金屬礦山采礦方法

有關(guān)金屬礦山采礦辦法的進一步理解Abstract:inthisarticle,abriefoverviewofthecurrentdomesticopenpitminingprocessefficientmethods,aswellastheyearsofexperienceintheminingprocess,andfinallyabriefdescriptionofthemainproblemsintheprocessofmining.Keywords:metalmines,undergroundmining,themainproblemsAuthor：郝帥帥Introduction：黃金和有色金屬在我國的國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位。因此,高效、經(jīng)濟、安全地回收黃金和有色金屬礦石,一向為黨和政府所關(guān)注。新中國成立以來,在黨和政府的高度重視下,通過有關(guān)專家、學者及礦業(yè)人員的共同努力,使我國的黃金和有色金屬地下礦山的采礦技術(shù)和裝備水平均得到了較大程度的提高;采礦效率、采礦回收率等采礦技術(shù)指標亦同時增加,使我國的黃金和有色金屬地下礦山的采礦技術(shù)水平已達成一種嶄新的階段。然而,我們在為已獲得的成績歡欣鼓舞之余,仍應看到,我國與世界先進的采礦技術(shù)水平尚有相稱大的差距。因此,應盡快地縮小這一差距,趕上或超出世界先進水平,是我國當代采礦從業(yè)人員所面臨的最為迫切的研究課題。一、采礦工藝技術(shù)的新進展進入20世紀90年代,我國有許多黃金和有色金屬礦山通過技術(shù)改造,大量引進了國外先進的采、裝、運設(shè)備,同時,一批適合我國地下礦山實際狀況的先進裝運設(shè)備研制成功,并應用于礦山,促使了我國地下礦山的機械化水平明顯提高。由于采礦作業(yè)機械化程度的提高,勞動條件大為改善,使采礦成本大幅度減少,勞動生產(chǎn)率顯著提高。又由于先進的自行采、裝、運設(shè)備的引進和研制,新技術(shù)的應用和發(fā)展,增進了采礦工藝技術(shù)的不停改善和創(chuàng)新,出現(xiàn)了前所未有的發(fā)展和變革?，F(xiàn)將我國含有代表性的采礦工藝技術(shù)分述以下。1.大直徑深孔采礦法20世紀80年代,VCR法(大直徑深孔球狀藥包后退式崩落采礦法)首先在我國凡口鉛鋅礦實驗成功。該法與傳統(tǒng)的采礦辦法相比,含有采場構(gòu)造簡樸、生產(chǎn)能力大、機械化程度高,作業(yè)安全等優(yōu)點。隨即,這一高效率的采礦辦法先后在金川有色金屬公司、金廠峪金礦和獅子山銅礦等礦山得到推廣應用。但是,由于我國地下礦山大部分礦床為中厚礦體,傾角較小,采用VCR法容易造成礦石的損失和貧化,且VCR法需要使用成本較高的高威力炸藥和價格昂貴的高精度深孔鉆機,致使采礦成本較高;另外,VCR法爆破一次崩礦量較少,施工作業(yè)工序較多,每次均需進行清孔、堵孔、裝藥、堵塞、聯(lián)線、起爆等。由于上述因素,限制了VCR法在我國黃金和有色金屬礦山的使用范疇。為克服上述問題,自1980～1985年間,在凡口鉛鋅礦又實驗成功了另一種含有代表性的大直徑深孔采礦方案,即階段深孔臺階崩落采礦法。該采礦辦法的實質(zhì)是:將露天礦的臺階崩礦技術(shù)應用到地下開采中,即在采場的局部面積上,先形成切割槽,然后以這一切割槽為自由面和賠償空間,采用大直徑深孔裝藥進行全階段高或臺階狀崩礦,崩落的礦石由采場下部的出礦系統(tǒng)運出。該采礦辦法的重要技術(shù)經(jīng)濟指標為:礦石回收率為99.87%;貧化率為2.42%;采場綜合生產(chǎn)能力為551.5t/d;采場出礦能力為1630t/d。在此基礎(chǔ)上,于90年代在安慶銅礦實驗應用了大直徑深孔高階段采礦工藝,成功地實現(xiàn)了一環(huán)節(jié)礦房高階段大孔采礦、雙階段持續(xù)回采和高濃度尾砂膠結(jié)充填采礦法。