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摘要：随着社会的发展与进步，重视地下金属矿无间柱连续采矿法对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍地下金属矿无间柱连续采矿法研究的有关内容。
关键词 地下；采矿；工业；技术；条件；方案；设计；
中图分类号：X753文献标识码： A 文章编号：
Abstract: with the development and progress of society, pay attention to underground metal mine non-pillar continuous mining method for real life has important significance. This paper mainly introduces the underground metal mine non-pillar continuous mining method study of the relevant content.
Key word:Underground; mining; industry; technology; conditions; design scheme;
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。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徑。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，采矿方法向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。
一、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;另一种是指采装运机组与一步骤回采配套的连续采矿，这是基于爆破破岩的一种广义连续采矿概念。它是一步骤回采的采矿方法和高效率的采、装、运设备组成的采矿系统。它不追求严格意义上的连续并行作业，而是以规模化采矿为目标，通过创新采矿方法、工艺和设备，将各采矿工序和设备有机组合起来，成为广义的连续采矿系统。这种连续开采方式主要适用于矿岩硬度较大的矿山。
二、试验矿段采矿技术条件与回采方案设计
本研究课题从提高矿床开采强度,降低矿石损失、贫化指标,改善井下工人劳动条件,提高劳动生产能力和降低生产成本为目标,对研究提出的具有中国特色的地下金属矿无间柱连续采矿法及其工艺技术进行了全面的研究。
2.1连续采矿工艺系统
连续采矿工艺系统的建立，使不少孤立的出矿和运输的设备配置，达到了采用连续采矿工艺的调剂及经济上的合理。每个矿山企业都有其具体的开采条件，因此就可能有各种不同的实施方案，形成的作业系统可能是全面连续作业或间断一连续作业。其基本模式可用框图1表示。
图1连续采矿系统甚本模式框圈
由图1可以看出，采场工作面的出矿设备由振动出矿机、连续装载机和铲运机三种，可以分别与振动运输机、特殊胶带运输机配套，或将矿石直接卸人溜井，再在后面组成各种连续或间断一连续的采矿系统间。
2.2试验矿段的采矿技术条件
某矿井下开采正延伸至-360m水平,中段设计产量为800t/d。本次工业试验在-360m中段的Ⅱ号矿体进行。Ⅱ号矿体沿走向为弯曲的透镜似板状,长500~650m,厚5~60m,平均厚度为20~25m,矿体倾角75°~85°。-360m水平37线有一破碎带切割破坏矿体,矿体在-240m水平有分枝复合现象。矿石坚硬稳固,但水平节理较发育,局部矿段比较破碎,稳固性有所降低。矿体上盘为花岗闪长岩,易风化,属中等稳固,下盘为灰岩,较稳固。
2.3无间柱连续采矿法试验方案
2.3.1无间柱连续采矿的总体技术思路。
