CN102003185A

CN102003185A - 分段条带回采尾盐干式充填采矿法

Info

Publication number: CN102003185A
Application number: CN 201010533465
Authority: CN
Inventors: 张春方; 牛明远
Original assignee: Bluestar Lehigh Engineering Institute
Current assignee: Bluestar Lehigh Engineering Institute
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2030-11-05
Also published as: CN102003185B

Abstract

一种分段条带回采尾盐干式充填采矿法，其特征在于：沿矿体走向划分为若干个盘区，盘区的四周均设有盘区矿柱，每个盘区根据矿体厚度划分为若干个分段，每个分段根据矿体厚度划分为若干个分层；回采顺序为上向分层回采，同一分层采用后退式回采；采用巷道掘进机切割落矿，后跟无轨铲运机出矿；每个矿房采用进路式回采，待一个矿房的各进路回采结束后，然后用加工厂的尾矿进行充填；一个分层全部回采完毕，再开始以充填体为底板进行上分层的采切、回采和充填工序。本发明合理地设计了矿体结构设置，提高了采矿安全；在开采的同时进行尾矿回填，合理地利用了资源，保护了采矿环境；而且在一定程度上也提高了生产能力，降低了生产成本。

Description

分段条带回采尾盐干式充填采矿法

技术领域

本发明涉及一种采矿方法，特别是一种分段条带回采尾盐干式充填采矿法。

背景技术

现有技术中，开采地下钾盐矿体盐矿主要采用溶解法。主要分硐室水溶法和钻井水溶法。这种方法是在钻孔中装设管道，与地下矿体相通，将淡水通过注水管注入地下，浸蚀矿体，造成一个足供容纳溶出盐溶液的人工空穴，将获得的溶液经管道抽至地面，再经人工或天然蒸发浓缩，结晶分离出产品。所得母液经加水调节后，重返地下，供反复使用。

上述方法的缺陷在于：

1. 上溶速度无法控制，钻井服务年限短。

2. 采取自然溶通方式，使得溶通时间长，从而延长了整个开采工期，增加了开采成本，而且在自然溶通阶段开采出来的卤水不饱和。

3. 溶矿后的卤水需要蒸发耗能大，产品成本较高，产生的尾水产生污染。

4. 自然溶通后所形成的溶腔形状不规则，从而使得上溶形成的溶腔也不规则，开采时容易造成局部坍塌，破坏地表植被，从而带来了重大的安全和环境保护问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种新的用于地下开采的分段条带回采尾盐干式充填采矿法，其不仅能提高生产能力，降低生产成本，同时较好的解决了安全和环保问题。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种分段条带回采尾盐干式充填采矿法，其特点是：

（1）按下述方法进行矿体设置：沿矿体走向划分为若干个盘区，盘区的四周均设有盘区矿柱，每个盘区根据矿体厚度划分为若干个分段，每个分段根据矿体厚度划分为若干个分层；每个分段内布置倾斜条带间隔矿房，矿房之间设有分段连续矿柱；每个分段前端的盘区矿柱中沿走向布置分段的设备人行巷道，在盘区的矿体底板上设有胶带运输巷道，在设备人行巷道一侧的盘区中部设有一条连接设备人行巷道与胶带运输巷道的溜井；在每一分段中部垂直走向设有与设备人行巷道连通的出矿巷道，在每一分段后端的盘区矿柱上设有供回风及充填用的充填巷道，在每一分段左右端的盘区矿柱上设有分别与设备人行巷道、充填巷道连通的穿脉回风巷道；同一分段的各矿房分别与穿脉回风巷道、出矿巷道连通；

（2）按下述方法进行开采：回采顺序为上向（由下而上）分层回采，同一分层采用后退式回采；采用巷道掘进机切割落矿，后跟无轨铲运机出矿；每个矿房采用进路式回采，待一个矿房的各进路回采结束后，然后用加工厂的尾矿进行充填；一个分层全部回采完毕，再开始以充填体为底板进行上分层的采切、回采和充填工序。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。以上所述的分段条带回采尾盐干式充填采矿法，其特点是：在盘区后端的盘区矿柱上垂直走向设有与充填巷道、出矿巷道连通的回风联络天井。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。以上所述的分段条带回采尾盐干式充填采矿法，其特点是：所述的矿房采用倾斜条带式布置，并由分段连续矿柱间隔。