在該辦法中,采場垂直礦體走向布置,采場長為礦體厚度。礦房、礦柱寬為15m;作業(yè)中段高60m。一環(huán)節(jié)回采礦房,嗣后一次尾砂膠結(jié)充填;二環(huán)節(jié)回采礦柱,嗣后用尾砂或廢石充填。該采礦辦法使用Simba-251潛孔鉆機鉆鑿Υ165mm的垂直下向孔。采用下列三種形式崩礦:一是用VCR法拉立槽;二是立槽拉到一定高度后,進行5～7m高的側(cè)向崩礦,使采場以立槽為中心形成倒梯段狀或弧形狀,以增加采場安全穩(wěn)定性,即梯段或弧形爆破;三是階段爆破,即立槽拉通之后,四周全階段向立槽側(cè)向崩礦。階段高段60m,為增大采場生產(chǎn)能力,采用礦房、礦柱雙階段持續(xù)回采,回采高度達120m。采場生產(chǎn)能力可達750～850t/d;礦石損失率13.04%,貧化率13.13%。由于使用了大量采、裝、運先進設(shè)備,采礦效可達33.3t/人·d,是國內(nèi)普通金屬礦山的5倍左右。重要經(jīng)濟技術(shù)指標均達成國內(nèi)領(lǐng)先水平。高效率的大直徑深孔采礦法不僅在有色金屬地下礦山獲得了喜人的成績,在黃金地下礦山中同樣也獲得了較好的成績。金廠峪金礦大直徑深孔采礦辦法的成功應用,便是最佳的例證。1989年,金廠峪金礦成功地實驗了大直徑深孔階段擠壓崩礦單環(huán)節(jié)持續(xù)回采工藝技術(shù)方案,現(xiàn)在仍在生產(chǎn)中應用。該方案的技術(shù)特點是,運用垂直大直徑深孔向相鄰已被廢石充滿的空間進行階段擠壓崩礦,每次擠壓爆破后進行局部放礦,使呈擠壓狀態(tài)的崩落礦石進行二次松散,然后進行下一次擠壓分層崩礦,從而實現(xiàn)后退式持續(xù)回采,無需進行間柱或頂柱的二步回采。該辦法的實驗成功,使金廠峪金礦的采礦效率大幅度提高,生產(chǎn)成本明顯下降,為該礦的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn),提高經(jīng)濟效益提供了可靠的技術(shù)保障。該采礦辦法重要技術(shù)經(jīng)濟指標為:礦石回收率為99%,貧化率為6.52%,采場出礦能力平均為190t/d,最高達成254.6t/d2.充填采礦法隨著科技水平和物質(zhì)文化生活水平的提高,人類對黃金和多個有色金屬的需求量也日益大,而通過數(shù)年的開采,埋藏較淺的易采礦體已所剩無幾。為了滿足社會生產(chǎn)和生活的需求,人們不得不著手開采地下更深處的、賦存條件差的礦床。另外,近年來,人們對環(huán)保的規(guī)定日益嚴格,對環(huán)境破壞較大的礦山開采受到了人們更大的關(guān)注。由于充填采礦法是一種回收率高、貧化率低的采礦辦法,因此在稀有貴金屬和高端富礦的開采,以及礦床賦存條件雜、地表需保護和有自燃傾向礦床開采中含有不可替代的作用。因此,近年來,充填采礦法在世界各地得到了越來越廣泛的應用,我國的充填采礦技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展。3.自然崩落采礦法自然崩落采礦法是運用礦體固有的軟弱性、節(jié)理裂隙、容易崩落等特性,在礦塊或盤區(qū)底部拉底后,借助重力引發(fā)自然崩落,并破碎成適宜的塊度,經(jīng)底部出礦系統(tǒng)放出的一種采礦辦法。它是一種產(chǎn)量大、效率高和最經(jīng)濟的唯一能與露天開采媲美的地下采礦辦法。該法合用于礦石儲量大、品位低的礦山進行強化、低成本的回采礦石。這種辦法在美國使用了一百數(shù)年,但仍然依靠經(jīng)驗類比法來指導生產(chǎn)和設(shè)計。從1985年起,在中條山銅礦峪銅礦進行了自然崩落采礦法的研究。