1、简述深部矿业公司对无底柱分段崩落法应用与发展单 位： 深部矿业公司 姓 名： 张 轩 日 期： 2015 年 10 月 16 日 摘 要采矿工业是现代工业的基础，无论工业、农业、国防和科学技术的发展都离不开采矿工业。而对采矿方法的选择和掌握则直接影响着整个采矿工业的生产工艺流程及生产组织管理，白银有色集团股份有限公司深部矿业公司是完成设计生产能力 45t/a 的中型有色金属矿山，矿井服务年限超过了 20 年。深部铜矿由露天开采方式转至地下开采方式开采铜矿产资源，选用的采矿方法是崩落采矿法中的无底柱分段崩落法。崩落采矿法是以崩落围岩来实现地压管理的采矿方法，即随着崩落矿石，强制（或自然）崩落围岩
2、充填采空区，以控制和管理地压。在深部矿业公司工作的时间里我对矿山所采用的开拓方式、采矿方法及各大系统有了较为全面的认知和了解。本文结合深部铜矿的实际生产情况对无底柱分段崩落法的机构参数、采准工作、切割工作、回采工作及其优缺点进行论述。关键词：采矿工业；地下开采；无底柱分段崩落法；地压管理。1引 言深部矿业公司位于白银市北 13 公里，矿区至白银市有标准轨铁路和乙级公路相连，通极为方便。气候属北温带大陆型干燥气候，昼夜温差大，矿区的年均降雨量为 156330 毫米，降雨多集中在 69 月，且常有暴雨，地面缺少天然森林植被。矿山从 1956 年 3 月露天矿床开始基建到 1988 年，32 年间为
3、国家奉献了 81 万吨铜，铜产量连续 18 年居全国第一，创造产值 39.08 亿元,为国家创造利润 21.77 亿元。现露天矿已闭坑，露天开采转为地下开采，工程于 1972 年立项设计，1974 年开始基建，1987 年投入生产，现生产能力 45 万吨/年。1.地质概述矿区位于北祁连加里东褶皱带的东段，火山岩系及其周围地层属下古生界海底火山喷发沉积的产物。矿石中主要金属硫化矿物以黄铁矿、黄铜矿为主，次为闪锌矿、方铅矿、黝铜矿等。脉石矿物有石英、长石、绿泥石等。矿石主要有益组分为铜，微量矿物有自然金及含硒、碲的一些矿物。矿床中金属元素有一定的分布特征：在水平方向上，铜主要集中在东部，而且以上盘
4、为富；在垂直方向上，有自上而下逐渐变贫的趋势。目前折腰山采区范围内仅剩 1、3 号矿体，也是铜金属主要集中区。东部 1 号矿体厚大集中陡倾斜，多呈扁豆状和透镜状集合体。西部 3 号矿体规模小、品位低、形态复杂、分枝复合尖灭再现严重，多呈脉状或似脉状沿空间展部。矿体品位东富西贫，上部和中间部位最大，向深部和两翼有分枝尖灭的趋势。2.矿床开拓开拓方式为竖井开拓（主井、副井、东风井、西风井、北风井五井开拓） 。主、副井设在东部矿体上盘侧翼，主井承担矿石提运；副井承担人员、材料、掘进废石提运；北风井为入风井，在矿体下盘（生产高峰期用作提升废石） ；东、西风井为出风井，在矿体两翼，且西风井在生产高峰期用
5、作提升废石，东风井除通风外兼做井下第二安全出口。3.采矿方法深部铜矿井下采矿方法先后有 VCR 法、分段空场采矿法、分段空场嗣后充填采矿法、无底柱分段崩落采矿法，现全部采用无底柱分段崩落法采矿。矿块垂直走向布置，矿块尺寸 50m矿体厚度，分段高度 12m，回采巷道间距 10m，每2个矿块布置 5 条进路，上、下分段的进路呈菱形布置。4.地下采矿方法概述及分类4.1 地下采矿方法概述采矿方法就是从矿块中开采矿石所进行的采准、切割、和回采工作的总称。它研究采准、切割工作在时间与空间上进行的顺序以及回采工作的有机配合。采矿方法中，回采工作居于很重要的地位，回采工作包括了落矿、运搬和地压管理三项主要作
