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          北京物流信息聯盟

          【礦業技術】采礦方法的選擇

          陽光創譯語言翻譯 2022-02-16 14:11:46

          導 讀

          在礦山企業中,采礦方法決定回采工藝效,材料設備需要量,掘進工程量,勞動生產率,礦石回采率及采出礦石的質量等。因此,在設計中必須予以足夠的重視。同時,由于礦體賦存條件是多種多樣的,各個礦山的技術經濟條件又不盡相同,所以采礦方法選擇中必須按具體條件來選擇合適的采礦方法。


          第一節 ?選擇采礦方法的基本要求


          正確合理的采礦方法必須滿足下列要求:

          ? ? ? ?安全 所選擇的采礦方法必須保證工人在采礦過程中能夠安全生產,有良好的作業條件(如可靠的通風防塵措施、合適的溫度和濕度),能使繁重的作業實現機械化,同時要保證礦山能安全持續地生產,如避免產生大規模地壓活動可能造成的破壞,防止大爆破震動和采后巖層移動可能引起的地表滑坡和泥石流危害,防止地下水災和火災及其他災害的發生等。

          ? ? ? ? 礦石貧化小? 選擇的采礦方法要貧化小,礦石質量高,滿足加工部門對礦石質量的要求。例如開采平爐富鐵礦,不能使廢石混入率過高和粉礦過多,以求礦石可以直接進入平爐。礦石貧化對礦山產品(精礦)數量、成本與盈利的影響是很大的。在一般情況下,礦石貨化率標注在15%-20%以下。

          注:

          1、在礦床開采過程中,由于某些原因造成一部分工業儲量不能采出或采下的礦石未能完全運出地表而損失在地下。凡在開采過程中造成礦石在數量上的減少,叫做礦石損失。

          2、在開采過程中損失的工業儲量與工業儲量之比率,叫做礦石損失率。而采出的純礦石量與工業儲量之比率,叫做礦石回采率。損失率和回采率均用百分數(%)表示。

          3、在開采過程中,不僅有礦石損失,還會造成礦石質量的降低,叫做礦石貧化。它有兩種表示方法:凡混入采出礦石中的廢石量與采出礦石量之比率,叫做廢石混入率;凡因混入廢石量和在個別情況下高品位粉礦的流失而造成礦石品位降低的百分率,叫做礦石貧化率。在開采過程中混入廢石是造成礦石貧化的主要原因。它主要是在落礦過程中,因對礦體邊界控制不好,夾石未剔出和在覆巖下放礦時發生的。


          第二節 ? ?礦床開采指標

          ? ? ? ?

          ? ? ? ? 礦石損失與貧化這兩項指標,是評價礦床開采的主要指標,各表示地下資源的利用情況和采出礦石的質量情況。在金屬礦床開采中,降低礦石損失率、廢石混入率和貧化率,具有很大的意義。這對充分利用國家地下資源,延長礦山企業的壽命都有很大意義。同時,礦石的損失必然使采出的礦石量減少,進而導致分攤到每噸采出礦石的基建費用增加,并引起采出礦石成本的提高。再如,一個年產100*104t銅礦石的礦山,采出的銅礦石品位為1%時,忽略加工過程的損失不計,每年可產一萬噸金屬銅。當采出礦石品位降低0.1%時,每年就要少生產一千噸金屬銅。廢石混入率的增加,必然增加礦石運輸、提升和加工費用。同時,礦石品位降低,也會導致選礦流程的金屬實收率和最終產品質量的降低。因此礦石貧化所造成的經濟損失是巨大的。

          ? ? ? ? 礦石加采率高 礦產資源是有限的并且是不能再生的,采礦是屬耗竭性生產,因此要求對選擇回采率高的采礦方法,以充分利用地下資源。礦石損失除了對礦石成本有一定影響之外,還要減少盈利總額和縮短礦山生產時間。一般要求礦石回采率應在80%-85%以上,開采價值高的富礦、稀有金屬以及貴金屬礦床,更應盡量選擇回采率高的采礦方法。