研究中,由中國、美國雙方技術(shù)人員以整個礦山工程系統(tǒng)為研究對象,進行了涉及采礦技術(shù)、裝備、生產(chǎn)組織管理,礦山內(nèi)、外部環(huán)境配備等全方位的綜合研究,建立了自然崩落采礦法從基礎(chǔ)理論、設(shè)計辦法、工藝流程、設(shè)備選擇到科學管理的一整套經(jīng)驗和技術(shù)。該礦自然崩落采礦法設(shè)計段高為120m,用電耙出礦。由于礦體傾角僅45°,為了回采下盤部分礦石,在下盤圍巖中布置了三層放礦漏斗。由于礦體埋藏較淺,上原巖的水平應力不不大于垂直應力,為切斷水平主應力對崩落的影響,促使初始崩落,在初始崩落區(qū)的側(cè)部和上盤邊界上布置割幫槽。拉底巷道沿礦體走向布置,間距為10m,與電耙道垂直距離約7.4m。采用中深孔拉底,拉底高度為7.0m,當?shù)V石崩落面達成下盤漏斗層標高時,下盤漏斗層開始拉底,以促使崩落繼續(xù)向上發(fā)展。出礦用75kW電耙,為加強放礦管理,井下設(shè)礦石質(zhì)量監(jiān)測站,用X射線熒光分析儀快速分析出礦品位,建立放礦微機管理系統(tǒng),進行放礦優(yōu)化。該項目于1993年末通過鑒定,1994年出礦達260萬t。該辦法在銅礦峪礦的成功應用,標志著我國自然崩落采礦法技術(shù)水平已步入世界先進行列。4.溶浸采礦技術(shù)隨著世界范疇內(nèi)人們對環(huán)保意識的加強和對人類文明可持續(xù)發(fā)展的重視,礦山公司對環(huán)境的危害作用日益為人們所關(guān)注。溶浸采礦技術(shù)能達成既回采了人們所需要的礦物,又能在很大程度上減少了采礦作業(yè)對環(huán)境的破壞作用的目的。該辦法自20世紀80年代開始就在我國有色金屬礦山和黃金礦山進行實驗?，F(xiàn)在,地表堆浸技術(shù)已相稱成熟和完善,達成了工業(yè)化生產(chǎn)的程度,在全國有色金屬礦山和低品位的黃金礦山中,大面積推廣應用。1997年11月,江西銅業(yè)公司采用溶浸采礦技術(shù)產(chǎn)出電解銅7.1t,質(zhì)量超出了國家A級電解銅原則。地下原地溶浸技術(shù)是溶浸采礦中較為復雜的技術(shù),我國已將其列入“九五”科技攻關(guān)項目,在大姚銅礦和中條山銅礦等地進行研究,預期將獲得重大的技術(shù)突破。溶浸采礦最大的特點是,能夠解決低品位礦石,從而能將原先當作廢石拋棄的低品位礦石重新得到回收運用,擴大了資源的回收范疇。同時,溶浸采礦對礦山周邊環(huán)境破壞比常規(guī)采礦辦法小得多,符合當今世界可持續(xù)發(fā)展觀念對采礦技術(shù)的規(guī)定。二、重要經(jīng)驗三十年來,我國許多地下礦山在長久的生產(chǎn)實踐中,裁減了某些不適宜的采礦辦法,對某些適宜的采礦辦法進行了完善,因而在使用當中,工藝和技術(shù)等許多方面積累了不少經(jīng)驗,這些經(jīng)驗重要有:1.強化開采強化開采是以速度為中心,質(zhì)一量為前提,掘進為基礎(chǔ),實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn),獲得最佳經(jīng)濟效果為目的的。如易門獅山分礦總結(jié)以“三強”為中心的強化開采的經(jīng)驗,不僅在地壓大的狀況下能做到施工安全,并且由于生產(chǎn)中段數(shù)大大減少,普通為2一3個,因而管理方便、設(shè)備運用率高,達成了縮短戰(zhàn)線和合理集中作業(yè)的目的。自從1977年在易門銅礦召開了強化開采經(jīng)驗交流會后,不少礦山在推廣應用,實施了合理的強化。2.擠壓攝破現(xiàn)有的有底柱崩落法中,基本上均采用了中深或深孔一次落礦的擠壓爆破方案,將原有的30%的自由賠償空間過渡為12一20%,、減少了大塊率和損失貧化率,減少了二次炸藥消耗量,提高了電出礦能力,并且簡化了采場構(gòu)造,減少了切割工作量。3.