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非煤固体矿床地下开采大作业学 号: 姓 名: 班 级: 指导老师: / / 上向水平分层干式充填采矿法摘要:充填采矿法作为一种绿色的的采矿方法,能够很好的控制围岩崩落和地表下沉,随着矿床埋深的不断增大,在矿山中正得到越来越普遍的应用。本文介绍一种新型的采矿法干式充填采矿法,通过对该方法特点、分类、使用条件以及实际案例的分析,对干式充填采矿法进行了全面的介绍,并对其未来进行了展望。关键词:干式充填 上向水平分层 干式充填系统 系统评价 近年来,随着浅部矿产资源逐渐减少,矿床开采深度正不断增加,面对的地压问题也越来越严峻。充填开采作为一种绿色开采方式不仅能够减少或者避免地表沉陷,而且可以很好地控制地压。随着充填技术不断的进步,充填开采在矿山的应用正得到较快的发展。 本文介绍了充填法的一种干式充填法,指出了干式充填法的特点、分类和使用条件,并对上向水平分层干式充填法做了详尽的阐述,以期对充填采矿法在矿山的普及工作有所帮助。一、 干式充填采矿法的特点和适用条件(一)特点: (1)将矿块划分为矿房和矿柱,先采房,后采柱,两步骤回采。矿房是自下而上分层回采,随着回采工作面的向上推进,逐层充填采空区的维护上、下盘围岩,同时为继续上采创造作业条件。 (2)干式充填采矿法多用废石作为充填料,充填料利用主充填井下放到井下,再用其他运输送到工作面进行采场充填工作。 (3)矿房回采到最后一个分层后,要进行接顶充填。 (4)矿柱回采工作是在采完一批矿房以后或采完一个阶段后进行。(二)适用条件适用开采品位高,价值高的矿石;(采矿体厚度小于4米的);开采矿石稳固,而围岩不稳固的急倾斜薄到中厚的矿体;矿体太厚时,充填工作量大,输送充填料和在矿房中铺平充填料的工作太繁重;缺乏水力充填的廉价材料;矿山开采中自然涌水量大,不宜采用水力充填法开采;缺乏水源地区的矿山,用水力充填法供应不上水。(三)干式充填法分类: 按工作面形式不同,可分为三类,即:上向水平分层干式充填法;倾斜分层干式充填法;削壁充填采矿法。二、 上向水平分层干式充填采矿法(一)上向水平分层干式充填采矿法特点:属于干式充填法的一种,和干式充填法总的特点基本相同。它也是两步骤回采,向下而上分层回采。随着工作面以向上推进,逐层充填采空区,用以支撑上、下盘围岩并造成不断上采的作业条件。当矿房采到最后一个分层后,要进行接顶充填。矿房采完后,再有计划地回采矿柱。(二)矿块构成要素 (1)矿块布置方式 矿块布置方式分为沿走向和切走向两种。沿走向布置当矿石和围岩比较稳固的条件下,矿体厚度又不超过1015米时,采用沿走向布置。切走向布置矿体厚度1015米时,用切走向布置。(因为围岩不稳固,允许暴露的面积小,因而以1015米为界)。 (2)矿房长度矿房的长一般宜控制在50米以内。如果矿体厚度超过50米,则在矿体的垂直走向方向上布置两排矿房,在两排矿房之间留沿走向的纵向矿柱。1-沿脉平巷 2-人行天井 3-联络道 4-充填天井 5-溜矿井(3)阶段高度 阶段高度一般为3060米(常用的是3545米)。 阶段高度过大,在生产中会产生一些困难,如:当矿体厚度不大,而矿体倾角变化大时,会引起架设流矿井的困难;当矿体很厚,出矿量很多时,溜井下部磨损大,维护困难。(钢溜井可通过1015万吨矿石,予制混凝土溜井一般达不到10万吨矿石)。(4)矿房的水平暴露面积 矿房的水平暴露面积,主要取决于矿石的稳固性。当矿石稳固时,水平暴露面积多在300500M2之间;当矿石很稳固时,可达到8001200 M2或更大, (个别矿山达到2000 M2)。