金属矿床开采新技术技术

金属矿床开采新技术王新民目录1.前言2.金属矿床地下开采连续采矿3.缓倾斜层状含水松软矿体深孔合采连续采矿法4.采矿环境再造深孔诱导落矿充填采矿法5.采矿环境再造分段空场嗣后充填采矿法6.深部开采的致灾环境控制7.展望返回返回返回返回返回返回☆研究背景1.前言矿产资源开发向深部、“三下”难采方向发展，开采技术条件复杂化矿产资源日趋减少，价格上涨现用采矿方法生产规模小、损失贫化率高、地表环境破坏严重浅表矿产资源不断枯竭，露采转地采，地下矿山转入深部开采趋势日益加强采矿方法创新、采矿工艺技术变革和实现矿床开采规模化成为发展趋势☆采矿技术发展方向机械化连续采矿技术连续采矿技术的实质是以整个矿段作为大型采场，在上下连续的多个矿段分别平行进行采切、回采、充填工序，采矿作业分工序在不同的空间和时序上平行进行，但整体向前连续推进。之外，提升系统、外部运输系统和管理调度系统的优化配套也是必不可少的。充填采矿技术在地下采矿领域，空场采矿法嗣后充填和充填采矿法，将以其具有的资源回收率高、对环境破坏小等优点，得到更大的发展空间。采矿充填工艺技术的理论研究和实际应用方面已成为当今采矿科技界发展的一个热点。深井采矿技术按照当前较为普遍的认识，地下开采垂直深度超过800m以上时界定为深部开采。据不完全统计，国外开采深度超1000米的金属矿山已有近100座，主要是在南非、俄罗斯、加拿大、美国、澳大利亚、印度等国家。溶浸采矿技术由于溶浸采矿技术以其总投资少、工程周期短、矿物回收率高、生产成本低、劳动强度较小、环境破坏小和有利于低品位或小型难采矿体开发的优势，已成为矿业发达国家广泛应用的一种高效采矿方法。目前，该采矿技术在美国、加拿大、南非、澳大利亚、智利、前苏联、法国、葡萄牙等国家推广迅。我国也有部分铜、铀、金、银等矿山开始规模化应用有色金属的溶浸采矿。海底资源是海洋资源的一部分，主要是指海洋底部岩层中能获得、并能为人类所利用的矿物资源，包括大洋底部岩层及洋底表层中的各种固体、液体、气体矿藏，如石油、重金属海泥、天然气、锰结核、铁、铜、金、煤等。极地资源指地球南北两极为人类所利用的有用资源，包括水、生物、矿产、旅游、科学考察等资源。海底与极地资源开采☆研究目的意义主要分析、介绍了连续采矿、充填采矿及深井开采技术等金属矿床开采新技术。探索矿业的发展道路，促进环境与经济的协调发展。站在全球可持续发展的战略高度，从金属矿产资源的可持续发展、矿产资源的可持续供应、矿产开发的发展战略与环境管理、循环经济与矿业循环经济模式等方面，阐述了现代金属矿床开采新技术。返回2.连续矿床地下开采连续采矿☆连续采矿技术发展的背景1）采矿装备的大型化和智能化露天：卡车有效载重：327t,236t,280t如T282型电动轮卡车、797型液力机械传动卡车挖掘机斗容：40m3(超大型已达到83m3)如495B、351M、4100TS等型号的单斗挖掘牙轮钻机：穿孔直径310～380mm自控挖掘机系统全球卫星定位系统(GPS)地下：Toro2500E型电动铲运机载重：25t瑞典井下使用120t的七轴大型卡车配有水力潜孔冲击式凿岩机的Simbaw型自动遥控台车广泛应用遥控铲运机、凿岩台车；凿岩机器人、装载机器人和采煤机器人2）采矿作业走向规模化和连续化3）连续采矿理念的形成目前，全世界有十余座年产量超过1000万吨的地下金属矿山。“间断—连续开采工艺”：穿孔爆破作业间断，装载、破碎、长短距离输送连续进行。深孔大量落矿，高强度集中采矿，一步骤连续回采，工作面连续推进，反映了连续趋势煤矿是沉积矿床，产状平缓、规则，硬度不大，可用机械连续切割实现了连续采矿金属矿山矿床赋存条件多变且不规则，矿石坚硬，采下矿石块度大，智利埃尔特尼恩特铜矿，3500万吨/年；瑞典基鲁纳铁矿，超过2000万吨/年设备配置：大型穿孔爆破设备、巨型电铲、半固定或可移动破碎站、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。