III chapter 11-13 非煤矿床回采工作过程

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,第三篇,非煤矿床回采工作过程,第十一章 落矿,第十二章 矿石运搬,第十三章 采场地压管理,1,概 述,非煤矿床回采的主要作业包括落矿、运出采场和地压管理。,落矿普遍采用凿岩爆破法；矿石运搬采用耙运设备或无轨运搬设备；地压管理利用矿石和围岩自身的稳固性或充填或崩落围岩等措施。,2,概 述,非煤矿床回采工作过程中的费用约占采矿总成本的,30-50%,。因此，采用合理的落矿、矿石搬运及地压管理方法，对降低采矿成本、提高劳动生产率和安全生产都有重要意义。,3,第十一章 落矿,概述,浅孔落矿,中深孔落矿,深孔落矿,深孔挤压落矿,4,第十一章 落矿,落矿：,将矿石从矿体上分离出来并破碎成一定程度的过程。,对落矿方法的要求：,1）作业安全。2）崩矿完全。 3）设计范围外的矿岩破坏最少。4）大块少且块度均匀。5）能满足矿块生产能力的要求。,一浅孔落矿,浅孔：深度不大于3-5,m，,孔径在30-46,mm。,5,第十一章 落矿,1,炮孔布置：,一次采全厚的缓倾斜薄矿体 水平布置,缓倾斜中厚矿体 水平布置，垂直布置（上向，下向）,急倾斜矿体 水平布置，垂直布置,水平炮孔落矿，顶板平整，但同时爆破的炮孔数量受限，矿石稳固性差时。,垂直炮孔落矿，允许一次爆破较多的炮孔。顶板不平整，矿石较稳固时。,炮孔布置方向，应尽量与矿体层理和裂隙面垂直，以提高破碎质量，减少大块产出率。,6,图,11,1,浅孔落矿炮孔布置示意图,(a),单层回采；,(b),下向梯段分层回采；,(c),上向梯段分层回采,7,第十一章 落矿,2,凿岩设备,中硬以下的矿石：电动凿岩机,中硬以上的矿石：风动凿岩机（手持、气腿）,3 浅孔落矿的评价,优点：炮孔布置较均匀，装药量较少，矿石破碎质量好，大块率低，而且炮孔布置灵活。,缺点：劳动强度大，材料消耗高，安全性差。,适用条件：一般用于厚度在,3-8m,以下的不规则矿体。,8,第十一章 落矿,二中深孔落矿,指孔深不大于15,m，,孔径 50-70,mm。,1,炮孔布置,炮孔布置方式：扇形布置（垂直，水平）；,平行布置（垂直，水平）,炮孔布置方法：,9,图,11,3,扇形中深孔,(a),垂直扇形孔；,(b),水平扇形孔,1,凿岩巷道；,2,凿岩天井；,3,凿岩硐室,10,图,11-4,平行中深孔,(a),垂直平行孔；,(b),水平平行孔,11,图,11-5,扇形炮孔布置方法,a-,最大孔间距；,b-,爆破范围；,c-,放射中心,炮孔最小抵抗线一般为钎头直径的,2330,倍，扇形孔的孔底距,a,为最小抵抗线的,0.851.2,倍，扇形孔的扇面距一般与最小抵抗线相同。,12,第十一章 落矿,2,凿岩设备,风动导轨式中型和重型凿岩机,3、评价与适用条件,落矿能力大，可使凿岩、装药爆破和出矿在时间与空间上互不干扰。但中深孔落矿由于炮孔多为扇形布置，炸药在爆破范围内分布不均匀而易出大块。矿体边界处的矿石损失和贫化也不易掌握。一般用于厚度,5-8m,以上的矿体。,三深孔落矿,孔深大于15,m,，炮孔直径一般大于90,mm,。,1,炮孔布置：垂直布置,水平布置,2、 凿岩设备： 风动潜孔凿岩机,扇形、平行、束状（一个凿岩硐室钻凿几排,排面倾角不同的炮孔）,13,第十一章 落矿,四深孔挤压爆破落矿,补偿空间：,崩落后破碎矿石所占据的空间与原始体积之差，为容纳碎胀矿石而需开掘的空间。,自由空间爆破：,崩落的矿石具有足够的补偿空间，可以充分松散爆破的爆破方法。矿石碎胀系数,1.3-1.4,挤压爆破：,如果崩落之前未留或未留出足够的补偿空间，而是使崩落的矿石向相邻的已崩矿岩进行挤压，以获得一部分补偿空间，这种爆破方法叫挤压爆破。,无补偿空间挤压爆破,小补偿空间挤压爆破 矿石碎胀系数,1.1-1.3,14,第十一章 落矿,1、 挤压爆破作用原理：,第一阶段 应力波传至自由面时，有一部分作为透射波传入矿岩，反射波能量减弱不利矿石破碎，另一方面，松散岩矿挤压在工作面上，延缓了矿体内裂隙的形成，意味着延长了爆破应力波的作用时间，使爆破能量得以充分发挥，并使矿石得到均匀破碎。,第二阶段 膨胀的气体使裂隙破坏，并将碎块抛掷出去，抛掷的碎块互相撞击获得进一步破碎。,2,、评价,优点：减少或取消了补偿空间，不仅降低了矿块的切割工程量，也有利于矿体的稳定。挤压爆破的效果好，既降低了大块产出率，也提高了放矿和运搬矿石的速度。,缺点：压实后的矿石易造成漏斗阻塞而使放矿困难；崩落的矿石易抛入凿岩巷道而增加辅助工作量。,15,图,11-7,爆破应力波在不同介质中的传播,(a),自由空间爆破；,(b),挤压爆破,l,入射波；,2,反射波；,3,透射波,16,第十二章 采场矿石搬运,重力运搬,电耙运搬,自行设备运搬,运搬方式评价,17,第十二章 采场矿石搬运,1、,重力运搬：工作面崩落的矿石借重力由采场自溜入矿块底部的放矿漏斗，再放入运输巷的矿车中外运。,放矿漏斗是矿块底部接受矿石的巷道,(,称为受矿巷道,),形式之一,，普通放矿漏斗见图,3-10,。放矿漏斗位于矿块的底柱内，漏斗间距为,46m,至,68m,，崩落的矿石借重力自溜人放矿漏斗后，用闸门控制装车。,18,图,12-1,普通放矿漏斗放矿,重力运搬时的漏斗,多采用不带二次破,碎巷道的普通放矿,漏斗。不需专门的,运搬设备，矿块的底柱矿量少。但由于其放矿能力小，放矿条件差，处理大块时易损坏漏口闸门等，所以多用于浅孔落矿的薄及极薄矿体。,19,图,12-2,振动出矿示意图,l,振动台面；,2,弹性元件；,3,惯性振动器；,4,电动机；,5,机架；,h,眉线高度；,l,振动台面埋设深度,漏斗放矿时，常由于大块、矿石粘结、粉矿多等原因造成堵漏或放矿不畅，解决的方法是在漏斗下部安装,震动出矿机。,20,第十二章 采场矿石搬运,2、电耙运搬 电耙运搬是一种机械运搬方法。崩落的矿石从采场运搬到阶段运输水平的过程中，只要采用了运搬机械，就称为,机械运搬,。按采用的运搬机械不同，机械运搬方法又可分为,电耙运搬、无轨自行设备运搬和输送机运搬,。目前，输送机运搬只在开采少数矿石不坚固的缓斜矿体时采用。,1）设备：箱形（斗箱容积0.1-0.6,m,3,）；,篦形 有效运搬距离 向下60,m,水平4050,m,倾角 向上,10-15,向下 2530,21,图,12-3,箱形耙斗,(a),刃板；,(b),刃齿,22,图,12-4,篦形耙斗,(a),单面耙斗；,(b),双面耙斗,23,图,12-5,三滚筒绞车耙运矿石,l,矿柱；,2,滑轮；,3,耙斗；,4,钢丝绳；,5,电耙绞车；,6,矿石溜并；,7,采下矿石；,8,已采矿房；,9,特采矿房,24,第十二章 采场矿石搬运,2）电耙巷道和受矿巷道布置,电耙巷道布置,如图,3-17,，矿块留有底柱时，电耙巷道一般布置于运输巷道上方,3-6m,处的底柱内，其间用矿石溜井联系。