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    采矿设计程序、投资效果可行性研究培训课件

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    金属矿床地下开采培训

    中铝矿业有限公司小关矿

    第七章 采矿方法

    采矿方法及其分类

    采矿方法及其分类

    采矿方法就是根据矿床赋存要素和矿石与围岩的物理学性质等因素,所确定的矿石开采方法。它包括采区的地压控制,结构参数,回采工艺等。

    金属矿床由于赋存条件复杂,矿石和围岩物理学性质差异很大,以及其他因素等,故采矿方法种类繁多。为了便于认识各种采矿方法的特殊本质,了解各种采矿方法的适用条件及发展趋势,研究和选择合理的采矿方法,因此,需将繁多的采矿方法,择其共性,加以归纳分类。目前分类的方法很多,按回采时的地压管理方法将采矿方法分为三大类。

    采矿方法

    1、空场采矿法

    这类方法用于开采围岩和矿石都很稳固的矿床,地压管理是用采区中所留下的矿柱支撑和维护采空区。在回采过程中随矿石被采出后所形成的采空区不立即进行处理(充填或崩落)而空放着,这是本类方法的基本特征。

    采矿方法

    2、充填采矿法

    这类方法是用在开采矿石比较稳固(允许在一定的暴露面积下进行回采工作)而围岩不够稳固(暴露面积不能很大,否则会引起冒落)的矿床。采场地压管理是在矿石回采期间必须用充填法的基本特征。支柱充填法亦属此类。

    根据充填料的特性本类方法可分为干式充填法,水砂充填法,胶结充填采矿法。

    采矿方法

    3、崩落采矿法

    本类方法是用在开采围岩和矿石由不够稳固到中等稳固的矿床。崩落法的地压管理是随崩落矿石的同时(或稍滞后)而围岩自动崩落或人工崩落充满采空区。

    属于这类方法的主要有分层崩落法、分段崩落法(有底柱感无底柱)、阶段崩落法。

    矿房矿柱的划分

    全面采矿法

    全面采矿法

    全面采矿法

    房柱采矿法

    房柱法是空场采矿法的一种,将阶段〔缓倾斜、倾斜矿床)或盘区(水平、微倾斜矿床)划分成若干个矿房与矿柱(留有规则的不连续的矿柱)。回采工作在矿房中进行,矿柱在一般情祝下不进行回收。

    房柱法是用在开采围岩与矿石都很稳固、倾角较小(小于30°—40°)、厚度适用范围较大(自2米到数十米厚)的矿床。当开采薄矿层时,房柱法使用浅眼崩矿和电耙运搬方案;当矿体规整且厚度比较大,可使用深孔崩矿方案;若矿体倾角较缓,近乎水平厚度较大的矿床,可以采用凿岩台车、铲运机、装运机、地下电铲、自卸汽车等大型机械化设备开采方案,国外不少矿山在采用这种方案。

    房柱法是地下采矿方法中劳动生产率比较高的方法之一。

    房柱采矿法

    2.典型方案

    我国著名的锡矿山矿,成功的使用了浅眼落矿的房柱法,积累了丰富的经验。该矿的矿石坚硬(f=10-16)稳固,矿体顶板由稳固到不够稳固变化较大。在顶板不够稳固的矿房中采用了锚杆支护顶板。矿体倾角一般为10°-20°,局部达40°。矿体厚度1~10米左右,平均4~6米。

    该矿在顶板岩石稳固的矿体中,大量使用浅眼房柱法,如图5-1所示。

    房柱采矿法

    房长轴沿矿体倾斜方向布置,宽度10-15米,两侧留间隔的矿柱。矿柱直径为4—5米,间距12—14米。矿房斜长由电耙有效运搬距离而定,一般为60米以下。沿矿体走向每隔4—6个矿房划为一个盘区,盘区之间留有长条连续矿柱,其宽度为3—4米。如图5—2所示。

    房柱采矿法

    采准和切割

    阶段主要运输平巷为单轨巷道,断面2.6χ2.4米,位于底板内,距离矿体约4—6米。从运输平巷一侧向每个矿房开掘一个矿溜子,断面2χ2米,长约5χ6米。在矿溜子顶部,紧靠矿房下部边界沿走向掘进脉内拉底平巷。此外,在每个矿房产中央沿底板开掘一条切割上山与上部回风平巷贯通,上山(缓倾斜矿体叫上山,急倾斜矿体则称天井)的断面2χ2米,它作为拉底和回采时行人、通风和爆破自由面之用。每个矿房还掘凿一个电耙绞车硐室。

    房柱采矿法

    矿房回采

    完成采准切割工作以后,就可以开始回采矿房,具体回采方式随矿体厚度与倾角不同而异。

    矿体厚度小于2.5一3米时,可按全厚一次回采,沿走向或逆倾斜推进。

    矿体厚度于3—3.5,应先在矿体底部拉底,然后用上向眼挑顶。拉底和回采时,均须从拉底平巷和切割上山相交处开始,用水平浅眼以阶梯形工作面自下而上逆倾斜推进,充分利用两个自由面刷帮爆破。拉底层高度为2·5米左右。整个矿房拉底完毕后,再用挑顶炮眼回采上部矿石,根据矿体厚度和上向炮眼深度来确定挑顶层数。挑顶回采的方向可逆倾斜自下而上或沿倾斜自上而下。