☆地下金属矿连续采矿模式第一类：单一采矿机的连续采矿基于非爆破破岩的狭义的连续采矿理念，即借助机械切割破岩的连续采矿方法。基于爆破破岩的广义连续采矿理念，是一步骤回采的采矿方法和高效率采、装、运设备组成的采矿系统。1）地下金属矿连续采矿模式第二类：采装运机组与一步骤回采方法配套的连续采矿连续切割机大规模投入生产尚需时日，但前景看好。该方式的理念已在地下金属矿山中逐步推广应用，不追求严格意义上的连续并行作业，而以规模化采矿为目标，将各工序和设备有机组合起来。广义连续采矿的两种模式：{第一种：一步骤回采的采矿法与无轨采掘装运设备构成的连续采矿系统第二种：一步骤回采的采矿法与连续作业组构成的连续采矿系统{大矿段侧向深孔落矿、振动连续作业机组出矿、一步骤回采的阶段矿房法回采系统大矿段束状深孔落矿、绳架式胶带运输机连续作业机组出矿、一步骤回采的阶段矿房法回采系统2）一步骤房式回采连续采矿的概念方案连续采矿推进方向1—充填的废石；2—崩落的矿石；3—垂直深孔：4—凿岩水平层；5—拉底水平层；6—受矿水平层；7—出矿运输平巷矿石路径：采场采场溜井电机车振动连续作业机组振动出矿机井底车场3）一步骤房式回采连续采矿的技术关键{a.创造与采矿连续工艺相适应的采矿方法b.采用与连续采矿生产能力相适应的采矿设备c.具有与连续采矿设备相适宜的矿石块度组成{巷道由立体空间转向平面布置采用高分段、高阶段回采巷道由立体空间转向平面布置结构简化、巷道减少、布置规范化采用大矿段、一步骤回采增大落矿孔径、孔深，提高合格大块尺寸4）连续采矿的工艺系统《一步骤回采（不留间柱）阶段连续推进的各种采矿法》采准、切割、凿岩、崩矿连续装载机出矿振动出矿机出矿铲运机出矿车带式胶带运输机短距离运矿分节式振动运输列车短距离运矿重型自卸汽车运矿石车运矿移动式破碎机普通胶带运输机长距离运矿矿石细碎站碎矿泵站、管道、运矿贮矿溜井（溜井入口安设碎矿机）电机车牵引底卸式矿车或大矿车运矿井下主贮矿仓破碎机粗碎矿石斜井胶带运输机运矿箕斗井提升矿石地表、选厂矿仓☆一步骤房式回采振动机组出矿的连续采矿1）连续采矿试验方案（1）传统的房式采矿方法将阶段划分为矿房与矿柱，先回采矿房，后再回收矿柱。弊端:矿柱不规则，后期回采问题多矿柱回收滞后，导致大量工程无法结束，造成经济损失矿柱回收率低，甚至无法回收回收困难，生产率低，多阶段同时作业，生产管理困难（2）采矿方法变革试验变革基础项目名称“地下金属矿采矿连续工艺技术与装备的研究”振动出矿技术阶段划分为矿段，以矿段为回采单元，不留间柱；先采宽10m左右的矿壁，胶结充填形成人工隔墙；振动机底部出矿结构；下向平行深孔，中部拉槽，侧向崩矿；采场振动机出矿、分节式振动机、分节式振动运输列车和原矿振动条筛组成的出矿、运矿连续作业线运输列车和原矿振动条筛配套，组成出矿、运矿连续作业线。依托矿山狮子山铜矿和凤凰山铜矿“地下金属矿无间柱连续采矿工艺技术研究”技术条件凤凰山铜矿：矿体平均厚度14m，倾角75°，矿石坚硬稳固，局部矿段水平节理发育，稳固性有所下降；矿体上盘为花岗岩，中等稳固，下盘为灰岩，比较稳固；含铜平均品位0.93%，松散系数1.6。技术思路连续采矿推进方向1—最先形成的胶结充填人工隔墙；2—最后回收的临时矿壁；3—无二次破碎水平的底部结构；4—直径165毫米垂直深孔；5—采场振动出矿无间柱连续采矿方式方案概念图方案实施要点：增大矿块的长度，延长至80～100m；采用无二次破碎水平的底部结构；矿段大规模回采前，构筑胶结人工隔墙，保证充填强度；采用深孔爆破与定向致裂爆破技术；溜井上部安装原矿振动条筛，隔离大块（600～1100mm），并处理；矿段回采后期，靠胶结充填人工隔墙一侧留矿壁暂不爆破；矿段回采结束后，随即用块石尾砂充填采空区；回采过程中，采用仪器对地压监测，确保安全；多个相邻矿段同时回采，保持规模化；2）振动连续作业机组本次试验采用ZCYS振动连续作业机组。包括：采场振动出矿机、分节式振动运输列车、原矿振动条筛。