当前位置:首页 >> 电力/水利 >>

缓倾斜破碎薄矿体采矿方法选择与采场参数优化


Ser ia l N o 493 . M ay 2010 .









M ORDEN M I I N NG

总 第 493期 2010年 5月第 5期

采选工程

缓倾斜破碎薄矿体采矿方法选择与采场参

数优化
王贻明 姚高辉 夏红春 周耀坤
(北京科技大学土木与环境工程学院 ) ( 蒙自矿冶有限公司 )

*



要: 针对矿体倾角缓, 厚度薄, 矿体及顶板破碎, 采场容易冒顶的特点, 充分利用单体水压

支柱主动支护与快速让压的特性, 采用水压支柱护顶连续采矿法。为了确定合理的单体水压支柱 支护网度, 通过三维数值模拟, 优化采场结构参数, 结果表明, 当矿体平均厚度为 3 5m、 . 水压支柱的 网度为 4 0m . 1 5m 时, 可以保证采场的稳定。 . 关键词: 缓倾斜; 破碎; 薄矿体; 采矿方法; 参数优化 + 中图分类号: TD853 21 1 . 文献标识码: A 文章编号: 1674 6082( 2010) 05 0015 03 M in ing M ethod Choice of G ently Inc lined Broken Thin O re body and Opti ization of Stope Param eters m W ang Y i ing Y ao Gaohu i X ia H ongchun Zhou Y aokun m ( 1 School of C iv il& Env ironm ent Eng ineering, U niversity o f Sc ience & T echno logy Be ijing; 2 M engziM in ing & . . M eta llu rgy Co , L td ) . . Abstract A i at character istic o f gently obliquity and th in o re body : m 、ore body and roof broken , stope is cav ing easily take full advantage of characteristic of active support and rapid y ield o f m onom er , hydrau lic prop adopt hydraulic prop roo f support contin uous m ining M eanw hile in order to confir rea , . , m sonable support net d i ension o f m onom er hydrau lic prop through the si ulat io n o f three di ensio na l m , m m nu er ica, opti ize structura l param eters o f stope the resu lt show ing the stab le of stope could be assured m l m , w hen the average th ickness o f ore body is 3 5m, th e ne t d i ension of hydrau lic prop is 4 0m 1. 5m. . m . K eyw ord s G ently inc lined B roken Th in ore body M in ing m ethod Param eter opt i iza tio n : ; ; ; ; m 缓倾斜薄矿体在我国金属矿山中占有相当大的 比例, 由于该类矿体倾角较小, 崩落矿石不能借助自 重在底部完全放出, 需采用机械运搬或人工扒运; 采 场水平面积大, 顶板管理困难, 给生产带来重大安全 隐患; 矿体薄, 采切比大, 岩石巷道工程量多, 影响矿 石成本; 该类矿体的矿岩稳固性、 矿石价值、 矿体尺 寸和倾角大小, 直接关系生产安全性、 开采强度、 生 产成本、 生产效率以及矿石的贫损指标及采准工程 量大小。 蒙自矿冶公司白牛厂矿山主矿体为典型的缓倾 斜薄矿体, 受断裂带控制, 矿体及顶板破碎。主要采
* 基金项目: 云南省院省校合作项目 ( 2008AD 001) ; 国家自然科 学基金 重点 项 目 ( 50934002) ; 国 家 十 一 五 科 技 支 撑计 划 课 题 ( 2006BA B02A 01) 王贻明 ( 1970- ) , 男, 博士, 副 教授, 主 要从事 非煤 矿山采 矿工 艺、 岩石力学与安全方面的工作, 100083北京市。
1 1 2 2

