开采规模设计

2024-12-07

开采规模设计(精选4篇)

开采规模设计 篇1

矿业开发所造成的污染越来越严重, 尤其是乡镇集体的矿山企业与个体的矿山企业。由于乡镇与个体矿业只追求个人经济利益、环保意识落后、开采技术落后, 在开采中不采取任何的环境防治措施, 以致对环境造成的破坏极其严重。因此, 矿山开采规模化是非常有必要的。

1 矿山开采所出现的问题

1.1 地表植被的破坏。

矿山的开采有两种形式, 一种是地下的, 一种是露天的。地下矿业的开采对地质结构产生恶劣的破坏, 地下开采把矿物采出后, 上覆岩层就会失去支撑力, 岩体内部受力不平衡, 从而导致矿产上覆盖的岩层发生变形、位移, 直至破坏。露天矿业的开采则是剥离和挖损土地为主, 这就明显地改变了地表景观。矿山开采一般都是有植被覆盖的, 如草地、森林等自然植被。但是开采后, 对地表的破坏有砍伐森林、毁坏土地用途性质、破坏山体、废石和堆置垃圾, 这就严重地破坏了自然景观[1]。

1.2 土地资源的破坏。

全国累积因矿业压占的土地面积达600万公顷, 森林面积的破坏达110万公顷, 草地面积的破坏达30万公顷, 导致土地的荒漠化。露天采矿需要挖损大量的土地, 井下开采矿业又会导致大面积地面下沉或者是塌陷, 这些人为的破坏又会引发二次灾害, 比如地表变形、水土流失、土壤侵蚀等。所以矿山露天开采会剥离地表, 井下的开采挖掘出来的废石等, 开挖产生的各种废渣、尾矿、废石的堆积、堆置都是对矿区土地破坏的凶手。

1.3 水资源的破坏。

矿山的开采直接关系到水资源, 其中就包括了地表水资源和地下水资源。地表水资源的影响有改变河道与水文、影响生活取水和污染水质等。地下水的污染则是会疏干地下水位, 破坏水的分布结构, 造成供水困难等问题。由于矿业开发和矿区城镇的兴起可能将大量的水资源由农业用水转化为工业和城市用水的使用, 或因过量的地下水开采造成更大范围的生态坏境影响。

1.4 其他的污染。

矿山采矿引起环境的污染是非常巨大的, 特别是农村的集体开采和私企业的开采。矿产本身污染就有尾矿、矿渣固体物、土地剥离物、矿坑与选矿废水污染、掘进、爆破和交通污染, 最严重的是会造成河流生物的物种绝迹和动物植被的绝迹[2]。

2 矿山开采规模化的必要性

2.1 能够改善土壤基质

影响生态环境的因素有很多, 其中土地退化是较为严重的因素之一。土地退化就是改变了土壤因子变化, 废弃地土壤理化性质破坏和养分的丢失, 土壤中的有害有毒物质增加。地面上堆积的含毒、有害成分的矿石在经受雨淋或者地表水的作用下, 通过某种渠道进入了生活用水中是一种恶性的污染。矿山开采规模化能有效避免开采中对土壤乱堆置的问题。

2.2 对植被的保护

规模化能够有效地保护好植被, 最大限度地控制对植被的破坏。我国的森林覆盖率在不断减少, 城市用地的紧张已经把目光移向了农业用地和新场地的开发, 这就说明我国植被的保护应逐渐重视起来。矿业的不合理开采必然会对植被造成破坏, 如开阔场地砍伐森林, 地表露天采矿铲除植被等。矿山规模化此时就显得极为重要。

2.3 矿山开采的合法性

矿产资源遍布全国, 由于矿产资源的分布广泛、不集中, 这就对矿产资源的合理管理带来难度。国营企业下的矿产资源开发是比较科学合理的开采, 但是一些以村集或者私人为单位的黑矿业正在啃食我国的矿产资源, 黑矿户的存在对矿业无疑是糟蹋。第一是开采设备落后, 设备的落后在矿业的开采中是对资源的浪费;第二是矿业作业人员的安全得不到保证, 黑矿户对工作人员的安全极为不重视, 安全措施比较落后, 甚至是没有安全设备;第三是恶性循环的竞争, 我国是个能源紧缺的国家, 现在工业的不断发展, 对能源的需求在不断扩大, 矿产资源得不到统一合理的利用, 不合法的资源开采是对经济的损失;第四是善后工作, 善后工作是矿产资源开采完之后对矿产地的尾矿管理, 开采完对矿地直接不管不问, 很容易诱发二次人为的灾害[3]。

2.4 矿资源的合理开采

开采的规模化能最大限度地利用矿产资源, 我国每天对资源的消耗量是非常巨大的。矿产资源是不可再生资源, 矿山开采规模化能很好地、充分地利用矿产资源。能源问题已经不仅是我国所面临的巨大难题, 更是全世界都在思考的一个难题。