本发明方法特别适用于开采地下盐岩矿床，也可以适用于其它地下盐矿的开采。

本发明中，以开采地下盐岩矿床为例，可以沿矿体走向200m左右划分一个盘区；上下分段可以通过另设的盘区斜坡道联系；盘区的每个分段可以是14m左右，先采下分段再采上分段，每个分段可以分为4个分层，每个分层3.5m左右，从下向上依次回采。每个矿房的每个分层可以分两条进路，逐一回采，首采进路与穿脉回风巷道贯通后再依次回采第二条进路。进路宽度可以为4m左右、高度为3.5m左右，采用EBJ-120TP巷道掘进机回采，后跟CY-2C型柴油铲运机出矿，铲运机将矿石铲运到溜井，溜放到区段胶带运输巷道卸入胶带。待一个矿房的两条进路回采结束后，然后用加工厂的尾矿即废盐和氯化镁进行充填。由井下汽车运到盘区内的充填材料卸载到矿房空区，用铲运机装入抛掷充填机的给料斗内，进行抛掷充填。待盘区内同一分层全部回采完毕，再开始以充填体为底板掘进上分层切割出矿巷道，按划分矿房进行后退回采、充填工序。上分层回采时根据充填体实际强度，可采用坑木、钢板铺垫或采取其他措施加速尾矿结块速度以满足采矿设备运行需要。回采时每个矿房最好配一台局扇加强通风，并且每班应检查两次井下有害气体含量。

本发明的盘区的相关参数可以采用以下方法进行确定。

（1）矿房极限跨度的确定：根据斯列萨夫的压力曲线理论，用空场跨度极限公式计算矿房最大长度（极限跨度）：

Lmax=1.73（δ拉·H/γ）1/2

式中：L_max——矿房极限跨度，m

δ_拉——顶板岩石抗拉强度，t/m²

γ——顶板岩石容重，t/m³

H——顶板埋深，m

（2）矿柱宽度的确定：

n=

n——安全系数

Sp——矿柱强度

δp——矿柱所受的压应力

γ——覆盖岩层的平均容重 g/cm³

H——覆盖岩层的厚度 m

Bp——矿柱的宽度

Sc——矿块试样的抗压强度 MPa

Hp——矿柱的高度

η——回采率

根据公式计算，理论上认为n〉1时矿柱是稳定的，n<1时矿柱将破坏；根据矿山生产经验一般在不充填的情况下要求n〉2是安全的，在充填采空区时安全系数可以取1。

采矿设备的数量可以按以下方法进行计算。

（1）掘进机台数

N_册=N×（1+f）

式中： A ——掘进机生产能力为， t/台·班。

Q ——日出矿量， t/天；

f ——设备备用率；一般取25% ；

N ——掘进机同时工作台数台；

N_册——掘进机总数量；台

（2）铲运机台数：

N_册=N×（1+f）

式中：N ——铲运机同时工作台数台

Q ——班运输量， t/班；

f ——设备备用率；一般50%

N_册——设备总数量；台

（3）充填参数计算

达产后每年采空区体积：

Q=Q_k÷γ_k

Q_k ——矿山年产量；

γ_k ——矿石实体密度；

Q ——每年矿山采空区体积。

充填材料体积：

Qc=Qk1÷γk1+Qk2÷γk2

Qk1 —— 矿山年废盐NaCl量；

γk1 —— 废盐实体密度；

Qk2 —— 矿山年尾矿镁片量；

γk2 —— 尾矿镁片实体密度；

Qc ——每年尾矿总量体积。

采充比Z=Qc/Q

干式充填一般规定采充比在0.8～1之间是符合要求的。

（4）充填材料运输采用井下运输汽车，台班能力及需要台数计算如下：

式中：A——矿用汽车台班运输能力（t/台·班）。

G—— 矿用汽车载重量 t；

T——每班工作时间， h；

t——矿用汽车往返一次所需的时间，min；

K₁——矿用汽车载重利用系数，一般取0.9

K₂——矿用汽车工作时间利用系数，三班工作取0.75。

矿用汽车台数：

式中：N——矿用汽车台数台

C——运输不均衡系数取1.1；

Q——班充填料运输量，t/班

K₃——矿用汽车出车率，取0.75

（5）抛掷充填机配备台数：

Q——正常班充填料量，t/班

T——每班时间；

K₄——抛掷充填机备用系数

K₅——班工作时间利用系数；

P——充填抛掷机充填能力，m³/h。

与现有技术相比，本发明方法是一种新的用于地下开采的分段条带回采尾盐干式充填采矿法，该方法合理地设计了矿体结构设置，提高了采矿安全；在开采的同时进行尾矿回填，合理地利用了资源，保护了采矿环境；而且在一定程度上也提高了生产能力，降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明的一种矿区设置示意图。