(5)矿柱尺寸1)间柱宽度:间距宽度取决于间柱的回采方法和矿岩的稳固性以及矿体厚度。用充填法回采间柱时,可留710米。当矿石和围岩不太稳固且地压较大时,则应取较大的尺寸。间柱留的过小,受的压力大,不易回采矿柱;间柱留的过大,则又形成较大的采空区。当矿体很薄时(34米的薄矿脉),也可以不留间柱,此时采用在矿房之间浇灌混凝土隔墙的办法;2)顶柱厚度 当上部运输巷道需要保护时,则应当根据矿石的稳固性和矿房的大小,保留35米厚的顶柱。不留顶柱可以简化回采步骤,因而可以减小矿石的损失和贫化,但需要建造人工假巷。3)底柱高度对于充填采矿法,由于采准巷道布置简单,在底柱中的巷道很少,并且不在其中进行二次破碎。故矿石底柱的稳固性破坏较小,因而底柱高度可以小一些。当矿房位于主要运输平巷之上时,必须要留底柱。一般在运输平巷上部只留2-3米高的底柱。(即从运输水平底板算起总计高4-5米)。(三)采准工作 采准工作包括有:沿脉和穿脉平巷,天井、联络道,放矿溜井以及充填井。 (1)沿脉平巷和穿脉平巷为了便于探矿和采矿,一般靠近矿体下盘或上盘边界掘进。沿脉运输平巷多用于中厚以下矿体的回采中。当矿体很厚,矿房垂直走向布置时,为了布置溜井方便,相邻矿块采矿互不产影响等,通常采用穿脉运输平巷)。当矿房和间柱沿走向的长度比较大时,则矿房和间柱分别开凿独立的运输穿脉巷道。相反,则运输穿脉巷道可开在矿房和间柱的交界外,共用一条巷道。运输巷道的断面一般为2.12.5米,(依运输设备定断面)。 1-阶段运输平巷 2-回风巷道 3-充填天井 4-放矿溜井 5-人行通风天井 6-联络道(间距46m) 7-隔墙 8-底板 9-电耙胶车 10-顶柱 11-底柱 12-充填料 13-崩下矿石 14-炮孔 (2)在一个矿房中至少应当有两个天井(一个是人行天井,另一个是定填天井)。1)人行天井-人行天井一般布置在间柱宽度的中央靠下盘处。通过联络道 和矿房联通。如此布置,对天井的维护、探清矿体边界和以后回采间柱都很有利。 人行天井断面为(1.5m2.0m) 2.5米2或22米2,其倾角应大于60,以便回采矿柱时可以改作充填井。矿体两边的人行通风天井,一般可以采用顺路天井。优点是可以减少掘进工作量。同时能适应矿体形态的变化。顺路天井的断面一般为1.51.5米2。2) 充填井-充填井一般布置在矿房中央靠上盘的地方,以减少充填料的运搬距离。另外在定位时,应考虑到充填井和溜矿井、人行井之间的相互位置,做到既便于工作,而又确保矿房中工作的安全。充填井的上部出口和上部平巷或短横巷相通,以便倾倒充填料。充填井的倾角应当保持在60以上,以便充填料和混凝土能靠自重顺利地溜下充填井断面-应当满足运送充填料,运送材料以及设备等的需要,因而井的断面应当大一些。(3)放矿溜井在一个矿房中应设两个放矿溜井,以便于当一个溜井发生堵塞或破坏时,另一个溜井还能继续生产。(当矿房很小时,有时只留一个溜矿井)。溜井的位置-溜井应设在矿石运搬距离最短的地方,同时使用的运搬机械不同,应有所区别。流矿井断面-通常为园形断面,内径为1.51.8米2,它是由矿石的块度及出矿量大小确定的。溜井砌筑-溜井可用混凝土浇灌或予制混凝土砖砌筑成,或者用钢板焊接成园筒(如焦家金矿、红花沟金矿都用钢板)溜矿井的倾角应当大于60 溜井的下口和平巷或横巷相通,并设有放矿闸门。(4)联络道:自拉底水平的底板起,在天井中每隔46米,垂高布置一条联络道,使之和矿房相通。两个天井的联络道,在垂直位置错开布置较好,以免充填时两个天井中的联络边同时被堵死。联络道要和天井掘进同时完成。联络道断面为1.521.82米2。(四)切割工作(1)对于干式充填采矿法,切割工作只有一个拉底工作。