幾種采礦工藝應(yīng)用實例分析

梅世洲

(大冶有色設(shè)計研究院有限公司)

·實用技術(shù)·

幾種采礦工藝應(yīng)用實例分析

梅世洲

(大冶有色設(shè)計研究院有限公司)

隨著采礦工藝的發(fā)展日漸成熟，在礦山中得到了廣泛應(yīng)用。通過對充填法、空場法、溶浸、崩落法等幾類工藝進(jìn)行分析，并結(jié)合應(yīng)用實例給出了進(jìn)一步發(fā)展的建議，為進(jìn)一步優(yōu)化采礦工藝，提高采礦效率提供參考。

采礦工藝 應(yīng)用現(xiàn)狀 注意點

在采礦作業(yè)過程中引入先進(jìn)的采礦工藝有助于提高采礦工作效率。結(jié)合實例，對幾類采礦工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，為提高采礦效率提供借鑒。

1 采礦工藝應(yīng)用實例分析

1.1 充填法

充填采礦法可以分為干式充填法、水砂充填法以及膠結(jié)充填法[1]?？傮w來說，充填采礦法經(jīng)歷了由干式充填到水砂充填(最初的水砂充填不含膠結(jié)劑)再到膠結(jié)充填的發(fā)展歷程。隨著充填采礦法的不斷發(fā)展，充填體的濃度越來越高，現(xiàn)今高濃度的膏體充填與似膏體充填即是最好的體現(xiàn)。在采空區(qū)充填的過程中，采用成型的填充物對地壓實施管理，可有效控制圍巖崩落和地表下沉，不但能夠效保障回采過程的安全，而且還能有效防止礦石自燃。目前，呂溝煤礦礦井生產(chǎn)能力約為45萬t/a，采用的是斜井片盤開拓，主要對六2、七4煤層進(jìn)行開采。該礦井-245 m水平以淺資源已經(jīng)接近枯竭，而-245 m水平以深至井田深部邊界面積約3.8 km2，地質(zhì)儲量約1 054萬t。其中，六2煤層約547萬t，七4煤層約507萬t，基本上全部被村莊煤柱所占壓。由于深部村莊的分布較廣，且煤層較薄，如果以搬遷村莊的方式實現(xiàn)回采作業(yè)，經(jīng)濟(jì)上顯然不可行。通過采用超高水材料、矸石等固體廢棄物復(fù)合充填技術(shù)，不僅解決了困擾多年的難題(呂溝礦村莊下壓煤開采難度較大)，并且也提高了煤炭資源的采出率，有效保護(hù)了地表建筑物的安全，真正的實現(xiàn)了村莊不搬遷情況下的安全采煤以及固體廢棄物的資源化利用。

1.2 空場法

空場采礦法則是將礦塊分為礦柱和礦房，對兩者實施單獨回采，在程序上通常要先采礦房，后采礦柱[2]。通常采用散空方法，借助礦柱和圍巖有效提升礦房的強度，完成礦房開采。在開采礦柱的過程中，應(yīng)全面處理采空區(qū)，為了有效改善回采的作業(yè)條件，還應(yīng)對礦房進(jìn)行充填處理，并借助合適的采礦工藝對礦柱實施回采。一般情況下，回采礦柱與采空區(qū)處理是同時進(jìn)行的，在很多情況下，為了改善礦柱回采條件，可事先對礦房進(jìn)行充填，然后再采用其他方法回采礦柱。另外，在回采過程中，采場主要依靠永久礦柱或暫留的礦柱來實現(xiàn)自然支撐，有時也以人工礦柱來實現(xiàn)支撐。分段空場法在漂塘鎢礦使用了多年，截至1998年底，共計開采了50個礦塊，并在開采過程中進(jìn)行了113次大爆破，總崩礦量為160萬t，耗藥量為472 t。礦塊實際生產(chǎn)能力為200 t/d，采礦效率為 181 t/臺(83.1 t/(工·班))，大塊產(chǎn)出率為10%～15%，實際采礦成本為4.2元/t。在分段空場法應(yīng)用過程中，漂塘鎢礦場主要在3個方面進(jìn)行了改進(jìn)：①孔網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化；②改礦塊底部結(jié)構(gòu)為電耙出礦形式；③改中深孔拉垂直走向立槽為沿走向淺孔留礦法拉立槽。該煤礦采礦工藝改進(jìn)以后，礦塊的生產(chǎn)能力有效提高了33%，并且使得大塊產(chǎn)出率降低到15%以下，采切工程量得到了實質(zhì)性的減少。同時，100多次大爆破基本都具備了準(zhǔn)點性、安全性，效果良好。