3 结语

我国社会发展的脚步在不断加快, 对资源的需求也在不断扩大。解决能源的充分利用与能源再利用的难题迫在眉睫。矿山开采规模化对于资源开发有着重要的意义, 是促进我国经济发展的风向标。在矿山开采规模化的背景下, 我国的资源开采将达到更高的层次, 这将给社会主义建设带来极大的促进作用。

摘要:随着经济水平的发展, 科技水平的不断提高, 人们对资源的需求在不断扩大。但是现有的资源是有限的, 人们在满足自己需求的同时, 正在攻克资源的再利用、资源的科学管理与资源的替代品等科研。矿山的开发对整个社会生态环境危害越来越严重, 矿山开发会诱发地质灾害、土质灾害破坏地表景观和生物多样性等, 因此矿山开采的规模化是必要的。

关键词:矿山开采,规模化,环境

参考文献

[1]朱建新, 李肖锋, 邓华梅.我国矿山环境治理的必要性及应对策略[J].中国矿业, 2011.4 (8) .

[2]吕迎春, 矿山开采对三工河水质水量的影响分析[J].科技创新导报, 2011, 5 (6) .

开采规模设计 篇2

印发小型采石场开采设计指导意见的通知

各州、市安全生产监督管理局,各有关单位:

《小型露天采石场开采设计指导意见》自2009年1月1日起执行,现印发你们,请遵照执行。

二〇〇八年十二月三十一日

小型采石场开采设计指导意见

1概述

1.1矿区位臵、隶属关系和企业性质 1.2设计编制依据及基本原则 1.2.1设计范围及内容

1.2.2开采设计编制所依据的主要基础性资料

1.经储量管理部门认定的矿区地质工作报告

2.矿山地形地质图、生产总平面现状图、采场现状图 3.其它

1.2.3安全、技术、经济方面的要求 2地质及矿产资源

2.1矿区地质、矿床地质情况简述

2.2矿床开采技术条件(工程地质、水文地质和环境地质条件)3开采方案 3.1矿山开采现状

矿山开采历史及现状情况简介:如创办时间,原生产能力,采场现状,开采工艺,采场及设备设施(主要开采设备表)等。

矿山外部环境描述:如与相邻矿山、水库、地表建筑物、高压输电设施、铁路、公路等关系的说明。3.2 产品方案及生产规模

根据业主要求确定产品方案及生产规模。3.3 开采方式

根据矿区地形、岩石物理力学性质等情况,确定采用分台阶开采或分层开采方案。

3.4 露天开采境界 3.4.1采场边坡参数的确定

分台阶开采应确定边坡参数:台阶高度,台阶坡面角,安全平台、清扫平台、运输平台、最小工作平台宽度,最终边坡角。

分层开采应确定分层台阶高度(台阶高度最大不得超过20米)和台阶坡面角(严禁拦腰爆破、掏底爆破、形成伞岩陡岩)。3.4.2露天境界圈定 根据3.4.1中确定的边坡参数,最高标高、最低标高,上口境界、下口境界,圈定露天开采境界。绘制开采终了境界剖面图及开采终了境界平面图。3.5开拓运输

根据矿区地形条件,规划运输道路。原则上山坡露天矿运输道路应当规划至山顶,由山顶向下分台阶分层开采。运输道路布臵要结合设备选型、性能,考虑运输线路最大坡度、最小转弯半径。3.6采剥工艺 3.6.1采剥方法确定

1、确定采剥工作台阶开段沟位臵、工作线布臵及推进方向,采剥工作面推进方式。

2、采用台阶开采方式时按机械(包括小型潜孔钻、挖掘机或装载机)开采确定台阶高度、台阶坡面角、最小工作平台宽度,段沟底宽,铲装设备工作线长度;当采用分层开采工艺时,分层平台控制参数应符合《金属非金属矿山安全规程》(GB16423-2006)、《小型露天采石场安全生产暂行规定》(原国家安全生产监督管理局第19号令)的规定。3.6.2采剥工艺简述

1、穿孔、爆破作业:选用凿岩设备型号、孔网布臵、排距、孔距、孔深、倾角,最小抵抗线,采用的爆破方式,炸药、爆破器材种类,爆破制度,岩石合格块度、二次破碎方法,靠近终了边坡凿岩爆破方式及控制要求。

