建井工程技术基础知识

第一编建井工程技术操作基础第一章建井采矿工业第一节采矿工业及技术的发展一、采矿工业的发展我国矿产资源丰富，品种比较齐全，到目前为止，已探明储量的矿产达130多种，其中锑、钨、钼、汞、锡、钒、铁、稀土金属、菱镁矿，萤石、重晶石，磷，硼，石墨、石膏、膨润土等20多种矿产居世界前列，这些矿产资源为迅速发展我国的采矿工业提供了物质条件。解放前，我国采矿工业技术落后，设备陈旧，生产不振，矿产资源遭受了严重的破坏新国成立30多年以来，对矿山建设很为重视，投资约达300亿元，使采矿工业的落后面貌得到了改变。新中国矿山生产发展的过程是：解放头三年，主要是恢复生产，对个别矿山进行了改扩建。第一个五年计划时期，新建和扩建一大批矿山，矿石产量增长很快，为发展采矿工业打下了良好的基础。第二个五年计划开始时，采矿工业发展迅猛，但由于工作失误，造成采剥（掘）失调，致使!%&#年以后产量下降。自1963年至1965年进行了三年国民经济大调整，巩固了矿山原有生产水平，并有所提高。1966年开始了第三个五年计划建设，但由于“文化大革命”的干扰，生产发展又遭受挫折。在第五和第六个五年计划时期，主要是在党的十一届三中全会以后，把工作重点转移到经济建设上来，采矿工业才又得到健康发展。1986年3月国家颁布了《中华人民共和国矿产资源法》，1987年4月国务院又制订了《矿产资源勘查登记管理暂行办法》、《全民所有制矿山企业采矿登记管理暂行办法》、《矿产资源监督管理暂行办法》等具体条例。这些法规对合理利用矿产资源正在起着和将要起到良好的作用。1985年，我国除燃料矿产品外，年产各种金属及非金属矿石（不包括砂石）达到5.9亿吨。表1-1列出了“六五”期间主要矿种的平均年产矿石量（不包括地方中小型矿山的产量），为了与解放前后对比，也列出了1949年和解放初期（经济恢复时期和“一五”期间）的矿石年平均产量。从表中看出：1981~1985年主要矿种的年平均矿石产量与1949年的比较分别超过了百余倍至数百倍，为经济恢复时期的30倍，“一五”期间的6.3倍。①包括钼、锑、汞、镍，铬，金、铀等矿，其中金矿1983年以后未计入产量，铀矿自1960年起才有产量；②石灰石矿为钢铁冶金辅助原料的产量，未包括化学工业和建筑材料部门的石灰石矿产量约2亿余吨；③包括白云石、硅石、萤石，硼矿等矿，其中萤石矿自1957年起才有产量，破矿自1956年起才有产量；④铝土矿自1954年起才有产量⑤高岭土自1955年起才有产量。我国矿山规模不断扩大，矿山数目急剧增加。据1985年对全国主要金属和非金属矿产统配矿山的统计，年产矿石300万吨以上的矿山有15座，年产矿石100～390万吨的矿山有32座，各主要矿种统配的露天矿和地下矿共达332座，见表1-2。表1-21985年我国主要金属和非金属矿产统配矿山数目单位：座二、露天开采技术的进步露天采矿在我国采掘工业中得到优先发展。据1985年矿石量统计，露天开采比重，石灰石、菱镁矿，大理石为100%，铁矿为87%，有色金属矿和磷矿各为50%，硫铁矿为35%，铀矿为20%。1、露天开采方法为缩短基建周期、减少基建投资和降低生产剥采比，我国一些露天矿如南芬，东鞍山、大孤山、水厂等铁矿以及白银铜矿，昆明磷矿等都采用了分期分区开采方式，获得较好的经济效益。这些矿山以前都沿用缓工作帮坡角开采方式，70年代以来，有的矿山已开始使用陡帮开采，对推迟剥离峰期，进一步均衡剥采比，取得显著的效果，且为分期分区采矿创造了良好的过渡条件。弓长岭铁矿独木采区改用陡帮开采后，1972～1982年比过去五年平均年产矿石量提高一倍多，获经济效益7800余万元。湖南浏阳磷矿采用陡帮开采后，平衡了生产剥采比，保证了产量的接替。我国露天矿开拓方法，按运输方式主要分为铁路运输和汽车运输。铁路运输在露天矿的使用量占主要地位，其中铁矿按产量计约占60%；汽车运输开拓方式机动灵活，在我国化学原料和有色金属等露天矿得到极广泛的应用。