矿方法为全面法及房柱法, 人员和设备必须到采空 区下作业。由于矿体及顶板稳固性差, 顶板冒落等 安全事故时有发生, 严重影响 了矿山的安全生 产。 因此, 优选适宜于白牛厂缓倾斜破碎矿岩条件的采 矿方法, 优化采场结构参数, 对于提高采场作业安全 性, 改善井下作业环境, 降低安全风险, 具有重要的 意义。 1 矿床开采技术条件 1 1 矿体赋存特征 . 白牛厂矿区 V1 矿体产于 F3 断层之下中寒武统 田蓬组次深水相砂泥岩和碳酸盐岩中, 容矿岩石为 热水沉积成因的硅质岩类。主要有硅质岩、 绢云母 硅质岩、 钾长石硅质岩、 钾长石绢云母硅质岩、 绿泥 石硅质岩、 含菱铁矿绿泥石硅质岩、 含斜长石绿泥石 硅质岩、 含滑石绿泥石硅质岩及含白云母绿泥石硅 质岩, 为银、 铅、 锡、 锌多组分共生矿。矿体大部分位 15

总第 493期

现代矿业 2 采矿方法

2010年 5月第 5期

于最低侵蚀基准面 1 740 32m 之下, 矿体倾角 0 ~ . 50 , 主要集中在 20 ~ 30 , 厚度 2~ 5m。 V 1 矿体的顶板围岩复杂而底板围岩简单。矿 体直接顶板围岩以角砾岩和断层泥为主, 白云岩为 次, 局部见粉砂岩, 粉砂泥质岩和灰岩。矿体与顶板 围岩无截然界线, 一般成迅速渐变过渡。矿体底板 围岩是粉砂岩、 粉砂泥质 岩和灰岩, 底板界线较清 楚, 且产状一致。粉砂岩、 白云岩和灰岩等坚硬完整 地段, 工程地质条件良好, 稳固程度高。 1 2 工程地质条件 . 矿区内地层岩性组合复杂, 地质构造发育, 风化 作用强烈, 岩溶作用中等。矿体赋存于断裂带破裂 岩、 构造角砾岩、 碎裂岩、 断层泥组成的松软岩组中。 顶板围岩为中寒武统龙哈组 (
2

2 1 采矿方法选择 . 白牛厂矿山矿体倾角较缓 ( 20 ~ 30 ), 厚度较 薄, 一般在 2 ~ 5m, 矿体及直接顶板破碎, 地表允许 崩落。矿山技术装备水平较低, 以电耙和人工出矿 为主, 人员设备需在空场下作业。综合考虑各方面 因素, 可供选择的采矿方法主要有全面法、 房柱法和 水压支柱护顶法。 ( 1)全面 法。对 矿体 及采 矿装 备技 术水平 适 应, 但采场顶板暴露面积大, 地压管理困难, 作业安 全难以保证。 ( 2)房柱法。对矿体产状及采矿装备技术水平 适应性强, 但矿柱损失较大。 ( 3)水压支柱护顶采矿法。利用可回收的水压 支柱代替矿柱护顶, 既控制顶板暴露面积, 又可减少 矿柱损失, 在国内外贵金属缓倾斜薄矿脉应用广泛。 综合技术经济比较, 选择水压支柱护顶连续采 矿法。 2 2 水压支柱工作原理 . ( 1)恒阻式支柱。 升柱: 将注液枪插 入三用 阀注液孔中, 打开注液枪, 高压液体将单向阀钢球推 开, 进入支柱内腔使活柱升高; 支撑: 顶梁紧贴顶 板时, 顶板得到了初撑力, 当顶板压力超过支柱额定 工作载荷时, 支柱内的高压液体将三用阀的安全阀 打开, 液体外溢, 支柱下缩, 内腔压力降低, 支柱承受 载荷减小, 支柱始终保持额定的工作载荷, 故亦称恒 阻式支柱; 回柱: 打开三用阀中的卸载阀, 支柱内 的液体经卸载阀流入老塘, 活柱在复位弹簧作用下 自动回缩。 ( 2)让压 特性。通过 支柱 中高 压水 的慢速 溢 出, 实现慢速让压, 柱体随顶板一起下沉; 对顶板始 终保持恒定的 较高的支撑力。最大让压速 度可达 3mm / s 可承受一定的冲击地压。 , ( 3)适用条件。倾角小于 25 的缓倾斜回采工 作面, 采取一定 安全措 施, 亦可用 于倾斜 角 25 ~ 30 回采工作面; 采场高度一般不超过 3 5m; 采场底 . 板不宜过软; 采场顶板冒落情况良好, 不影响回收支 柱。 白牛厂矿山白羊矿段缓倾斜破碎薄矿体适宜于 采用水压支柱护顶。 2 3 水压支柱护顶连续采矿法 . 利用水压支柱护顶代替矿柱或人工矿柱, 采场 沿矿体走向布置, 采场长为中段倾斜方向, 但斜长不 超过 60m, 宽 50m。采场之间不留隔离矿柱, 沿矿体