2、装载运输作业:简述装载方式、装载设备选型,运输设备选型。装载运输组织形式、运输线路等。

3、排废(土)作业。3.7露天防排水

当矿区有较大径流量时,对需采取的防排水设施加以明确。包括:境界外截排水沟、台阶排水沟、场地排水沟等设施。4 矿石加工

4.1根据产品方案选定矿石加工流程 4.2根据矿山规模选择破碎、筛分、输送设备

4.3矿石加工厂址选择及布臵,原则上应避开爆破指向区域 4.4废石处臵(排放)5 排土场

设计中应明确规定以下内容:拟建排土场立项地质勘察资料。

5.1 排土场位臵选择(应保证排弃土岩时不致因滚石、滑坡、塌方等威胁或影响采矿场、工业场地、厂区、居民点、铁路、道路、输电网线及通讯干线、耕种区、水域、隧洞等设施的安全)。5.2 排土场主要构筑物(含拦挡设施设计)。

5.3 排土方式(排土工艺、排土顺序、排土场的阶段高度、总堆臵高度、安全平台宽度、总边坡角、废石滚落可能的最大距离、相邻阶段同时作业的超前堆臵距离等参数,应满足安全生产的要求)。5.4 排土场警戒标志。

5.5 排土场观测、监测设施及管理。

5.6 排土场防排水设施及措施。包括:境界外截排水沟、台阶排水沟、场地排水沟等设施。5.7 排土场复垦。6总平面布臵及辅助设施

6.1总平面布臵(工业场地原则上应避开爆破指向区域)6.2压气设施

6.3供配电设施、给排水设施、机修车间、居住区 6.4爆破器材存储设施 7地质与环境保护 7.1矿山地质环境影响评价

7.1.l地质灾害评价及可行的监测预防措施

7.1.2因开采引起的区域地质灾害评价及相应预防措施 7.1.3矿山闭坑可能造成的地质灾害预测及处理措施 7.2矿山环境影响评价

7.2.1粉尘、废石、噪声、废水主要污染物的治理措施

7.2.2露天开采、废石(废土)、废水排弃对矿区生态环境的影响及植被恢复效果评价;生产粉尘、噪声的影响及防治效果评价。8安全生产与工业卫生 8.1保证安全生产的主要措施 8.1.1可靠性分析

1.露天矿山最终边坡角,最终边坡高度,台阶高度,工作帮坡角选择、防止边坡坍塌及可能影响周边建筑物的安全可靠性分析。

2.露天矿山排水系统、排水能力等安全可靠性分析。3.爆破器材库推荐选址安全可靠性分析。

4.穿孔、爆破、铲装、运输作业安全可靠性分析。5.特殊条件下开采安全措施的可靠性分析。

6.地表移动范围和塌陷范围的安全管理措施的可靠性分析。7.工业场地稳定性总体评述。

8.露天矿山爆破危险区域安全措施可靠性分析。各建(构)筑物和设施安全措施可靠性分析,各建(构)筑物和设施与地表移动范围、塌陷范围的安全距离是否符合规定。

9.叙述矿山电源及供电系统可靠性分析。10.其它。8.1.2安全技术措施

在可靠性分析的基础上对各类安全影响因素提出预防措施。8.1.3安全管理机构 8.1.4安全管理

包括:企业主要负责人、安全管理人员、工种岗位安全生产责任制;安全检查、安全教育、设备安全生产管理制度的建立健全;主要负责人、安全管理人员、特种作业人员的取证;爆破器材安全管理,按工种、岗位、设备制定安全操作规程等方面的要求。8.2工业卫生

防粉尘、防噪声措施,个体防护措施 8.3消防措施

1.消防人员配臵 2.爆破器材库的消防措施 3.矿石破碎站的消防措施 4.辅助设施的消防措施 9存在的主要问题及建议 10报告主要附件

1、项目有关主管部门的批准文件(复印件)

2、经储量管理部门认定的矿区地质工作报告封面(复印件)

3、采矿许可证(副本复印件)

4、工商营业执照(副本复印件)或工商核准通知(复印件)11报告主要附图

1.矿区地形地质图(1:1000-1:5000)

2.矿山总平面布臵图(标注:矿区范围、工业场地、矿山设施、爆破警戒线)(1:1000)

开采规模设计 篇3

关键词:超大规模,深井开采,提升运输,采矿方法,充填

1 超大规模深井矿山的分类

随着我国地质找矿取得卓著的成效,一批超大规模矿山已经到了开发利用的前期阶段或建设阶段,这些矿山生产规模都在1 000万~3 500万t/a,如思山岭铁矿、西鞍山铁矿、济宁铁矿,岔路口多金属矿、沙坪沟钼矿、司家营铁矿田兴矿区、马城铁矿、大台沟铁矿等,合计设计产能达2亿t/a,一些矿山首采深度达1 200~1 600m。

国家安全生产监督管理总局于2013年8月组织开展了“超大规模超深井金属矿山开采安全关键技术”研究项目,并从安全生产的角度提出了“超大规模超深井矿山”的概念,其涵义是“根据我国金属矿山的开采现状和技术装备水平,从安全生产角度界定超大规模超深井金属矿山为年产矿石量超过1 000万t或开采深度超过1 200m的金属地下矿山”。这也进一步说明我国金属矿山从以前的浅部开采真正到了深井开采的时代。