实现无间柱连续采矿的总体技术思路是:将矿体划分阶段,再将阶段划分一个个矿段;以矿段为回采单元,矿段间不留间柱;采切、回采、充填三大工序,分别在相邻三个矿段中平行进行;矿段回采采用采场连续工艺,矿段回采结束后,随即转入快速充填;三大矿段的作业互相衔接,阶段采矿工作连续推进,故称之“连续采矿”。由于连续采矿是以矿段为回采单元,矿段间不留矿柱为主要特征,故又称“无间柱连续采矿”。第一矿段回采结束,即可转入第二矿段回采。
2.3.2试验矿段回采方案。根据上述技术思路,结合现场原有矿块划分及已有工程的布置情况,设计无间柱连续采矿方案。试验矿段沿走向长45m,高48m,宽为矿体厚度,平均为14m,矿体倾角75°以上,矿石体重3.6t/m3,松散系数1. 6。设计采矿量为11.5万t。
试验矿段在回采工艺上分为两个宽度不等的作业区,均采用大直径(165mm)深孔崩矿。第一分区(15m)设计采用漏斗式底部结构,T4G出矿,一分区崩矿出矿完成后,采用自行研制成功的复合型高水速凝材料与尾砂胶凝跟随快速充填;第二分区(30m)设计采用振动出矿的平底式底部结构,用改进完善的振动连续作业机组出矿。为降低充填成本,二分区采后用全尾砂充填。根据凤矿井下已形成的开拓系统,试验采场凿岩硐室布置在-300m,出矿巷道布置在-348m,试验采场一分区由2号溜井出矿;二分区由1号溜井出矿,采场作业人员由设在一分区一侧的人行天井上下。从试验采场结构可见,突出的特点表现在以下三方面：
(1)在试验矿段内实行分区回采。其优点是:可以适当加大试验矿段长度,减少回采作业循环,加快回采速度;第一分区采后随即进行充填,这就为试验矿段回采结束后尽快转入第二矿段作业创造了必要条件;可根据矿体产状的变化,灵活布置采切工程。
(2)在分区之间预留临时矿壁。所谓“临时矿壁”是在分区之间暂留打好孔的5m左右宽的矿壁,它要待二分区崩矿、出矿结束前,最后一次崩落放出。这种预留临时矿壁的主要作用是隔离一分区内的充填体,并使充填体免受二分区大量崩矿的冲击破坏。也就是说,在二分区大量崩矿出矿过程中,一分区充填体能保持自立不垮落,为二分区创造了安全作业条件,并为降低回采过程的矿石损失、贫化指标创造了有利条件。
(3)采用结构简单的底部结构。作为对比,试验采场二分区设计采用振动出矿的平底式底部结构形式,这种底部结构简单,工程量小,开掘容易,采切比只有常用的漏斗底部结构的1/2。并且底柱高度低,矿石损失少,没有专用二次破碎巷道,工作面都有贯通风流,作业安全,劳动条件好。
三、工业试验结果分析
无间柱连续采矿法是一个多工序相互衔接、相互协调的连续作业工艺系统,要使系统达到最优,则必须保证每一个环节相互衔接,正常运行,为此,我们在理论上对矿床连续回采进行了多方案论证,深入研究了连续采矿工艺中一些带基础理论性的问题;分析研究和采用了相应的先进技术,使本研究项目顺利实施并取得预期效果。
3.1取得的主要技术经济指标
采场综合生产能力:845t/d(按实际工作日算);采场连续出矿能力:185t/h(按实际出矿时间计);
采场振动连续出矿成本:1.05元/t;回采作业成本:4.55元/t;千吨采切比:8.64標米;炸药单耗:0.335kg/t(试验采场平均值);二次破碎炸药单耗:0.02kg/t;大块产出率:(0.65~1.1m的)5%;矿石损失率:9.51%;矿石贫化率:8.17%。
3.2主要技术效果分析
(1)将矿体划分为矿段,不留间柱,连续回采,突破了将矿体划分为矿房矿柱分两步骤回采的传统模式,从根本上避免了传统工艺中矿柱回采所造成的大量矿石损失和因两步骤回采带来的作业线越拉越长,形成多中段作业,给生产管理带来困难,严重影响矿山经营效益等一系列的问题。大幅度降低了矿床开采的损失率和贫化率,实现了以矿段为回采单元、不留间柱的连续强化回采的工艺目标。
(2)研究使用深孔爆破破碎与定向致裂技术,使崩矿质量大大提高。一次崩矿量大,崩落矿石块度均匀,大块产出率低,为高效率的振动连续出矿提供了高质量的矿石,并且有效地保护了临时矿壁的完整,使临时矿壁起到了隔离充填体的作用,避免了回采过程的二次贫化,提高了矿石的回收率。
