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基本特征
无底柱分段崩落采矿法是分段下部没有底部结构,分段的凿岩、崩矿和出矿都在回采巷道中进行。因此,大大简化了采场结构,为使用无轨自行设备创造了有利条件。
布置
1、常用的分段高度为12~15m,通过斜坡道、设备井、电梯井与各分段的联络巷道相联系。
2、分段联络巷道一般位于矿体下盘,通常每隔20m左右掘进一条回采进路,上下分段的回采进路采用菱形布置。
3、在进路的端部开切割槽,以切割槽为自由面用中深孔或深孔挤压爆破,后退回采,每次爆破1~2排炮孔,崩落矿石在崩落的覆盖岩石下,从进路的端部用铲运机、装岩机等出矿设备运到放矿溜井。
4、在上一分段退采到一定距离后,便可开始进行下一分段的回采。
5、此方法掘进回采进路、钻凿炮孔、出矿可以在同一矿块的不同分段同时进行。
矿块结构参数
1、阶段高度:阶段高度一般为50~70m(中等稳固以上的急倾斜矿体),无底柱分段崩落法与阶段高度的制约关系不太大,在实际开采中可按一般的开采原则。
2、分段高度:分段高度主要受设备能力的限制,国内的分段高度一般采用12~15m,为了减少采准工程量,在凿岩设备能力允许的条件下,可适当加大分段高度。
3、进路间距:在分段高度确定后,便可根据放矿理论,使其损失、贫化指标最佳的原则来确定进路间距。
4、进路的规格和形状:回采进路的规格和形状对出矿工作有很大影响,在保证巷道顶板和眉线稳固的条件下,需从以下方面加以考虑:
a.进路宽度应尽可能大,以增大放出体的宽度,提高矿石回收率和便于出矿设备运行。
b.进路的高度在满足凿岩设备及通风管道布置的要求时,应尽可能低,以减少残留在进路正面的矿石损失。
c.进路的顶板以平顶为好,以便矿石能均匀地在全宽上放出,若顶板呈拱形,矿石将集中在拱顶部放出,容易造成废石提前流出。
d.国内常用的进路宽度为3~4m, 高度为3m。
适用条件
无底柱分段崩落法的适用条件,除崩落法的一般适用条件外还须考虑下列条件:
a.矿石要有一定的稳固性,进路一般不需要大量维护,爆破后眉线不易冒落,炮孔不易变形,能保证正常的装药爆破工作。
b.围岩最好能成大块自然崩落,也可以采用强制崩落。 c.此法适用于急倾斜中厚以上的矿体,以及倾斜的、缓倾斜的极厚矿体。由于分段之间进路采用菱形布置,上分段进路之间的一部分矿石要在下分段回收,如果矿体厚度在垂直方向不能重合地布置3~5个分段,因而会造成矿石损失量太大故不宜采用此法。
d.矿石不太贵重,围岩含品位,可选性好有利于使用本法。
优点:
a.无底柱分段崩落法,没有复杂的底部结构,采准和回采工艺简单,便于采用大型无轨设备,实现高度机械化。此方法的各回采步骤几乎可以标准化重复进行,有利于作业的专业化和机械化。
b.回采工作以进路为单位,掘进回采进路、钻凿深孔、出矿等作业可以在同一矿块上下分段的不同进路中同时进行,作业集中互不干扰,易于管理,具有较大的灵活性,并能较快地投入生产。
c.生产能力大,劳动生产率高。
d.工人在断面不大的进路中作业,安全性好。此外,在进路端部出矿,没有狭窄的放矿口,不以堵塞,发生堵塞时处理也比较方便。
e.在进路中以小步距后退回采,有利于分采分运、剔除夹石。
缺点 :
a.在覆盖岩石下放矿,且每次崩矿的矿石都是在多个废石接触面下放出,故矿石贫化率大。
