缓倾斜中厚矿体机械化采矿理论与技术探析

【摘要】我国在缓倾斜中厚矿体开采方面，存在较多亟待解决的理论与技术问题。本文分析了缓倾斜中厚矿体开采过程中的困难，着重介绍了上向水平分层充填法在缓倾斜中厚矿体机械化采矿中的应用，并对其理论与技术进行了浅要地分析和探讨。

【关键词】缓倾斜中厚矿体；机械化采矿；理论与技术

0.引言

缓倾斜中厚矿体一般指厚度在5~20m，倾角在5°~30°的矿体，是采矿界公认的难采矿体，至今存在大量未解决的理论和技术难题。国内在缓倾斜中厚矿体开采方面，大多数仍采用房柱法或下盘底部结构的空场法开采，少数矿山采用全面法、爆力运搬空场法和分段崩落法开采等。下盘漏斗电耙出矿空场法的主要缺点是采切工程量大，分层凿岩爆破工艺复杂劳动强度大，电耙采场出矿效率底;房柱采矿法存在的主要问题是矿柱损失大，对于围岩稳固性较差的矿体，进入采空区作业的人员和设备受到的安全威胁大，使得采场出矿效率难以提高，如果采用预控顶技术不仅使回采工艺复杂，而且采矿成本将大幅提升。由此可见，我国在缓倾斜中厚矿体开采方面，存在较多亟待解决的理论与技术问题。本文着重介绍了上向水平分层充填法在缓倾斜中厚矿体机械化采矿中的应用，并对其理论与技术进行了浅要地分析和探讨。

1.工程概况

某矿业有限公司位于长江之濒、风景如画的皖南山区，是一座以硫为主，伴生铜、金、银、铁、铅、锌等多种金属元素的大型露天地下联合开采的矿山，己探明地质储量1.7亿t，其中硫铁矿矿石量87，110ki、铁矿石量24，000ki、铜金属量500ki、铅锌金属量40ki、还有成百上千吨的金银金属量。公司地处安徽省铜陵市东郊，地理位置适中，水陆运输条件优越。矿区毗邻宁铜铁路和合肥一黄山高速公路，沿江快速通道从矿区边缘穿过，距长们:码头38km。另有铁路专用线和公路直通矿区。该矿一期坑采和井下接替工程形成600kt/a生产能力，一二期露天采矿工程总投资6.6亿元，年采矿900kt。现已形成年采、选矿1500kt/a，铜精砂40kt/a、铜精砂含铜4500kt/a、铁矿石100kt/a的能力、并副产数量相当可观的金和银。还可通过硫精矿焙烧生产铁矿红粉以及精选铅锌矿等。矿区范围为1.2km2，区内地层从老至新有泥盘系五通石英砂岩、石炭系高骊山砂质页岩、黄龙灰岩、船山灰岩、二叠系栖霞灰岩、孤峰砂质岩、茅口灰岩及第四系粘土砂砾等。矿体主要赋存于石炭系高骊山砂质页岩与黄龙灰岩之间。由新桥矿床、牛山矿段和霄箕涝矿段组成，是以铜、硫、铁、金、银矿为主，且均达大型矿床储量的多金属矿区。铜硫铁矿共有90个习、一体，其中新桥74个、牛山6个、答箕涝10个;在铜硫铁矿体之内外，又圈出94个金银矿体，其中新桥60个、牛山14个、臂箕涝20个。总计矿石量1.75亿t。