具体实施方式

以下参照附图，进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。

实施例1。参照图1。一种分段条带回采尾盐干式充填采矿法，

（1）按下述方法进行矿体设置：沿矿体走向划分为若干个盘区，盘区的四周均设有盘区矿柱，每个盘区根据矿体厚度划分为若干个分段，每个分段根据矿体厚度划分为若干个分层；每个分段内布置倾斜条带间隔矿房，矿房之间设有分段连续矿柱；每个分段前端的盘区矿柱中沿走向布置分段的设备人行巷道3，在盘区的矿体底板上设有胶带运输巷道4，在设备人行巷道3一侧的盘区中部设有一条连接设备人行巷道3与胶带运输巷道4的溜井1；在每一分段中部垂直走向设有与设备人行巷道3连通的出矿巷道2，在每一分段后端的盘区矿柱上设有供回风及充填用的充填巷道6，在每一分段左右端的盘区矿柱上设有分别与设备人行巷道3、充填巷道2连通的穿脉回风巷道5；同一分段的各矿房分别与穿脉回风巷道5、出矿巷道2连通；

（2）按下述方法进行开采：回采顺序为上向分层回采，同一分层采用后退式回采；采用巷道掘进机切割落矿，后跟无轨铲运机出矿；每个矿房采用进路式回采，待一个矿房的各进路回采结束后，然后用加工厂的尾矿进行充填；一个分层全部回采完毕，再开始以充填体为底板进行上分层的采切、回采和充填工序。

实施例2。实施例1所述的分段条带回采尾盐干式充填采矿法中：在盘区前端的盘区矿柱上垂直走向（竖向）设有与充填巷道6、出矿巷道2连通的回风联络天井7。

实施例3。实施例1或2所述的分段条带回采尾盐干式充填采矿法中：所述的矿房采用倾斜条带式布置，并由分段连续矿柱间隔。

实施例4。分段条带回采尾盐干式充填采矿实验中盘区参数的确定。

有一可溶性盐类矿床，矿体埋深300米，矿体厚度60米，岩石容重γ=2.16（吨/立方米），岩石抗拉强度Sc 8.4 MPa，岩石碎胀系数K₀=1.2，用实施例1所述的方法对其进行开采，其盘区参数确定方法如下：

（1）根据斯列萨夫的压力曲线理论，用空场跨度极限公式计算矿房最大长度（极限跨度）：

Lmax=1.73（δ拉·H/γ）1/2

式中：Lmax——矿房极限跨度，m

δ拉——顶板岩石抗拉强度，t/m2

γ——顶板岩石容重，t/m3

H——顶板埋深，m

首采范围内矿房顶板埋深约为300m，钾镁盐矿层顶板砂、泥岩容重平均为21.6KN/m3，平均抗拉强度1.21MPa，顶板岩石容重平均为21.5KN/m3，平均抗拉强度为2.47 MPa，经计算，溶洞极限跨度为71-101m。