l)层以白云岩为主

的坚硬 半坚硬层状结构岩组, 岩溶和裂隙发育, 岩 石质量劣 中等。底板围岩为中寒武统冲庄组 (
1 2

ch) 层的泥岩、 板岩、 粉砂岩为主, 次为灰岩和白

云岩的 半坚硬 坚硬 层状结构 岩组。 其中泥 岩、 板 岩、 泥质粉砂岩中的风化带、 揉皱带、 构造裂隙发育 带和近构造破碎带处容易产生工程地质问题 ( 易泥 化和冒顶垮塌 )。 矿体产于 F3 断层破碎带之中, 勘探区内矿体顶 板有厚 0~ 21 16m 的断层角砾岩和断层泥, 底板局 . 部也为断层破碎带, 厚 1 29~ 12 64m, 断层破碎带 . . 结构松软, 胶结不紧密, 坑道掘进中垮塌、 冒顶严重, 为不良软弱夹层, 稳固性极差。因此, F3 断层破碎 带和围岩的泥岩、 板岩、 风化带、 裂隙发育带是矿山 开采中的主要工程地质问题。矿段工程地质条件为 以可溶盐类、 层状类为主的中等 复杂类型。 1 3 岩体质量评价 . 通过工程地质调查和岩石物理力学性质试验, 运用 RMR和 Q 系统, 对白牛厂矿山主要矿岩的岩 体质量进行分级和评价, 其结果见表 1。
表 1 白牛厂矿山矿岩稳定性分级结果
岩类 砂岩 泥质粉砂岩 泥质条带灰岩 泥岩 灰岩 粉砂岩 RM R 分级 级 级 级 级 级 级 Q 系统分级 级 级 级 级 综合评价 较好 差 ~ 中等 差 ~ 中等 差 较好 中等 ~ 较好

白牛厂矿砂岩和灰岩的岩体质量级别为较好, 属较坚硬岩体, 粉砂岩的岩体质量级别为中等。泥 质粉砂岩、 泥质条带灰岩和泥岩的岩体质量级别为 差 ~ 中等。 16

王贻明

姚高辉等: 缓倾斜破碎薄矿体采矿方法选择与采场参数优化

*

2010年 5月第 5期

走向连续采矿, 采场布置见图 1 。

单体水压支柱对缓倾斜薄矿体开采具有很好的 适应性, 但实际上矿体的厚度变化较大, 水压支柱支 护强度一定, 为满足安全生产的要求, 采用三维数值 模拟的方法, 对采场内水压支柱的网度、 采场结构参 数进行了优化。 3 1 计算方案 . 当采场达到最佳受力状态时, 采场跨度与采场 高度大小有关。目前, 白羊矿段的采场高度一般为

图 1 水压支柱护顶连续采矿法
1 控顶距; 5 炮眼; 压支柱网; 2 分段崩矿长度; 6 放顶充填区; 10 单体水压支柱 3 上 中段沿 脉平 巷; 4 边界 天井; 9水 7 生 探天 井; 8 本 中段沿 脉巷;

2 5~ 4 5m。这里拟对 2 5 3 5 4 5m 这 3种采场 . . . 、 . 、. 高度情况进行采场矿柱间排距优化研究, 共 9个计 算方案, 见表 2 。
表 2 矿柱支护密度优化计算 方案
计算方案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 4 5 . 3 5 . 2 5 . 采场高度 /m 矿柱排间距 /m 3 4 5 3 4 5 3 4 5 排内间距 /m 2. 5 2. 0 1. 5 2. 5 2. 0 1. 5 2. 5 2. 0 1. 5