          ? ? ? ? 生產效率高? 要盡可能選擇生產能力大和勞動生產率高的采礦方法。采礦方法不同,則同時開采的階段數、一個階段能布置的礦塊數以及礦塊的生產能力也不同。一般以在一個回采階段布置的礦塊數目以能滿足礦山生產能力為標準來考慮采礦方法選擇?;夭傻V塊所占長度以小于階段工作線長度的三分之二為宜。

          ? ? ? ? 生產效率高可以減少同時工作礦塊數,便于實施集中采礦有利于生產管理和采場地壓管理等。

          ? ? ? ? 經濟效益高?? 經濟效益高低主要是指礦山產品成三的高低和盈利的大小。盈利指標最具有綜合性質,例如礦石成本、礦石損失貨化等對盈利都有影響。要選擇盈利大的采礦方法。

          ? ? ? ? 遵守有關法規要求?? 采礦方法選擇必須遵守礦山安全、環境保護和礦產資源保護等法規的有關規定。

          ? ? ? ? 上述合項要求是相互聯系的,在選擇采礦方法時必須對上述要求進行綜合分析。


          第三節 ? ?影響采礦方法選擇的主要因素?

          ? ??

          影響采礦方法選擇的主要因素有兩個方面:(1)礦床地質條件;(2)開采技術經濟條件。


          礦床地質條件

          ? ? ? ?一般情況下要首先詳細分析研究有關的地質資料,因為礦慶地質條件是影響采礦方法選擇的基本因素。因此必須具有足夠可靠的地質資料,才能進行采礦方法選擇。否則,可能由于選出的采礦方法不合適,給安全生產帶來危害,并使礦產資源和經濟遭到損失。


          礦床地質條件一般包括下列內容:

          ? ? ?礦石和圍巖的物理力學性質?? 在礦石和圍巖的物理力學性質中,礦石和圍巖的穩固性很重要。它對選擇采礦方法有非常重要的影響。因為它決定采場地壓管理方法和采場結構參數等。

          ? ? ? 例如,礦石和圍巖都穩固時,可以采用采場地壓管理簡單的空場采礦法,并可以選用較大的礦房尺寸和較小的礦柱尺寸。如果礦石穩固、圍巖不穩固時,用空場法圍巖易產生冒落,這時用崩落法、流填法較為有利;相反,如果礦石穩固性較差,而圍巖穩固時,并且其他條件如厚度與傾角又合適,則采用階段礦房法較為有效,因為這種方法可以避免直接在較大的暴露面下工作。如果礦石和圍巖都不穩固,可考慮采用崩落法或下向分層充填法。

          礦體產狀? 礦體產狀主要指傾角、厚度和形狀等。


          ? ? ? ?礦體的傾角主要影響礦石在采場內的運搬方式,而且傾角對運搬的影響還與厚度有關。只有當礦體傾角大于50°-55°時才有可能利用礦石自重運搬;而采用留礦法時,傾角則應大于60°,但厚度較大的礦體則可不受這些限制。這時可開掘下盤漏斗,礦石仍可靠自重運搬。當礦體傾角不夠大,如30°-50°左右,在其他條件允許時,可以考慮爆力運搬或借助溜槽進行自重運搬。而30°以下的礦體,用電耙運搬往往較為有效。當采用崩落法但礦體傾角小于65°時,則應考慮開鑿下盤漏斗或礦塊底部開掘部分下盤巖石,以減少礦石損失。

          ? ? ? ? 礦體厚度影響采礦方法和落礦方法的選擇以及礦塊的布置方式。例如,0.8m以下合肥市薄礦體的采礦方法,要考慮分采(如分采充填法)或混采(如留礦法);單層崩落法一般要求礦體厚度不大于3m;分段崩落法要求厚度大于6-8m;階段崩落法要求厚度大于15-20m。在落礦方法中,淺孔落礦常用于小于5-8m厚度的礦體;中深孔落礦常用于厚度大于5-8m礦體;深孔大爆破用在10m以上厚度;藥室落礦要求厚度比深孔爆破的更大。