（2）矿柱宽度的确定：

n=

n——安全系数

Sp——矿柱强度

δp——矿柱所受的压应力

γ——覆盖岩层的平均容重 2.16 g/cm3

H——覆盖岩层的厚度 300m

Bp——矿柱的宽度

Sc——矿块试样的抗压强度 8.4 MPa

Hp——矿柱的高度

η——回采率

选择不同的矿柱宽度其安全系数分别如下：

项目方案	方案一	方案二	方案三	方案四	方案五	方案六
							Hp矿柱高（m）	34	12	40	40	30	10

Bp矿柱宽（m）

40

10

20

30

20

30

矿房宽度（m）

10

20

10

η回采率（%）

12

6

33.3

26.7

25

3.7

δp矿柱所受的压力（MPa）

7.33

6.88

9.72

8.84

8.64

6.73

Sp矿柱强度（MPa）

8.61

7.97

7.47

7.93

7.78

13.57

n

1.20

1.18

0.77

0.90

2.02

通过对以上盘区参数的比较，主要考虑到安全防止地面塌陷设计盘区构成要素如下：

⑴ 盘区宽度： 150m

⑵ 阶段高度： 10m；

⑶ 盘区长度： 150m左右；

⑷ 盘区间柱： 40m；

⑸ 底柱高度： 8m；

⑹ 护顶矿柱高度 20m；

⑺ 矿房长度 60m左右；

⑻ 矿房间柱宽度 10m；

实施例5。分段条带回采尾盐干式充填采矿实验中开采设备的计算。开采方法同实施例1。

一矿山规模为65万t/年，副产矿石率为10％，年回采能力为：

式中： A’——矿山年回采能力万t；

A ——矿山年产量万t；

λ ——副产矿石率；

回采设备采用EBJ-120TP型掘进机，根据设备性能设计回采进路一次宽度4m高度3.5m；每班进尺为12m，其生产能力为：296 t/台·班

根据掘进机性能按照两班生产一班检修配备设备台数为：

N册=N×（1+f）=3.0×（1+0.25）=3.78台

式中：N ——同时工作台数台

Q ——日出矿量， 1791 t/天；

f ——设备备用率；25%

N册——掘进机总数量；台

回采工作掘进机配配备总共4台，3台同时工作1台备用。

采用CY-2C柴油铲运机出矿，铲运机台班生产能力和数量计算如下：

式中：A——铲运机台班生产能力（t/台·班）。

G—— 铲运机铲斗大小 m3；

T——每班工作时间，h；

t——铲运机往返一次所需的时间，min；

t＝t1＋t2＋t3＋t4

＝1＋1.44＋0.5＋2＝4.94≈5（min）

t1——装载时间，min；

t2——行走时间，min；

t2＝2×60×L÷V＝120×0.12÷10＝1.44

L——运输距离，km，平均0.12km；

V——平均行驶速度，km/h，平均10km/h；

t3——卸载时间，0.5min；

t4——调车时间，2min；

γ——矿石松散体重 t/m3

K1——铲斗装满系数，一般取0.9

K2——铲运机工作时间利用系数，三班工作取0.8

铲运机台数：

N册=N×（1+f）=3.93×（1+0.5）=5.9

式中：N ——铲运机同时工作台数台

Q ——班运输量， 597 t/班；

f ——设备备用率；50%

N册——设备总数量；台

根据计算设备选择同时工作铲运机4台，备用2台。

实施例6。分段条带回采尾盐干式充填采矿实验中采充比的计算。开采方法同实施例1。

一钾盐矿山光卤石规模65万t/a。每年废盐NaCl产出量为28.36万t，每年MgCl2产出量为29.83万t，共计58.19万t。

达产后每年采空区体积：

Q=Qk÷γk=650000÷1.76=36.9 万m3

Qk ——矿山年产量；

γk ——矿石实体密度；

Q ——每年矿山采空区体积。

充填材料体积：

Qc= Qk1÷γk1+ Qk2÷γk2=283600÷2.13 +298300÷1.59=32.1万m3

Qk1 —— 矿山年废盐NaCl量；

γk1 —— 废盐实体密度；

Qk2 —— 矿山年尾矿镁片量；

γk2 —— 尾矿镁片实体密度；

Qc ——每年尾矿总量体积。

采充比Z=Qc/Q=32.1/36.9=0.87

干式充填一般规律采充比在0.8～1之间是符合要求的。

实施例7。分段条带回采尾盐干式充填采矿实验中填充设备的计算。开采方法同实施例1。

一矿山设计用CA-12井下汽车通过主回风及充填运输巷道、区段回风及充填运输巷道运输巷道、充填斜坡道进入需要充填的盘区。尾矿卸入充填矿房，用铲运机把充填料装入PC-1型抛掷充填机的料斗，利用抛掷充填机对矿房进行充实接顶。

矿山光卤石65万t/a达产后尾矿充填量为58.2万t/a；井下运输采用CA-12井下运输汽车，台班能力及需要台数计算如下：

式中：A——矿用汽车台班运输能力（t/台·班）。

G—— 矿用汽车载重量 t；

T——每班工作时间，h；

t——矿用汽车往返一次所需的时间，min；

t＝t1＋t2＋t3＋t4

＝3＋9.6＋1＋2＝15.6（min）

t1——装车时间，3min；

t2——行车时间，min；

t2＝2×60×L÷V＝2×60×1.6÷20＝9.6

L——运输距离，km，平均1.6km；

V——平均行驶速度，km/h，平均20 km/h；

t3——卸车时间，1min；

t4——调车等待时间，2min；

K1——矿用汽车载重利用系数，一般取0.9

K2——矿用汽车工作时间利用系数，三班工作取0.75

矿用汽车台数：

式中：N——矿用汽车台数台

C——运输不均衡系数取1.1；

Q——班充填料运输量，588t/班

K3——矿用汽车出车率，取0.75

井下汽车在册总台数为6台。同时工作5台1台备用；正常充填运输能力为58.2万t/a，最大运输能力为77.6万t/a。

抛掷充填机配备台数：

Q——正常班充填料量，588t/班

T——每班时间； 8h

K4——抛掷充填机备用系数，取1.5

K5——班工作时间利用系数，取0.75

P——充填抛掷机理论充填能力为：40m3/h；

抛掷充填机共4台，同时工作3台1台备用；正常充填运输能力为58.2万t/a，设备最大充填能力为95万t/a。

Claims

1.一种分段条带回采尾盐干式充填采矿法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的分段条带回采尾盐干式充填采矿法，其特征在于：在盘区前端的盘区矿柱上垂直走向设有与充填巷道、出矿巷道连通的回风联络天井。

3.根据权利要求1所述的分段条带回采尾盐干式充填采矿法，其特征在于：所述的矿房采用倾斜条带式布置，并由分段连续矿柱间隔。