3 金属矿床地下连续采矿技术(精品).ppt

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1、金属矿床地下开采连续采矿2012年3月地下金属矿山连续大量采矿工艺技术是国内外采矿界普遍关注的一个前沿性的研究课题。其主要经济优势体现在：1）可以改善井下工人的作业环境和工作条件；2）实现矿山机械化、连续化作业，提高采场的综合生产能力；3）缩短采场的回采周期，有利于深部地压的控制和管理；4）实现大规模、高强度的集中强化开采，降低采矿成本，提高开采的经济效益；5）提高回收率，减少矿产资源的损失浪费。因此，它对于未来21世纪矿山向开采范围深部化、规模大型化、操作自动化、生产连续化、管理现代化方向发展具有重要的意义。地下金属矿山连续开采的概念“地下矿山连续开采”这一概念随着现代矿山技术的发展逐步完善

2、。“地下矿山采矿连续工艺”依矿岩软硬程度的不同有2种形式：一是在硬度不大的矿岩如煤矿、钾盐等矿床开采中的采掘全工艺过程(如切割、落矿、装载、运搬)在同一空间内平行连续作业；二是在矿岩坚硬的矿山，如金属矿，在矿体、阶段或矿块的回采过程中落矿、出矿、运矿三大工序各自具有相对独立的作业条件，各工序间的相互协调，在不同的空间平行作业，由此组成高效率的连续开采工艺系统。连续开采主要包括4个层次的内容：（1）矿房的连续回采(层次)矿房的连续回采是指在采场的回采过程中落矿出矿、矿石运搬工艺的连续作业。研究的主要内容有适合于连续回采的采矿方法及采场结构，高效率、低大块率的凿岩、落矿技术，高效耐用和经济的采场连

3、续出矿和连续运搬设备。其目的是实现高效率、高能力的落矿、出矿、运矿的采场连续回采。这个层次下一步研究的重点将是大块的控制管理和出矿、运矿设备的改进和完善。（2）矿体（床）的连续开采（层次）它是指在矿体（床）的开采过程中，不留或少留矿柱，尽可能采用一步骤回采的开采模式。研究的主要内容有：开采方式（上行或下行），采场回采推进顺序（前进式或后退式），开拓、采准形式以及有利于采场安全的地压管理和控制技术。这一层次还有巨大的发展空间。（3）矿石的连续运送(层次)矿石的连续运送，是指井下矿石的转载、运输、提升等环节。研究的主要内容有：连续运送矿石的方式、运送设备及配套设备的研制等。该层次为地下开采矿石的后

4、处理工艺，近几年来，该层次的研究无重大突破，国外很多矿山用特殊的胶带运输机实现了地下开采矿石的连续运送。（4）全工艺过程的连续化（层次）全工艺过程的连续化是指掘进、落矿、出矿、搬运、运输等过程的连续化作业，是最高层次的连续开采，目前，这个层次在软岩矿中的研究和应用发展迅猛，已实现大规模工业开采全工艺过程的连续化。在硬岩开采中的研究难度较大，但如连续采矿机、冲击式采矿机、钻孔射流采矿等已开始投入试验阶段，这一领域具有广阔的前景，它对于硬岩中实现非爆破采矿具有重大的意义。4.1 连续采矿技术发展的背景一、采矿设备的大型化和智能化一、采矿设备的大型化和智能化近20年来，地下采矿技术的发展很快，采矿设

5、备在实现无轨化和液压化的基础上，向大型化和智能化发展。如载重25t的Toro2500E型电动铲运机；瑞典的井下开始使用120t的大型卡车；遥控铲运机、凿岩台车，无人驾驶汽车试验应用21世纪，实现地下矿山现代化是矿业界特别关注的问题。采矿设备逐步大型化和智能化，为采矿方法创新、采矿工艺技术变革和实现矿床开采规模化，提供了重要前提条件。二、采矿作业走向规模化和连续化二、采矿作业走向规模化和连续化采矿装备的大型化和智能化，推动着采矿方法朝生产集中化规模化方向发展。采矿设备的创新，推动着采矿工艺的变革。（1）露天：在现代大型和超大型金属露天矿，一种很有前途 的设备配置理念，其设备配置方案是；大型穿孔爆

