金属矿地下连续开采技术及面临的问题探讨

收稿日期： 修回日期： 基金项目：2006 中南大学大学生创新创业教育资助项目(LB06096) 作者简介：廖国燕(1984－) 女 中南大学资源与安全工程学院 采矿工程 E-mail：lgy03029@163.com。 金属矿地下连续开采技术及面临的问题探讨 廖国燕 （中南大学 资源与安全工程学院 湖南 长沙 410083） 摘要：讨论了地下金属矿山连续开采的概念和连续开采技术的四个基本层次及其研究的主要内容。结合连续采矿 的一些国家科技攻关项目，重点论叙了我国目前地下金属矿山连续开采技术的现状，并提出了连续开采技术面临 的一些问题和发展方向。 关键词：地下金属矿；连续开采；技术 中图分类号： 文献标识码： 文章编号： Discussion on Continuous Mining Technology and the Problems in Underground Metal Mine Liao Guoyan (School of Resources and Safety Engineering, Central South University, Changsha, Hunan 410083, China) Abstract：Discussed of the concept of continuous mining in underground mines, the author also analyzed the four basic levels of continuous mining and its content. The paper combined some national science and technology research projects, discussing the current status of continuous mining technological in underground metal mines in our country at present. Also some problems and the direction of development of continuous mining technology are proposed. Key words：Underground metal mines；Continuous mining；Technological 1 引 言 随着地下矿山开采规模的不断扩大、开采深度 的不断增加，会带来一系列的技术难题。连续开采 技术工艺是解决这些难题的有效途径之一。它可以 改善井下工人的作业环境和工作条件；可以实现矿 山机械化连续作业，提高采场的综合生产能力；可 以缩短采场的回采周期，有利于深部低压的控制和 管理；可以实现大规模、高强度的集中强化开采， 降低矿石的开采成本，提高开采的经济效益等等。 因此，自 20 世纪 80 年代以来，国际矿业界对实现 连续强化开采问题予以极大关注，把它视为发展矿 山生产，提高经济效益最直接有效的途径[1]。随着 高效率采、装、运设备的出现和大量落矿采矿技术 的发展，井下生产正趋向于大型化、连续化，采矿 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 朝高阶段和一步骤回采的方向发展。因此，连 续开采技术对实现 21 世纪矿山向开采纵深化、规模 大型化、设备机械化、操作自动化、生产连续化、 管理现代化发展具有重大意义。 2 地下矿山连续开采的概念 随着采矿技术的发展，地下矿山连续开采的概 念逐渐清晰。由于矿岩软硬程度的不同，出现了两 种形式的连续开采方式。一是采掘工艺全过程(含切 割、落矿、装载、运搬)同时平行连续进行，如综合 机械化采煤工艺。这种连续开采方式主要是适用于 开采矿岩硬度不大的矿体，如煤矿、钾盐矿等;另一 是指在同一个开采单元中，落矿、出矿、运矿等工 序各自具有相对独立的作业条件，各工序间相互协 调地在不同作业空间内平行连续进行，由此组成高 效连续采矿工艺系统。这种连续开采方式主要适用 于矿岩硬度较大的矿山[2,3]。 地下金属矿山连续工艺仅仅指矿块(矿房)回采 工艺的连续性.只是连续开采的一个层次。连续开采 主要包括 4 个层次的内容。 http://www.paper.edu.cn 1 2.1矿房的连续回采(Ⅰ层次) 矿房的连续回采是指在采场的回采过程中落矿 出矿、矿石运搬工艺的连续作业。研究的主要内容 有适合于连续回采的采矿方法及采场结构，高效率、 低大块率的凿岩、落矿技术，高效耐用和经济的采 场连续出矿和连续运搬设备。其目的是实现高效率、 高能力的落矿、出矿、运矿的采场连续回采。这个 层次下一步研究的重点将是大块的控制管理和出 矿、运矿设备的改进和完善[4,5]。 2. 2矿体(床)的连续开采(II层次) 它是指在矿体(床)的开采过程中，不留或少留 矿柱，尽可能采用一步骤回采的开采模式。研究的 主要内容有：开采方式(上行或下行)，采场回采推 进顺序（前进式或后退式），开拓、采准形式以及有 利于采场安全的地压管理和控制技术。这一层次还 有巨大的发展空间。 2. 