为说明问题,本文所说的“深井矿山”重点指开采深度达到或超过1 200m的矿山。

中国工程院于润沧院士对超大规模深井矿山归纳出3种类型:第一类为深埋矿床超大规模矿山,如思山岭铁矿、济宁铁矿、大台沟铁矿;第二类为从浅入深的超大规模深井矿山,如瑞典基律纳铁矿、岔路口钼多金属矿;第三类为露天转地采的超大规模深井矿山,如印尼的Grasberg矿、南非的Palabora矿、智利的Chuquicamata矿(丘基卡马塔矿),这几个矿上部均是很深的露天采坑(如丘基卡马塔矿采坑深1 100m),转坑内是采用自然崩落法开采,转入坑内开采深度就很大。但在我国尚未出现这样的矿山,未来一些特大型的露天矿转地下开采时可能属于此类。

目前我国超大规模深井矿山有如下几种情况:①既超大规模又是深井的矿山。此类矿山有:思山岭铁矿、济宁铁矿、大台沟铁矿、岔路口钼多金属矿等;②超大规模,但开采深度不够深井的矿山。此类矿山有:西鞍山铁矿、沙坪沟钼矿、司家营田兴矿区、马城铁矿等;③规模不够超大,但属于深井的矿山。此类矿山有:山东的瑞海金矿、三山岛金矿西岭矿区、冬瓜山铜矿深部、会泽铅锌矿深部、红透山铜矿深部等。

由于环保的要求,我国的这些超大规模(或)深井矿山均须采用充填法开采,因此是充填采矿法的超大规模(或)深井矿山。

国际上有很多超大规模(一些还是深井)矿山,如澳大利亚East Cadia铜矿、瑞典Kiruna铁矿、智利的El Teniente矿、南非的Palabora矿,以及正在建设的印尼Grasberg矿、智利Chuquicamata矿(丘基卡马塔矿)、蒙古Oyu Togloi矿等,但这些矿主要是采用自然崩落法或无底柱崩落法开采的矿山,而不是充填法矿山。采用充填法开采的矿山主要有澳大利亚Mount Isa矿,是一个大规模充填法矿山,但单个矿体矿石生产规模不是特别大,还有一个是Olympic Dam矿。国外的技术和经验虽可借鉴,但无法应用在我国超大规模矿山。国际上其他的充填法很多,包括深井充填法矿山,但规模均是在300万t/a以下,如加拿大的LaRonde矿、Kidd Crick矿等,开采深度达2 000~3 000mm。

2 超大规模深井开采的技术难题

我国目前这些拟建和在建的超大规模矿山主要采用地下充填法开采,这是由我国人口多、土地资源少、环境保护越来越严格等特点所决定的。不允许采用露天开采,不允许地表塌陷,征地非常困难等条件,迫使矿山必须采用充填法开采,使尾矿大量回填于井下,地表不能破坏,不允许建尾矿库或只允许建小型尾矿库,不占或少占土地。

这些超大规模矿山,矿体厚度达500~600m,一般至少有200多米厚。生产规模特别大,因而生产过于集中。很多矿山埋藏较深,存在较高的地应力,在1 400~1 500m深时,原岩应力达到50MPa。一些矿山上部还存在富含水层。由于规模超大,开采集中,必须系统地划分采场、盘区、采区(中段),实现多盘区、多采区(中段)同时作业。超大规模大面积开采过程中,应力在不断发生变化,由已采采场向周边转移,因而未采采场和预留矿柱有可能在高集中应力下破坏,直接影响开采的安全。对上部存在富含水层的矿山,一旦下部的岩体受到破坏,裂隙贯通到富含水层,则大量的水将涌入井下,造成淹井的可能。同样,超大规模大面积、多采区、多盘区、多采场集中开采的通风,容易造成通风短路,有毒有害气体无法有序排出,直接给生产安全带来威胁。

与空场法和崩落法相比,充填采矿法能利用尾砂和废石充填采空区,有效控制地表沉降,保护第四系含水层和地层不被破坏,减少尾矿地表堆存,从而实现保护生态环境,避免地表建(构)筑物受开采危害。但超大规模充填法开采也带来自身的问题,与自然崩落法和无底柱分段崩落法相比,其开采工艺复杂,生产效率相对较低,地压管理难度大。

在充填工艺方面,国内和国际上均没有能够满足年千万吨级以上产能的充填系统。对超大规模开采,如不能实现超大规模连续充填,其开采布置与大面积采空区充填强度均会受到严重影响,矿山产能必然受到严重制约。