6、业工艺。在不同的开采技术条件下，回采方法也不相同，这些差别就构成了采矿方法的基本特征。另外，采准、切割巷道的位置、数量、机构和掘进顺序等与采矿方法相适应，它对回采方法有很大的影响。4.2 地下采矿方法的分类以回采时的地压管理方法为分类依据，可将采矿方法大致分为空场采矿法、充填采矿法、崩落采矿法和组合式采矿法。上述四种采矿方法，还可也按照方法结构特点和工作面形状将类划分为组，再根据落矿方式和工作面推进方向，将组划分为典型方案。深部铜矿地下开采选择的采矿方法是崩落采矿法，具体的采矿方法则是无底柱分段崩落法。5.无底柱分段崩落法无底柱分段崩落法的基本特征是，分段下部未设专用出矿巷道所构成的底部机构；
7、分段的凿岩、崩矿和出矿等工作均在回采巷道中进行。每个分段的回采，是从分段运输巷道掘进回采巷道（进路） ，上下分段的回采巷道保持交错布置。用采矿凿岩台车在回采巷道中钻凿上向扇形炮孔，待分段炮孔全部钻凿完毕后开始崩矿，每次爆破 12 排炮孔。崩落的矿石在回采巷道端部用装运机或铲运机运至溜井。矿石是在岩石覆盖下放出的，随着矿石的放出，崩落的岩石充填采空区。下面结合深部铜矿的实际生产情况对无底柱分段崩落法的结构参数、采准工作、切割工作、及回采工作进行研究。5.1 结构参数1）阶段高度。无底柱分段崩落法阶段高度一般为 5070m。深部铜矿矿石和围岩稳固性较好，矿体倾角大，所以实际生产中一至四中段的阶段高
8、度为60m，四中段以下由于矿石和围岩的性质发生变化阶段高度为 50m。32）矿块长度。为了管理上的方便，一般以一个溜井所服务的范围来划分矿块。由于深部铜矿采用铲运机出矿，溜井间距为 50m，所以矿块长度为 50m。3）分段高度。分段高度一般受凿岩设备的能力所限制。深部铜矿使用的凿岩设备是 YGZ-90 凿岩机，所以分段高度控制在 1013m，例如深部铜矿东部采场三至四中段分为：1535 水平（三中段） 、1525 水平、1513 水平、1500 水平、1487 水平和 1475 水平（四中段） 。4）回采进路间柱。当分段确定后，便可根据放矿理论，使其损失贫化指标最佳的原则来确定进路间距。实际生
9、产中深部铜矿选取的进路间柱为 10m。5）进路规格和形状。回采进路的规格和形状对出矿工作有很大的影响，在保证巷道顶板和眉线稳固的条件下，进路宽度应尽可能大，以增加放矿体的宽度，提高矿石回收率。进路的高度在满足凿岩设备及通风管道布置的要求条件下，应尽可能低，以减少残留在进路正面的矿石损失。国内常用的进路宽度为 34m，高度为 3m 左右。深部铜矿采掘车间采用的进路宽度和高度都是 3m，与理论参考值相符。5.2 采准工作采准工作是指在开拓完毕的阶段中，掘进采准巷道和切割巷道，将阶段划分成矿块作为回采的独立单元，并在矿块内创造行人、凿岩、出矿、通风、安全出口等条件。深部铜矿采准工作：在各分段水平上掘
10、进分段运输巷道，分段之间以及分段与阶段水平之间用斜坡道联通。以便铲运机等无轨设备出入。分段运输巷道与斜坡道之间用分段联络道相联通。放矿溜井布置在了矿体的下盘，没 50m 布置一个溜井。各分段的进路之间采用了菱形布置，为了降低放矿损失。为了行人和通风方便，在矿体下盘掘进行人通风井（兼做材料井） ，并用联络道与各分段运输巷道联通。5.3 切割工作切割工作是指在已采准完毕的矿块里，为大规模回采矿石开辟自由面和自由空间（称为拉底和开切割槽） ，为以后大规模采矿创造良好的爆破和出矿条件。在回采工作前，必须在回采巷道的端部形成切割槽，作为最初的崩矿自由面和补偿空间，无底柱分段崩落法中常用的切割槽开掘方法有