          一般,在厚和極厚礦體中,礦塊應垂直走向布置。

          ? ? ? ?礦體形狀和礦石與圍巖的接觸情況,也影響落礦方法。如接觸面不明顯,礦體形狀又不規則,采用深孔落礦或藥室落礦的采礦方法,會引起較大的礦石損失和貧化。

          ? ? ? ?如果極薄礦脈的礦體形狀規則,而且礦石和圍巖的接觸明顯,應該采用分采的采礦方法;否則,宜采用混采的采礦方法。

          ? ? ? ? 礦石品位及價值? 開采品位較高的富礦、價值較高的貴金屬或國家稀缺金屬(如鎳、鉻等)礦石,則應用回采率較高的采礦方法,例如充填法。反之,宜采用成本低效率高的采礦方法,例如分段或階段崩落采礦法。

          ? ? ? ? 礦體內有用成分的分布及圍巖礦物成分? 礦體內有用成分分布不均勻而又差別很大時,應考慮使用分采的采礦方法,同時還可以將品位低的礦石或巖石留下作為礦柱。

          ? ? ? ?如果圍巖有礦化現象,則回采過程中的圍巖混入的限制可以適當放寬,這時就可以采用深孔落礦的崩落采礦法。當圍巖的礦物成分對選礦和冶煉不利時,應選用廢石混入率小的采礦法。

          ? ? ? ? 礦體賦存深度? 當礦體埋藏深度很深,500-600m以上時,地壓增大,會產生沖擊地壓,這時不宜采用空場法,以采用崩落法或充填法較為適宜。

          ? ? ? ? 礦石和圍巖的自燃性與結塊性? 開采硫化礦石時,須考慮有無自燃危險的問題。高硫(含硫超過30%-40%)礦石發生火災的可能性很大(含硫量在20%左右的硫化礦,也有發生自燃的),此時不宜采用積壓礦石量大的和積壓時間長的采礦法,如留礦法和階段崩落法等。

          ? ? ? ? 此外,具有結塊性礦石(含硫量較高的礦石、遇水結塊的高嶺土礦石),在采礦方法的選擇上與防止礦石自燃具有相同的要求。

          開采技術經濟條件

          ?開采技術經濟條件有下列各項:

          ? ? ? ?地表是否允許陷落? 在地表移動帶范圍內如果有河流、鐵路和重要建筑物,或者由于保護環境的要求,地表不允許陷落,此時不能選用崩落法和采后崩落采空區的空場法;必須采用維護采空區不會引起地表巖層大規模移動的采礦方法,如膠結充填法,或當礦體不厚時用水沙充填法,或在厚礦體中留有一定數量的礦柱和同時充填采空區的采礦法。

          ? ? ? ? 加工部門對礦石質量的技術要求? 例如加工部門規定了最低出礦品位,從而就限制了采礦方法的最大貧化率;又如粉礦允許含量(富鐵礦)、按礦石品級分采等要求,都影響到采礦方法的選擇。

          ? ? ? ? 技術裝備和材料供應? 選擇某些需要大量特殊材料(如水泥、木材)的采礦方法時,需要先了解這些材料供應情況。應盡量選擇不用或少用木材的采礦方法。如果要選用潤色結充填采礦方法時,應考慮水泥和充填料的來源。

          ? ? ? ?采礦方法的工藝與結構參數等與采礦設備有密切關系。在采礦方法選擇時,必須考慮設備供應情況。如選用鏟運機出礦和深孔落礦的采礦方法時,需事先了解有關的設備供應及設備性能。

          ? ? ? ?采礦方法所要求的技術管理水平? 選擇的采礦方法應力求技術簡單,工人易掌握,管理方便。這對中小型礦山、地方礦山特別重要。當選用一些技術復雜、礦山不熟悉的采礦方法時,應積極組織采礦方法試驗。例如壁式崩落法要經常放頂,較難掌握;空場法中留礦法比分段鑿巖階段礦方法容易掌握,在兩種方法都可用的情況下,如系小型礦山,技術力量薄弱時,采用留礦法可能會收到好的效果。

          ? ? ? ?上述影響采礦方法選擇的因至少在不同的條件下所起的作用也不同,我們必須針對具體情況作具體分析,全面地、綜合地考慮,選出最優的采礦方法。


          第四節 ? ?采礦方法的選擇

          ?????