6、破设备、巨型电铲（或装载机）、半固定式或可移式破碎站、大倾角胶带输送机（用于采矿场内的矿石输送）和长距离大型胶带输送机。间断连续开采工艺：在开采过程中，穿孔爆破作业是间断的，之后的装载、破碎、长距离输送都是连续进行的。（2）地下 采矿装备的大型化和智能化也为地下金属矿山带来巨大的发展空间，给采矿工艺变革注入了新的活力。20世纪80年代以来，出现了一些具有重大影响的采矿方法，如：垂直深孔球状药包落矿的阶段矿房法(VCR法)、侧向挤压落矿阶段矿房法、阶段自然崩落法、阶段强制崩落法、高分段无底柱崩落法和机械化充填采矿法等。采矿方法朝着大结构参数和简化底部结构的方向 发展：采准、切割合一、一步骤回采这

7、些方法的工艺技术创新，极大地提高了地下金属矿的采矿效率，进一步推动了矿山集中强化开采和规模化经营。目前，国内外有十余座年产量超过1000万吨的超大型地下金属矿山。如智利的EL Tenience铜矿，采用连续落矿的盘区崩落采矿法，年产矿石3500万吨；瑞典基律纳铁矿采用高分段崩落法，年产量超过2000万吨。三、连续采矿理念的形成三、连续采矿理念的形成 连续采矿首先出现于煤炭开采，因为煤矿是沉积矿床，产状平缓、规则、硬度不大，可用机械连续切割。超大型露天煤矿：采用巨型斗轮式挖掘机与大型胶带运输机配套的“连续采煤系统”。大型地下煤矿：采用大型采煤机配自行式掩护支架、刮板运输机、胶带运输机，所用的采矿

8、法是长壁式采矿法。地下金属矿山，由于矿床赋存多变且不规则，矿石坚硬，采下矿石块度大，要实现机械连续切割连续采矿难度很大。在地下金属矿山的传统采矿工艺中，矿石运搬是整个生产系统中最薄弱的环节。20世纪80年代前后，采矿工作者根据现代科学技术成就，提出了一些新的思路：研制高效的采矿新设备，完善大量落矿的采矿法，优化整个生产系统，实现采矿作业连续化。4.2 地下金属矿连续采矿模式一、地下金属矿连续采矿模式1）法国、英国等矿业发达国家的一些专家，主张采用连续切割机械采矿，一些公司也投入巨资开发机械切割破岩的采矿机。挑战：一是采矿机的采掘作业受金属矿床形态多变及复杂地质条件的限制；二是金属矿岩坚硬，采矿

9、机的切割头寿命相对较短，费用太高。2）基于爆破落矿技术的地下金属矿山连续采矿，相继在国内外开展了研究。地下金属矿山的连续采矿方式：第一类：单一采矿机的连续采矿。基于非爆破矿岩的狭义的连续采矿理念。采矿机的作业是直行采掘方式，破岩、装载、运矿工艺在同一空间平行连续进行。第二类：采装运机组与一步骤回采方法配套的连续采矿，是基于爆破破岩的广义连续采矿理念。在 大矿段中采用阶段连续推进（不留矿柱）的回采顺序，回采过程中，采、装、运工艺在不同空间平行连续进行。它不追求严格意义上的连续并行作业，而是以规模化为目标，通过创新采矿方法、工艺和设备，将各采矿工艺和设备有机组合起来，成为广义的连续采矿系统。目前，

10、第二类连续采矿方式的理念，已在地下金属矿山中逐步推广应用，并已经出现了两种连续采矿模式。（1）一步骤回采的采矿法与无轨设备构成的连续采矿系统。（2）一步骤回采的采矿法与连续作业机组构成的连续采矿系统。对于第二种连续采矿模式，国内中南大学和北京矿冶研究总院，分别试验了两种由连续作业机组实现的连续采矿方案。二、一步骤房式回采连续采矿的概念方案 以大矿段为回采单元，采用一步骤回采、阶段矿房法连续推进，在回采过程中，落矿、出矿、运矿、充填四个工序各自具有相对独立的作业条件，各工序间相互协调，在不同的空间平行进行，采下矿石通过振动连续作业机组运至采场溜井，矿石在溜井下部用振动出矿机向矿车装载，矿石由电机

11、车运至井底车场。在我国，地下金属矿山连续大量采矿技术的研究发展经历了3个主要阶段：即采场振动出矿、采场连续大量采矿、区域无间柱连续量采矿阶段等。“六五”期间，进行了以采场（溜井）振动出矿为重点的试验研究，形成了以振动放矿理论为核心的理论成果；研制成功了一批各种型号和规格的振动放矿机，并投入工矿企业使用，产生了巨大的经济效益和社会效益，促进了我国采矿技术的进步。在“七五”和“八五”科技攻关中，在采场的连续采矿工艺技术方面进行了大量的理论、设备及工艺技术工业试验研究，首创了连续采矿采场运搬作业线，即采场轻型组合式振动出矿机-移动式分节振动运输列车-原矿振动条筛-采场溜井。研制成功了采场振动连续出矿

12、运矿作业机组，实现了采场连续采矿，标志着我国连续采矿技术的发展进入了新的阶段。4.3 无间柱连续开采技术“九五”期间，研究探索了区域连续采矿工艺技术，提出了以矿段为回采单元的连续采矿工艺技术，即“无间柱连续采矿”技术，并进行了工业试验，取得了理论研究和工业实践的重要成果。现重点介绍该项技术的工业试验和研究成果。工业试验开采技术条件试验矿段选定在-360 m至-300 m号矿体的原8号矿柱与9号矿房。矿段沿走向长45 m，高48 m，宽为矿体的厚度，平均为14 m。矿体倾角75以上。设计采矿量11.5万t，铜矿石品位0.93%。矿石坚硬稳固，但水平节理较发育，局部矿段比较破碎，稳固性有所降低。矿

13、体上盘为花岗闪长岩，易风化，属中等稳固；下盘为灰岩，较稳固。主要技术思想：将矿体划分为阶段，再将阶段划分为矿段；以矿段为回采单元，矿段间不留间柱；采切、回采、充填三大工序分别在相邻的3个矿段中平行进行；矿段回采采用采场连续工艺，矿段回采结束后，随即转入快速充填；3个矿段的作业相互衔接，阶段采矿工作连续推进。由于连续采矿是以矿段为回采单元进行的采矿，矿段间不留矿柱，故称为“无间柱连续采矿”。实施的总体方案是：将阶段划分为矿段，以矿段为回采单元，不留间柱。采用下向平行深孔侧向崩矿(矿段中部拉切割槽)。无二次破碎水平的组合式振动出矿机底部结构。用分节式振动运输列车运搬矿石。崩矿过程中，靠充填空区一侧

14、留临时隔离矿壁，待本矿段出矿工作将结束时再一次崩矿，强化出矿，并随即快速充填空区。采切、回采、充填工序在3个相邻矿段间平行进行，相互衔接，采矿工作面在阶段上连续推进。试验矿段长45 m，高48 m，分为2个宽度不等的作业区，先采15 m宽的一分区，一分区崩矿、出矿完成后，跟随采用高水尾砂胶结料进行快速充填，分区间预留5.5 m宽的临时矿壁。该矿壁待二分区崩矿、出矿结束时，一次崩落，并组织快速放出。采场的主要结构是：第二分区矿房30 m，设计采用振动出矿的平底式底部结构，用改进完善的振动连续作业机组出矿。为降低充填成本，一分区采用自行研制成功的复合型高水速凝材料跟随快速充填；二分区采用全尾砂充填

15、。第一矿段回采结束，即可转入第二矿段回采。n回采工艺(1)凿岩爆破。采用CD-90型钻机凿岩，孔径165 mm。采用深孔柱状药包侧向挤压崩矿方案。先以切割天井为自由面，采用深孔爆破分次扩槽的方式形成切割槽；再以切割槽为自由面，采用侧向崩矿方式先崩落一分区矿石，待一分区出矿完毕准备充填时,开始二分区的崩矿出矿。(2)出矿运矿。试验矿段设计分为2个作业区进行回采，因此设计采用了2种不同形式的底部结构。一分区为漏斗底部结构，采用T4G出矿，二分区设计为无二次破碎水平的振动出矿底部结构，采用振动连续作业机组出矿。(3)采场充填。在一分区崩矿出矿后跟随用高水尾砂固结充填采空区，形成具有一定强度(大于15

16、 MPa)的充填体。二分区采用全尾砂充填。连续作业系统的组成采场出矿振动机组连续作业系统由3台FSZ-型振动出矿机、7节HZY型分节振动运输列车、原矿振动条筛和溜井下部装载及中段运输等设备组成。其出矿运矿作业程序是:采场崩落矿石出矿口的振动出矿机放出振动运输列车溜井口的振动条筛合格块度到溜井(不合格二次破碎)XL-20型7t架线式电机车主井矿仓。由此实现采场出矿、运矿、筛分和处理大块的连续作业。4.4 我国连续开采技术的发展方向1)加强连续开采的理论研究。目前我国连续出矿、运矿技术和设备得到迅速发展，但采矿方法和工艺没有大的突破，对低层次的开采模式，偏重设备的研制和试验是正确的，但向高层次模式