b.回采工作在独头巷道中进行,通风条件差。
适用条件:顶板不稳固、矿体厚度小于3米、矿体倾角小于30度(缓倾斜矿体)。
主要开采矿种:煤矿、铁矿、锰矿、铝土矿以及粘土矿等。
回采工艺:将阶段(盘区)划分矿块(采区),回采在矿体的全厚并沿走向推进;当回采工作面推进到一定距离(称为悬顶距,顶板在支柱条件下最大允许暴露面积/矿房长度)后,有计划回收支柱并使顶板崩落(崩落的长度称为放顶距),实现对采场地压的管理;由支柱维持的采场空间宽度,称为控顶距。
崩落围岩实现采场地压管理的一类采矿法。
(1)随着采场矿石的崩落,用强制或自然的方式崩落围岩并充填采空区,实现采场地压管理;
(2)采场地压的管理是通过围岩的崩落释放地压和围岩充填空区两个方面的作用实现的;
(3)通常情况下,崩落矿石是在覆岩下放出的,放矿成为影响崩落法采矿技术经济效果的重要环节之一;
一般地讲,崩落法对矿体赋存条件,矿岩的物理力学性质等都具有比较广泛的适应范围。理想的适用条件是——上盘围岩能呈块状自然崩落,矿石中等以上稳固的急倾斜原矿体。地表允许塌落是使用这种方法的必要前提。由于这种方法在开采时矿石损失贫化大,因而它不用于开采高价、高品位的矿床。崩落法有生产效率高,作业安全和使用灵活等优点。用这类采矿方法采出的矿石量,约占地下总采矿量的26%,可以予计,随着采矿技术的发展,它将会得到更广泛的应用。
小型露天采石. ............. 第十二条作业单位应当采用台阶式开采,淘汰落后和不安全的开采方式,严禁采用扩壶爆破、掏底崩落等开采方式。 不能采用台阶式开采的,应当自上而下分层顺序开采。实施...
小型露天采石. ............. 第十二条作业单位应当采用台阶式开采,淘汰落后和不安全的开采方式,严禁采用扩壶爆破、掏底崩落等开采方式。 不能采用台阶式开采的,应当自上而下分层顺序开采。实施...
连续分段控制法,又称莫法特休息法,简单地说就是先区别各种工作时间的性质,纳入“连续一分段一连续一分段”的组合公式进行处理。如此便能充分利用间隔或空档的时段,创造出更多可供利用的时间。这种时间法则和农业...
没有或者不能采用大型无轨设备的采矿方法,都属于比较落后和逐步被淘汰的采矿方法。有底柱分段崩落法特别是水平深孔落矿的有底柱分段崩落法,由于每个分段都有复杂的底部结构,不便于大型无轨设备的使用,更属于落后和淘汰的方法。
有底柱分段崩落法本方法具有以下基本特征:
(1)将阶段划分成若千个分段,矿石自上而下的逐段进行回采;
(2)放矿、运搬及二次破碎均在底柱中开凿的专门巷道中进行,底柱将随同下一分段一同采出;
(3)围岩在回采过程中自然或强制崩落,放矿是在崩落的覆岩下进行。我国从六十年代初期,开始应用这种采矿方法,十多年来取得了显著的成就,积累了丰富的经验。这种采矿方法,在我国中条山、铜官山、云南等不少有色金属矿山,获得了迅速的发展。
分段崩落法底部结构中漏斗施工方法评析
本文以丰富的实践经验及教训,总结了有底部结构的分段崩落法中底部结构的作用各种各扩漏方法的优缺点,供采矿技术人员借鉴,以确保大爆破的效果。
分段崩落法底部结构中漏斗施工方法评析
本文以丰富的实践经验及教训,总结了有底部结构的分段崩落法中底部结构的作用各种各扩漏方法的优缺点,供采矿技术人员借鉴,以确保大爆破的效果。