近年，东鞍山等铁矿采用半固定式破碎机及带式输送机等设备实现了半连续运输的方式。石人沟铁矿和大孤山铁矿的带式输送礼运输也已投产使用。平硐溜井开拓在—‘些地形高差大的露天矿有较大的发展，大中型石灰石露天矿使用量占80%。南芬铁矿的溜井系统，直径6m，深度450m，生产能力为750万吨$年。70年代以来，对溜井结构参数，放矿口结构形式、溜井的磨损规律与井壁加固施工工艺、预防堵漏和跑矿等技术作了大量研究与改进工作。露天矿山采用了许多新的掘沟方法和工艺。大孤山矿采用梭式调车“宽爆窄出”掘沟工艺，后又采用长臂铲下卧开段沟上装车法；大冶铁矿采用双铲联合交错分层掘沟法；大冶、南山、眼前山铁矿采用汽车—铁路联合运输掘沟工艺；白银铜矿采用无纵向段沟掘沟方法都不同程度地提高了掘沟速度。此外，70年代以来随着采用大区爆破，以及近年在岩石松软、节理发育的矿山采用无穿爆开采工艺，对露天采场参数，特别是平台布置都引起显著的变化。我国砂矿开采历史悠久过去只是用水力机械化开采砂锡和砂金，现已扩大到用于开采钛铁矿、锰矿、钽铌铁矿、锆英石、金刚石、粘土等矿物。近十余年来还使用采矿船开采砂金矿床。我国近年已捞取了锰结核试样，开始开展深海矿床开采的研究工作。我国正在积极发展热熔、水溶以及溶浸采矿。例如，泰安矿用钻孔热熔法开采自然疏，吴城矿用钻孔水溶法开采天然碱，铀矿开采正在推广应用堆浸技术和钻孔溶浸技术。盐湖矿床是一种独特的矿床。青海察尔汗盐湖采用沟渠开采晶间卤水，晒制光卤石后采用抛料式采盐机开采的旱采工艺和采盐船开采光卤石的水采工艺，内蒙查干诺尔碱矿采用索斗铲开采技术，都取得良好效果。2.露天开采设备露天开采设备的发展，经历了由小到大、由低效到高效、由单机作业到主辅工序设备配套发展的过程。我国露天矿穿孔设备自60年代起，相继研制成YQ-150型KQ-150/200型潜孔钻机，近几年又发展了SQ-100J型高压潜孔钻机。与钻机配套，相应地研制多种型号的冲击器和钻头，其中W-200型、J-200B型已进入国际市场。在研制潜孔钻机的同时，我国于70年代引进了48R,60R等型号的牙轮钻机。近年研制成钻压35t的YZ-35型高钻架牙轮钻机，已批量生产。钻压55t的YZ-55型牙轮钻机亦于1985年底通过技术鉴定。与此同时，研制并生产出13个规格19个品种的露天矿用牙轮钻头，赊满足国内需要外，已开始进入国际市场。我国露天矿装载设备，使用较多的是斗容1~4m3的电铲。70年代引进了长臂铲、7.6m3电铲。以后相继研制10、12m3的WK-10型WD-120矿还引进了斗容13m3的电铲。我国已研制并推广了5m3前端式装载机和5.5～7.5m3液压挖掘机。孝义铝土矿近期采用松土机—铲运机的露天开采新工艺，实现铲装、运输和卸装一机化。晋宁磷矿等采用了D8L、D9L推土机（带犁松器）(前端式装载机—自卸汽车的无穿全国露天铁矿山拥有准轨铁路达800多公里。广泛使用粘重80、100、150t的直流电机车和60、100t的铁路翻斗车。我国白50年代以来，很多旷山使用国外进口载重量25t以下的自卸汽车。60年代起研制32t自卸汽车。70年代末引进108t和研制100t电动轮自卸汽车。80年代又引进154t电动轮自卸汽车。常州冶金机械厂与国外合作制造的MARK-36型145t电动轮自卸汽车已在南芬铁矿使用。50年代铁路运输矿山采用排土犁排土，以后发展了电铲排土，推土机排土。近年，东鞍山铁矿研制和应用了带式输送机连续运输排土的新设备。为实现露天矿辅助作业机械化，已研制成各种气动的、液压的、移动式的碎石机，各种装填铵油炸药、浆状炸药，乳化炸药的装药车，露天矿炮孔充填机，铰接式振动压路机，矿山多用洒水车以及工程地质勘察用的岩芯钻机等。大型露天矿山已开始研制现代化生产指挥系统的通讯联络设备。德兴铜矿已配3.露天爆破技术与器材1956年，白银铜矿首次成功地进行了万吨级炸药的硐室大爆破，爆破矿岩量906万立方米。并总结了地震波对构筑物、建筑物的影响，提出了我国采用的爆破地震波影响的安全距离。