1.3 崩落法

崩落采礦法可以分為分層崩落法、壁式崩落法、階段崩落法、有底柱分段崩落法以及無底柱分段崩落法[3]。具體的操作流程則為：結(jié)合回采工作面的逐漸推進(jìn)，對圍巖實施有計劃性和有針對性的崩落，同時強化落實采空區(qū)的填充工作，從而有效實現(xiàn)崩落圍巖的地壓管理?？算~鎳礦富礦帶為碎裂結(jié)構(gòu)，礦體的穩(wěn)固性較差，根據(jù)喀拉通克銅鎳礦場的實際情況，采用最多的是無底柱崩落法。無底柱崩落法的應(yīng)用具有以下特點：①崩落采場的尺寸較小，采場頂板的暴露面積始終較小，有利于對頂板的整體控制；②由于喀拉通克銅鎳礦場為頂部尖滅礦體，通過采用無底柱崩落法，可以利用原有巷道布置采切工程，實現(xiàn)后退式落礦，在不分層的情況下能夠完成一次回采；③無底柱崩落法不留間柱與底柱，有利于回采富礦。

1.4 溶浸法

在采礦作業(yè)里運用溶浸采礦工藝，實質(zhì)上是采用化學(xué)采礦技術(shù)，根據(jù)礦產(chǎn)的化學(xué)特性與物理特性往礦層里注進(jìn)相應(yīng)的溶浸液，通過化學(xué)反應(yīng)合理選擇礦石里浸出的有價值成分，將浸出的有價值成分由固態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)并進(jìn)行回收，最終實現(xiàn)礦石的有效開采，該工藝屬于現(xiàn)代化的先進(jìn)采礦工藝范疇[4]。相對于傳統(tǒng)開采方法而言，溶浸采礦技術(shù)最大的優(yōu)點在于能夠?qū)崿F(xiàn)對低品位礦石的經(jīng)濟(jì)性、合理性處理，甚至可以處理表外礦石、廢石、殘礦等。因此，溶浸采礦工藝對于低品位礦產(chǎn)資源的開發(fā)、尾礦資源的二次開發(fā)以及資源的綜合利用等方面具有明顯的優(yōu)勢。由于豐山銅礦的選礦成本和能力的限制，要求入選品位不得低于0.4%。通過采用堆浸溶浸法，對品位在0.4%左右及0.1%以上的低品位礦石進(jìn)行回采，有效處理了該礦未采低品位礦石以及露天坑堆積礦石約8萬t，銅金屬合計約200 t。按照80%的選礦回收率與90%的回采率計算，該部分依舊存在150余t銅的經(jīng)濟(jì)價值，并且采用溶浸法采銅的電解銅成本始終保持在1萬元左右，極大的降低了生產(chǎn)成本。此外，針對高品位的金屬礦(尤其是富含金、銀、鉬等貴金屬的斑銅礦、黃銅礦)，溶浸法也具有較好的應(yīng)用前景。