(3)采用新一代振动连续出矿运矿机组出矿,强化了连续回采过程。该机组设备是经三次改进完善、优化设计的新一代机型。该机组设备以机械振动原理为理论依据,直接采用电能,能耗低。设备结构简单,工作性能稳定,机组生产能力大,大块通过性强,充分体现了连续强化回采的技术特点。并且是我国自行研制成功的全套设备,其造价低、维修工作量小、有利于降低采矿作业成本和推广应用。
(4)采用自行研制成功的以本地原料为主(占75%)的复合型高水速凝材料与尾砂胶凝充填了采场一分区,不仅简化了使用分甲乙两种料的高水材料与尾砂胶结充填的工艺,节省了充填成本,还由于高水速凝材料所具有的速凝早强等突出优点,也为实现分区连续回采、跟随快速充填提供了材料与技术保障。经测定,充填后一天的抗压强度为1. 6MPa,三天后的平均抗压强度为2.06MPa,充填成本比普通水泥尾胶充填低8%;比外购高水材料(甲乙料)成本低30%以上。
试验采场一分区采后跟随快速充填,在很短时间内就达到要求的强度,使回采作业很快转移到二分区,在作业时间上相互衔接,这是实现分区连续回采的前提条件。如果采用普通水泥尾砂胶结充填,要达到本试验研究的工艺目标,则必须要做到:在充填料中增添速凝剂;增设脱水、泄水措施;提高水泥等级。以上三项条件,既加大了充填工艺的难度,又提高了充填成本,而采用复合型高水尾砂胶凝充填,就较好地解决了上述问题,把井下胶结充填工艺及技术提高到了一个新的水平。
结束语
总之，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。为实现上述目标，地下金属矿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。
参考文献
[1]吴周罗中.非胶结充填体下阶段矿柱的低贫损连续回采技术[J].采矿技术，2006，(3).
[2]袁世伦，胡国斌，杨承祥.连续采矿工艺在铜陵有色金属矿山的研究与应用[J].黄金，2004，25(3):19一22.
[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，2010，11(2).
[4]古德生.地下金属矿采矿科学技术的发展趋势[J].黄金，2005(l):18一22.
[5]吴爱祥，韩斌，古德生等.国内外地下金属矿山连续开采技术研究的发展[J]，矿冶工程，2002，22(3)
关键词 地下；采矿；工业；技术；条件；方案；设计；
中图分类号：X753文献标识码： A 文章编号：
Abstract: with the development and progress of society, pay attention to underground metal mine non-pillar continuous mining method for real life has important significance. This paper mainly introduces the underground metal mine non-pillar continuous mining method study of the relevant content.
Key word:Underground; mining; industry; technology; conditions; design scheme;
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。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徑。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，采矿方法向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。
一、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;另一种是指采装运机组与一步骤回采配套的连续采矿，这是基于爆破破岩的一种广义连续采矿概念。它是一步骤回采的采矿方法和高效率的采、装、运设备组成的采矿系统。它不追求严格意义上的连续并行作业，而是以规模化采矿为目标，通过创新采矿方法、工艺和设备，将各采矿工序和设备有机组合起来，成为广义的连续采矿系统。这种连续开采方式主要适用于矿岩硬度较大的矿山。