3矿石的连续运送(Ⅲ层次) 矿石的连续运送，是指井下矿石的转载、运输、 提升等环节。研究的主要内容有:连续运送矿石的方 式、运送设备及配套设备的研制等。该层次为地下 开采矿石的后处理工艺，近几年来，该层次的研究 无重大突破，国外很多矿山用特殊的胶带运输机实 现了地下开采矿石的连续运送[6,7]。 2. 4全工艺过程的连续化(Ⅳ层次) 全工艺过程的连续化是指掘进、落矿、出矿、 搬运、运输等过程的连续化作业，是最高层次的连 续开采，目前，这个层次在软岩矿中的研究和应用 发展迅猛，己实现大规模工业开采全工艺过程的连 续化。在硬岩开采中的研究难度较大，但如连续采 矿机、冲击式采矿机、钻孔射流采矿等己开始投入 试验阶段，这一领域具有广阔的前景，它对于硬岩 中实现非爆破采矿具有重大的意义。 3 金属矿山地下连续开采技术 在我国从“七五”期间开始，国家专门组织了 多次“连续采矿技术及装备”的科技攻关，目前已 经取得了许多重大的成果，广义的连续采矿技术已 经应用于我国很多矿山。 3.1 一步骤房式回采振动机组出矿的连续采矿技术 在矿床开采中，传统采用的房式采矿法把阶段 分为矿房和矿柱，先采矿房，后再回收矿柱（也称 间柱）。这种留间柱的开采方法，存在一些难以解决 的问题： 所留间柱形态一般不会很规则，而且承受变形 甚至破坏，给后期回收带来很多问题，工艺复杂、 安全性差、采矿效率低、作业成本高； 间柱回收在技术上存在较多的困难，因此回收 率较低，有的甚至无法回收，造成资源大量损失； 由于间柱回收滞后，致使阶段作业长期不能结 束，井巷工程、风水管线及设备维护工作量大，直 接影响井下开采的经济效益； 由于间柱回收滞后，回收困难，致使井下作业 线越拉越长，形成多阶段作业，给矿山生产管理带 来很多困难，井下人均劳动生产率无法提高，矿山 的经济效益受到严重影响。 为了变革传统开采方法，中南大学在研究振动 出矿机技术取得很大成功的基础上，“七五”、“八五” 期间，先后在狮子山铜矿和凤凰山铜矿承担了国家 科技攻关项目，取得了重大的研究成果。 地下金属矿无间柱连续采矿法就是针对传统两 步骤采矿法的上述弊端而提出的。实施的总体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 和技术思路是：将阶段划分为矿段，以矿段为回采 单元，不留间柱，采用下向平行深孔侧向崩矿(矿段 中部拉切割槽)、无二次破碎水平的组合式振动机出 矿的底部结构，用分节式振动运输列车搬运矿石， 形成采场出矿、运矿连续作业线，崩矿过程中靠充 填空区一侧留临时隔离矿壁，待本矿段出矿工作行 将结束时再一次崩落，强采强出，并跟随快速充填。 采切、回采和充填作业在三个相邻块段间平行进行， 相互衔接，分别转移，采矿工作面在阶段上连续推 进，故称之为“连续采矿”。由于这里的连续采矿是 以矿段为回采单元、矿段间不留矿柱为其主要特征， 故又称为“无间柱连续采矿”。 实现无间柱连续采矿，将是金属矿地下开采技 术的一个重大变革，表现在： （1）可从根木上解决长期以来因矿柱回采滞 后给生产带来一系列的被动，致使国家资源大量损 失，矿山经营效益受到严重影响的问题； （2）回采时工作而的连续推进，有利于实现 井下采矿作业的合理集中，为提高采矿强度和井下 工人劳动生产率创造条件； （3）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，对于围 岩稳固性稍差，特别是地压较大的深部矿床开采， 将是一种有效的开采方式； http://www.paper.edu.cn 2 （4）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。 3.2 深井连续推进帷幕隔墙跟随充填采矿技术[8] 缓倾斜薄矿脉属难采矿体，多使用削壁充填采 矿法开采，存在劳动强度大、生产能力低、损失贫 化大等缺点。特别是进入深井开采的高地压环境， 传统的被动支护方式严重影响了回采作业的正常进 行。因此，改变缓倾斜薄矿脉开采现状，思想连续 高效安全回采就成为人们追求的目标。 中南大学承担了国家“九五”科技攻关项目， 在湘西金矿成功的实现了深井连续推进帷幕隔离跟 随充填技术。该工艺特点是：①不留矿柱，沿走向 一步骤连续开采，提高了采矿效率，减少了贫化和 损失；②使用具有主动支护能力的可压缩金属支柱 为临时支护设备，保证了工作面的安全，为落矿、 运搬和充填提供了良好的作业环境；③采空区帷幕 隔墙跟随充填的快速处理方式，从而达到了快速处 理采空区及整体支护采场顶板的目的。 此采矿技术采用沿走向长壁式推进，不分矿房 矿柱以整条矿脉为回采单元一步骤回采；在采场顶 板管理山，以水压支柱作为采场支护设备，采用帷 幕隔离条带式跟随充填处理空区。采场布置形式见 图 1。主要的采切工程有：底盘运输巷道、切割平 巷、出矿漏斗及布置在矿脉边界的切割天井。 3.3 缓倾斜层状含水松软矿体深孔合采连续采矿技 术 我国许多金属矿和大部分非金属矿都属于缓 倾斜矿床，一直采用常规的方法开采，效果普遍不 理想。而在云锡公司松树脚锡矿“大马芦”矿段首 次使用了深孔合采连续采矿技术。 松树脚锡矿“大马芦”矿段由脉状矿体和似层 状矿体组成，矿石是以赤铁矿、褐铁矿为主的土状 氧化矿，含水，爆破后的矿岩易于分离。