有底柱分段崩落采矿法是指用中深孔或深孔在分段凿岩巷道中落矿。从分段底部的出矿巷道中出矿的分段崩落采矿法,出矿巷道包括漏斗、斗颈、斗穿和耙矿巷道等。根据矿体倾角大小,分段底部的出矿巷道分别位于矿体或下盘岩石中。按回采中崩落方向不同,有底柱分段崩落采矿法可分为水平层落矿有底柱分段崩落采矿法和垂直层落矿有底柱分段崩落采矿法。前者用自由空间爆破落矿或用小补偿空间挤压爆破落矿。后者用小补偿空间挤压爆破落矿或用侧向挤压爆破落矿 。
与垂直层落矿有底柱分段崩落采矿法相比,水平层落矿有底柱分段崩落采矿法的优点是:所需的水平拉底巷道容易掘进,水平炮孔容易装药。其缺点是:凿岩硐室由于尺寸大,容易失稳;进行回采凿岩爆破时沿凿岩天井行人、升降设备和运送炸药都不方便,回采爆破载荷影响底柱的稳定性。
随回采工作面的推进,有计划地崩落围岩填充采空区以管理地压的采矿方法。基本特征是崩落围岩,回采部分矿房矿柱。适用于围岩容易崩落、地表允许塌陷的矿体。崩落采矿法按回采方式分为:壁式崩落法、分层崩落法、无底柱分段崩落法、有底柱分段崩落法和阶段崩落法。
分层崩落法应用最早。带假顶的低分段的分段崩落法于19世纪90年代首先用于美国上湖区的一些矿山。由于这两种方法成本高,木材消耗量大,现已很少使用。壁式崩落法是借鉴壁式采煤法的经验逐步发展起来的。瑞典在20世纪50年代应用了端部出矿的低分段无底柱分段崩落法。随着大型自行无轨设备的出现和覆岩下端部放矿理论的发展,60年代初开始推广使用菱形布置的现代无底柱分段崩落法。此法在中国、加拿大、赞比亚、美国和苏联等国迅速得到推广。美国首先成功地使用阶段自然崩落法。苏联于40年代开始应用深孔落矿的有底柱分段崩落法。随着深孔凿岩设备、爆破技术的不断改进和覆岩下放矿理论的不断完善,分段不断增高,一次崩矿面积不断扩大,逐步形成了现代有底柱分段崩落法的一些主要方案。与此同时,还成功地使用了阶段强制崩落法。中国于60年代初期开始试验深孔落矿的有底柱分段崩落法和阶段强制崩落法。1978年,有色金属地下矿山用这两种方法采出的矿量占总量的27.3%;60年代后期开始试验无底柱分段崩落法,目前用此法采出的铁矿石,占地下铁矿生产总量的80%以上。
分段崩落法和阶段崩落法的共同特点是在崩落围岩覆盖下放出矿石。崩落覆盖岩层的作用是控制地压,形成缓冲垫层和良好的放矿和挤压爆破条件。围岩能自然崩落,形成覆盖岩层,最为理想;如围岩稳固,则需强制崩落,形成一定厚度的覆盖岩层。覆岩下放矿时,因崩落废石混入,矿石的损失、贫化都很高,适于开采矿石价值不高的矿体。如围岩矿化和矿石可选性好,采用本法有利。根据放矿理论,合理选择采矿法参数和放矿制度,严格管理放矿工作,可降低矿石的损失和贫化(见放矿)。覆岩下放矿的回收和贫化指标是相关联的。在正常条件下,矿石损失和贫化的大小,取决于截止放矿时的放出矿石品位。截止品位降低,回采率将增高,但贫化率也随之增高。因此,根据各矿的具体条件,在大量统计和优化的基础上,确定一个合理的截止品位,是提高经济效益的重要途径。
为了容纳分段崩落法和阶段崩落法在矿石崩落后胀大的体积,落矿前都须在矿块中形成补偿空间。切割槽,拉底空间,某些采准切割巷道,或崩落矿岩的松散间隙,都可作为补偿空间。补偿空间体积与崩落矿石实体体积的比值叫补偿比,其值为10~30%。