實施探采結(jié)合和坑鉆結(jié)合將礦山生產(chǎn)探礦和采準工程及坑探和鉆探緊密結(jié)合起來,實施礦山地質(zhì)和采礦綜合研究,合理布置采準巷道,是使其先起探礦作用,后作采準工程的一項統(tǒng)籌施工法。它不僅節(jié)省了費用和加緊了速度,并且還減小了對礦體的破壞作用。中條山有色金屬公司由于采用了探采結(jié)合,中厚礦體的探采比由7米/千噸下降到2.5米/干噸,厚礦體達成了0.7米/千噸,每年可減少坑道掘進量達60多米,若以」釋帳130元計算,則每年可為國家節(jié)省2.8萬元。錫礦山銻礦從1970一1980年的11年中,以鉆代坑25615米,約坑道20011米,節(jié)省坑道掘進費160多萬元。尚有許多礦山如易門銅礦和壽王墳銅礦都做得較好。4.下向充填采礦法的應用1967年,黃沙坪礦為理解決礦巖極不穩(wěn)固、礦體形態(tài)變化復雜的5`礦體的開采問題,選擇了下向分層尾砂充填采礦法進行實驗,1970年順利地完畢了5非礦體的回采工作。1973年初,金川龍首礦在黃沙坪礦獲得經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,在礦床賦存條件復雜、礦體圍巖破碎、上向膠結(jié)充填法難以使用的狀況下,也進行了下向膠結(jié)充填法的實驗,并在獲得初步成果的基礎(chǔ)上,逐步推廣使用,到1980年終,下向膠結(jié)充填法的產(chǎn)量比重已占全礦的47.9%,已成為該礦的重要采礦辦法。在技術(shù)經(jīng)濟效果方面,采場生產(chǎn)能力普通為57噸/日,現(xiàn)在的實驗采場已超出80噸/日,比上向膠結(jié)充填法還高,成本則比上向的略低(上向為19.94元/噸,下向為18.59元/噸)。由此,下向充填法對開采礦巖極不穩(wěn)固的高端礦床是一種比較好的辦法。5.立式砂倉的應用為了確保高濃度砂漿穩(wěn)定持續(xù)供應充填采場的需要,通過實驗研究,先后在銅錄山和焦家等礦建立了立式砂倉,與臥式砂倉相比,它含有制備膠結(jié)充填料實現(xiàn)自動化、工業(yè)配備集中和占地面積少等優(yōu)點,給持續(xù)穩(wěn)定地輸送尾砂充填料提供了有利條件。6.采場錨桿護頂對于需要在暴露面下工作的采礦辦法,如充填采礦法,各個工種的工人均要在暴露面下作業(yè),且每采一分層時間較長,礦石的頂板穩(wěn)定性與否,對生產(chǎn)安全有很大的影響,同時也影響到資源的回收,銅陵鳳凰山銅礦、山東焦家金礦和錫,礦山南礦等,在礦巖不太穩(wěn)固、三角節(jié)剪發(fā)育的采場,運用了錨桿護頂都起到了應有的作用。7.留礦全方面法和電耙留礦法的應用這兩種辦法都是留礦法的變種,在回采的過程中用淺孔落礦,每次放出部分礦石,采場內(nèi)留有適宜的作業(yè)空間,當采完后沿著傾斜方向用電耙五左行大量出礦。如山東招遠金礦九曲分礦,礦體傾角41。一52“,脈幅0.4一3.5米寬,由于底板不平,礦體變化大,采幅小或礦石易結(jié)塊等因素,使礦石放不出來,因而采用留礦全方面法。為了克服在傾角較大時一耙斗翻轉(zhuǎn)的問題,采用了角錐體耙斗出礦,這不僅解決了出礦問題,并且改善了技術(shù)經(jīng)濟效果,放礦效率每班提高了5噸左右,回采周期縮短了30一60天,損失率減少了5一10%。又如香花嶺錫礦,在開采太平里區(qū)段時,傾角只有35“~一37。,采用了單漏底部構(gòu)造的電耙留礦法,也獲得了較好的技術(shù)經(jīng)濟效果。這兩種辦法擴大了留礦法的使用范疇，解決了傾斜薄礦體開采的出礦問題。從使用狀況來看,技術(shù)上一可行,而經(jīng)濟上也是合理的。8.振動放礦機的應用現(xiàn)在我國在冶金、建材和化工等礦山中有40多個應用了振動放礦機,已運轉(zhuǎn)的有幾百臺,其中以有色礦山發(fā)展最快,應用最多。中條山有色公司、桃林鉛鋅礦、楊家杖子礦務局和麻陽銅礦四個單位,已制造了153臺,并大部分投入了生產(chǎn)。