据此，采 用深孔合采连续采矿技术。其采矿工艺系统图如图 2 所示。 缓倾斜层状含水松软矿体深孔合采连续采矿技 术在我国地下矿山首次采用了井下矿岩集中分离， 分离出的废石回填空区；首次采用了矿浆输送方式 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、连续开采过程的岩层控制技术、浆体输 送技术等综合起来，应用于“大马芦”矿段的开采， 实现了高效回采，取得了良好的经济效益和社会效 益。 3.4 无间柱连续分层充填采矿技术[9] 无间柱连续采矿技术总体思路是将整个矿块 划分为一个回采单元，采场宽即为矿块厚度，长度 视矿块情况确定。采场于采场之间不留矿柱，采切、 回采、充填三大工序按一定的顺序进行，切采跳跃 式展开，相邻采场错开分层回采，即相邻采场不同 时采切，且不在同一分层水平上回采。其方案示意 图见图 3。 http://www.paper.edu.cn 3 4 我国地下金属矿山连续开采技术 面临的问题 我国地下金属矿山连续开采工艺取得的成果， 将在生产实践中进一步完善和提高，同世界先进国 家相比，仍有一定的差距。目前，我国地下金属矿 山连续开采技术方面面临的问题主要有以下几个方 面。 （1）连续开采的理论研究不够：目前我国连 续出矿、运矿技术和设备得到迅速发展，但采矿方 法和工艺始终没有大的突破，直接影响连续开采技 术的发展;对低层次的开采模式而言，偏重设备的研 制和试验是正确的，但要向高层次模式发展，必须 加强如工艺与设备的合理配套问题、适合连续工艺 设备的合格块度 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 优化问题、连续工艺的合理应 用范围问题、作业集中程度的优化确定问题等理论 研究，创造与连续采矿技术相适应的连续采矿理论 基础。 （2）连续采矿工艺技术相关的岩石力学研究不 够：目前，我国部分地下矿山己实现了矿房或矿体 (床)的连续回采，但随之而来的许多新的岩石力学 问题还没能得到解决，这对矿山的安全生产无疑是 一个潜在的隐患。从采矿方法而言，连续开采的根 本是地压问题，主要是研究其机理，探明时空分布 及转移规律等。今后应通过计算机数值模拟、相似 材料模拟等手段加强连续采矿工艺的岩石力学研 究，并在矿山建立观测站和观测网，采用多种手段 对围岩(或充填体)应力、位移和稳定状态进行全而 监测，对岩体的稳定性状况进行预测预报。 （3）提高矿石的破碎质量，使之与连续作业 设备相适应：大量落矿采矿法的落矿量大，是实现 采矿连续工艺的有利条件：但是大孔落矿块度大， 大块产出率高，这又是实现采矿连续工艺的最大难 题。因此，一方而采用块度标准两步制，即出矿以 1100mm 为目标，落矿以 500mm 为目标，将放出大 块实行集中二次破碎：另一方而要优化凿岩爆破参 数，尽可能降低大块产出率。 ( 4)不断研制出矿、运矿及破碎新设备：大型高 效的矿山设备是研究和推广应用地下连续开采工艺 技术的前提条件，今后需要进一步改进和完善连续 出矿、运矿设备，提高设备拆装灵活性、工作可靠 性及抗冲击性能，并不断开发研制新型设备。新型 的井下移动式破碎机己逐步开始推广应用，胶带运 输机技术一也日趋成熟，可以预料，在不远的将来， 我国的地下金属矿山连续开采将从采场连续作业向 全矿系统的连续开采迈进。 5 结 语 21 世纪的矿业目标，就是创造更高效率、更低 成本、最少环境污染和较好安全条件的采矿模式， 为人类提供巨大的物质财富[10]。为实现上述目标， 地下金属矿无可争议的发展方向就是实现采矿作业 系统的连续化、规模化和自动化。这还需要很长路 要走，需要我们千千万万的科技工作者不懈的努力。 参考文献 [1] 吴爱祥,古德生,余佑林.我国地下金属矿山连续开采技术研究.金属 矿山,1998(7)1~3 [2] 王惠英.加拿人连续开采现状与 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 [J].中南矿冶学院学报,1992 年 增刊 [3] 罗周全,古德生.地下矿山连续开采技术研究进展[J].湖南有色金属， 1995,11(2) [4] 解世俊.地下采矿工艺的发展和未来采矿技术改革的预测[J].有色 矿冶,1994( 5):1～7 [5] 古德生，王惠英.振动出矿技术[M].长沙:中南工业大学出版社,1989 [6] 谌江.我国地下金属矿山采场连续出矿运矿设备研究的现状与发展 [J].矿冶，1997, 6( 2):11～16 [7] 谢源.高阶段回采工艺及连续出矿工业试验[J].黄金,1989,5( 5)20～ 22 [8] 于键,戴兴国等.深井连续推进帷幕隔离跟随充填采矿技术研究[J]. 中南工业大学学报,2000,31(6),481 [9] 古德生.地下金属矿采矿连续工艺技术与装备研究[J].第四次全国 采矿学术会议论文集，1993，554～561 [10] 古德生.二十一世纪矿业[J].有色金属 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与研究,2002,17(4)1~5 http://www.paper.edu.cn 4 Text8: Text9: