无底柱采矿法

什么是无底柱分段崩落法采矿法我国安徽向山硫铁矿早在1964年开始试验用无底柱分段崩落法，相继河北大庙铁矿于1967年以来成功的采用了这种方法。几年来的生产实践证明，这种采矿方法具有高强度、高效率、成本低、工艺简单、机械化程度高、生产安全等突出优点，因而近几年来，这种采矿方法的应用有了较快的发展。在前面所述的空场法、留矿法、充填法、有底柱崩落法的共同特点是留有保护出矿巷道的底柱。因而带来了下述问题：回采底柱时的矿石损失大，个别情况超过40～50％；采准巷道的布置复杂，采准工程量大，一般达10～25来／千吨；掘进采准巷道时劳动条件差，机械化程度低；当矿石稳定性差时，还可能引起底柱破坏，电耙巷道维护困难，从而降低了有底柱采矿方法的回采效率和强度。无底柱分段崩落法有效地解决了上述问题。在这种采矿方法中，不但取消了采区的顶柱和间柱，而且将结构复杂的底柱也去掉了，简化了采区结构。这种采矿方法的特点是：在矿体内一股以10χ10米的网度开掘回采巷道，并在其中打上向扇形深孔落矿；随着放出崩下的矿石，崩落的围岩充满采空区：崩落下的矿石是在覆盖岩层下自回采巷道的端部装至溜井放出。由于使用凿岩台车、装运机、铲运机等采掘设备，它是一种高效率的采矿方法。无底柱分段崩落法典型方案（1）构成要素和采准布置，无底柱分段崩落法的典型方案，如图5-15所示。本法的采淮巷道包括上、下阶段运输巷道、回风巷道、设备人行通风井、放矿溜井、通风天井、分段联络巷道、回采巷道、切割巷道及切割天井等。由于本方法的构成要素是与采准布置密切相关的，故将这两个问题一并加以论述。图5-15无底柱分段崩落法放矿溜井；2-人形通风设备井；3-设备井联络道；4-溜井联络道5-崩落岩石；6-切割井；7-分段联络巷道；8-回采巷道；9-阶段运输平巷；10-切割巷道；11-机修室1）阶段高度，这种采矿方法多用于回采矿石稳定的急倾斜厚矿床，阶段高度都比较大，一般为60～70米。当矿体倾角较缓，赋存不规则，以及矿岩不够稳定时，阶段高度可小些。2）溜矿井布置和采区尺寸，在无底往分段崩落法中，一般是按回采巷道为回采单元。为了管理方便，多以一个溜井服务的范围划分成一个采区。溜井多布置在脉外，其间距主要是根据装运设备的能力而定。当使用ZYQ一14装运机时，平均运距为40～50米，效率较高。当回采巷道垂直走向布置时，溜井间距一般为过40～60米；沿走向布置时为60～80米。采区尺寸与此相同。溜井的断面一般为2x2米的方形溜井或直径为2米的圆形溜井。3）分段高度分段高度大，可以减少采准工程量。但是分段高度受凿岩设备和放矿时矿石损失贫化指标所限制。随着分段高度的增加，炮孔深度也随之加大，从而使凿岩速度下降。根据生产使用YG一80凿岩机的性能来看，分段不宜过高。目前我国矿山的分段高度一般为9-15米，实践证明，9一12米效果较好。4）回采巷道布置当矿体厚度较大时（15～20米以上）分段回采巷道应垂直走向布置。矿体厚度较小时，可沿走向布置。图5-15无底柱分段崩落法放矿溜井；2-人形通风设备井；3-设备井联络道；4-溜井联络道5-崩落岩石；6-切割井；7-分段联络巷道；8-回采巷道；9-阶段运输平巷；10-切割巷道；11-机修室回采巷道间距，也就是一个回采巷道所担负的宽度，多在8—12米之间。当崩落矿石粉矿多、潮湿、流动性不好时，巷道中心跟应小些。上下分段回采巷道根据放矿规律，应交错布置（即菱形布置），见图5-16。图5-16天井拉槽法1-回采巷道；2-炮孔；3-崩落区；4-矿岩界限；5-切割天井回采巷道断面的尺寸应根据所采用的设备来决定。用CZZ-700型凿岩台车和ZYQ-14型装运机时，巷道断面为2·8χ3·0米。从降低矿石损失贫化指标来看，巷道宽度大些为好，有利于出矿，还便于装运机在全宽度上均匀装矿，提高回收指标。