( 1) 采准。沿倾向掘一边界天井, 规格为 2 0m . 1 8m, 以该天井及沿脉平巷作为回采的初始工作 . 面。 ( 2) 回采顺序。以边 界天井为自由 面, 从里往 外后退式分条回采。 ( 3) 凿岩爆破落矿。用 YT 24气腿式凿岩机打 平行于矿体走向的炮眼, 炮眼呈 之 字形排列, 炮 眼直 径 38 ~ 42mm, 药卷 直 径 32mm, 眼 深 1 8 ~ . 2 2m, 最小抵抗线 0 8m, 间距 0 8m, 整个工作面沿 . . . 倾向分条分段落矿, 每一分段长 8~ 10m。每一分条 宽即为眼深约 2 0m。 . ( 4) 出矿。以沿脉平 巷为运输通道, 电耙配合 装岩机出矿。 ( 5) 支护。待一分条矿石回采完后便进行支护 水压支柱, 为便于电耙出矿, 支柱尽量沿倾向成直线 排列, 视顶板安全情况, 每排支柱可适当加密。 ( 6) 放顶充填。在顶 板极为破碎的 采场, 只需 拆卸距离工作面最远的一排支柱, 顶板便会自然冒 落, 充填空区; 在顶板较为稳固完整的采场, 在撤支 柱前, 沿放顶线斜向上打一排炮孔, 待支柱撤卸后再 装药放炮, 实行强制放顶, 充填空区, 避免应力集中 到工作面, 以确保作业安全。一般情况下支柱的控 顶距为 7~ 9m, 放顶距为 8~ 12m。 该方案优点: 每一矿块只需掘一边界天井即 可将整个矿块回收完毕, 极大地减少了采准工程, 降 低了采切比; 工艺流程连续, 矿块间不留矿柱, 降 低了矿柱损失, 提高了资源回收率; 支柱可循环使 用, 使用寿命长达 5a 回采过程中无需坑木作临时 , 支护和锚杆护顶, 降低了出矿成本; 回采时, 由于 有效控制了顶板冒落造成的废石混入, 降低了出矿 贫化和回采损失; 控顶区十分安全可靠, 为作业人 员创造了一个安全稳定的作业环境。 3 采场结构参数优化

3 2 计算模型与屈服准则 . 采用岩土工程通用软件 ANSYS进行分析, 建立 三维数值模型 ( 见图 2) 。为了使各计算方案之间具 有可比性, 每个模型采用相同或尽可能相近的单元 尺寸。采用四面体 ( so lid92) 10节点单元类型, 分别 将各体元自动 划分有限元网格。模型的单 元数从 85890 ~ 208359 个 不 等, 节 点 总 数 为 124725 ~ 289727个。

图 2 三维计算模型 (局部放 大 )

根据试验采场矿体埋深确定原岩应力场, 计算 范围边界采用位移约束。 使用 岩土 工程 中 广泛 使 用的 德 拉克 普 拉 格 ( D rucker Prager) 塑性屈服准则进行有限元 计算分 析。 3 3 计算结果 . 通过综合比较各计算方案采场顶板及矿柱中的 最 大主应力、 剪应力等指标, 确定最 ( 下转第 34 ) 页 17

总第 493期

现代矿业

2010年 5月第 5期

为验证柱浸试验的条件参数, 在矿山现场进行 了堆浸试验。采取矿石 150, 用打砂机破碎矿石, 出 t 矿粒度为 0~ 20mm。样品采集采用边破碎边筑堆 边取样方式进行, 共采样 130kg 经缩分后分析入堆 , 品位: 2 78g / , 实验样品共含金 417g。工艺流程见 . t 图 3。

论都说明金矿氰化浸出过程中, 氧起着重要的作用, 氧参与了金的溶解过程, 今后应进一步试验研究如 何有效应用氧化剂, 提高浸出率。 ( 3)根据已有条件分析, 每吨矿石的成本约 180 元, 矿石金品位 2 78g / ,t 回收率达 75 6 , 金价 200 . . % 元 / g 则每吨矿石有 240 元的 盈利, 适宜大规 模生 , 产。