    房柱采矿法

    矿体厚度不大于5米时,只需挑一次顶,此时,所有挑顶炮眼可以整层一次爆破,以提高矿房生产能力。

    若矿体厚度在5—7.5米时,挑顶工作面形成倒台阶式,并且在底板上靠近工作面处局部留矿,以便工人站上打眼放炮。水平拉底用YS—45型凿岩机。

    房柱采矿法

    矿石运搬采用28千瓦或14千瓦的双卷筒电耙绞车,耙斗容积0.2—0.3米3。通常都是采用沿倾斜耙运,以提高耙运效率。矿溜子上盖有格筛,筛孔为350χ350毫米,筛上大块进行二次破碎,溜子下口安设简易指状闸门。在锡矿山的房柱法中,所留矿柱均作为永久支护短,一般不进行回收。

    用浅眼崩矿的房柱法在回采10米以上厚矿体时,需在矿房留矿堆上挑顶回采,作业效率不高,并且由于不能大量出矿,矿房生产能力受到限制。

    房柱采矿法

    在近二十年里,由于轮胎式和履带式的凿岩、装载、运搬等设备的迅速发展,在房柱法中,已广泛开始使用无轨开采方案,大大地提高了矿房生产能力。

    图5—4是缓倾斜原矿体的一种无轨机械开采的房柱法方案。矿体倾角近似水平,矿体厚16—24米。矿石和顶底板围岩均稳 固。回采时首先切顶,切顶层高度为5米。使用双机或三机的掘进凿岩台车(轮胎行走)打水平浅眼,出矿用铲斗容积2.7米3的轮胎行走前端式装载机和25吨翻斗卡车。矿房内留下规则的直径 8—10米的间隔矿柱。从切顶层用露天矿用的履带式钻车打下向平行深孔。崩下矿石用1米3的短臂电铲和翻斗卡车装运。为了保证回采安全,在切顶时用2.4米长的水泥砂浆锚杆支护顶板围岩。

    此外,还使用一种安装在卡车上的液压升降台检查顶板,它可以升高到三十多米高处进行作业、该方案的矿石回收率为82—84%。采用无轨轮胎式行走机械设备,矿体的倾角不能大于5°一6°

    房柱采矿法

    房柱法使用无轨自行设备,并不限于在厚矿体。矿体厚度大于3米就可以使用无轨设备。若矿体很厚,底板倾角又大于5°~6°为了使用无轨机械开采方案,可将矿房沿走向布置,并且用水平分层自上而下回采,如图所示。

    3.对房柱法的评价

    房枉法是开采缓倾斜矿床的主要采矿方法。它的主要优点:

    (1)采准工作量小、回采工序简单、坑木消耗少、通风良好,作业安全,劳动生产率比较高。

    (2)由于矿体倾角缓,便于应用高效率的大型无轨采掘设备,实砚了机械化开采。

    近年来,已出现在房拄法中使用8米3铲斗的装运机50吨自卸汽车,在地下采矿方法中,开采大型厚矿床的房柱法的机械化程度和劳动生产率常常是最高的。

    采矿方法

    留矿法

    这类采矿方法是用在开采围岩稳固(仅次于空场法)而矿石很稳固的矿床。采场地压管理是用采区中所留的房间矿柱和随回采而爆破下来的矿石,暂时留在采场(留下2/3)支撑围岩和工作台,待整个采场采完后再集中放矿,这是留矿法的基本特征。属于这类采矿方法的有浅孔留矿法,深孔留矿法。

    留矿采矿法

    概述

    建国以来,留矿采矿法(简称留矿法)一直是我国—有色和稀有金属地下开采矿山使用最广泛一 种采矿方法。根据一九七四年的统计,在冶金工业部所属的有色和稀有金属矿山中,就有七十二个矿山采用。因此,所积累的生产经验是很丰富的。

    留矿法的矿房布置方式有沿走向的和垂直走向的两种。矿体厚度在10米以下时,矿房沿走布置,但在矿石很稳固的情况下,矿体厚度在10米以上和12—15米以下时,矿房也可沿走向布置。矿体厚度在12-15米以上时,矿房应垂直走向布置。

    留矿采矿法

    浅孔留矿法典型方案

    1).结构参数矿房长度和暴露面积取决于矿体厚度和矿石与围岩的稳固程度,矿房长度一般为40~60米,暴露面积一般在400~600米2。间柱宽度和顶柱厚度取决于矿房长度、矿体厚度和矿岩的稳固性,间柱宽一般是4~6米。底柱高度取决于底部结构形式,当使用普通漏斗出矿时,底柱高度一般取5-6米。阶段高度通常是40-60米。