综上所述,我国超大规模深井矿山的技术难题主要由超大规模(超厚)、深井、充填法开采这三大基本因素构成,其他因素主要有富含水层(如司家营田兴矿、马城铁矿)、复杂的工程技术条件(包括断层)等。也就是3+N叠加模式或2+N叠加模式,并由此为保证安全、高效、低成本开采而产生一系列技术难题,包括:①采矿方法工艺及回采顺序(包括高应力底柱、间柱的回采,采场的组织等);②提升运输系统(深井大载重);③有效的通风和降温方式及系统;④充填工艺(超大规模充填料制备系统、如何减少管道磨损,钻孔的最佳深度,如何减压或泄压,采场的充填工艺等);⑤岩爆的监测和预防;⑥高应力条件下井巷的支护和加固;⑦采矿自动化等。

上述的每一个方面都有很多要解决的难题。下面主要就提升运输系统、采矿方法、充填等三个方面进行探讨。

3 提升运输系统

对超大规模和深井矿山来说,矿石的提升运输系统是开拓系统方案确定的核心问题。

对于超大规模矿山,矿石的提升系统一般在竖井提升和胶带输送这两种大方案中选择,或者是两种方式的结合。这需要在可行性研究工作中进行详细的技术经济比较。影响方案选择的主要因素如下。

(1)地形条件、工程地质和水文地质条件、矿体赋存条件等。

(2)上部有较大含水层或复杂的第四纪地层,一般要投入较大的堵水注浆工作,或者要采用冻结法施工,因此竖井开拓可以较好地穿过含水层,如司家营矿田兴矿区(竖井冻结法施工)。

(3)矿床埋藏越深,竖井方案的优势越强。

(4)生产规模越大,开采深度较浅,则胶带方案的优势越大。

(5)既大又深,则竖井和胶带在经济上的优势可能均等,应考虑更多的因素,进行更充分的方案比较。

随着开采深度的增加,生产规模的增大,特别是目前出现的开采深度达1 500m、规模达到1 500万t/a的特大型深井矿山,给竖井提升也带来了很大的挑战:①竖井深度大(达到1 500m),给施工带来的困难。目前国内已施工的竖井除个别井的井深达到1 500余米外,基本上都在1 200m左右或以内;②给提升机选型带来了难度。根据计算,提升机的电机功率将达到10 000kW或以上,国际上采用如此大的提升机还没有太多的先例,蒙古OT矿设计最大的提升系统功率为9 900kW;③给提升钢丝绳选择和更换带来了难度。必须选择高强度的钢丝绳,同时钢绳直径还需加大,因而要更多地依赖国外厂家的产品,并且钢丝绳的寿命较短,造成生产成本加大。

与竖井提升相比,斜井胶带提升具有连续输送的特点,生产能力大,自动化程度高,工艺简单,作业人员少;地表无高层井塔等构筑物,土建工程简单;胶带斜井延深比竖井延深简单容易,施工安全、速度快;胶带斜井可以作为一个方便的安全出口等优点。缺点是在胶带段数较多时,当一条胶带出现故障时,可能影响整个系统,从而影响系统的生产能力;工程量大、施工周期长;容易遇到不良岩层或断层;不适合在富含水层中穿过。

目前胶带已发展到带宽3 200mm,带强ST10000。世界上目前使用带强最大的胶带是ST7800,在智利的Los Pelambres铜矿,该矿是下向运输系统,采用3段胶带,其中2段为ST7800,1段为ST4000,将矿石从山顶运到海岸,高差1 310m。

胶带运输适应于大规模矿山,规模越大越能发挥胶带运输生产成本低的优势。斜井胶带运输在国内外的地下矿和露天矿应用较多,国内矿山如铜矿峪铜矿、德兴铜矿(露天矿)、金川二矿区、大红山铁矿、石人沟铁矿等。国外矿山如美国亨德森钼矿(地下矿)、澳大利亚的Cadia East矿和Northparkes矿E26矿床(地下矿)、瑞典的Aitik矿(露天矿)等。

下面介绍国外两个典型的例子,一是智利的丘基卡马塔矿,另一个是蒙古奥尤陶勒盖地下矿(即OT矿)。

智利的丘基卡马塔矿是一个正在建设的露天转地下矿山,采用自然崩落法开采,设计生产规模为14万t/d,计划于2019年投产。共分4个中段开采,每个中段段高在220m左右,开采的第一个中段的出矿水平距地表1 300多米。采用斜坡道和胶带斜井开拓。其中主胶带长6.4km,坡度为15%,提升950m,带宽72吋(1 829mm),带强为ST10000。

