金属矿山采矿方法

关于金属矿山采矿方法的深入了解Abstract:inthisarticle,abriefoverviewofthecurrentdomesticopenpitminingprocessefficientmethods,aswellastheyearsofexperienceintheminingprocess,andfinallyabriefdescriptionofthemainproblemsintheprocessofmining.Keywords:metalmines,undergroundmining,themainproblemsAuthor：郝帅帅Introduction：黄金和有色金属在我国的国民经济中占有举足轻重的地位。因此,高效、经济、安全地回收黄金和有色金属矿石,历来为党和政府所关注。新中国成立以来,在党和政府的高度重视下,通过有关专家、学者及矿业人员的共同努力,使我国的黄金和有色金属地下矿山的采矿技术和装备水平均得到了较大程度的提高;采矿效率、采矿回收率等采矿技术指标亦同步增长,使我国的黄金和有色金属地下矿山的采矿技术水平已达到一个崭新的阶段。然而,我们在为已取得的成绩欢欣鼓舞之余,仍应看到,我国与世界先进的采矿技术水平还有相当大的差距。因此,应尽快地缩小这一差距,赶上或超过世界先进水平,是我国当代采矿从业人员所面临的最为迫切的研究课题。一、采矿工艺技术的新进展进入20世纪90年代,我国有许多黄金和有色金属矿山通过技术改造,大量引进了国外先进的采、装、运设备,同时,一批适合我国地下矿山实际情况的先进装运设备研制成功,并应用于矿山,促使了我国地下矿山的机械化水平明显提高。由于采矿作业机械化程度的提高,劳动条件大为改善,使采矿成本大幅度降低,劳动生产率显著提高。又由于先进的自行采、装、运设备的引进和研制,新技术的应用和发展,促进了采矿工艺技术的不断改进和创新,出现了前所未有的发展和变革。现将我国具有代表性的采矿工艺技术分述如下。1.大直径深孔采矿法20世纪80年代,VCR法(大直径深孔球状药包后退式崩落采矿法)首先在我国凡口铅锌矿试验成功。该法与传统的采矿方法相比,具有采场结构简单、生产能力大、机械化程度高,作业安全等优点。随后,这一高效率的采矿方法先后在金川有色金属公司、金厂峪金矿和狮子山铜矿等矿山得到推广应用。但是,由于我国地下矿山大部分矿床为中厚矿体,倾角较小,采用VCR法容易造成矿石的损失和贫化,且VCR法需要使用成本较高的高威力炸药和价格昂贵的高精度深孔钻机,致使采矿成本较高;另外,VCR法爆破一次崩矿量较少,施工作业工序较多,每次均需进行清孔、堵孔、装药、堵塞、联线、起爆等。由于上述原因,限制了VCR法在我国黄金和有色金属矿山的使用范围。为克服上述问题,自1980～1985年间,在凡口铅锌矿又试验成功了另一种具有代表性的大直径深孔采矿方案,即阶段深孔台阶崩落采矿法。该采矿方法的实质是:将露天矿的台阶崩矿技术应用到地下开采中,即在采场的局部面积上,先形成切割槽,然后以这一切割槽为自由面和补偿空间,采用大直径深孔装药进行全阶段高或台阶状崩矿,崩落的矿石由采场下部的出矿系统运出。该采矿方法的主要技术经济指标为:矿石回收率为99.87%;贫化率为2.42%;采场综合生产能力为551.5t/d;采场出矿能力为1630t/d。在此基础上,于90年代在安庆铜矿试验应用了大直径深孔高阶段采矿工艺,成功地实现了一步骤矿房高阶段大孔采矿、双阶段连续回采和高浓度尾砂胶结充填采矿法。在该方法中,采场垂直矿体走向布置,采场长为矿体厚度。矿房、矿柱宽为15m;作业中段高60m。一步骤回采矿房,嗣后一次尾砂胶结充填;二步骤回采矿柱,嗣后用尾砂或废石充填。该采矿方法使用Simba-251潜孔钻机钻凿Υ165mm的垂直下向孔。采用以下三种形式崩矿:一是用VCR法拉立槽;二是立槽拉到一定高度后,进行5～7m高的侧向崩矿,使采场以立槽为中心形成倒梯段状或弧形状,以增加采场安全稳定性,即梯段或弧形爆破;三是阶段爆破,即立槽拉通之后,四周全阶段向立槽侧向崩矿。