2 建 議

(1)有效落實采礦安全保障。全面掌握采礦作業(yè)過程各種質(zhì)量安全因素，落實相應(yīng)安全管理工作，在確保采礦質(zhì)量的基礎(chǔ)上盡量采用先進(jìn)的采礦工藝，實現(xiàn)機(jī)械化操作，有效減少人員傷亡以及各類安全事故的發(fā)生概率。除此之外，礦山企業(yè)在全面落實采礦安全保障工作和防范措施同時，應(yīng)始終堅持綠色環(huán)保和生態(tài)低碳的采礦原則，在采礦作業(yè)過程中加強環(huán)境保護(hù)工作，為礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

(2)有效處理采空區(qū)。采用空場采礦工藝時，切勿急于對出現(xiàn)的采空區(qū)進(jìn)行處理，首先應(yīng)做好圍巖以及礦石的穩(wěn)固工作。通常將崩落采礦工藝應(yīng)用于開采容易崩落的圍巖以及允許塌陷的地表礦體，此外，應(yīng)結(jié)合礦體及圍巖實際情況選用適當(dāng)?shù)幕夭煞椒?。在運用充填采礦工藝時，應(yīng)緊密結(jié)合礦塊結(jié)構(gòu)以及回采工作面的具體推進(jìn)方向，采取適當(dāng)?shù)某涮罘绞饺缒z結(jié)填充、向下層的干式水力填充等。在運用溶浸采礦工藝時，應(yīng)注重具體的浸出地點及方式，準(zhǔn)確把握從地表到原地或者是將原地礦石破碎后再浸出的方式[4]。

(3)注重改進(jìn)采礦工藝。在科學(xué)技術(shù)不斷提升以及采礦工藝不斷改進(jìn)的背景下，對于爆破的方法進(jìn)行了更為深入的探索，如在地質(zhì)條件較為復(fù)雜的環(huán)境下，通過采用“藥壺爆破”以及“增大炮孔臨近系數(shù)”等爆破方法，不僅提高了礦山的經(jīng)濟(jì)效益，而且使得刨煤機(jī)裝置實現(xiàn)了3 m/s以上的切割速度，切割的功率也達(dá)到了400 kW以上，刨煤機(jī)的每刀切深提高到250 mm，極大的提高了煤炭開采的效率。此外，應(yīng)不斷優(yōu)化井下供電系統(tǒng)，在實現(xiàn)井下供電系統(tǒng)合理布局的同時，大幅度減少電路損耗，降低礦山生產(chǎn)成本。

(4)推進(jìn)綠色采礦工藝的研究與利用。就綠色采礦工藝的研究現(xiàn)狀來看，目前我國已經(jīng)取得了一些成果，如煤與瓦斯共采技術(shù)、保水開采技術(shù)、減沉技術(shù)、煤炭地下氣化技術(shù)以及潔凈煤技術(shù)等，該類技術(shù)已在很多大型煤礦得到了成功應(yīng)用。但不可否認(rèn)的是，現(xiàn)有的綠色采礦技術(shù)依舊存在著諸多不足，仍需要加以深入研究。此外，針對濫采、私采等違規(guī)采礦行為，相關(guān)部門應(yīng)不斷加大打擊力度，并制定和完善相應(yīng)的法律、法規(guī)，促進(jìn)綠色開采工藝的大規(guī)模推廣運用。

3 結(jié) 語

結(jié)合實例分別對充填法、空場法、溶浸法、崩落法等幾類采礦工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上給了幾點建議，為不斷優(yōu)化采礦工藝，提高礦山開采效率，實現(xiàn)礦山可持續(xù)發(fā)展提供參考。

[1] 包東程，韓春雨，陳自輝，等.房主交替式盤區(qū)上向分層充填法在西山礦區(qū)的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2013(12):80-81.

[2] 謝柚生，李學(xué)鋒.大直徑深孔階段空場法開采結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2012(7):7-9.

[3] 竇廣文，張承明.有地住分段崩落法在老廠礦的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014(2)：8-10.

[4] 萬長峰.溶浸采礦法在城門山銅礦的應(yīng)用前景[J].世界采礦快報，2000(7):231-233.

2015-01-04)

梅世洲(1964—)，男，工程師，435005 湖北省黃石市新下陸冶煉路65號。