11、如下几种：41）切割平巷与切割天井联合拉槽法。这种方法首先掘进好切割平巷和切割天井，在切割平巷中掘进若干排中深孔，以切割天井为自由面，逐排爆破炮孔形成切割槽。2）切割天井拉槽法。在回采进路的端部掘进天井，在天井的两侧各打三排扇形炮孔，微差爆破，一次成槽。3）深孔爆破拉槽法。此法不开掘切割天井及切割巷道，以进路为自由面，用逐渐扩大扇形孔前倾角的方位拉槽。深部铜矿切割工作采用的拉槽法是切割天井拉槽法，一般每五个进路即50m 掘进一个切割天井，以此作为回采矿石的自由面。5.4 回采工作切割工作完成后就可也进行大量采矿，称为回采工作。它包括落矿、运搬和地压管理三大主要工艺。由于深部铜矿矿体厚度大于 1
12、520m，所以回采进路垂直矿体走向布置，回采由上盘往下盘方向推进。在同一个矿块内，上分段超前下分段的距离大于20m。在同一分段中各进路的回采基本上保持在了一条直线上，这样尽可能减少了矿石的贫化。以下是通过深部铜矿的实际情况对回采工作的三大主要工艺的具体论述。1）落矿。炮孔扇面倾角是扇形炮孔排面与水平面的夹角，可分为前倾和垂直两种，深部矿业公司采用垂直布置，这样炮孔方向易于掌握，但垂直孔装药条件较差。扇形炮孔的边孔角是炮孔底眼与水平面的夹角。边孔角决定着空间的具体形状，边孔角愈小空间愈接近正方形，因而可以减小炮孔长度，但边孔角过小会使靠近边界的矿石处于放矿移动带之外，在爆破时过挤压而使边孔拒爆。
13、 （深部铜矿采用 YGZ-90 中孔凿岩机，炮孔的布置形式为扇形布置，设计边孔角为 40，孔深 515.8m，每排有孔数为 11 个，孔径 60mm。 ）为了使爆破效果最佳，孔深误差应小于0.5m，炮孔的偏斜角误差应小于2，孔底距误差不超过0.5m 。不合格炮孔要及时补孔。炮孔采用 BQF-100 型装药器压气装药，装药效率 400500kg/h。使用装药器装药时的返粉现象，不仅浪费炸药，而且药粉污染空气，刺激人的呼吸器官。如药管直径、风压、炸药粒度和湿度选取适当，操作配合协调，返粉率可控制在55%以下。所以装药前要对炸药加适当的水搅拌处理，以便使爆破效果更佳。每次爆破 12 排，每次崩落矿量
14、约为 500t，炸药消耗量约为 0.4kg/t。由于无底柱分段崩落大块率较高，需要进行二次破碎，所以提高爆破效果是一项十分必要的工作。2）出矿。无底柱分段崩落法出矿管理就是控制放矿。在出矿过程中，初期放出的是纯矿石，这部分矿石一般占放出矿石量的 40左右，以后开始贫化并逐渐增大，品位也逐渐下降，达到放矿截止品位时停止放矿。深部铜矿采用了型号为 WJD-1.5 的电动铲运机出矿，三个工段六台机器同时出矿，机械化水平高，生产效率高。3）覆盖岩层及地压管理。无底柱分段崩落法是在覆盖岩（矿）石下进行放矿，因此初期形成的覆盖层是无底柱分段崩落法采矿的前提条件。覆盖岩石的块度应大于崩落矿石块度，以防止泥沙