阶段高段60m,为增大采场生产能力,采用矿房、矿柱双阶段连续回采,回采高度达120m。采场生产能力可达750～850t/d;矿石损失率13.04%,贫化率13.13%。由于使用了大量采、装、运先进设备,采矿效可达33.3t/人·d,是国内一般金属矿山的5倍左右。主要经济技术指标均达到国内领先水平。高效率的大直径深孔采矿法不仅在有色金属地下矿山取得了喜人的成绩,在黄金地下矿山中同样也取得了较好的成绩。金厂峪金矿大直径深孔采矿方法的成功应用,便是最好的例证。1989年,金厂峪金矿成功地试验了大直径深孔阶段挤压崩矿单步骤连续回采工艺技术方案,目前仍在生产中应用。该方案的技术特点是,利用垂直大直径深孔向相邻已被废石充满的空间进行阶段挤压崩矿,每次挤压爆破后进行局部放矿,使呈挤压状态的崩落矿石进行二次松散,然后进行下一次挤压分层崩矿,从而实现后退式连续回采,无需进行间柱或顶柱的二步回采。该方法的试验成功,使金厂峪金矿的采矿效率大幅度提高,生产成本明显下降,为该矿的高产、稳产,提高经济效益提供了可靠的技术保障。该采矿方法主要技术经济指标为:矿石回收率为99%,贫化率为6.52%,采场出矿能力平均为190t/d,最高达到254.6t/d2.充填采矿法随着科技水平和物质文化生活水平的提高,人类对黄金和各种有色金属的需求量也日益大,而经过多年的开采,埋藏较浅的易采矿体已所剩无几。为了满足社会生产和生活的需求,人们不得不着手开采地下更深处的、赋存条件差的矿床。另外,近年来,人们对环保的要求日益严格,对环境破坏较大的矿山开采受到了人们更大的关注。由于充填采矿法是一种回收率高、贫化率低的采矿方法,所以在稀有贵金属和高品位富矿的开采,以及矿床赋存条件杂、地表需保护和有自燃倾向矿床开采中具有不可替代的作用。因此,近年来,充填采矿法在世界各地得到了越来越广泛的应用,我国的充填采矿技术也得到了飞速的发展。3.自然崩落采矿法自然崩落采矿法是利用矿体固有的软弱性、节理裂隙、容易崩落等特性,在矿块或盘区底部拉底后,借助重力引起自然崩落,并破碎成适宜的块度,经底部出矿系统放出的一种采矿方法。它是一种产量大、效率高和最经济的唯一能与露天开采媲美的地下采矿方法。该法适用于矿石储量大、品位低的矿山进行强化、低成本的回采矿石。这种方法在美国使用了一百多年,但仍然依靠经验类比法来指导生产和设计。从1985年起,在中条山铜矿峪铜矿进行了自然崩落采矿法的研究。研究中,由中国、美国双方技术人员以整个矿山工程系统为研究对象,进行了包括采矿技术、装备、生产组织管理,矿山内、外部环境配备等全方位的综合研究,建立了自然崩落采矿法从基础理论、设计方法、工艺流程、设备选择到科学管理的一整套经验和技术。该矿自然崩落采矿法设计段高为120m,用电耙出矿。由于矿体倾角仅45°,为了回采下盘部分矿石,在下盘围岩中布置了三层放矿漏斗。由于矿体埋藏较浅,上原岩的水平应力大于垂直应力,为切断水平主应力对崩落的影响,促使初始崩落,在初始崩落区的侧部和上盘边界上布置割帮槽。拉底巷道沿矿体走向布置,间距为10m,与电耙道垂直距离约7.4m。采用中深孔拉底,拉底高度为7.0m,当矿石崩落面达到下盘漏斗层标高时,下盘漏斗层开始拉底,以促使崩落继续向上发展。出矿用75kW电耙,为加强放矿管理,井下设矿石质量监测站,用X射线荧光分析仪快速分析出矿品位,建立放矿微机管理系统,进行放矿优化。该项目于1993年末通过鉴定,1994年出矿达260万t。该方法在铜矿峪矿的成功应用,标志着我国自然崩落采矿法技术水平已步入世界先进行列。4.溶浸采矿技术随着世界范围内人们对环境保护意识的加强和对人类文明可持续发展的重视,矿山企业对环境的危害作用日益为人们所关注。溶浸采矿技术能达到既回采了人们所需要的矿物,又能在很大程度上降低了采矿作业对环境的破坏作用的目的。该方法自20世纪80年代开始就在我国有色金属矿山和黄金矿山进行试验。