17、发展，必须加强工艺与设备的合理配套、适合连续工艺设备的合格块度标准优化、连续工艺的合理应用范围、作业集中程度的优化确定等问题理论研究，创造与连续采矿技术相适应的连续采矿理论基础。2)改善连续开采试验研究模式过于单一的局面。各地大小规模的工业试验都集中在矿房的连续回采，而没有更深层次的研究。因此，应加强无矿体连续开采技术的研究。3)加强连续采矿工艺技术相关的岩石力学研究。今后应通过计算机数值模拟、相似材料模拟等手段加强连续采矿工艺的岩石力学研究。4)创造与采矿连续工艺相适应的采矿方法与开拓采准系统。目前，我国地下金属矿山除崩落采矿法外，大都采用留房间矿柱的二步骤回采，矿柱损失大，回采效率不高。变

18、革现在开拓系统与回采顺序，采用不留矿柱，一步骤快速推进，实现高阶段、大矿段连续回采，并建立与之相适应的连续运输系统是今后连续开采发展的大趋势。5)提高矿石的破碎质量，使之与连续作业设备相适应。采用块度标准两步制，即出矿以1 100 mm为目标，落矿以500 mm为目标，将放出大块实行集中二次破碎；另一方面要优化凿岩爆破参数，尽可能降低大块产出率。6)不断研制出矿、运矿及破碎新设备。大型高效的矿山设备是研究和推广应用地下连续开采技术的前提条件，今后需要进一步改进和完善连续出矿、运矿设备,提高设备拆装灵活性、工作可靠性及抗冲击性能,并不断开发研制新型设备。新型的井下移动式破碎机已逐步开始推广应用，

19、胶带运输机技术也日趋成熟，在不远的将来，我国的地下金属矿山连续开采将从采场连续作业向全矿系统的连续开采迈进。无间柱连续采矿工业试验方案如图1。由图1知，对于任一矿段，在回采作业时将其进一步划分为1、2两个分区，并且在2分区回采过程中，在紧邻1分区的一端留临时矿壁。在凿岩峒室设临时点柱，以支撑峒室顶板。“临时”是指临时存在一段时间。在矿段回采过程中，2分区回采后期，矿壁和点柱将被回收。矿段回采顺序为：首先崩落1分区内的矿石，出矿后随即用尾砂胶结充填1分区的空区；接下来，崩落并放出2分区内的矿石，待大量出矿工作快要结束时，最后一次性崩落临时矿壁，放出2分区的矿石，用尾砂充填空区，结束该矿段的回采作

20、业。采场下向深孔的凿岩工作是用CD一360型高风压潜孔钻机在凿岩峒室完成的，孔径为120-165 mm，孔深3048m。为了提高临时矿壁的稳定性，接近临时矿壁的炮孔，采用预裂爆破。(1)振动运输列车连续运矿作业线。试验在狮子山铜矿西山矿段15号采场进行。共安装了3台轻型组合式振动出矿机，漏斗间距为10m，振动运输列车由11节组成，总长度40m，在溜井口上部安装了原矿振动条筛。出矿时，采场原矿经大出矿口的组合式振动出矿机放到振动运输列车上，在运输槽的激振动力作用下，矿石被连续不断地输送到溜井口上部的条筛上，大块由振动条筛输送到专用二次破碎硐室集中处理；合格块度则直接进入溜井，到下部运输水平由振动

21、装矿车运至主井矿仓(见图1)。凤凰山铜矿振动机组连续作业强化开采工艺采用了二次破碎水平的平底式底部结构，安装了5台双台板组合式振动出矿机，放矿口尺寸为22mx 19m(宽x高)。溜井设在采场中央位置，采场南北两端由4台和7台振动运输列车组成了两条运输作业线，对中央溜井给矿，通过溜井口的振动条筛将大块运至二次破碎硐室，用YS一50型液压碎石机集中破碎；溜井下部用振动出矿机向矿车装矿，运至矿仓(见图2)采场出矿振动机组连续作业系统由3台FSZ一振动出矿机、7节I-IZY型分节振动运输列车、原矿振动条筛和溜井下部装载及中段运输等设备组成。其出矿运矿作业程序是：采场崩落矿石一溜井口的振动条筛一合格块矿到溜井(不合格块矿进行二次破碎)一XL一20型7t架线式电机车一主井矿仓。由此实现采场出矿、运矿、筛分和处理大块的连续作业(见图4)。主要技术思想：即在一个阶段上将矿体划分为矿段，以矿段为回采单元，不留间柱，以垂直深孔为主要落矿手段，采用无二次破碎水平的底部结构，采准、回采和充填3项作业分别在相邻区段同时进行，相互衔接，连续推进，采后跟随快速充填。试验地点与回采方案如图1所示。复习题1）金属矿床地下开采连续采矿方式 2）我国连续开采技术的主要发展方向3）无间柱连续开采技术的主要思想