回采巷道应有3-5％的坡度，以利于排水和重载的装运机下坡运行。5）分段联络道的布置分段联络道可分脉内和脉外两种布置方式。脉内布置时，可得到付产矿石，减少在岩石内掘进的工程量；缺点是回采至巷道交叉口处，增加了矿石的损失，而且工作安全性较差、所以一般采用脉外布置为佳。6）设备井的布置这种采矿方法的机械化程度较高，分段多，为了各分段之间上下设备、材料和人员，可在沿走向上每隔150-300米，于下盘的崩落界限外布置一个设备井。设备井中安装有电梯和提升设备。设备井的断面是根据运送设备的需要而定，大庙铁矿的电梯设备井的净断面为2．3x3:3米。（2）切割工作切割工作主要是形成切割槽。在分段回采之前，首先要在回采巷道的端部拉开切割槽，形成最初落矿的自由面，为回采崩矿创造条件。切割槽宽度不小于2．0米。常用的拉切立槽的方法为天井拉槽法（图5一16）。这种方法是在回采巷道的端部，向上掘凿切割天井。在回采巷道中，在天井两侧钻凿数排垂直扇形深孔，向切割天井用微差电雷管一次起爆成槽。这种方法目前在生产中较广泛地采用。用人工上掘天井比较费工，作业条件差，效率低。为此，近来国内有些矿山已成功地采用了“一次成井”的先进施工方法。（3）回采工作回采工作主要由凿岩、爆破及运矿工序所组成。1）凿岩工作在分段回采巷道中，钻凿上向扇形深孔进行崩矿。生产中多采用前倾和垂直布置的炮孔层面，如图5一17所示。扇形炮孔前倾时的角度一般为70°一85°。图5-17中深孔布置回采巷道；2-炮孔；3-损失矿石；4-崩落岩石a—垂直式布置；b—前倾式布置扇形炮孔垂直布置时，矿石回收指标较前倾好一些，炮孔方向容易掌握，但装药条件差。在扇形炮孔布置中，其边孔的角度，在我国矿山一般采用40°—60°。中深孔的孔径一般在51～65毫米，根据矿石性质，最小抵抗线变化在1．5～2．0米。在扇形炮孔中，一般使孔底最大间距等于最小抵抗线。在国内采用无底柱分段崩落法的矿山中，所使用的凿岩设备主要是国产的CZZ-700型胶轮自行单机凿岩台车（图5-18），并配备YG-80型重型凿岩机。这种设备由于冲击功大，效率高。如大庙铁矿采用台车凿岩其中深孔台班效率55.8米。此外，应用液压台车可减轻体力劳动，移动方便，操作灵活。2）爆破工作在回采巷道中一次爆破的矿层厚度称为崩矿步距。崩矿步距一般为一排或两排炮孔的距离。最优崩矿步距可通过生产实验来确定。在当前矿山生产中，崩矿步距多采用1.8～3．0米。无底柱分段崩落法的爆破工作是在两面（正面和上面）为崩落岩石覆盖下进行的，并向崩落围岩崩矿的挤压爆破。因除回采巷道外，无专门的爆破补偿空间，爆破崩下的矿石是处于挤压状态，这就是挤压爆破。采用挤压爆破时，对提高矿石的破碎质量颇有好处。为了避免扇形炮孔口附近装药过于集中，装药时，除边孔及中心孔装药较满外，其它各孔应当交错增加填塞长度，如图5-19采用压气装药比人工药包装药，充分的利用了炮孔体积，提高了装药密度，改善了爆破质量和效果。同时和人工装药相比，大大降低了装药时的劳动强度。提高了装药效率，节省了装药时间。目前采用无底部柱分段崩落法的矿山，主要使用FZY-1，FZY-10，AYZ-150，ANOL-150，WZ-100等型装药器。这几种装药器在使用上均获得成功。现将FZY-1型装药器（图5-20）的工作原理简述如下：将料钟4打开，把粉状炸药装入筒体8内，在开进风阀之前，将料钟4关闭，压风便进入筒体8内。然后打开送药阀11，随即将给药阀10打开，压气便将炸药吹入塑料软管12内。塑料软管随着炸药吹入炮孔而缓慢向外拔出，直至将炮孔按设计要求装满。为了防止炸药在筒体内压实结块，悬挂于筒体壁上，可用手摇搅动器9将炸药搅松，使用时，用调压阀3将压力调至高无上3-5公斤/厘米，炮孔装满药后，应先关闭给药阀10，将塑料软管内的余药吹净以后，再关闭送药阀11。在每次打开料钟重新向筒体内装入炸药时，应关闭进气阀7，并打开放气阀2，使筒体内降压。