蒙古奥尤陶勒盖地下矿(即OT矿)第一中段采矿设计的生产水平位于地面以下1 300m,服务20年,产量最大为9万t/d,采用竖井开拓。溜井转运矿石至卡车运输水平,经卡车运输至破碎站,2台60"×89”旋回破碎机将矿石破碎后,经胶带斜井送到两个主井之一,然后提升到地表送到选矿矿堆。共有5条竖井,其中1号井为主井,Φ6.7m,井深1 385m,也作为服务井和进风井;2号井,Φ10m,一个罐笼提升人员材料,2个60t箕斗提升28 000t/d矿石产量,也作进风井,该井井塔是该矿最大的一个井塔,是由中国恩菲设计的;3号井,Φ11m,4个63t箕斗,提升62 000t/d矿石,也作为进风井;4号井,Φ11m,作为回风井;5号井,Φ6.7m,作为回风井。

国内目前设计和建设的超大规模矿山中,竖井提升和胶带提升的均有。竖井提升的矿山有思山岭铁矿、沙坪沟钼矿、司家营铁矿田兴矿区、马城铁矿等,国内目前建成在运行的深井大规模矿石提升井有冬瓜山铜矿的主井、金川二矿区的24行主井、程潮铁矿主井,其井深均在1 100多米,提升能力在400万t/a左右。设计采用胶带斜井提升的矿山有济宁铁矿、岔路口钼多金属、西鞍山铁矿等,国内目前建成在运行的大规模胶带斜井提升的典型矿山是铜矿峪铜矿,该矿采用胶带输送机一段提升,提升高度达400m、斜井长3 200余米,提升能力达700万t/a。

规模不够超大的深井矿山,矿石提升将主要以竖井为主,对于超过1 500m的井筒,未来重点是采用双滚筒布莱尔提升机提升,而不是多绳摩擦提升机提升。

4 采矿方法及结构参数

目前我国拟建和在建的超大规模矿山有近10个,由于都是使用充填法,因此都选择了大直径深孔空场嗣后充填采矿法。这是一种高效的采矿方法,已在我国使用20多年,在许多大型矿山使用,如安庆铜矿、冬瓜山铜矿、李楼铁矿、草楼铁矿等。在这些矿山中,除冬瓜山矿外,其他矿山矿体均为急倾斜,厚度在几十米到100多米,属于易采的范畴。冬瓜山铜矿的矿体形状像龟背状,但矿体垂直厚度较小,为几十米,只需一个中段采完。如前所述,我国这些超大规模矿山,平面上一般厚200多米,一些矿山达500~600m,甚至更大,矿体延深大,且由于设计的生产规模大(1 000万t/a以上),开采集中,因此必须系统地划分采场、盘区、采区(中段),实现多盘区、多采区(中段)同时作业。大面积开采过程中,应力不断发生变化,由已采采场向周边转移。一个采区内,开采时由下向上进行,即采完一个中段后要往上采第二个中段,在这种大面积的状态下,矿体必然会产生沉降,对第二中段、第三中段、交接中段(即上下采区交接的矿柱)等的影响如何,这需要进行大量的岩石力学数值模拟计算工作。

采场的结构尺寸是重要的参数。传统的空场嗣后充填法采场是较小的采场宽度、较大的采场长度和采场高度,也就是三个方向上有两个长的方向,如安庆铜矿,采场长×宽×高为(50~60)m×15m×120m,草楼铁矿为100m×18m×120m。考虑这些参数时往往更多是只考虑顶板的稳定性,忽视了侧面的稳定性,在第二步骤回采时两面是充填体,在如此大的暴露面积的情况下,要么增加充填体的强度,要么充填体随时就有可能垮下来,采场充填体垮下来的情况时常发生,给安全带来了很大的威胁,同样造成大量的矿石损失。增加充填体的强度实际上要增加水泥或固结粉的添加量,因而增大生产成本。

国际上还有另一种采场布置方式就是底面积同等尺寸,采场高度很大的方式,典型的矿山是澳大利亚的Mount Isa矿。该矿铜矿体从南到北长近3 000m,东西最大宽约500m,矿体高度从30m到最大超过250m。采矿方法为分段空场法(嗣后充填),参数为水平40m×40m,高为矿体高度,最大达250m。采矿顺序是从北向南进行,采用膏体充填。

下面对两种典型的采场结构采用水力半径来对比它们的稳定性,水力半径越大,稳定性就越差。水力半径是指一个暴露区域的面积除以它的周长。

方案一为:采场长80m、宽20m、高60m。方案二为:采场长40m、宽40m、高60m。两个方案采场形状见图1。两个方案采场的底面积相同,均为1 600m2,高也相同,即采出的矿量一样多。

方案一:顶板的水力半径HR1=(80×20)/(2×(80+20))=8m;侧面的水力半径HR2=(80×60)/(2×(80+60))=17.1m。方案二:顶板的水力半径HR1=(40×40)/(2×(40+40))=10m;侧面的水力半径HR2=(40×60)/(2×(40+60))=12m。