目前,地表堆浸技术已相当成熟和完善,达到了工业化生产的程度,在全国有色金属矿山和低品位的黄金矿山中,大面积推广应用。1997年11月,江西铜业公司采用溶浸采矿技术产出电解铜7.1t,质量超过了国家A级电解铜标准。地下原地溶浸技术是溶浸采矿中较为复杂的技术,我国已将其列入“九五”科技攻关项目,在大姚铜矿和中条山铜矿等地进行研究,预期将取得重大的技术突破。溶浸采矿最大的特点是,能够处理低品位矿石,从而能将原先当作废石抛弃的低品位矿石重新得到回收利用,扩大了资源的回收范围。同时,溶浸采矿对矿山周围环境破坏比常规采矿方法小得多,符合当今世界可持续发展观念对采矿技术的要求。二、主要经验三十年来,我国许多地下矿山在长期的生产实践中,淘汰了某些不合适的采矿方法,对某些合适的采矿方法进行了完善,因而在使用当中,工艺和技术等许多方面积累了不少经验,这些经验主要有:1.强化开采强化开采是以速度为中心,质一量为前提,掘进为基础,实现持续稳产高产,获得最佳经济效果为目的的。如易门狮山分矿总结以“三强”为中心的强化开采的经验,不仅在地压大的情况下能做到施工安全,而且由于生产中段数大大减少,一般为2一3个,因而管理方便、设备利用率高,达到了缩短战线和合理集中作业的目的。自从1977年在易门铜矿召开了强化开采经验交流会后,不少矿山在推广应用,实行了合理的强化。2.挤压摄破现有的有底柱崩落法中,基本上均采用了中深或深孔一次落矿的挤压爆破方案,将原有的30%的自由补偿空间过渡为12一20%,、降低了大块率和损失贫化率,减少了二次炸药消耗量,提高了电出矿能力,并且简化了采场结构,减少了切割工作量。3.实行探采结合和坑钻结合将矿山生产探矿和采准工程及坑探和钻探紧密结合起来,实行矿山地质和采矿综合研究,合理布置采准巷道,是使其先起探矿作用,后作采准工程的一项统筹施工法。它不仅节约了费用和加快了速度,而且还减小了对矿体的破坏作用。中条山有色金属公司由于采用了探采结合,中厚矿体的探采比由7米/千吨下降到2.5米/干吨,厚矿体达到了0.7米/千吨,每年可减少坑道掘进量达60多米,若以」释帐130元计算,则每年可为国家节约2.8万元。锡矿山锑矿从1970一1980年的11年中,以钻代坑25615米,约坑道20011米,节约坑道掘进费160多万元。还有许多矿山如易门铜矿和寿王坟铜矿都做得较好。4.下向充填采矿法的应用1967年,黄沙坪矿为了解决矿岩极不稳固、矿体形态变化复杂的5`矿体的开采问题,选择了下向分层尾砂充填采矿法进行试验,1970年顺利地完成了5非矿体的回采工作。1973年初,金川龙首矿在黄沙坪矿取得经验的基础上,在矿床赋存条件复杂、矿体围岩破碎、上向胶结充填法难以使用的情况下,也进行了下向胶结充填法的试验,并在取得初步成果的基础上,逐步推广使用,到1980年底,下向胶结充填法的产量比重已占全矿的47.9%,已成为该矿的主要采矿方法。在技术经济效果方面,采场生产能力一般为57吨/日,目前的试验采场已超过80吨/日,比上向胶结充填法还高,成本则比上向的略低(上向为19.94元/吨,下向为18.59元/吨)。由此,下向充填法对开采矿岩极不稳固的高品位矿床是一种比较好的方法。5.立式砂仓的应用为了保证高浓度砂浆稳定连续供给充填采场的需要,经过试验研究,先后在铜录山和焦家等矿建立了立式砂仓,与卧式砂仓相比,它具有制备胶结充填料实现自动化、工业配置集中和占地面积少等优点,给连续稳定地输送尾砂充填料提供了有利条件。6.采场锚杆护顶对于需要在暴露面下工作的采矿方法,如充填采矿法,各个工种的工人均要在暴露面下作业,且每采一分层时间较长,矿石的顶板稳定性与否,对生产安全有很大的影响,同时也影响到资源的回收,铜陵凤凰山铜矿、山东焦家金矿和锡,矿山南矿等,在矿岩不太稳固、三角节理发育的采场,运用了锚杆护顶都起到了应有的作用。7.留矿全面法和电耙留矿法的应用这两种方法都是留矿法的变种,在回采的过程中用浅孔落矿,每次放