壁式崩落采矿法 适用于开采顶板不够稳固,厚度不大的缓倾斜层状矿床。它的特点是一次开采矿体全厚。根据工作面的布置形式,壁式崩落法分为:长壁崩落法、短壁崩落法和进路崩落法。①长壁崩落法工作面,布置与壁式采煤法近似。因矿石坚硬,多用凿岩爆破法落矿、电扒出矿。工作面长度一般不超过50~60m。近年在中硬以下矿体中,开始试验使用液压支架和采矿机的综合机械化长壁采矿法。②短壁崩落法,顶板稳固性差时将长壁面划分为短壁面以利顶板管理。③进路崩落法,顶板稳定性很差且矿体赋存不规则时,用宽2~2.5m的进路回采矿石,根据地压大小,每采1~2条进路崩落一次顶板。长壁崩落法采准和工作面布置简单,在缓倾斜薄矿层回采中是一种生产能力较大、效率较高、通风条件较好的采矿法。短壁和进路崩落法的工作面短小,灵活性大,适用于开采地压较大、赋存条件复杂的矿层。中国龙烟铁矿应用长壁崩落法。大部分粘土矿和锰矿应用短壁崩落法和进路崩落法。
分层崩落法 将矿块在垂直方向划分为小于3m的分层,自上而下逐层回采。回采工作在假顶保护下进行。本法的缺点是:木材消耗量大,工序复杂,劳动生产率低,成本高,通风条件差;优点是贫化率低(约3~5%),回收率高(可达90~95%)。过去曾广泛应用,现在已逐步由其他高效采矿方法取代,应用比例很小。
分层可用壁式工作面或进路回采。采用浅眼落矿,崩落的矿石用电耙运至溜井,下放到阶段运输平巷(见矿山井巷)。随着工作面的推进,及时支护进路或壁式工作面。根据地压情况,每采完1~2个进路,或壁式工作面推进一定距离,放顶一次,将支架回收使顶板冒落。放顶前,在放顶区底板铺设假顶,作为下分层回采时的顶板。假顶用木材、金属网、竹笆、钢筋混凝土等材料铺设。回采第一阶段上部几个分层时,在假顶上部由废旧坑木逐渐形成厚度大于一个分层的隔离层,以防废石冲入。隔离层上部应有5~10m以上的岩石垫层,以缓冲围岩崩落时所造成的冲击力,确保安全生产。
有底柱分段崩落法 特点是分段落矿,通过底部结构放出崩落的矿石。底部结构简称底柱,位于矿块或矿房底部,其中布置出矿巷道、斗穿、斗颈、漏斗或堑沟和溜井,根据出矿方法分为电耙、格筛和装载机械三种底部结构。中国矿山多采用电耙出矿的底部结构(图1)。电耙出矿的主要缺点是计量困难,结构较复杂,回收底柱时损失、贫化大,随着高效率无轨自行装运设备的出现,目前已逐渐改用装载机械出矿的平底结构。
有底柱分段崩落法有水平分层和垂直分层两种落矿方案。中国矿山广泛采用后一方案。垂直分层落矿方案的优点是爆破对底柱的破坏小,使用挤压爆破技术的落矿质量好,矿块结构简单,易于实现凿岩机械化,工作安全,但人工装药的劳动强度大。挤压爆破时,利用切割井巷或利用相邻已采矿块的崩落矿岩间隙做补偿空间,补偿比较小,约为15~20%。图1是向相邻崩落矿岩挤压爆破的方案。在分段下部形成底部结构,上部掘进凿岩巷道和通风行人天井后,钻上向扇形深孔,向相邻崩落矿岩方向挤压爆破落矿。爆破落矿前,相邻矿块必须进行松动放矿,以提供补偿空间。一次挤压爆破层厚度通常为 10~20m。这种方案的切割工作量低,爆破质量较好,但使用条件严格。回采矿块不和已采的崩落矿块相邻,或崩落矿岩的补偿空间不足时,可用切割井巷做补偿空间,进行挤压爆破。
有底柱分段崩落法有许多回采方案,适用于各种稳固程度的中厚以上的倾斜、急倾斜矿体和缓倾斜厚矿体。主要优点是适应性强;用电耙出矿,操作、维修简单;通风条件好。主要缺点是采准切割工程最大;巷道施工不易实现机械化,劳动条件差;矿石损失、贫化大。