在拉底之前,先在拉底水平掘进一条拉底巷道,它是先由人行天井第一条联络道掘进一条短巷,和溜矿进一相通,然后利用溜矿井出矿,同时把拉底巷道(在矿房中)掘进完毕。拉底水平位于运输巷道上部2-3米处,拉底巷道断面为1.82.022m2。在拉底巷边的基础上,向矿房两边扩大至矿房边界。在拉底区的底板上要浇灌一层厚0.30.5米钢筋混凝土作为下阶段回采的保护层。 (即第二种拉底方法-留底柱拉底方法)(2)拉底的方法可分为无底柱拉底方法和有底柱拉底方法两种:1)无底柱拉底方法:(人工底柱) 无底柱拉底方法适用于开采贵重金属的薄矿脉。 拉底方法是-从运输平巷开始,在矿房范围内,将平巷开帮,扩大到矿房边界,再往上挑顶,使总高度达到56米。将矿石运出后,在底层铺0.3米厚的钢筋混凝土底板, 在此底板上人工浇注运输平巷,其他空间用充填料充填满,再浇0.2米厚的底板即可。 2)留底柱的拉底方法在运输巷道顶上留有2-3米左右的矿石底柱,在底柱上拉底,妈先从井中的联络边掘进一条切割巷道(短巷)和放矿溜井连通,以利于用溜井出矿。利用切割巷道拉底,在拉底巷道的基础上,扩帮形成高为22.5米的拉底空间。然后在上面浇注一层0.30.5米厚的钢筋混凝土底板。上述两种拉底方法,各有自己的优缺点。无底柱拉底方法的优点是:可以免除回采底柱的困难,可以提高矿石回收率。缺点是:工作繁重,劳动量大,效率低。留底柱拉底方法的优点是:效率高,拉底时对巷道的运输工作影响较小。缺点是:回采底柱的损失比较大。(五)回采工作回采工作一般是按分层进行的,每采完一层,就充填一层,使工作空间始终2.02.2米左右的高度。这样每采充一次便形成一个工作循环。每一分层的回采作业是相同的。每一个工作循环包括:薄矿、撬毛、运搬矿石、充填、浇注混凝土隔墙和底板,加高溜矿开和顺路天井等。由此可见,缩短一个回采循环时间,即可提高充填法技术经济效果。(1)薄矿的分层高度 目前国内主要用浅孔崩矿,分层高度少为1.52.0米。如果用中深孔崩矿。则分层可达4-5米,或可采用两次以致多次浅孔崩矿,逐步形成。加大分层高度有优点,也有不足。1)优点: 可减少辅助作业量,(如清场、浇注工作,吊迁设备等)可提高劳动生产率和采矿程度,降低采矿成本。2)缺点:撬毛工作困难:因采空区的空间高达6-7米,工人观察,检查顶板困难。处理浮石也难,故安全性差。岩用中深孔薄矿,则必然增加大块,增加了破大块工作量,影响电耙出矿效率。且污染空气。若用人工浇注隔墙时,则由于隔墙高度增大,造成浇注工作劳动强度大,困难显著增加。在条件许可情况下,可以采用高分层回采。采用高分层的必要条件和应采取的措施是:矿石和上盘围岩很稳固;有自行式升降台,可随时检查顶板和处理浮石;有输送混凝土浇注隔墙的机械设备;使用高效率的凿岩设备,加大炮孔密度,减少大块率。(2)凿岩爆破工作 凿岩方式有两种:利用上向式凿岩机打上向孔;打水平孔。一般多用上向孔,孔深1.62.0米,孔间距0.81.2米。前后排炮孔错开布置,以充填井为自由面崩矿,每分层分为2-3次爆破。打上向孔,可以集中把眼打定,然后一次爆破,也可分次爆破。放炮后,集中出矿,适合用电耙出矿。打水平孔时,只能随打随崩矿,适用于装矿机出矿。打水平孔崩矿、顶板比较平整,撬碴工作量小,有利于顶板管理,安全性比较好。(3)矿石运搬目前国内充填法矿石运搬主要用电耙和装运机两种设备,它们各有优缺点。电耙子的优点:坚固耐用,操作简单,维修费低,运搬能力大, (一台28KW电耙,平均生产能力可达120
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