技术特性如下表：设备参数ZCYS振动连续作业机组FSZ采场振动出矿机HZY分节式振动运输机YZS原矿振动条筛技术生产能力（t/h）›200200-800›800振动频率(Hz)15．724．723．8振动幅度(mm)2-52-41-3激振角(˚)-3030激振力(KN)（0-20）×2（0-50）×2（0-10）×2装机功率(Kw)3×22．25×21．5×2设备重量(Kg)25181889（单节）1198设备长度(mm)38003600（单节）2800设备宽度(mm)220019501920设备高度(mm)20301000-条筛宽度(mm)--570-600安装倾角(˚)20021允许通过块度(mm)≤1100≤1100≤600123451—条形橡胶件；2—振动台板；3—两台板间的密封压板；4—机架；5—振动电机FSZ采场振动出矿机示意图出矿口：1.3m×3.3m允许最大块度：1.4m×1.1m×0.9m矩形运输槽：3600mm×1950mm×1000mm36001001100195012345309013041—输送槽体；2—输送槽体；3—振动电机激振器；4—机架；5—连接构件激振角：φ=30°HZY分节式振动运输机示意图125431、2—橡胶弹簧；3—固定筛条；4—振动筛条；5—振动电机YZS原矿振动条筛示意内图矿石路径：采场振动出矿机分节式振动运输机原矿振动条筛12345671—采场振动出矿机；2—降尘喷雾器；3—分节式振动运输列车；4—原矿振动条筛；5—采场溜井；6—振动出矿机；7—电机车采场出矿、运矿连续作业系统示意图从根本上解决长期来二步骤回采所留大量间柱、未及时回采给生产带来的被动、资源大量损失，及矿山经营效益受到严重影响的问题；阶段连续回采时，有利于实现井下采矿作业的合理集中和规模化开采，创造良好的生产条件；返回☆连续采矿评价阶段连续回采时，强采、强出、强充，围岩暴露时间较短，有利于采场地压控制；阶段连续回采将推动地下金属矿山作业机械化，工艺连续化，生产集中化和管理科学化的进程，促进矿山现代化。3.缓倾斜层状含水松软矿体深孔合采连续采矿法☆缓倾斜多层松软矿体深孔连续采矿法的提出1）采矿技术条件试验矿山云锡公司松树脚锡矿锡石硫化物矿床缓倾斜似层状氧化矿矿体，倾角0～25°沿走向延长数十米到数百米，厚度在几十厘米至数十米锡品位达1.80%以上{试验矿段大马芦矿段缓倾斜似层状氧化矿体为主(占总储量80%)矿体厚度1～5米（部分达6～20米）脉状矿体和似多层状矿体，倾角在0°～25°之间大部分矿体较松软，稳固性差，f=4～6围岩为白云岩、灰岩，强度34.5～66Mpa，稳固性较好{全面采矿法2）矿山现有采矿方法应用情况预切顶空场采矿法底盘漏斗分段采矿法矿块生产能力小劳动强度大安全条件差暴露问题先采矿体影响后采矿体，资源损失{同时回采采场数目太多，管理复杂采准工作量大，开采成本高工作面劳动和安全条件差3）深孔合采连续采矿技术思路与采矿工艺系统171819121182110769221314151654321201—矿石；2—凿岩硐室；3—钻机；4—深孔；5—夹石；6—回填废石；7—出矿漏斗；8—分节式振动运输列车；9—原矿振动条筛；10—矿段溜矿井；11—原矿振动筛洗机；12—矿浆溜井；13—矿废分离硐室；14—重型振动条筛；15—废石溜井；16—集矿池；17—废石提升井；18—矿车；19—矿浆管道；20—浓缩池；21—泵送管道；22—电机车缓倾斜层状松软含水矿体深孔合采连续采矿工艺系统示意图多层合采大直径深孔落矿矿岩筛洗分离直接回填再灌浆废石集矿池矿石分离后的矿浆坑口浓缩至选厂试验方案创新点：首次采用大直径深孔回采多层松软矿体，实现了多层缓倾斜矿体的高效回采；在我国地下矿山首次采用井下矿岩集中分离，分离出的废石回填采空区，后再对充填废石灌浆充填；在我国地下矿山首次采用矿浆输送方式从井口至选厂运输矿石；首创地下综合开采工艺与技术，把大直径深孔连续采矿技术、井下矿岩集中分离技术、连续开采过