    留矿采矿法

    2)采准工作掘进运输平巷、天井、联络道、拉底巷道及放矿漏斗。当矿体比较薄时,运输平巷一般在矿体中沿矿体下盘接触线掘进;当矿体为中厚以上时,运输平巷可设在矿体中间。通风和人行天井大多布置在间柱中,没隔5米左右设联络道与矿房连通。当矿房长度超过50米时,为了改善矿房通风及安全作业条件,有时在矿房中央另设一辅助天井。

    沿走向方向每隔5-7米设一个漏斗,为了减少平场工作量,漏斗应尽量靠近下盘。

    采用浅孔崩矿其矿石破碎程度较好,一般不需要设置二次破碎巷道。此时少量的大块可直接在采场中进行破碎。但当大块产生较多时,应设置二次破碎巷道(或电耙道),进行破碎。

    这种采矿方法的切割工作比较简单,只有拉底和辟漏工作。

    图5-8 浅孔留矿法

    1-顶柱;2-天井;3-联络道;4-采下矿石;5-阶段运输平巷;6-放矿漏斗;

    7-间柱;8-上阶段运输平巷

    留矿采矿法

    3)回采工作

    包括凿岩。爆破,通风,局部放矿,检查顶板,平场及大量放矿。

    回采工作自下而上分层进行,分层高度2-2.5米左右。在矿石比较稳固时,可用上向炮孔,炮孔排列方式,如图5一9所示。

    当矿石稳固程度较差时,应尽量使用水平炮孔崩矿。炮孔深度1.5~2.5米,排距1.0~1.2米,炮孔间距0.8~1.0米。回采工作面可以是水平的,也可以是梯段形,梯段长度3~5米,高度1 .5~2 .0米。

    留矿采矿法

    爆破后,矿石体积因破碎而发生膨胀(碎胀),一般坚硬的矿石碎胀系数为1·5。为了保证采场中适当的工作空间。每次爆破后,矿石放出三分之一(称为局部放矿),其余留在矿房,直到矿房回采结束后,才进行大量放矿,放出全部留下的矿石。局部放矿后,顶板有浮石,留矿堆不平整,为此需要撬顶和平场作业,为下一次凿岩创造安全和方便的工作条件。

    矿房中矿石全部放出后,再回采矿柱。

    图5-9 炮孔布置方式

    a-字形;b—三角形;c-平行排列;d-交错排列

    3、对浅孔留矿法的评价

    浅孔留矿法具有结构简单、管理方便及采准工作量小、生产技术易于掌握等优点。它是开采矿石和围岩稳固的急倾斜薄矿脉为有效的采矿方法。但是,采用这种采矿方法时,要求矿石不具有氧化性、结块性及自燃性。当矿体较厚时,应用浅孔留矿法的作业安全性较差。矿房内留下三分之二矿石不能及时放出,积压了资金,而且.矿石有可能氧化,对放矿和选矿不利。

    分段矿房法

    分段矿房法是按矿块的垂直方向,再划分成若干分段,在每个分段水平上布置矿房和矿柱,各分段采下的矿石分别从各分段的出矿巷道运出。分段矿房回采结束后,可立即回采本分段的矿在京开幕并同时处理采空区。

    这种采矿方法的显著特点是回采工作面为垂直的,并向垂直自由空间(立槽)崩落矿石。无论是凿岩或出矿工人都在巷道内,不在采空区内,作业比较安全,这和房柱法不同。根据矿体原度不同,分段法可沿走向或垂直走向布置矿房.一般矿体厚度在18-20米以内时,采用沿走向布置矿房。

    分段矿房法

    2.典型方案

    结构参数

    矿房长度根据围岩的稳固程度及顶板允许的暴露面积来决定,一般为40—6米。矿房宽度等于矿体厚度,可达20米左右.因用这种采矿法的矿体围岩很稳固,倾角又大,可增加阶段高度,一般为50—70米。

    矿房的顶柱厚度由矿石和围岩的稳固性和矿体厚度(即矿房宽度)决定,一般为6~10米,底柱高度,在采用电耙底部结构时为7—11米。间柱宽度一般为8—10米。分段高度决定于使用的凿岩设备,如用YG-80凿岩机时,分段高度的增加,可以使分段巷道数目减少,降低采准工作量。

    分段矿房法

    采准工作

    掘进阶段运输巷道,通风行人天井,电耙巷道,拉底巷道,分段巷道,漏斗颈。放矿溜井,切割天井等.阶段运输巷道的位置,是根据整个阶段运输巷道布置决定,一般沿矿体下盘接触线布置。通风行人天井大多数设在间柱中,从此天井掘进电耙道,拉底巷道和分段巷道,每一分段水平一般掘进一条分段巷道,其平面位置的确定原则是保证排内各炮孔之深度较均匀;不出现过深的炮孔。切割天井的位置。一般布置在矿房的中央或矿体最厚的部位。