二、试验矿段采矿技术条件与回采方案设计
本研究课题从提高矿床开采强度,降低矿石损失、贫化指标,改善井下工人劳动条件,提高劳动生产能力和降低生产成本为目标,对研究提出的具有中国特色的地下金属矿无间柱连续采矿法及其工艺技术进行了全面的研究。
2.1连续采矿工艺系统
连续采矿工艺系统的建立，使不少孤立的出矿和运输的设备配置，达到了采用连续采矿工艺的调剂及经济上的合理。每个矿山企业都有其具体的开采条件，因此就可能有各种不同的实施方案，形成的作业系统可能是全面连续作业或间断一连续作业。其基本模式可用框图1表示。
图1连续采矿系统甚本模式框圈
由图1可以看出，采场工作面的出矿设备由振动出矿机、连续装载机和铲运机三种，可以分别与振动运输机、特殊胶带运输机配套，或将矿石直接卸人溜井，再在后面组成各种连续或间断一连续的采矿系统间。
2.2试验矿段的采矿技术条件
某矿井下开采正延伸至-360m水平,中段设计产量为800t/d。本次工业试验在-360m中段的Ⅱ号矿体进行。Ⅱ号矿体沿走向为弯曲的透镜似板状,长500~650m,厚5~60m,平均厚度为20~25m,矿体倾角75°~85°。-360m水平37线有一破碎带切割破坏矿体,矿体在-240m水平有分枝复合现象。矿石坚硬稳固,但水平节理较发育,局部矿段比较破碎,稳固性有所降低。矿体上盘为花岗闪长岩,易风化,属中等稳固,下盘为灰岩,较稳固。
2.3无间柱连续采矿法试验方案
2.3.1无间柱连续采矿的总体技术思路。
实现无间柱连续采矿的总体技术思路是:将矿体划分阶段,再将阶段划分一个个矿段;以矿段为回采单元,矿段间不留间柱;采切、回采、充填三大工序,分别在相邻三个矿段中平行进行;矿段回采采用采场连续工艺,矿段回采结束后,随即转入快速充填;三大矿段的作业互相衔接,阶段采矿工作连续推进,故称之“连续采矿”。由于连续采矿是以矿段为回采单元,矿段间不留矿柱为主要特征,故又称“无间柱连续采矿”。第一矿段回采结束,即可转入第二矿段回采。
2.3.2试验矿段回采方案。根据上述技术思路,结合现场原有矿块划分及已有工程的布置情况,设计无间柱连续采矿方案。试验矿段沿走向长45m,高48m,宽为矿体厚度,平均为14m,矿体倾角75°以上,矿石体重3.6t/m3,松散系数1. 6。设计采矿量为11.5万t。
试验矿段在回采工艺上分为两个宽度不等的作业区,均采用大直径(165mm)深孔崩矿。第一分区(15m)设计采用漏斗式底部结构,T4G出矿,一分区崩矿出矿完成后,采用自行研制成功的复合型高水速凝材料与尾砂胶凝跟随快速充填;第二分区(30m)设计采用振动出矿的平底式底部结构,用改进完善的振动连续作业机组出矿。为降低充填成本,二分区采后用全尾砂充填。根据凤矿井下已形成的开拓系统,试验采场凿岩硐室布置在-300m,出矿巷道布置在-348m,试验采场一分区由2号溜井出矿;二分区由1号溜井出矿,采场作业人员由设在一分区一侧的人行天井上下。从试验采场结构可见,突出的特点表现在以下三方面：
(1)在试验矿段内实行分区回采。其优点是:可以适当加大试验矿段长度,减少回采作业循环,加快回采速度;第一分区采后随即进行充填,这就为试验矿段回采结束后尽快转入第二矿段作业创造了必要条件;可根据矿体产状的变化,灵活布置采切工程。
(2)在分区之间预留临时矿壁。所谓“临时矿壁”是在分区之间暂留打好孔的5m左右宽的矿壁,它要待二分区崩矿、出矿结束前,最后一次崩落放出。这种预留临时矿壁的主要作用是隔离一分区内的充填体,并使充填体免受二分区大量崩矿的冲击破坏。也就是说,在二分区大量崩矿出矿过程中,一分区充填体能保持自立不垮落,为二分区创造了安全作业条件,并为降低回采过程的矿石损失、贫化指标创造了有利条件。
(3)采用结构简单的底部结构。作为对比,试验采场二分区设计采用振动出矿的平底式底部结构形式,这种底部结构简单,工程量小,开掘容易,采切比只有常用的漏斗底部结构的1/2。并且底柱高度低,矿石损失少,没有专用二次破碎巷道,工作面都有贯通风流,作业安全,劳动条件好。