从上面的计算值可看出,方案一中顶板水力半径比方案二的略小(8m对10m),更稳定一些,但侧面的水力半径比方案二的大很多(17.1m对12m),说明侧面结构的稳定性要差很多,因而充填体的强度需要高很多。

上述说明结构的改变会带来采场稳定性和充填体要求的变化,通过改变采场的尺寸结构可以使采场的综合稳定性达到最佳状态,从而使采场稳定性更好,或在相同稳定性条件下采矿生产成本最低。目前中国恩菲设计的部分超大规模矿山拟采用方案二的采场结构参数。

超大规模的矿山,特别是厚度特别大(达到200m或以上)的矿山,其开采的复杂程度会非常大,需要从主应力的方向和应力的转移、采场的稳定、系统的完备、生产的组织、成本的控制等诸多方面综合考虑采矿方法和结构参数及系统的布置。

国际上其他一些矿山的采场参数如下。

Olympic Dam矿。最大应力是水平应力,大约是2.5倍的垂直应力,采矿方法为分段空场法(嗣后充填),参数是沿走向35m,垂直矿体长为60m,分段高度30~60m,采用骨料胶结充填(Cement aggregates)。

加拿大Williams矿。年产量240万t,其中地下为200万t,矿体倾角60°~70°,厚度3~45m,地应力为各向同性,矿岩稳固。采矿方法为分段空场法(嗣后充填),分一、二步骤回采。采场参数为采场宽20m,高25m,长为矿体厚度。采矿顺序:在垂直上形成一个三角形状,然后沿三角的坡向底部推进。充填:第一步骤为胶结块石充填,第二步骤为干式充填,地表破碎块石。

加拿大LaRonde。矿产量7 200t/d,是以金为主的多金属矿,现已采到2 200~2 450m。采用垂直走向或沿走向的深孔空场法(嗣后充填)。参数:采场宽13.6~16.5m,长30m,高30m。采矿顺序为金字塔式采矿顺序(第一和第二步骤)。充填:膏体充填,胶结块石充填(第一步骤);不加水泥的块石充填(第二步骤)。

从国外的经验和国内矿山的实际可得出如下启示。

(1)不同的矿山,矿体的赋存条件、矿岩条件、所处的应力条件、断层和结构面条件等不一样,差别很大,在确定采矿方法及参数时要充分考虑这些条件,同时还要考虑充填体的质量。

(2)开采顺序主要受高地应力条件影响,总的顺序是从矿体的中央部位向边界推进。这逐步将诱导应力推向拱脚,也避免了在所留矿柱中的应力集中。

(3)工程尽量布置在矿体外至少20m以外,以避免受集中应力影响。对于保护竖井,应有较大的安全距离。

(4)大量的岩石力学数值模拟工作是必须的。

(5)空场嗣后充填采矿法正在从大规模多中段采场向小的、快速采完的单中段发展,更小的采场减少了岩体不稳固带来的风险,矿柱应尽早回采。

5 充填

国内在运行的大规模充填法矿山主要有金川二矿区、冬瓜山铜矿、会宝岭铁矿、白象山铁矿、李楼铁矿、草楼铁矿等。单个矿区生产规模在300~500万t/a(其中李楼是由两个矿区组成),除金川二矿区是采用下向进路式胶结充填采矿法和采用戈壁集料作为充填料外,其余的矿山均是采用空场嗣后充填采矿法开采、采用尾砂作为充填物料。

多年来中国恩菲在充填技术方面做了大量开创性的工作。开发了具有自主知识产权的全尾砂高效浓缩装置,先后设计建成了金川二矿区、铜绿山铜铁矿、会泽铅锌矿、羊拉铜矿、谦比西西矿体等矿山的膏体充填系统,设计建成了多个全尾砂高浓度充填站,包括冬瓜山铜矿、阿舍勒铜矿、紫金崇礼金矿、铜山口铜矿、铜绿山铜矿、萨热克铜矿、香炉山钨矿、会宝岭铁矿、白象山铁矿等一大批矿山的高浓度充填站。其中冬瓜山铜矿是国内第一个千米深井大规模矿山,采深接近1 000m,采用6套全尾砂立式高效浓缩装置和6套充填系统,从高效浓缩装置放出的尾砂重量浓度最高可达78%,为保证充填管道输送的顺畅,矿山一般将充填浓度控制在73%左右,这足以说明中国恩菲开发的尾砂浓缩装置的良好效果。

在充填料浆的浓度方面,为了满足高效空场嗣后充填法的要求,应做到充填料充到采场后不脱水,但又要使充填料浆在采场能自流,且做到在管道输送时能靠重力自流输送,因此料浆浓度应保证在不用泵送而能自流的膏体或临界膏体状态。