從應用范疇來看也逐步在擴大,錫礦山從階段溜井發(fā)展到了主溜井,桃林鉛鋅礦在溜井和原礦倉使用,有底柱崩落法的楊家杖子礦務局、留礦法的馮家山銅礦和空場法的開陽磷礦,已在采場應用。實踐證明,振動放礦機較重力放礦含有諸多似點:放吮礦能力大;制作簡樸,造價低,每臺只需200。一300。元左右;操作容易,維修方便;勞動條件好,作業(yè)也安全;可減少木材消耗,每個漏斗可節(jié)省木材4一5米“。因此,振動放礦是一項符合國情的合用技術(shù),在我國有色礦山中將會得到進一步的推廣和應用。三、金屬礦山采礦辦法存在的重要問題三十數(shù)年來,我國有色金屬地下礦山采礦辦法獲得了很大的發(fā)展,并獲得了不少成就,但由于受多個因素的影響,「有些比較適宜的采礦辦法,也未能充足發(fā)揮其優(yōu)越性,且還存在某些共同性的問題,歸納起來重要有下列幾個方面。1.損失貧化大損失貧化的大小是評價采礦辦法選擇與否合理,是采礦工作質(zhì)量好壞的重要指標,它對礦山開采的經(jīng)濟效果和服務年限有很大的影響?，F(xiàn)在我國地下有色礦山的損失貧化都比較大。損失貧化大重要是管理上和技術(shù)上的因素所造成的,通過調(diào)查,能夠歸納為下列幾個問題:（1）探礦落后,地質(zhì)資樸不準。有的礦山采場設(shè)計的地質(zhì)資料沒有達成B級儲量的規(guī)定,而將采場布置在C:級儲量上,致使采準工程布置甚至采礦辦法的選擇都不合理。由于礦體的形態(tài)不清,采準切割施工后,使有的礦石采不著或放不出來,有的采準工程穿過廢石,回采時必須采下廢石;再是夾石狀況不清,沒有考慮分采、分出方法,迫使混采混出。因此造成不應有的損失貧化。（2）回采設(shè)計不當,施工質(zhì)量差。有的礦山不管礦體的大小和產(chǎn)狀,套用一種采礦辦法和采場布置形式,因而設(shè)計不合理。有的礦山對超出剔除厚度的夾石不采用分采分出方法,將大量的廢石混入礦石,如某礦僅此一項就使貧化率增加13.6%。有的礦山底部構(gòu)造施工質(zhì)量差,合格率僅有60%左右,僅斗間和耙道間的脊部所造成的損失就占采場礦量的5一10%。有的因耙道施工質(zhì)量差,造成過早破壞或不因礦施法而損失礦量達幾萬到幾十萬噸。（3）出礦管理差且周期過長。有的空場法和充填法礦山,為了趕進度,采場礦石未出完就進行下道工序。崩落法礦山盡管有一套較好的放礦制度,但因管理不善,不能按次序均勻放礦,往往自由放礦,自然封斗，使有的漏斗放出大量的廢石,有的漏斗尚有諸多礦石沒有放完就被迫停止放礦。有的礦山采場出礦周期過長,加之底部構(gòu)造質(zhì)量差和沒有較好的維護,也造成底部構(gòu)造破壞而產(chǎn)生大量損失。據(jù)某崩落法礦山2個采場的統(tǒng)計,因出礦周期長而使耙道破壞,損失金屬量達1600多噸,貧化率高達47%。2.采場生產(chǎn)能力低現(xiàn)在我國有色礦山的采場生產(chǎn)能力都不高,其因素重要是勞動組織不合理,工時運用率很低,設(shè)備開動率不高,作業(yè)分散且不持續(xù)等管理問題。如有的礦山一人一班,一臺電耙,一條耙道;有的設(shè)備不配套,使用效率高的鏟運機出礦,每班普通只運轉(zhuǎn)但是1一2小時左右。因此,不少礦山采場生產(chǎn)能力長時間停留在一種較低的水平。3.礦柱回采與空區(qū)解決不及時按照正常的生產(chǎn)秩序,在做采礦設(shè)計時,必須同時考慮礦柱的回采與空區(qū)解決。但是,長時期來,由于產(chǎn)量的規(guī)定和貪圖方便,只顧眼前,無視久遠,加之客觀上礦柱回采難度木,技術(shù)經(jīng)濟指標略差,因而使有色礦山留有大量的礦柱沒有回采,各礦山的狀況只是程度不同而已。由于礦柱積壓太多,使大量的空區(qū)也就得不到解決,有些礦山造成大面積的地壓活動,甚至造成重大災害。據(jù)某七個空場法礦山的統(tǒng)計,空區(qū)體積就有2200萬米“,需要解決的大部分尚未作解決。使用崩落法的礦