左右,采用浅孔崩矿。

1 凿岩

●  凿岩方式

浅孔留矿法中凿岩方式有两种:即上向孔和水平孔。矿石比较稳定时可采用上向孔,一般使用凿岩机,打前倾75°~85°的炮眼崩矿;矿石稳定性差时可尽量采用水平孔。

●  工作面布置形式

浅孔留矿法中工作面的布置形式有直线式和梯段式。梯段的长度根据打水平炮孔和上向炮孔的不同而有所区别。

打上向炮孔时:梯段长,一般为10~15米,梯段高为1.2~1.5米,上向孔的深度约为1.3~1.8米左右。上向孔一般向前倾75°~85°。

石槽水重晶石矿采用上向炮孔,梯段工作面长度为15~20米,高度2米,炮孔间距1米。

打水平炮孔:梯段长度一般为2~4米,梯段高为1.5~2米,水平孔的深度为2~3.5米,水平炮孔一般上倾5°~8°。

●  炮孔排列形式

浅孔留孔法中炮孔排列形式有四种方法:“单排炮眼形”排列方式;“三角形”排列方式;对眼形排列方式;梅花形排列方式。

“三角形”排列方式适用于矿体厚0.7~1.2米左右,该方式比较好控制采幅宽度。石槽水重晶石矿采用的是炮孔布置方式采用三角形排列方式。

图6:“三角形”炮孔排列方式示意图


其他炮孔排列方式如下:

“单排炮眼形”排列方式比较适合矿厚小于1米,矿石破碎性较好的情况。

图7:“单排炮眼形”炮孔排列方式示意图


“对眼形”排列方式适用于矿体与围岩接触界线不明显或难于分离的厚度较大的矿体,且矿石坚硬。

图8:“对眼形”炮孔排列方式示意图


“梅花形”排列方式适用于矿石坚硬, 厚度大的矿体,用于这种形式崩下来的矿石块度比较均匀。 生产实际中广泛应用这种形式。

图9:“梅花形”炮孔排列方式示意图

2 装药爆破工作

●  浅孔的单位炸药消耗量

下面表格中展示的是石槽水重晶石矿浅孔的单位炸药消耗量。


表1:石槽水重晶石浅孔爆破材料消耗指标

●  浅孔装药系数

炮眼中的装药系数不宜太小,最好能达到60~70%。如果装药系数太小,则炸药在矿石中分布不均匀,崩下的矿石大块比较多。

●  起爆方法

主要采用导火线点燃火雷管一次点火顺序起爆的起爆方法。使用电雷管起爆的比较少,对于有易燃、易爆物质的矿体,采用电雷管起爆。石槽水重晶石矿采用的是导火线点燃火雷管。

●  炸药

多用铵油炸药或硝铵炸药,石槽水重晶石矿采用的是2号岩石铵油炸药。

3 通风工作

爆破以后要加强通风,使炮烟和粉尘能迅速排出工作面。 工作面的风量应当保证满足排尘、排烟、降温等的需要。为此,要求采掘工作的风速不应低于 0.15 米/ 秒,空气的含氧量不得少于 20%。

矿房的通风线路:新鲜风流从运输巷进风,自一侧天井和联络道进入矿房中,清洗工作面后,污风经另一侧联络道和天井,进入上回风巷,经回风巷由抽风机排出地面。

4 局部放矿工作

矿石崩落以后, 由于矿石碎胀, 为了保证有一定的工作空间,必须放出部分矿石,比较合理的放矿方式是放出崩落矿石的1/3,留下2/3作为继续工作的临时工作台。

为了保证人生安全,局部放矿不允许人员在放矿漏斗上方作业,也应该按计划的进行,也需要防止形成空硐。若一但发现产生了空硐,应及时处理。

5 平撬工作

在局部放矿后,工人进入采场后,应先撬去工作地点的悬石,因为这项工作直接关乎着工人的安全生产。为了便于工人在留矿堆上进行凿岩爆破作业,局部放矿后必须将留矿堆表面整平。平场时,必须将两帮已松动而未落下的矿石或岩石撬落,以保证后续工作的安全。崩矿和撬顶落下的大块,应在平场时破碎,以免卡塞漏斗。

6 大量放矿工作

最终放矿及矿房残留矿石的回收:矿房回采完后,应及时组织最终放矿,即放出存留在矿房内的全部矿石(即留下的 2/3 碎矿石全部放出来)。

大量放矿时,应避免存留矿石中产生空洞或悬拱现象。在放矿时如漏斗堵塞,应及时处理,以提高放矿强度,防止围岩片落,减少二次贫化。

7 顶板管理

在回采过程中,采场顶板管理利用阶段顶柱和间柱支撑围岩。一些特别地段矿体地板稳定性较差时,需要使用金属支架加固支护。  

六、浅孔留矿法的矿房回采中的主要工序

凿岩准备——凿岩——爆破——放矿准备——控制放矿——安全检查——洒水——撬悬石——破碎大块——平场——

七、适用条件

1适用于开采矿石和围岩稳定性的急倾斜薄和极薄矿体,倾角60°~65°以上。

2 要求矿石无氧化性、结块性和自燃性。

3 要求矿体产状稳定,形状比较规整(不规整的会增加矿石的损失贫化)。

八、主要优点

1 浅孔留矿法结构简单,管理方便,工艺简单,生产技术易掌握。

2 采切工程量比较小。

3 利用重力放矿,采场运搬矿石不需要其他机械设备(普通漏斗的留矿法)

4 采矿成本低,矿石损失贫化较低

九、主要技术经济指标

●  采场生产能力--100~150吨/日;

●  工作面工效--12~25吨/工.班;

●  矿石损失率——5~8%;

●  矿石贫化率--8~10%;

●  采切工程量--厚矿体:7~12米/千吨;薄矿体:10~20米/千吨;

●  凿岩效率--厚矿体:50~80 吨/ 台·班;薄矿体:20~50 吨/ 台·班;

●  主要材料消耗:

Ø 炸药——厚矿体: 0.25 ~0.4 千克/吨 ; 薄矿体: 0.6 ~0.8 千克/吨 ;

Ø 雷管—— 0.35 ~0.5 个/ 吨;

Ø 导火线—— 0.3 ~0.5 个/ 吨;

Ø 钎子钢—— 0.02 ~0.03 千克/吨 ;

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