          ? ? ? ?對礦床地質條件進行深入調查研究,取得足夠的有關數據,以及對開采技術經濟條件了解清楚之后,即可根據上面所講的基本要求選擇采礦方法。

          第一步:采礦方法初選;

          第二步:技術經濟分析;

          第三步:詳細技術經濟計算,綜合分析比較。

          ? ? ? ?在采礦方法選擇的實踐中,常有這種情況,即在初選幾個方案之后,經過初步技術經濟分析,亦即在第二步驟中,便判別優劣,選出最佳方案。只有當經過技術經濟分析之后,對仍然難分優劣的2-3個方案,進行第三步的比較,對各方案進行詳細的技術經濟計算,根據計算結果進行綜合分析,選出最優方案。

          ?在選擇采礦方法中,提同下列幾點補充注意事項:

          ? ? ? ?提高對礦床地質資料的準確性與完整性的要求,尤其是有關礦巖穩固性和堅固性方面的資料。有過由于資料不足,選擇有誤,造成大量礦石損失和長期不能達產,帶來很大經濟損失的例子。

          礦床地質條件比較復雜時,要求在基建時期完成采礦方法工業性實驗,實驗成功后才能最終選定采礦方法。

          ? ? ? ?采礦方法分析比較中,要注意到由于方法不同影響所及的范圍。例如空場法與充填法,比較項目中不僅包括礦房回采,也要包括礦柱回采,有時還要包括空區處理的項目。

          ? ? ? ?采礦方法選擇并不只是從現有的方法中選出一種較好的方法。有時也須要結合礦床地質條件和要求,創造性地應用現有采礦方法的工藝與結構知識,提出更為符合要求的新采礦方法。

          采礦方法初選

          ? ? ? ?根據上述條件和要求,首先就技術可能性提出一些采礦方法方案;其次是根據各方案的主要優缺點,淘汰掉具有明顯缺點的方案。

          這一步的主要目的是,提出不具有明顯缺點的技術上可行的采礦方法方案。

          ? ? ? ? 這一步是很重要的,常常根據初提方案中的某些缺點,提出改進和創新,形成更為合適的新方案。在初選中要多下功夫,特別是礦床地質條件復雜時,應廣泛調查研究,以免丟下最佳方案。


          第五節 ? ?采礦方法的技術 經濟分析


          ? ? ? ? 對初選的(一般不超過3-5個)每個方案,要確定它的主要結構參數,采準切割布置和回采工藝,選擇具有代表性的礦塊,繪制采礦方法方案的標準圖,計算或用類比法選出各方案的下列技術經濟指標,并據此進行分析比較,從中選優:

          礦塊工人勞動生產率;

          采準切割工作量及時間;

          礦塊生產能力;

          主要材料消耗量(坑木及炸藥等);

          礦石的損失率和貧化率;

          采出礦石的直接成本。

          ? ? ? ?這些指標一般不做詳細計算,而是根據采礦方法的構民要求,參照類似條件的礦山實際資料指標選取。

          ? ? ? ?除了分析對比這些指標外,還應充分考慮到方案的安全程度、勞動條件、工藝過程的復雜程度等問題。有時還得注意與采礦方法有關的基建工程量、基建投資和基建時間(例如用膠結充填法或水砂充填法時).

          ? ? ? ?在分析對比上述各項指標時,往往出現對同一個方案來講,這些指標不全都優越,而是有的好,有的差。在這種情況下,就要看這些指標相差的大小,以及在礦山具體條件下,以哪些指標為主來確定方案。分清主次,有所側重。側重的目的,是為更具體地結合國家要求,更好地取得經濟效果。例如,對開采富礦和國家特別需要的稀缺金屬時,貧化指標更顯得重要。如果是貧礦,賦存量又大,就應該考慮選用高效率和低成本的采礦方法??傊?,要根據具體情況作具體分析,抓住主要矛盾來解決問題。

          在大多數情況下,經過這樣的技術經濟分析,就可以確定采用哪個采礦方法方案。僅在少數情況下才需要作綜合分析比較來確定最佳方案。

          采礦方法的綜合分析比較

          經過上述分析比較還不能判定優劣時,則對優劣難分的2-3個采礦方法方案進行詳細的技術經濟計算,計算出有關指標。根據這些指標再進行綜合分析比較,最后選出最優方案。


          選擇 ? 示例 ?? ? ?