三、工业试验结果分析
无间柱连续采矿法是一个多工序相互衔接、相互协调的连续作业工艺系统,要使系统达到最优,则必须保证每一个环节相互衔接,正常运行,为此,我们在理论上对矿床连续回采进行了多方案论证,深入研究了连续采矿工艺中一些带基础理论性的问题;分析研究和采用了相应的先进技术,使本研究项目顺利实施并取得预期效果。
3.1取得的主要技术经济指标
采场综合生产能力:845t/d(按实际工作日算);采场连续出矿能力:185t/h(按实际出矿时间计);
采场振动连续出矿成本:1.05元/t;回采作业成本:4.55元/t;千吨采切比:8.64標米;炸药单耗:0.335kg/t(试验采场平均值);二次破碎炸药单耗:0.02kg/t;大块产出率:(0.65~1.1m的)5%;矿石损失率:9.51%;矿石贫化率:8.17%。
3.2主要技术效果分析
(1)将矿体划分为矿段,不留间柱,连续回采,突破了将矿体划分为矿房矿柱分两步骤回采的传统模式,从根本上避免了传统工艺中矿柱回采所造成的大量矿石损失和因两步骤回采带来的作业线越拉越长,形成多中段作业,给生产管理带来困难,严重影响矿山经营效益等一系列的问题。大幅度降低了矿床开采的损失率和贫化率,实现了以矿段为回采单元、不留间柱的连续强化回采的工艺目标。
(2)研究使用深孔爆破破碎与定向致裂技术,使崩矿质量大大提高。一次崩矿量大,崩落矿石块度均匀,大块产出率低,为高效率的振动连续出矿提供了高质量的矿石,并且有效地保护了临时矿壁的完整,使临时矿壁起到了隔离充填体的作用,避免了回采过程的二次贫化,提高了矿石的回收率。
(3)采用新一代振动连续出矿运矿机组出矿,强化了连续回采过程。该机组设备是经三次改进完善、优化设计的新一代机型。该机组设备以机械振动原理为理论依据,直接采用电能,能耗低。设备结构简单,工作性能稳定,机组生产能力大,大块通过性强,充分体现了连续强化回采的技术特点。并且是我国自行研制成功的全套设备,其造价低、维修工作量小、有利于降低采矿作业成本和推广应用。
(4)采用自行研制成功的以本地原料为主(占75%)的复合型高水速凝材料与尾砂胶凝充填了采场一分区,不仅简化了使用分甲乙两种料的高水材料与尾砂胶结充填的工艺,节省了充填成本,还由于高水速凝材料所具有的速凝早强等突出优点,也为实现分区连续回采、跟随快速充填提供了材料与技术保障。经测定,充填后一天的抗压强度为1. 6MPa,三天后的平均抗压强度为2.06MPa,充填成本比普通水泥尾胶充填低8%;比外购高水材料(甲乙料)成本低30%以上。
试验采场一分区采后跟随快速充填,在很短时间内就达到要求的强度,使回采作业很快转移到二分区,在作业时间上相互衔接,这是实现分区连续回采的前提条件。如果采用普通水泥尾砂胶结充填,要达到本试验研究的工艺目标,则必须要做到:在充填料中增添速凝剂;增设脱水、泄水措施;提高水泥等级。以上三项条件,既加大了充填工艺的难度,又提高了充填成本,而采用复合型高水尾砂胶凝充填,就较好地解决了上述问题,把井下胶结充填工艺及技术提高到了一个新的水平。
结束语
总之，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。为实现上述目标，地下金属矿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。
参考文献
[1]吴周罗中.非胶结充填体下阶段矿柱的低贫损连续回采技术[J].采矿技术，2006，(3).
[2]袁世伦，胡国斌，杨承祥.连续采矿工艺在铜陵有色金属矿山的研究与应用[J].黄金，2004，25(3):19一22.
[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，2010，11(2).
[4]古德生.地下金属矿采矿科学技术的发展趋势[J].黄金，2005(l):18一22.
[5]吴爱祥，韩斌，古德生等.国内外地下金属矿山连续开采技术研究的发展[J]，矿冶工程，2002，22(3)