无底柱分段崩落法 特点是凿岩、崩矿和出矿在同一个分段回采巷道内顺序进行,以较小的崩矿步距向崩落区进行挤压爆破,不设底部结构,崩落的矿石自回采巷道端部直接放出,用装载设备装运至溜井。本法的优点是:结构简单,有利于使用大型机械化无轨自行设备;各工序都在水平巷道内进行,工作安全;能分采和剔出夹石。缺点是通风差,矿石损失、贫化高。适于开采围岩易崩落、矿石稳固的急倾斜厚矿体。若矿石不稳固,回采巷道维护困难;倾角小和矿体薄,矿石损失、贫化将增大。
采矿方法布置见图2。在分段水平掘进称为进路的回采巷道和联络巷道。回采巷道端部,掘进切割巷道和切割天井。 在回采巷道和切割巷道中凿上向扇形深孔。回采前先在回采巷道端部拉切割槽,然后分步距爆破进行回采。回采分段上部应保持大于1.5~2个分段高度的崩落覆盖岩层。沿走向每隔一定距离布置设备井或斜坡道,向分段运送设备、材料和人员。
分段高度、进路间距、崩矿步距三个参数要合理配合,符合覆岩下放矿的矿岩流动规律。分段高度主要受凿岩设备的限制,过大将影响凿岩效率和爆破质量,过小则增大采准工作量。常用的高度为10m左右。上下分段的回采巷道应严格按菱形布置,以便将上分段回采巷道两侧的脊部残留矿石,在下分段出矿时尽量回收出来。同一分段内的回采巷道应互相平行。常用的回采巷道间距是8~10m。采准工作完成后,崩矿步距是惟一能调节的参数。常用的崩矿步距是 1.8~2.5m。如果参数选择合理,生产正常,在贫化率15~20%的条件下,回收率可达85%以上。
凿岩主要使用单机、双机或三机自行台车。个别矿山也有用圆环雪橇式台架的。台车和台架均配重型凿岩机。出矿主要采用装运机和铲运机,运距较长时用装载机械配自卸卡车或自行矿车。
阶段崩落法 特点是在阶段全高上借助凿岩爆破或重力崩落矿石,并在崩落覆盖岩层下通过矿块的底部结构放出矿石。阶段崩落法分阶段强制崩落法和阶段自然崩落法。
阶段强制崩落法 主要利用凿岩爆破落矿。矿块布置和回采工艺大体与有底柱分段崩落法相似。本法的主要特点是整个阶段高度一次落矿,不划分分段。阶段强制崩落法也分水平深孔落矿方案和垂直深孔落矿方案。水平深孔落矿方案须形成与落矿范围相适应的水平补偿空间,掘进凿岩天井和凿岩硐室。在凿岩天井或硐室中钻水平深孔需搬运凿岩设备,作业条件差。本法适用于开采矿石比较稳固,无自燃和粘结性而形状又比较规则的厚大矿体。主要优点是矿块生产能力大,采准工作量小,劳动生产率高,成本低,存窿矿石多,有利于调节生产。主要缺点是落矿高度大,放矿管理要求严格,出矿时间长,矿岩不够稳固时底柱维护困难。
阶段自然崩落法 主要靠矿石自重落矿,在矿体回采单元(矿块或盘区)下部进行较大水平面积拉底,在侧部用巷道和深孔爆破切帮后,矿石在阶段的整个高度上随放矿而逐渐自然崩落(图3)。控制放矿速度和调节切帮工程,可保证矿石破碎质量和正常连续崩落。本法将矿体划分成矿块、盘区或全矿体连续崩落。矿块或盘区的水平尺寸主要取决于矿石的崩落难易程度、要求的崩落速度和底柱的稳固性。合理矿块尺寸应保证矿石按要求连续自然崩落,出矿巷道不发生破坏。
应用阶段自然崩落法的主要条件是在拉底、切帮后,矿石能自然崩落成合格的块度。适用于矿石节理裂隙发育,矿体与围岩界线明显,易于分离,围岩较矿石滞后崩落的厚大矿体。本法生产能力大,是成本最低的地下采矿法,在有些条件下接近露天开采,主要缺点是采准时间长,一次投资大,使用条件严格。此法在美国应用较多。