溜井的容量不应小于一列车的矿石容量。,电耙巷道也有与运输巷道设在同一水平，耙运的矿石经溜井放至下一阶段的运输巷道集中出矿。,25,图,12-6,电耙在电耙巷道中耙运矿石,1,阶段运输巷；,2,穿脉巷道；,3,矿石溜井；,4,电耙巷道；,5,漏斗穿；,6,漏斗,工作面崩落的矿石借自重经直接接收矿石的受矿巷道，流入电耙巷道，由电耙耙运至矿石溜井。,2,26,第十二章 采场矿石搬运,受矿巷道布置,直接接受崩落矿石的受矿巷道有漏斗式、堑沟式和平底式三种。,27,图,12-7,漏斗布置形式 图,12-8,漏斗细部结构,(a),对称布置；,(b),交错布置,l,电耙巷道；,2,斗穿；,3,漏斗颈；,4,漏斗；,5,桃形矿柱,28,图,12-9,堑沟式受矿巷道,1,电耙巷道；,2,斗穿；,3,堑沟,堑沟式受矿巷道，将同排各漏斗沿纵向连通，形成一个,V,型沟槽，以这种沟槽代替漏斗成为受矿巷道。这种受矿巷道的放矿口较漏斗大，放矿过程中堵漏事故较少，但对矿块底柱的切割较大，降低了矿柱的稳定性，故适用于矿石中等稳固以上的矿体。,29,图,12-10,平底式受矿巷道,(a),两条电耙巷道；,(b),一条电耙巷道,l,矿石溜井；,2,电耙绞车硐室；,3,电耙巷道；,4,放矿口；,5,拉底巷道,平底式受矿巷道，其特点是受矿巷道与电耙巷道的底板位于同一标高水平上，回采矿块时崩落的矿石在平底式受矿巷道中堆成三角形，随电耙的运搬和回采的进行，采落的矿石不断流入电耙巷道。这种受矿巷道采准切割工程量少，放矿条件好，矿块底柱尺寸小；但放矿结束后残留下来的三角形矿堆，要待下阶段回采时才能回收，故矿石损失和贫化较大。对矿块底柱的破坏更大，因此在矿石极稳固时才适用。,30,第十二章 采场矿石搬运,3、自行设备运搬,包括有轨自行设备和无轨自行设备,31,图,12-11 ZYD14,型装运机,带有自卸车箱,32,图 12-12 ZLD50型铲运机结构示意图,本身不带储料车厢，而是带一个大容积的铲斗。,33,第十二章 采场矿石搬运,4,、矿石运搬方法评价,重,力,运,搬,运搬简单，矿柱矿量少，费用低,放矿能力低,开采急倾斜薄及极薄矿脉并采用,浅孔落矿时广泛采用,34,第三章 非煤矿床回采工作过程,4,、矿石运搬方法评价,电,耙,运,搬,构造简单，坚固耐用，移动灵活，,适应性强、应用范围广,运搬能力随运距增加而迅速减小,广泛采用,35,第十二章 采场矿石搬运,4,、矿石运搬方法评价,自,行,设,备,运,搬,机动灵活，运搬能力大，,既可用于回采，由可用于掘进,设备昂贵、维修工作量大。,逐渐广泛采用,36,第十二章 采场矿石搬运,5,、矿块底部结构的概念,为了将矿石从采场运搬到阶段运输水平，需要在矿块底部布置一些巷道，如接受矿石的巷道,受矿巷道,、放矿巷道,如,放矿口、矿石溜井,等。有时，要在放矿前对不满足放矿和运输要求的不合格大块进行再次破碎,二次破碎，此时需要设,二次破碎巷道,。,矿块底部结构,是矿块底部为接受矿石、二次破碎和放出矿石所需掘进的巷道组成及结构形式的总称。