使用前，应将炸药稍加返潮，以北利减少静电和返粉，装药之前应将炸药过筛，筛孔为4-6网目（即每英寸长度上有4-6个筛孔）防止石块，木屑等异物或结块炸药进入装药器发生堵管事故。使用装药器存在两个问题：产生静电和返粉。静电是在用压气装药过程中，炸药和塑料管的摩擦和炸药本身互相间撞击而产生。虽然所产生的电流很小，（在10微安以下），但其电压较高（可达1-3万伏），如遇雷管脚线接地时，有可能将雷管击穿而引起爆炸。所以，在用电雷管时，应注意防护。返粉是利用压气装药中尚未彻底解决的问题，但是当各项参数选取合适（拔管速度，阀门的操作），使炸药稍加返槽等，采取这些措施，会使返粉量变大大降低，可控制在3-5%，同时装药器本身结构也存在着一些问题。因而有待进一步研究改进，以使压气装药器在深孔装药中得到更加广泛和有效的运用。装药器的装药能力：FZY-1型为300-400公斤/时，而FZY-10等大型的达600公斤/时。3）采场运搬无底柱分段崩落法，使用的装矿设备有以下几种：①自行装矿机。多是风动的，如ZYQ-14,ZYQ-12等。它用铲斗将矿石装入自身附带的自卸车箱中，运至溜矿井卸矿。②铲运机。其前端有较大的铲斗，将矿石铲人后，运至溜矿井卸矿。这种设备是柴油驱动。③在国外有些矿山用蟹爪式装载机配自卸汽车。用履带式电动蟹爪式装载机将矿石装入自卸汽车中，运至溜矿井。自卸汽车载重量较大。在20吨4以上。④轨道式装岩机配轨道式自行矿车。用各种轨道式装岩机将矿石装人轨道式自行矿车，中，再运至溜矿井。如向山硫铁矿用华一1型装岩机和向一1型自行矿车装运矿石。铲运机的生产能力比装运机大，因为这类铲运机的铲斗容积大，行走速度快，在短距离的生产能力台班可达300一400吨左右。4）放矿特点无底柱分段崩落法的放矿特点，是属于端部放矿，崩落的矿石是从回采巷道的端部放出。这种放矿特点是生产实际控制放矿、使矿石损失和贫化降低到最低限度的依据。在无底柱分段崩落法中产生矿石损失有脊部损失和正面损失。两个相邻回采巷道之间，存在着脊部损失，如图5-21所示。在回采巷道的正面，由于崩落矿层厚度大于出矿设备铲入深度，出矿后还留下一斜条崩落矿石，这些损失称正面损失，如图5-22。图5-22端部放矿的正面损失1-回采巷道以下的矿石损失；2-回采巷道以上的图5-21端部放矿的脊部损失矿石损失；3-矿壁崩落的岩石；2-脊部损失正面损失的矿石和巷道间脊部损失的矿石是相连的，脊部损失的大部分矿石可在下分段回采时回收出来，而正面损失的矿石很难回收。因为在下分段回采时，正面损失的矿石和废石混合在一起，如能放出一部分，也是贫化的矿石。在端部放矿时，随着矿石的回收，逐渐开始混入废石，从而使放出矿石的品位逐渐下降，这时需确定一个极限品位（叫做截止品位），当达到这个品位时，即停止放矿。这个停止放矿时的极限品位应当比地质上的边界品位高一些或等于边界品位。同时也要使采出矿石的平均品位高于或等于选厂所要求的最低品位。（4）无底柱分段崩落法的评价目前在我国无底柱分段崩落法主要应用在铁矿床的开采，绝大部分是新建矿山，从第一个水平阶段起就开始使用，因而都要进行人工崩落围岩，形成覆盖岩层。根据生产实践证明，这种采矿方法最好在第一水平阶段用其它方法已开采完毕，并处理采空区形成覆盖岩层的条件下使用。无底柱分段崩落法是一种高效率的采矿方法。它适用于矿石稳定或中等稳定的急倾斜厚矿体或倾角较缓的极厚矿体。国内外应用无底柱分段崩落法的矿山证明，这种采矿方法具有安全程度好、机械化程度高、开采强度大、应用灵活（可实行分采分运和剔出夹石）等突出优点。但是，这种采矿方头也存在着矿石损失贫化大（一般损失率为20-30%,贫化率15—20%）、通风条件差和设备维修工作量大等缺点。今后应进一步提高机械设备质量和性能，加强放矿技术管理和改进通风防尘工作。