    分段矿房法

    切割工作

    包括拉底、辟漏和开立槽。拉底和辟漏工作同时进行。因为回采工作面是垂直的,矿房下部的拉底和辟漏工程,不需要一次全部完成,而是随着工作面的向前推进逐步进行。一般情况下,拉底和辟漏工程超前工作面1~2排漏斗的距离。

    开立槽的方法有两种:浅孔法和中深孔法。浅孔法开立槽宽度为2.5~3.5米,采用浅孔留矿法进行拉槽。

    中深孔法开立槽宽度为5~8米(图5一7)。以切割天井2做为凿岩天井,其中没有木架平台或吊盘,打直径为60毫米左右的水平扇形炮孔1,分次向上落矿,直至矿房全高。我国中条山胡家峪矿工人和技术人员创造了一种用爆力运搬的方法开立槽。效果很好。

    分段矿房法

    回采工作

    以切割立槽为自由面,在分段巷道中,用重型凿岩机打垂直上向扇形深孔。孔径60—75毫米,每次爆破1—5排炮孔。矿房出矿用30—55千瓦电耙绞车,耙斗容积为0.3—0.5米3,在电耙道中将矿石耙入溜矿井。

    分段矿房法

    3.分段空场采矿法的评价

    分段采矿法具有回采工作安全,通风良好,矿房回采强度大等优点。它适用于开采矿石与都很稳固的厚和极厚的急倾斜矿床。由于在分段巷道凿岩。可以采用多机同时作业,矿房生产能力较高,用少数采区即可满足矿山年产量。当矿房宽度为8—12米,分段高度为10—12米,矿房每昼夜生产能力为70-120立方米;当矿体厚度为16—18米,分段高度在12米以上时,最大生产能力为200-250米3/昼夜。

    这种采矿方法的缺点是采准工作量较大,掘进分段巷道时,机械化程度低,劳动强度大,这是当前矿山实行机械化最薄弱的环节。由于矿柱的矿量占比重较大,回采矿柱时,矿石损失和贫化率都大。

    空场法小结

    充填采矿法

    1、充填采矿法

    用充填采矿法回采矿体时,也是将采区划分为矿房和矿柱两步骤回采,先采矿房,后采矿柱。其特点是随回采工作的进行,用充填材料将回采后的空间充填起来。充填料的作用有二:一是维护矿房的上下盘围岩;二是形成工作台,工作人员站在充填料上面进行凿岩,爆破,出矿等工作。

    这种采矿方法主要用于:矿石稳固而围岩不够稳固;地表不允许崩落;开采稀有,贵重金属或高品位富矿,要求损失率,贫化率小;矿床有自然发火危险;矿体倾角一般应在50°—60°以上。

    水砂充填采矿法

    2、水砂充填采矿法

    由于生产的不断发展,充填采矿法也有新的改进。近年来,在我国地下金属矿山使用水砂充填采矿法的逐渐增多。水砂充填法的实质是借助水力沿管道系统,将充填材料输送到回采工作面进行充填。

    水砂充填采矿法

    典型方案

    图5-10为我国铜录山铜矿上向水平分层护壁炉碴水力充填采矿法的一个典型方案。

    该矿的矿床为急倾斜,极厚矿体的铜矿,品位很高,矿石为含铜磁铁矿坚硬而稳固。地表有湖泊,不允许崩落。根据上述条件采用水砂充填采矿法。

    (1)采区划分和构成要素,在每个阶段上划分为若干个采区。当矿体厚度大于10-12米时,采区垂直矿体走向布置;当矿体厚度小于10-12米时,采区则沿走向布置。每个采区又划分为矿房和矿柱,当采区垂直走向布置时,矿房宽度为7米,矿柱宽度为9米。矿房顶柱厚为4-6米,底柱高为5-7米,阶段高度为60米。

    图5-10

    上向水平分层

    护壁炉碴水力充填采矿法

    1-底盘沿脉巷道;

    2-顶盘沿脉巷道;

    3-运输穿脉巷道;

    4-充填井;

    5-滤水行人井;

    6-溜矿井;

    7-人工护底;

    8-预制块阁墙;

    9-充填料;

    10-水泥砂浆地板;

    11-充填管道;

    12-联络道;

    13-隔墙浇灌部分;

    14-矿房;

    15-间柱;

    16-底柱;

    17-顶柱

    水砂充填采矿法

    (2)采准切割工作 采准包括掘进穿脉巷道,采场充填井,放矿闸门硐室,拉底巷道,以及拉底水平以下的放矿溜井和滤水进风行人井等。

    穿脉巷道掘进在矿房及间柱的分界线上,以兼顾矿房与矿柱两者回采的需要。穿脉巷道主要起运输矿石并兼以探矿作用。其断面为2.4χ2.75米,铺设有单轨。

    充填天井按设计要求沿矿房长度每隔30—40米设置一个。充填井原则上应位于采场中央,以便等距离地充填整个采场。充填井规格有二种:用吊罐法施工时,其断面为1.8X2米;用普通法掘进时,其断面为1.8χ1.5米。充填井分两格,即分梯子间与充填管子间。充填井主要用来下放充填料和作回风用。