,37,第十二章 采场矿石搬运,矿,块,底,部,结,构,重力放矿底部结构,电耙出矿底部结构,无轨设备出矿底部结构,装载机出矿底部结构,38,第十三章 采场地压管理,采场暴露面和矿柱,支护,充填,崩落围岩,39,第十三章 采场地压管理,采场地压管理的基本目的：,在于减小或避免地压,(,矿山压力,),的危害，保证回采工作安全进行。,非煤矿山地压管理主要包括,采场维护和采空区处理,。,非煤矿床地下开采的地压形成机理与煤矿床开采相同，但由于矿体的赋存条件、矿岩力学性质、采矿方法、采空区形状及其面积大小的差异，使得地压分布规律、表现,(,显现,),形式及其剧烈程度与煤矿不完全相同，有自己的特点。,采场地压管理的基本方法：,有人工支护、留矿柱维护采场、充填采空区和崩落围岩四种。,40,第三章 非煤矿床回采工作过程,一、留矿柱维护采场,不少非煤矿床的矿岩稳固性很好，开采这类矿床时，回采过程中常常只留一些矿柱，利用矿石和围岩自身的稳固性维护采场，一般不进行人工支护。当采空区达到一定范围后，再回收矿柱，处理采空区。,矿柱的形状可以是圆形或矩形，间断或连续留设。矿柱尺寸与矿体厚度、矿岩稳固性等因素有关，实践中通常根据经验确定。,矿柱矿量占矿块矿量的比重从,15-25%,可大至,40-60%,，回采矿柱时不仅效率低、矿石贫化率高、安全性差，而且除充填法外回收率一般不超过,50%,。,41,第三章 非煤矿床回采工作过程,二、支护,在矿石或围岩不稳固的情况下，需要采用人工支护，以保证回采工作安全进行。,非煤矿山采场支护主要有木材支护、锚杆,(,锚喷,),支护、锚杆桁架支护和长锚索支护，金属支架和液压自移支架用得很少。,长锚索在非煤矿山已成为采场支护的主要方法之一，用于加固上盘或下盘围岩，有时也用于加固矿体。锚索长度从,550m,不等。与锚杆相比，长锚索的锚固范围和锚固力大，锚杆的三种作用,悬吊作用、挤压加固作用和组合梁作用都得到充分发挥，从而使被锚固矿岩的稳定性大大加强。在生产实践中，长锚索常与锚杆联合加固围岩。,42,图,13-1,凤凰山铜矿长锚索与锚杆联合支护采场顶板,1,尾砂充填体；,2,采场；,3,长锚索；,4,锚杆；,5,矿体,43,第三章 非煤矿床回采工作过程,三、充填采空区,充填采空区能减缓岩层移动与地表下沉，有效地控制采场地压。此外，采用这种地压管理方法回采矿块的矿石损失与贫化最小。因此，在开采矿石价值或品位高，以及在覆岩不允许破坏或地表不允许塌陷的情况下，广泛采用这种地压管理方法。,在非煤矿山，按充填材料成分和输送方法不同，,将充填方式分为干式充填、水力充填和胶结充填。,干式充填包括了煤矿所谓的自溜充填、机械充填和风力充填，由于其充填效果差、劳动强度大、效率低，因此除中小型矿山外，现已很少采用。本节只介绍胶结充填。,44,第三章 非煤矿床回采工作过程,(,一,),胶结充填材料,胶结充填是在普通充填材料,(,骨料,),中加人胶凝材料，使松散的充填材料胶结，形成具有一定强度的充填体的充填方式。,目前常用的胶结充填材料有混凝土胶结充填料和尾砂胶结充填料两类。混凝土胶结充填料由胶凝材料、粗骨料和细骨料组成。胶凝材料目前主要用,300500,号普通硅酸盐水泥。粗骨料的粒径为,550mm(,但不得大于管径的三分之一,),，细骨料的粒径为,0.155mm,。粗骨料可以是采石场碎石、采掘的废石、卵石、山砂和河沙等。