70年代初，朱家包包铁矿也进行了万吨级炸药大爆破，爆下矿岩达1140万立方米。露天矿的深孔爆破由50年代的单排孔秒差爆破发展到多排孔微差爆破，并应用了微差挤压爆破。以后又采用了大区多排孔微差爆破和大孔距、小抵抗线爆破等技术。为了减少爆破对露天矿边坡稳定和周围建筑物的影响，70年代采用了预裂爆破、光面爆破、缓冲爆破。定向爆破等控制爆破技术以及其他减震措施，取得较好的效果。60年代初研制成粉状铵油炸药和防水铵松腊炸药、以后又制戍多孔粒状铵油炸药，至今这类炸药占矿用炸药使用量的70%以上。与此同时，还发展了浆状炸药，在生产中得到了应用。70年代末发展起来的新型防水乳化炸药是我国矿用炸药的一个突破。已研制成20多个品种，其中EL、RJ两系列的主要性能基本达到国外同类产品水平。具有连续乳化工艺和设备的乳化炸药制造车间已先后在许多矿山投产。乳化炸药混装车也在海南铁矿研究成功。50年代末至60年代初先后研制成5段、10段微差电雷管，最近又制成MG-808A型30段高精度微差电雷管。为了防止爆破事故，70年代中研制成无桥丝和低阻桥丝的两种抗杂散电雷管。70年代末又研制成非电导爆管起爆系统，1985年产量达亿米，在矿山应用，使爆破事故率降低了40%.左右。无起爆药微差电雷管的研制成功，改善了雷管在生产、运输。储存、使用过程中的安全性能，已在国内推广，并向瑞典诺贝尔公司转让技术。此外，还研制成功了静态爆破剂，已用于大理石开采及其他工业中。4.矿山岩石力学在露天矿的应用岩石力学研究成果已在我国露天矿山生产实践上发挥了重大的作用。按岩石叮钻性、爆破性和围岩稳定性的岩石分级方法已开始在生产上应用。60年代我国应用岩石构造理论与岩石流变理论在大冶铁矿对露天采场边坡稳定性问题进行了一系列试验研究。以后又应用极限平衡法和有限分析法在兰尖、朱家包包等铁矿评价了边坡稳定性。海南铁矿加强爆破测震和边坡位移监控等工作，对原设计的露天矿边坡角作了修改，获得了5000万元的经济效益。三、地下开采技术的进步1．矿床开拓我国地下矿山根据不同的矿体赋存条件、矿山地形地貌、技术经济条件而选用多种开拓方案。有色和黑色金属矿床多为急倾斜矿体，一般生产规模较大，因此，据不完全统计，采用竖井开拓占50%.，平硐与竖井联合开拓占15%，平硐开拓占20%，斜井开拓占10%，其他占5%。铀矿床倾斜矿体较多，且生产规模不大，故多采用斜井开拓。据统计，铀矿中用斜井开拓的矿山占地下矿山总数的56咒，竖井开拓占32咒，平硐开拓占12%。近10年来，许多矿山先后引进了无轨采矿设备，斜坡道已在小寺沟、尖林山，符山，大厂、凡口、三山岛等矿用于辅助开拓，初步显示出其优越性。2．井巷掘进竖井掘进，五六十年代时，均采用人工或小型掘进设备施工，普通防水炸药（也使用少量硝化甘油炸药）爆破，木支护或木模浇灌整体混凝土支护，单层吊盘，掘砌单行作业，月平均掘进速度10～20m。70年代中期，研制成环形和伞形钻架，以及斗容0.4~0.6m3抓岩机等较高效率的凿、装、提升、卸料设备，组成了机械化作业线，同时采用高威力防水炸药、中深孔（3-4m）光面爆破，锚喷支护，激光导向、坐钩式自动翻碴、短段掘砌，平行作业以及各种类型的金属活动模板和多层吊盘砌壁等一系列技术措施，取得了良好效果，一般矿山平均月进尺25m左右，1976年凡口铅锌矿副井掘进最高月成井达12.1m，连续3个月的总进尺超过300m。平巷掘进，解放初期基本上靠人工完成凿装运作业)以后发展为气腿子凿岩到近年的掘进钻车配以多台重型凿岩机凿岩，从50年代研制成华-1型装岩机到铲插式和蟹爪式等多种耙取方式的装岩机直到无轨装运设备装岩、架线式或蓄电池式电机车运输，以及向-1型自行矿车等等，形成了机械化掘进作业线；从掘砌（支护）顺序作业二次成巷施工方法，发展为采用掘砌（支护）平行作业一次成巷施工方法，从浅眼角锥掏槽、点火爆破，发展为较深炮眼直线掏槽，电力微差爆破和控制爆破等技术；并改善了通风，防尘，照明、防噪音等一系列