[ 1] [ 2]





献:

李尚远. 铀、 铜矿石 堆浸原理 与实践 [ M ] . 北京: 原 子能出 金、 版社, 1997: 1~ 16 . 阎应科. 国外黄金氰化浸出的发展状况 [ J ]. 国外金属矿选矿, 1993 ( 10) : 14 ~ 19 . 郑大中, 郑若锋. 矿石中氰化堆浸提金若干问 题的研讨 [ J] . 四 川化工与腐蚀控制, 1999 2( 3 ) : 15~ 19 , . 黄金生产工艺指 南编委会. 黄金生产 工艺指 南 [ M ]. 北京: 地 质出版社, 2000 392~ 393. : 吴永胜. 丁家 山金矿 选矿 工艺优 化实 践 [ J] . 江 西有 色金属, 2007 ( 2) : 15 ~ 18. 张金叶等. 过氧 化氢在 氰化 法浸 金中 的应用 [ J ]. 黄金, 1991 ( 12 ): 42~ 44. Loroesh Jeta.l Invest igat ion O n hydrogen p erox ide- ass is ted leac h ing of gold and Its appl icat ion [ J] . M ining Engin eering 1989 , ( 9 ) : 963~ 965. 张兴仁. 过氧试剂在 提金工艺 中的最新 应用 [ J] . 国 外金属矿 选矿, 1995 ( 9) : 1 ~ 7. 孙鑫泉等. 过氧化 物辅助浸 出 ( PAL ) 的氰化 提金新 工艺 [ J ]. 黄金, 1993 ( 3) : 41 ~ 43 . 刘亚川, 谷晋川. 金矿氰化浸 出强化技术研究 [ J]. 矿产综合 利用, 1999 ( 1) : 11 ~ 15 . 张兴仁. 改进氰化工 艺提高浸 金效果 [ J ]. 国外金属 矿选矿, 1995 ( 7) : 24 ~ 29.

图 3 浸出工艺流程图

堆浸现场由于海拔较高, 气温较低, 在浸液中加 入 H 2O 2 作为补充氧化剂; 在筑堆的一定间距埋设 一些竹筒、 木棍, 待堆 浸一段时间后 挖出这些埋入 物, 避免矿堆过分压实和提高渗透性, 改善了供氧条 件, 使浸矿剂渗透到矿堆中有足够的溶解氧, 提高金 的浸出率。 主要技术参数: p 值为 10~ 11, N aCN 浓度前 H 期为 0 7g /L、 . 中期 0 5g /L、 . 后期 0 3g /L; H 2 O2 浓度 . 前期为 0. 5kg / t 中期 0 3kg / t 后期 0 1kg / ; 氰化物 、 . 、 . t 喷淋强度 12 5L / ( m . h), 最后产品的载金炭生产 出黄金 315 2g 回收率 75 6 。 . , . % 5 结 语 ( 1) 该矿石类型简 单, 结构松散, 易破碎, 伴生 有害组份含量较低, 渗透性好, 浸液容易渗入矿粒深 部, 对浸出有利, 适合野外堆淋浸出。 ( 2) 此 次野外矿 山堆浸 试验受 设备和 时间限 制, 未做氧化剂双氧水浓度试验, 溶解反应的各种理 ( 上接第 17页 )佳的水压支柱网度尺寸。 计算结果表明, 采场回采后会在其周边产生拉 应力, 通过对采场周围拉应力大小的计算分析, 得出 了保障采场稳定的尺寸。当开采深度为 500m 左右 时, 考虑到现场岩体结构的差异性, 对采场高度分别 为 2. 5 3 5 4 5m, 支护排间距分别为 3m 、. 、. 4m 2m 和 5m 2 5m、 . 1. 5m 各种情况下应力场进行了有
2

[ 3]

[ 4] [ 5]

[ 6] [ 7]

[ 8] [ 9] [ 10]

[ 11]