对于超大规模充填法矿山,充填工作重点要解决尾矿浓缩、制备和输送问题。目前的充填系统虽然也可用于超大规模矿山,但由于系统能力小,使得充填系统套数多、占地面积大、作业人员多、管理复杂,也使得井下的充填管路多,影响井下系统的布置,乃至影响矿山的生产能力。因此需要采用大型的浓缩装置,使其一套能代替常规的3~4套,并要达到较高的料浆浓度。大型深锥浓密机(如直径30m)是当前的一个较好的选择,目前中国恩菲也正在开发超大型的尾矿浓缩装置。

长期以来,单独一套充填系统的充填能力是在60~80m3/h,对于规模大的矿山,此系统能力显然偏小,这直接影响采场的充填时间和采场循环时间,从而影响采场以至整个矿山的生产能力。为此中国恩菲开发了大型搅拌槽,使单套充填系统的能力提高到了150~180m3/h,最高可达到200m3/h,并应用于金川二矿区,为超大规模矿山充填解决了制备流程中的一个重要难题。

对深井开采,充填管道的减压和减少垂直管道磨损是两个大问题。确保满管输送是减少垂直管道磨损的重要手段。在减压方面有开口卸压、增阻降压等多种方式,中国恩菲采用模拟仿真的方法对此做了大量的研究工作。

6 结语

(1)我国超大规模深井矿山主要由超大规模(超厚)、深井、充填法开采这三大基本因素构成,其他因素包括富含水层、复杂的工程技术条件(包括断层)等。也就是3+N叠加模式或2+N叠加模式产生了一系列开采技术难题。

(2)对于超大规模深井矿山,竖井提升和胶带斜井提升是开拓方案选择需要比选的方案,国际上竖井提升机电机功率已达到10000kW以上,胶带输送机的带强已达ST10000,为超大规模深井矿山的矿石提升创造了条件。

(3)采场结构参数、盘区结构、采矿顺序(包括上下顺序和平面上的顺序)都应该根据地质构造情况、矿岩工程地质和水文地质条件、矿体的赋存条件等综合考虑,开采越深,结构参数应越小,有利于减小采场的应力集中,减少岩爆发生的可能。

(4)充填工作重点要解决大能力和大流量尾矿浓缩及制备的技术和装备,开发和使用超大型的尾矿浓缩装置、大能力的搅拌槽是确保超大规模开采的重要保障措施。

参考文献

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开采规模设计 篇4

2软件程序设计

在上述总体设计的基础上,进行金属铁矿开采程序远程控制软件的初始化程序设计。金属铁矿开采程序远程控制系统的初始化程序包括了CAN初始化、PPI初始化和A/D采样初始化,通过输入脉冲控制信号x(t)优化ANSIC编译器,通过程序加载,直接对硬件操作进行进程管理。安装ARM,PowerPC实现金属铁矿开采程序远程控制信号的6通道同步采样。在上述进行了金属铁矿开采程序远程控制系统的硬件主控系统设计的基础上,用C语言实现DSP芯片的`硬件控制功能,软件需要实现的功能包括数据采集和电气自动化设备的远程控制以及串行EEPROM烧写,不断查询中断标志位进行金属铁矿开采程序远程控制的状态分析,采用2个16通道DMA控制器的控制单元R*(S)进行远程电气过程控制,在nr维向量中,nr个保护的期望的状态函数,rk*(S)=1表示的是应该进行保护动作,否则为rk*(S)=0,W为一确保评价函数恒为正的正整数。采用嵌入式ARM9处理器连接在DSP的同步串口0上为了稳定传输数据,设定SPORT0_进行串口通信,得到定SPORT0_串口通信的时序输出。CAN通信控制中,需要进行金属铁矿开采程序的初始化处理,程序初始化模块是实现金属铁矿开采程序远程控制的数据采样的前提,采用TDA8920BTH进行远程控制信息采样,AD5545的片选信号,TDA8920BTH工作功率最高可达200W,输出匹配采用发射匹配电路,配置PORT_MUX寄存器,通过上述处理,实现了的软件设计。

3系统测试

为了验证本文设计的金属铁矿开采程序远程控制软件的性能,进行系统调试,系统测试中,采用一块SPIEEPROM写入3692个字节的控制程序,用于存放金属铁矿开采控制的加载程序,采用2个节点进行数据传输和控制信号发送,得到系统的输入输出测试,采用本文方法进行金属铁矿开采程序远程控制,数据传输性能较好,控制过程的鲁棒性较高。

4结语

金属铁矿开采是一个精密复杂过程,系统构成要素复杂,需要进行优化的过程控制。金属铁矿开采程序远程控制软件部分是构建整个过程控制系统的核心,采用嵌入式ARM9处理器技术设计金属铁矿开采程序远程控制软件系统,测试结果表明,该系统可靠稳定。通

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