2.缓倾斜中厚矿体机械化采矿理论与技术探析

该矿区根据实际情况，决定采用凿岩台车凿岩、铲运机出矿的机械化土向水平分层充填采矿法进行生产。通过方案设计、类比分析等研究手段，得出了该方法的主要采切与回采工艺:第一，采用合适的无轨设备，包括凿岩台车和铲运机等，以此发挥上向水平分层充填采矿法的效能。该矿引进l台Boomer281全液压凿岩台车及5台DCY-1.5电动铲运机。第二，采场垂直矿体走向布置，采场长度为矿体水平厚度。根据科学的数值分析结论，采场宽度为10m(矿柱)或14m(矿房)，阶段高度34m。第三为便于维护，提高资源回收率，缩短出矿运距，充分发挥无轨设备的效率高的优势，采准工程宜采用脉外布置的方式在下盘布置两条沿脉运输平巷，规格3.2m、3.0m，每隔4一5个采场施工一条穿脉巷道，连通运输平巷，形成环形运输系统。第四，切割工程中，根据凿岩台车工作需要，侮个采场拉底层高度设计为3.0m。首先从靠近矿体的沿脉运输平巷掘进穿脉平巷(规格3.0m、3.0m)通达矿体，以穿脉平巷为自由面用凿岩台车或7655凿岩机向两边扩帮，直至采场两边边界。回采炮孔为水平中深孔，因此，除了拉底层外，还需形成切割槽。考虑凿岩台车工作尺寸，切割槽宽和高均为3.2m，长为采场宽度，用凿岩台车形成。第五，分层回采高度参考凿岩设备能力及凿岩爆破参数，确定为3.3m;凿岩采用Boomer281全液压凿岩台车，山于凿岩台车不接钻杆可钻4m深炮孔，为提高凿岩效率，确定炮孔深度4m，炮孔直径48mm;放炮后通风并处理顶板，引进带顶棚保护装置及自行和升降装置的采场服务台车，可以满足高分层回采顶板地压管理的要求，实现与凿岩台车、铲运机等大型机械化采掘设备的配套。第六，采场崩落矿石由DCY-1.5电动铲运机铲装后，经采场联络道、分段平巷卸入下盘脉外溜井，由设在溜井底部的振动出矿机向4m，矿车供料。通过电机车牵引(一般每列车由5节矿乍组成，考虑0.85装满系数，可运载矿石65t)运至主井矿仓卸矿。第七，根据研究，摒弃江砂做为充填骨料的方法，改用矿山自产的高硫尾砂，通过添加粉煤灰抑制高硫尾砂胶结充填时体积膨胀引起的充填体破坏，可以以提高浆体流动性能、降低水泥消耗，提高充填质量。相邻采场掘进废石可不出窿，用作充填骨料，直接卸入待充填采场。

第一步矿柱充填采用质量比为1:1:8~1:1:10的水泥、粉煤灰、高硫尾砂混合料，底部第一分层和各分层浇面灰砂比l:l:6的水泥、粉煤灰、高硫尾砂混合料，以提高下阶段采场回采的安全性，减轻铲运机出矿时对层面的破坏和矿石贫化;第二步矿房充填为非胶结充填(废石或江砂)，底部第一分层和各分层浇面需采用灰砂比为1:卜6的水泥、粉煤灰、高硫尾砂混合料，形成非胶结料与崩落矿石间的隔离层，防止二次损失与贫化。

3.结语

综上所述，上向水平分层充填法在缓倾斜中厚矿体机械化采矿中的应用，针对那些矿体倾角缓、水平厚度大、直接顶板稳固性差、有自燃倾向，深部岩体应力大，深部矿石品种多(包括硫铁矿、磁铁矿等)需要考虑分采等实际开采技术条件，以及爆破参数不合理、无轨设备性能需要进一步发挥等实际开采技术难题，综合运用现场测试、室内实验、理论分析、数值模拟、现场实验等手段，对大型机械化充填采矿工艺涉及的采场结构参数与回采顺序优化、回采工艺、设备配套等关键技术进行了深入研究，系统解决了大型机械化充填采矿法涉及的众多关键技术难题，其所采用的研究方法先进，研究成果已实现工业化应用，取得了良好的经济效益和社会效益，不仅解决了缓倾斜中厚矿体机械化采矿的技术难题，而且推动了我国大型机械化充填采矿技术的进步。

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