          ? ? ? ? ?某鐵礦床,走向長350m,傾角60°-°70,平均厚度50m。礦體連續性好,形狀比較規整,地質構造簡單。礦石為含磁鐵礦,致密堅硬,f=8-12,屬中等穩固。上盤為大理巖,不夠穩固,f=7-9,巖溶發育;下盤為矽卡巖斜長巖及花崗閃長斑巖,因受風化,穩固性差。礦石品位較高,平均含銅1.73%,平均含鐵32%。礦山設計年產礦石量為43*104t。

          方法初選? 根據上述礦床開采技術條件,初步選出可用的采礦方法。

          ? ? ? ?由于圍巖穩固性差,因此,空場法是不適用的。根據礦石價值、圍巖與礦石穩固性和礦床規模等條件,可用上向水平分層充填法。

          ? ? ? ?根據礦石中等穩固、圍巖穩固性差、礦體傾角和厚度大,以及地表允許陷落等條件,可以使用崩落法類的分段崩落法和階段強制崩落法。分段崩落法中,有底柱的采準切割工作量大,底部結構復雜,礦石損失量大;無底柱方法結構與回采工藝簡單、安全、機械化程度高,按設計條件分析,礦石損失貧化有可能小于有底柱方法。無底柱方法的通風條件較差,而在完好通風系統和加強通風的情況下該缺點是可以減弱的。據此刪除有底柱分段崩落法。至于階段強制崩落法,礦石損失貨化更大,靈活性也不如無底柱分段崩落法,特別考慮到礦石品位較高,故不宜采用。

          由此可見,該礦床可用的采礦方法有:

          無底柱分段崩落法。

          上向水平分層充填法;根據礦柱回采方法的不同,又可分為兩個方案。

          具體方案如下:

          第一方案:無底柱分段崩落法。分段高10m,回采巷道間距10m,垂直走向布置。采用CZZ-700鑿巖臺車鑿巖,ZYQ-14裝運機出礦。

          第二方案:分為礦房和礦柱,礦房寬10m,礦柱寬5m,礦房用上向水平分層尾砂充填法回采,礦柱用留礦法回采,事后一次膠結充填。先采礦柱,后采礦房。采用YSP-45鑿巖機鑿巖,ZYQ-14裝運機出礦。

          第三方案:礦房寬10m,用上向水平分層尾砂充填法回采,靠礦柱邊砌隔離墻。礦柱寬5m,用無底柱分段崩落法回采。采用YG-80中深孔鑿巖機鑿巖,ZYQ-14裝運機出礦。

          技術經濟分析? 根據礦塊的生產能力、采準工作量、礦石的損失率和貧化率、勞動生產率等主要技術經濟指標進行分析。三個方案的主要技術經濟指標列于下表:



          ? ? ? ?從上表可知,第二方案雖然礦石的損失率和貧化率較低,但礦塊生產能力和全員勞動生產率都比其它兩個方案低,并且膠結充填工藝復雜,又需要建設兩套充填系統,每年還要消耗大量的水泥,因此,這個方案應予刪去。

          與第三方案比較,第一方案的礦塊生產能力大,勞動生產率高,回采工藝簡單,機械化程度高,但礦石損失率和貧化率高。故需進一步詳細計算,最后綜合分析比較才能選定方案。

          ? ? ? ? ?綜合分析比較? 對經過初步技術經濟分析比較確定的第一與第三兩個方案進行詳細的技術經濟計算。根據設計條件計算出每個方案的生產能力、采準切割工程量、礦石回采率、礦石貧化率、精礦產量、勞動生產率、基建投資、每噸礦石的采選成本、盈利額等逐項分析對比,最后綜合權衡結果,確定選擇第三方案,即礦房用上向水平分層尾砂充填法回采、礦柱用無底柱分段崩落法回采的方案。

          來源:礦業技術



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