细骨料用来改善充填材料的流动性能，常用的有天然沙和选矿厂尾砂。骨料中粗骨料约占,60%70%,，细骨料占,30%40%,。尾砂胶结充填料不用粗骨料。,45,第三章 非煤矿床回采工作过程,(,二,),胶结充填料的配比,胶结充填料的配比应满足对充填体强度的要求，有较好的流动性，便于输送和浇注。,充填采场时充填体的,单轴抗压强度,应不低于,35Mpa,，构筑人工假底时达到,710MPa,。,尾砂胶结充填料的,配比,，主要是确定水泥与尾砂的质量比和输送浓度。水泥与尾砂的质量比，一般充填采场时为,1,：,301,：,20,，构筑人工假底时为,1,：,61,：,5,。输送浓度对充填体强度和充填料流动性有直接影响，一般为,65,72,。,46,第三章 非煤矿床回采工作过程,(,三,),胶结充填料的制备和输送,混凝土胶结充填料的制备国内主要有间歇搅拌式、连续搅拌式和半分离制备三种方式。间歇搅拌式是将水泥和骨料按一定比例送人搅拌机，加水搅拌后用电耙、矿车或汽车等间歇式运输设备送到充填地点。连续搅拌式是将搅拌后的充填料通过管路以自溜的方式连续输送到井下充填地点。半分离制备是将水泥浆和骨料分别送到井下搅拌站，搅拌后再输送到充填地点。,尾砂胶结充填料的制备和输送方式有两种。一种是将水泥粉加入尾砂浆中，制成水泥尾砂浆后，借重力或砂浆泵通过管路输送到充填地点；另一种是将水泥浆加入尾砂浆内，搅拌后通过管路输送到充填地点。第一种制备和输送方式见图,3-26,。,47,图,13-2,尾砂浆加人水泥粉的制备系统,l,压气吹送水泥入库；,2,水泥库；,3,螺旋喂料机；,4,水力旋流器,(,一种脱泥设备,),；,5,溢流；,6,尾砂池；,7,尾砂供应管；,8,搅拌桶；,9,砂泵；,10,至充填采场；,11,阀门,48,第三章 非煤矿床回采工作过程,(,四,),评价,与水力充填相比，胶结充填的沉缩率小，充填体强度大，充填工艺简单，不污染巷道，主要缺点是充填成本高,(,占采矿成本的,27,50,，而水力充填仅占,15,25,),。因此，寻求价格低廉的水泥代用品是一个重要的研究课题。可以用作水泥代用品的材料，有高炉炉渣和火力发电厂的粉煤灰。此外，将煤矿井下用的高水速凝充填材料用于非煤矿采场充填已成功地进行了工业性试验。,与混凝土胶结充填相比，尾砂胶结充填的制备工艺简单，充填材料流动性好，便于管道输送，效率高，投资少，主要缺点是充填体强度较低。,49,第三章 非煤矿床回采工作过程,四、崩落围岩,崩落围岩管理地压的原理与煤矿的“全部垮落法”相同，即通过崩落围岩释放围岩中积聚的应变能，改变围岩应力分布，以达到控制采场地压的目的。此外，崩落的围岩充填采空区，可以形成一定厚度的缓冲岩石垫层，从而防止围岩突然垮落造成危害。,与煤矿床地下开采随支架撤除或前移，绝大多数条件下顶板岩层能自行垮落,(,非煤矿叫自然崩落,),不同，由于非煤矿床的围岩一般较稳固，因此常常需要采取强制措施崩落围岩。为此，有时需要掘进专门的凿岩巷道或凿岩硐室“放项”。另一方面，与“放顶”作为采煤工艺过程之一不同，非煤矿床开采强制崩落围岩可以在矿块回采过程中进行，也可以在回采之前或回采以后进行。,采用崩落围岩的方法回采倾斜和急斜矿体时，采下的矿石是从崩落的废石层下放出的，从而造成较大的矿石损失与贫化。此外，崩落围岩也将引起覆岩破坏和地表塌陷。,50,