(收稿日期 2010 01 20) ( 1) 白牛厂矿山矿体倾角较缓, 厚度较薄 ( 2 ~ 5m ) , 且矿体及直接顶板破碎, 容易垮冒, 岩体质量 为差 中等。 ( 2)根据井下主矿体开采技术条件, 结合白牛 厂矿山采矿装备技术水平, 通过技术经济比较, 优选 水压支柱护顶连续采矿法作为主要采矿方法, 具有 采准工程少、 工艺流程连续、 矿石回收率高、 成本低, 控顶区安全可靠等优点。 ( 3)根据试验采场矿体赋存条件, 通过三维数 值模拟研究, 当矿体平均厚度为 3 5m 时, 单体水压 . 支柱的排间距为 4m, 排内柱间距 1 5m, 可以保证采 . 场顶板的稳定性。 (收稿日期 2010 02 09)

限元分析, 通过结果对比分析, 建议采用采场高度为 3 5m, 最佳采场支护排间距为 4m 1 5m。按照矿 . . 块长 60m、 30m、 宽 采场高 3. 5m、 单体水压支柱支护 排间距 4m 1 5m, 进行采场结构参数设计, 能够保 . 证采场稳定性。 4 结 34 论


相关文章:
2014年4月份考试作业固体矿床开采(二)第三次作业答案
移动破碎机 半固定破碎机 固定破碎机 10.确定放矿...3.在可一次采全厚的缓倾斜薄矿体中,炮孔一般采用...因此,选择采矿方法应从整个国民经济和企业的整体利益...
缓倾斜薄至中厚金属矿床空场采矿法及其改进途径
缓倾斜薄至中厚金属矿床空场采矿法及其改进途径_冶金...一、房柱法 房柱法一般用于开采缓倾斜中厚矿体, ...和装运设备,一般采场生产能力只有 2~4 万吨/年,...
缓倾斜极薄小矿体的采矿方法研究
缓倾斜极薄小矿体的采矿方法研究 【摘要】本文主要针对缓倾斜~倾斜的薄~极薄矿体回采过程中存在的安 全问题, 通过改良、 优化采矿方法, 以提高回采作业安全条件...
采矿方法总结
2.留矿全面采矿法 (1)矿石和顶板岩石为稳固或中等稳固;矿石不粘结,不自然; (2)矿体倾角由缓倾斜到倾斜(即26°-55°) ,以倾斜矿体为主; (3)厚度由薄至中...
采选题目
矿 石围岩的稳固性是关键因素,它决定采场地压管理方法、采场结 构参数和...水平或缓倾斜矿体则需用机械运搬。 矿体厚度影响采矿方法和落矿方法的选择以及...
地下开采试题及答案
甚至影响某 些采矿方法的顺利使用,造成矿石结块的...倾斜矿体,倾角为 5°~30° 为缓倾斜矿体...二、选择题 1、与采场运搬方式密切相关的因素有(...
缓倾斜论文:薄至中厚磷矿体采矿方法FLAC3D数值模拟
稳定性、覆岩活动规律及地表边坡稳 定性等进行了研究,得出了覆岩变形破坏和采场围岩应力变化规律, 为类似缓倾斜薄至中厚磷矿体露天转地下开采方法选择及优化提供 ...
采选概论作业
它决定采场地压管理方法、采场结构参数和主要回采工...水平或缓倾斜矿体则需用机械 运搬。 矿体厚度影响...极薄矿体采矿 方法要考虑分采或混采;单层崩落法...
急倾斜厚大矿体开采方法比较分析
急倾斜薄矿体近地表三角... 4页 免费 采矿方法缓倾斜中厚矿... 5页 1下载...(本设计 为斜坡道) 、分段运输平巷及分段破碎和装岩巷道等,采准工 程量巨...
更多相关标签:
缓倾斜矿体 | 缓倾斜厚大矿体 | 破碎群岛采矿 | 破碎群岛采矿路线 | 采矿破碎粉尘产 | 采矿破碎粉尘 | 破碎群岛采矿等级要求 | 破碎群岛采矿攻略 |