15、岩块混入矿石，造成过早的贫化。同时覆盖层的厚度应大于分段高度。由于深部铜矿是由露天开采转至地方开采，所以现有的露天大坑为无底柱崩落采矿法提供了良好的崩落条件，以矿石作为覆盖岩层进行地压管理防止了过早出现贫化。6.辅助系统6.1 通风系统(1) 矿山井下采用中央对角统一通风（三级机站压抽混合式） ，即中央压入两翼出风，北风井为入风井，东、西风井为出风井，各中段为一级机站、各分层为二级机站、东风井为三级机站。采准通风路径为：地表新鲜风流北风井各中段下盘沿脉巷中段斜坡道分层联络道、人材井采区污风回风巷、回风井各中段下盘沿脉巷或回风巷东、西风井地表（2）矿块通风无底柱分段崩落法是在独头巷道中出矿，通风
16、困难。每个矿块或分段，应设有专用的入风天井和回风天井，安装辅助扇风机，使岩脉分段平巷形成较强的贯穿风流。在回采巷道中，安装局扇和风筒，采用压入式通风，以稀释独头巷道中的粉尘和有害气体，为劳动者创造良好的劳动环境。6.2 供电系统矿山井下供电采用放射式与链式配电，总降压变电所负荷 900KW，总降压站配置为 STL5600/35，中央变电所配置为 RSTL100/6，STL 64200/35，GG1A。井下供电线路如下：地表总降压变电所东风井井筒 1655m 中段排水管子井1475m 水平中央变电所排水管子井各中段运输巷各分层人材井采区6.3 排水与供水系统矿山井下排水采用四中段集中排水，在四中
17、段建成水仓及水泵硐室，水仓2060m3、水泵房配 2 台 250D607 和 2 台 DF280-437 水泵，大泵排水管为29914两条，小泵排水管为 20310一条，最大排洪能力 1140m3/h。八中段水仓 240m3，水泵房配 2 台 250D604 和 2 台 DF280435 水泵。7.对无底柱分段崩落法的评价7.1 一般适用条件1）地表允许崩落。2）急倾斜厚矿体或缓倾斜极厚矿体。3）矿石稳固或中等稳固，以掘进井巷不需要支护，炮孔不变形为好。4）矿石价值不应很高，矿石可选性好或围岩含有品位。7.2 无底柱分段崩落法的主要优点1）采矿方法结构简单，灵活性大。2）在巷道中作业安全性好。
18、3）回采工艺简单，便于使用高效率的自行凿岩、装运设备，机械化水平高。4）劳动生产率较高，矿块生产能力大。5）由于崩矿与出矿以每个布局为最小单元，当地质条件合适时，有可能剔除夹石和进行分级出矿。7.3 无底柱分段崩落法的主要缺点1）覆岩下放矿，贫化率和损失率搞；矿块的放矿管理要求严格。2）在独头巷道中作业，通风条件差。3）大中型设备维护量大。8.结语无底柱分段崩落法在深部矿业公司所采用的采场结构参数虽然经过近 30 年的实践验证，但仍存在如损失贫化大等问题，这与人员的操作水平有很大关系。7所以应进一步加强操作人员专业素质的培养，并通过制度落实等措施手段，对不符合设计要求的工程，坚决要求返工，从而
19、保证设计的完整执行，确保了损贫数据计算的可靠性，达到采矿损失、贫化的有效控制，在安全生产的同时，以求得最大的经济效益。参考文献1采矿设计手册编委会.采矿设计手册矿床开采卷（下册） M.北京：中国建筑工业出版社，1988.2采矿手册编委会.采矿手册第 2 卷M. 北京：冶金工业出版社 , 1988.12。3 宋宏伟.井巷工程M.北京：煤炭工业出版社， 2009.1.4 丁恩渐.采掘机械M.北京：冶金工业出版社 , 1991.5.5 王玉杰.爆破工程M.武汉：武汉理工大学出版社， 2009.6.6 王昌汉.铀矿床开采M.北京：原子能出版社， 2009.2.7 蔡美峰.岩石力学与工程M. 北京：科学出版社，2002.8 吴超主.矿井通风与空气调节.长沙：中南大学出版社， 2008.7.