    水砂充填采矿法

    人行滤水井,主要用作行人、滤水、进凤和提升材料设备等。根据安全生产的要求一个采场至少设有两个人行滤水井,当采场很长时,还应设立二个以上。滤水井的断面为1.8X1.8米,应分成两个格,一格为梯子间一个为提升材料间。

    溜矿井,主要作为放矿用,其断面规格为1.5χ1.5米和1.8χ1.5米两种。它的断面尺寸应大于允许最大块度的三倍。溜矿井下部安装有单缸或双缸的扇形风动闸门。人行滤水井和溜矿井在采场内应间隔布置,便于人行滤水和出矿工作。

    切割工作就是在底柱之上,沿矿房长轴方向掘进拉底巷道(切割巷道),联通各滤水井和溜矿井,然后以该巷道为自由面,进行扩帮,将矿房底部全部拉开,形成高2.0米的拉底空间,再进行挑顶2.5—3.0米。将矿石全部运出后,砌筑钢筋混凝土底板,其厚度为0.8—1.0米,要求混凝土标号为100—150号。

    水砂充填采矿法

    (3)回采工作

    该矿采用上向水平分层的回采方式,分层高度为2.0米。矿石稳固时,可以增加采高达4—5米,即连续回采二个分层后再进行充填。这样可以减少辅助作业时间,提高劳动生产率。

    凿岩是用01—45型凿岩机,打向上炮孔崩矿,孔深1.6米,崩下矿石后,再用YT-25型凿岩机打水平炮孔进行压顶,高度为1米,既增加了落矿高度又保证了采场的规格和稳定性。

    水砂充填采矿法

    (4)矿石运搬每个采场设有一台国产ZY Q-12或Z Y Q-14气动装运机出矿。这种装运机在充填法采场,装运灵活,速度快、工效高、能力大,特别是矿石装得比较干净,节省大量人工劳动,深受工人欢迎。目前井下ZYQ-l4装运机出矿平均台班工效可达80-90吨,Z Y Q-12台班出矿可达60吨.为了进一步提高装运机出矿效率,应尽量减少大块产出率,加强底板铺面质量管理,搞好装运机的维修与保养工作。当采场出矿完毕后,将装运机吊挂在采场顶板上或转移到邻近采场,以便进行充填作业。

    水砂充填采矿法

    (5)采场通凤 新鲜风流从滤水井进人采场,炮烟和污浊空气经充填天井排到上部回风平巷经风井抽到地表。这种采准布置通风条件较好。

    (6)充填工作 一个分层崩下的矿石,全部出完后,采场形成4~4 .5米的空间,开始进行充填。充填工作包括:砌筑护壁、浇注人行滤水井和溜矿井、水砂充填以及浇注混凝土底板和隔墙等。

    水砂充填采矿法

    砌筑预制块

    为了保证矿柱的顺利回采,在采场充填前要浇注混凝土隔墙(也称护壁),过去在浇注混凝土时要架设木模板,现改为砌筑混凝土预制块代替木模板,节省大量木材。混凝土予制块规格为30Ox 200 x500毫米,每块重21公斤。隔墙厚度不小于0.6米。为了防止已砌好的混凝土预制块墙被充填料压倒,在预制块墙与矿壁间每隔5一7米加砌混凝土预制块横撑进行加固。

    水砂充填采矿法

    加高顺路天井

    在混凝土砖墙施工的同时,加高顺路行人井与溜矿井。加高的高度为2.0米:顺路井内壁架设3公分厚的木模板,外砌混凝土预制块。木模板与所砌混凝土预制块之间留0 .2一0.3米的空隙,以便浇灌混凝土,滤水井取0.2米,溜矿井取0.3米。滤水井在砌筑预制块时,每边需留1—2个滤水孔,在水砂充填时,将这些孔用1~2层草袋堵住,待充填后滤水。等充填完毕水滤出后,再用混凝土浇灌木模板与混凝土块之间的空隙。其结构如图5-11所示。这种滤水措施简易可靠,但只适用于滤水性能好的充填料如炉碴。铜录山矿是采用炉碴充填的。

    1-泄水孔;2-混凝土预制砖;3-浇注混凝土;4-木模板;

    崩落采矿法 概述

    崩落采矿法是以崩落围岩来实现地压管理的采矿方法,即随着崩落矿石,强制(或自然)崩落围岩充填采空区,以控制和管理地压。这是崩落法共有的基本特征。

    崩落采矿法中包括下列采矿方法:(1)单层崩落法;(2)分层崩落法;(3)分段崩落法;(4)阶段崩落法。

    前两种方法用浅孔落矿,一次崩矿量小,在矿石回采期间,工作空间需要支护,随着回采工作面的推进,崩落上面岩石以充填采后空间,这两种方法的工艺过程复杂,生产能力较低,但矿石损失贫化较小。

    概 述

    后两种方法经常用深孔或中孔落矿,一次崩矿量大,生产能力较高,故有大量崩落法之称。上面岩石在崩落矿石同时崩落下来,并在崩落岩石覆盖下放出矿石,故矿石损失贫化较大。

    崩落采矿法在我国矿山应用很广泛,其采出矿石量约占地下采出矿石总量的35%,并且还有增大趋势。

    二、单层崩落法

    单层崩落法主要用来开采顶板岩石不稳固,厚度一般小于3m的缓斜矿层,如铁矿、锰矿、铝土矿和粘土矿等。将阶段间矿层分成矿块,矿块回采工作按矿体全厚沿走向推进。当回采工作面推进一定距离后,除保留回采工作所需的空间外,有计划地回收支柱并崩落采空区的顶板,用崩落顶板岩石充填采空区,借以控制顶板压力。

    顶板岩石的稳固程度不同,顶板允许的暴露面积也不一样。根据允许暴露面积,采用不同的工作形式。按工作面形式可将单层崩落法分为长壁式崩落法(简称长壁法)、短壁式崩落法(简称短壁法)和进路式崩落法三种。

    单层崩落法

    1、长壁式崩落法

    该种采矿法的工作面是壁式的,工作面的长度等于整个矿块的斜长,所以称为长壁式崩落法。

    现以庞家堡铁矿为例,并结合其他矿山,介绍这种采矿法。

    (1)开采条件

    该矿为浅海沉积赤铁矿床,矿层走向长8600m,斜角25°~35°。矿床由三个矿层组成,由上而下,第一层矿厚度为1~3.5m,第二、三层之间也夹有一层硅质板岩,平均厚度1.0m左右,矿石稳固,f=8~10

    第一层和第二层矿之间夹有一层硅质板岩,平均厚度1.2m。第二、三层之间也夹有一层硅质板岩,平均厚度0.8m。硅质板岩片理发育,不不稳固,容易片落。

    第一层矿的顶板为黑色页岩,厚度为6.5~8.0m,不稳固,f=4~6。页岩上部为砂岩,厚度为2~3m,砂岩上部都是几十米厚的页岩。

    第三层的底板为小白石英岩,f=12~18。石英岩下部为粘板岩,f=10;粘板岩下部为大白石英岩,均稳固。

    矿石基本连续、局部被断层切断,断层对采矿的影响较大。地表为山地。允许崩落。

    〈2〉矿块结构参数及采准布置

    矿块的采准布置如图16-1所示。

    〈1〉阶段高度

    阶段高度取决于允许的工作面长度,而工作面长度主要受顶板岩石稳固性和电耙有效运距的限制。在岩石稳固性好,且能保证矿石产量情况下,希望加大工作面长度,这样可以减少采准工程量。工作面 长度一般为40m~60m。

    〈2〉矿块长度

    长臂工作面是连续推进的,对矿块长度一般是以地质构造(如断层)为划分界限,同时考虑为满足产量要求在阶段所需要的同时回采矿块数目来确定。其变化范围较大,一般为50m~100m,最大可为200m~300m。

    〈3〉阶段沿脉运输巷道

    该巷道可以布置在矿层中或底板岩石中。当矿层底板起伏不平或由于断层多和地压大,以及同时开采几层矿层时,为了保证运输巷道的平直、巷道的稳固性和减少矿柱损失等,经常将运输巷道布置在底板岩石中。

    庞家堡铁矿运输巷道为单线双巷,装车巷道布置在稳固性较好的小白石英石内,可同时为三层矿服务(庞家堡矿先采第一矿层,后采第二、三两个矿层),且其矿石溜井又可起到一定的贮矿作用,缓解采场运输与巷道装车的矛盾。同时,巷道稳固性好,支护与维护工程量小。

    〈3〉阶段沿脉运输巷道

    〈4〉矿石溜井

    沿装车巷道每隔5~6m,向上掘进一条矿石溜井,并与采场下部切割巷道贯通,断面为1.5*1.5m。暂时不用的矿石溜井,可作临时通风道和人行道。

    〈5〉安全道

    采场每隔10m左右掘一条安全道,并与上部阶段巷道联通,它是上部行人、通风和运料的通道,断面一般为1.5*1.8m。为了保证工作面推进到任何位置,都能有一个安全出口,安全道之间的距离,不应大于最大悬顶距。

    3、切割工作

    〈1〉切割巷道

    切割巷道既作为崩矿自由面,同时也是安放电耙绞车和行人、通风的通道。她位于采场下部边界的矿体中眼走向掘进,并与各个矿石溜井贯通,宽度为2m,高度为矿层的厚度。

    〈2〉切割上山

    切割上山,一般位于矿块的一侧,联通下部矿石溜井与上部安全道,宽度应保证开始回采所必需的工作空间,一般为2~2.4m,高度为矿层厚度。

    庞家堡铁矿当顶板页岩比较破碎、稳固性很差时,切割巷道和切割上山在采准期间留0.3~0.5m的护顶矿,待回采时挑落。

    4、回采工作

    〈1〉回采工作面形式

    常见的回采工作面形式有直线式个阶梯式两种,如图16-2所示。

    直线工作面上下悬顶距离相等,有利于顶板管理。但在工作面只有一条运矿线,当采用凿岩爆破崩矿时,回采的各种工作不能平行作业,故采场生产能力较低。如果用风镐落矿和输送机运矿(如粘土矿),采用直线式工作面最为合适。

    阶梯式工作面可分为二阶段与三阶段,以三阶段工作面为多。下阶段多是超前于上阶段1.5m(即工作面一次推进距离)。阶梯式工作面的优点是落矿、出矿和支护分别在不同阶段上平行作业,可缩短回采工作的循环时间,提高矿块的生产能力。

    缺点是下部悬顶距大,并且根据实际经验,采场最大压力常常在工作面长度的三分之一处(由下面算起)出现,从而加大了管理顶板的困难。

    长壁式崩落法的回采工作包括落矿、运矿、支护和放顶等项工作。

    2〉落矿

    采用浅孔爆破,用轻型气腿式凿岩机凿孔,根据矿层厚度、矿石硬度以及工作循环的要求,选取凿岩爆破参数。在布置炮孔时应主义不要破坏顶、底板和崩倒支柱,也不应使爆堆过于分散以保证安全生产、减少损失贫化和有利于电耙出矿。

    根据矿层的厚度不同,分别选用“一字形”、“之字形”和“梅花形”炮孔排列。炮孔深度为1.2~1.8m,稍大于工作面的一次推进距离。推进距离应与支柱排距相适应,以便在顶板压力大时能按设计及时进行支护。此外,孔深还应考虑工作循环的要求。以最小抵抗线为0.6~1.0m,矿石坚硬时取小值。

    金属矿山多采用导火线雷管起爆。当炮孔较多时,为了保证爆破安全和准确的起爆顺序,应采用束把点火或带有若干三通的导火母线点火。有的矿山采用导爆管起爆。

    〈3〉出矿

    大多数矿山的回采工作面都采用电耙出矿。电耙绞车的功率为14或30kw,耙斗容积采用0.2~0.3m。电耙绞车安设在切割巷道或硐室中,随回采工作面的推进,逐渐移动电耙绞车。

    当电耙绞车的安装位置使电耙司机无法观察工作面的耙运状况时,应由专人用信号指挥电耙绞车司机操作,或者直接由电耙司机在工作面根据耙运情况,远距离控制电耙绞车。

    〈4〉顶板管理

    在长壁法中顶板管理是一个十分重要的问题,它不仅关系安全生产,而且也在很大程度上影响劳动生产率、支柱消耗和回采成本等。

    随长臂工作面的推进,顶板暴露面积逐渐加大,顶板压力也随之增大,如不及时处理,可能出现支柱被破坏,甚至引起采空区全部冒落。被迫停产。为了减少工作空间的压力,保证回采工作的正常进行,当工作面推进一定距离后,除了保证正常回采所需要的工作空间用支柱支护外,应将其余采空区中的支柱全部(或一部分)撤除,使顶板崩落下来,用崩落下来的的岩石充填采空区。顶板岩石崩落后,采空区崩落后,采空区暴露面积减少,因此工作空间顶压也随之减少,形成一个压力降低区,如图16-3所示。这种有计划的撤除支柱崩落顶板充填采空区的工作称为放顶。

    每次放顶的宽度称为放顶距。放顶后所保留的能维持正常开采工作的最小宽度称为控顶距,一般为2~3排的支柱距离。顶板暴露的宽度称为悬顶距,放顶时顶距为最大悬顶距,等于放顶距与控顶距之和,最小的悬顶距等于控顶距(图16-5)。

    放顶距及控顶距根据岩石稳固性、支柱类型及工作组织等条件确定。放顶距变化的范围较大,由一排到五排的支柱间距。合理的放顶距应在保证安全的前提下,使支护工作量及支柱消耗量最小,使工作面采矿强度及劳动生产率最大,因此,要加强顶板管理工作。除去加强顶板支护与放顶工作外,必须注意总结与掌握采场地压分布状态和活动规律,以便更好的确定顶板管理中的有关参数。

    1)支护

    工作面支护的作用主要是延缓顶板下沉,防止顶板局部片落,以保证回采工作正常进行。因此。支柱应具有一定的刚性和可缩性。就是说支柱应既有一定的承载能力,又可在压力过大时,借助一定的可缩性,避免损坏。

    木支柱一般是用削尖柱脚和加柱帽的方法获得一定的可缩量;金属支柱则是利用摩擦力或液压装置来获得一定的可缩量。为了防止顶板冒落应及时支护。此外,必须保证架设质量,使所有支架受力均匀。

    工作面支护形式有如下几种:

    〈1〉木支护

    当顶板完整性较好时,采用带柱帽或不带柱帽的立柱或丛柱。柱帽交错排列如图16-4所示。支柱直径一般为180~200mm,排距0.8~1.6m,间距0.8~1.2m。

    当顶板岩石破碎时,采用棚子支护;顶板很破碎时,还应在棚子上面加背板。

    〈2〉金属支护

    金属支护支承能力比木支护大,并能多次重复使用,但重量大使用不便。在矿层顶板形态稳定和厚度变化不大时,还可以使用液压掩护式支架。

    除木支护和金属支护外,还有锚木垛和矿柱等支护形式。锚杆一般与木支护配合使用,可增大支柱间距,减少木材消耗量。木垛具有较大的支承面积和支承能力,一般用在暴露面积比较大的矿石溜井口和安全道口的两侧。

    2)放顶

    当回采工作面推进到规定的悬顶距时,暂时停止回采,并按下列步骤进行放顶。

    〈1〉将控顶距和放顶距的交界线上的一排支柱加密,形成单排或双排的不带柱帽的密集支柱。采场地压大时用双排密集支柱,反之,用单排支柱。

    〈2〉如图16-5所示,在放顶区内回收支柱,一般采用安装在上部阶段巷道的回柱绞车回收支柱(绞车功率为1520kw,钢绳直径为2030mm,平均牵引速度810mm/s)。回柱顺序是沿倾斜方向自下而上,沿走向方向先远后近(对工作而言)。如果顶板条件很坏,地压很大或其他原因,不能回收支柱或不能全

    部回收时,将残留在采空区的支柱钻一小孔装入炸药,或直接在支柱上捆上炸药将支柱崩倒。

    在一般情况下,放顶区回柱后,顶板以切顶支柱为界自然冒落。如顶板不能及时自然冒落,则应预先在切顶密集支柱外0.5m处,逆推进方向打一排倾角约为60的炮孔,孔深1.6~1.8m,并装药爆破,强制顶板崩落。

    矿块开始回采的第一次放顶与以后各次放顶的情况是不同的。第一次放顶的条件比较困难,因为这时顶板类似两端固定的梁,压力出现比较缓慢,不容易全放下来。而以后各次放顶,顶板类似一端固定的悬臂梁,容易放顶。因此,第一次放顶的悬顶距大,约为常规放顶距的1.5~2倍。尤其是当直接顶板比较好时,常产生顶板不下来或冒落高度不够的现象,造成下一次放顶前压力很大,致使工作面冒落。在第一次放顶时,应认真作好准备,如加强切顶支柱,必要时采用双排密集支柱切顶,同时加强控顶区的维护;当顶板不易冒落时,可用爆破进行强制放顶。

    放顶时能及时冒落下来的岩层称为直接顶板。直接顶板上部的比较稳固的岩层,经过多次放顶后,达到一定的暴露面积才发生冒落,这层顶板称为老顶,如图16-6所示。老顶大面积冒落前,会使工作面积压力急剧增加,如果管理不妥,甚至会将整个工作面压垮。老顶冒落引起的长臂工作面地压激烈增长的现象,称为二次顶压。

    (5)通风

    长臂工作面的通风条件较好,新鲜风流由下部阶段运输巷经行人静、切割巷道进入工作面。清洗工作面后的污风经上部安全道,排至上部阶段巷道。走向长度大时,应考虑分区通风。

    5、开采顺序

    多阶段同时回采时,上阶段应超前下阶段,其超前距离,应保证上部放顶区的地压已稳定为原则,一般不小于50m。阶段回采一般多采用后退式。在矿块中工作面的推进方向通常与阶段的回采顺序一致,但矿块中如有断层时,应使工作面与断层面成一定的交角,尽量避免二者平行。此外,工作面应由断层的上盘向下盘推进,如图16-7a所示,以便工作面推进到断层时,由矿层和岩石托住断层上盘岩体。如推进方向相反,则断层下的岩体作用在支柱上,容易压坏造成冒顶事故,如图16-7b所示。

    当开采多层矿时,上层矿的回采超前于下层矿;待上层矿采空区地压稳定后,才能回采下一层矿。庞家堡铁矿的经验是,下层矿比上层矿推后三个月采准,推后六个月回采。

    6、劳动组织  长臂法由于工作面要求及时支护,为了提高矿块的生产能力,加快推进速度,必须保证落矿、出矿和支护三大作业之间很好配合,在同一个班内常需同时进行各种作业,故一般采用综合工作队的劳动组织,由20~40人组成。

    阶梯工作面的落矿、出矿和支护三项作业分别在不同阶梯上面进行。工作面的作业循环,多采用一昼夜一循环的组织形式,即工作面的每一阶段上每昼夜各完成一次落矿、出矿和支护作业。

    文档信息
  • 文档上传人:admin
  • 文档格式:PPT
  • 上传日期:2014年11月20日
  • 文档星级:★★★★★
  • 需要煤安币:5个
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