非煤矿床回采工作过程课件

1、第三章 非煤矿床回采工作过程第一节 概 述非煤矿床回采的主要作业包括：落矿：大多采用岩凿爆破法落矿运矿:广泛采用耙运设备或无轨运搬设备采场地压管理：很少进行人工支护，一般采用充填或崩落围岩卸压等措施。第二节 落 矿1）机械落矿 目前仅用于开采f值小于3-4的软矿石，如锰矿、钾盐矿等。2）水力落矿 开采锰矿和软铝土矿等松软易碎的矿层。3)人工落矿：用于开采水晶、宝石、冰洲石、光学萤石等特种矿物；4）特殊落矿方法：溶解落矿是用水作溶剂，将有用矿物溶于水中，运出水溶液，再从中把有用矿物分离出来。这种落矿方法用于开采钾盐、岩盐、芒硝和天然碱等盐类矿床。溶浸落矿是将化学溶剂注入矿层，浸出矿石中的有用成分

2、，再将含有有用成分的溶液提升到地面进行加工。5）凿岩爆破落矿：是非煤矿床开采中的主要落矿方法，有浅孔落矿、中深孔落矿和深孔落矿等三种。一、浅孔落矿（一）炮孔布置孔深:小于3-5 m，孔径一般为30-46mm；炮孔布置方式:有水平和垂直两种. （1）缓斜矿体一次采全厚(矿体厚度小于2.5-3 m)时，布置水平炮孔【图(a)】;（2）开采缓斜中厚矿体时，需分层回采，炮孔既可水平布置，也可垂直布置【图(b)，(c)】; （3）开采急斜矿体时，炮孔也采用水平或垂直布置。 分层的开采顺序取决于矿岩的稳固性。一般来说，开采缓斜矿体时，若上盘围岩(顶板)稳固而矿石不稳固，应自上而下回采(下向)；否则，宜自下

3、而上回采（上向）。(a)单层回采；（b）下向梯段分层回采（c）上向梯段分层回采图31浅孔落矿炮孔布置示意图一般情况下，矿岩稳固性差时以采用小直径浅孔落矿为宜。(二)凿岩设备非煤矿床中应用最普通的还是风动凿岩设备型号钻孔直径工作风压MPa耗气M3/min冲击功J 冲击频率Min-1扭矩N.m机重Kg765538460.53.2602100150024YT-2438460.52.8601800130024YT-2638460.53.5451600150029YTP-2638460.40.63.0602600180026.5YSP-4540500.55.0702700180044表31 部分风动式孔

4、凿岩机的主要技术性能 (三)浅孔落矿的评价优点（1）矿石破碎质量好、大块率低 ；（2）炮孔布置灵活（3）矿石损失贫化小。缺点：（1）劳动强度大；（2）材料消耗大；（3）安全性较差；（4）落矿时矿尘浓度大；（5）落矿能力小。适用条件：一般用于厚度在58m以下的不规则矿体。二、中深孔落矿（优缺点）孔深：不大于15m孔径：一般为5070mm (一)炮孔布置 1、炮孔布置方式2、垂直扇形炮孔布置方法 首先要确定边角孔(图中的1、4、8、11孔)的位置，以圈定崩矿范围，然后再按选择的最大孔间距均匀地布置其余炮孔。炮孔最小抵抗线W一般为钎头直径的2330倍，扇形孔的孔底距a为最小抵抗线的0.851.2倍，

5、扇形炮孔的扇面距一般可与最小抵抗线相同。复习：最小抵抗线如果将一个球形或立方体形炸药包埋入岩石中，岩石与空气相接触的表面叫自由面，药包中心到自由面垂直距离叫最小抵抗线。 (二)凿岩设备表32 国产部分中深孔凿岩机的主要技术性能机号钻孔直径工作风压MPa耗气量M3/min冲击功J 冲击频率Min-1扭矩N.m机重KgYGZ-7038550.50.77.510023002700650070YGZ-70A38550.50.77.510023002700650075YGZ-70D38550.50.77.510023002700650075YG-8050750.50.78.518017501800100

6、0069YGZ-9050800.50.71120020001200095 中深孔及孔深大于15m的深孔，爆破时装药量大，因此非煤矿山广泛使用装药器(三)中深孔落矿的评价优点：1）中深孔的落矿能力大；2）为一些采矿方法的多工序平行作业创造了条件；3）凿岩作业的安全性改善。缺点：1）中深孔落矿由于炮孔多为扇形布置，易产出大块；2）中深孔落矿，矿体边界处的矿石损失和贫化也不易控制。适用条件：一般用于厚度58m以上的矿体。三、深孔落矿1 孔深大于15m的炮孔称为深孔，其直径般大于90mm。多采用潜孔凿岩机凿岩。 深孔落矿时的炮孔方向，常用的为垂直布置和水平布置，而且又分为平行孔、扇形孔和束状孔三种。

7、束状炮孔凿岩是在凿岩硐室内进行，一个凿岩硐室内可钻凿数排排面倾角不同的炮孔。如第一排排面倾角580，二排10150，三排50600，使崩落矿石厚度达到68m.深孔落矿评价：优点：1）可节省凿岩和装药时间；2）大大简化了采矿方法结构；3）改善了劳动和安全条件。缺点：1）深孔落矿的大块率高，矿体下盘处的矿石损失大，上盘处的矿石贫化率高；2）钻凿深孔易发生孔位偏斜。 采用潜孔钻机的深孔落矿方法。潜孔钻机将冲击机构(冲击器)独立出来，潜人孔底。无论钻孔多深，钻头部是直接安装在冲击器上，冲击能损失少。四、深孔挤压爆破落矿补偿空间矿石自矿体上崩落之后，其体积将会由于碎胀而增大，所以崩落后的矿石所需占据的空

8、间要大于矿石原始体积占据的空间，二者之差为容纳碎胀矿石而需开凿的空间。自由空间爆破如果崩矿之前，已经人为的为矿石的碎胀创造了足够的补偿空间，使得崩落的矿石可以充分松散破碎。此时的矿石碎胀系数约为1.31.4。挤压爆破如果崩矿之前未留或末留出足够的补偿空间，而是使崩落的矿石向相邻的已崩矿岩进行挤压，以获得一部分补偿空间。其中，前一种情况叫无补偿空间挤压爆破落矿或向相邻崩落矿岩挤压爆破落矿，后一种叫小补偿空间挤压爆破落矿。挤压爆破矿石的松散系数约为1.11.3。（二）多排深孔挤压爆破过程图38表示的是多排深孔挤压爆破过程(三)深孔挤压爆破落矿评价 与自由空间爆破落矿相比，深孔挤压爆破落矿的突出优点

9、：1）减少或取消了补偿空间，不仅降低了矿块的切割工程量，也有利于矿体的稳定;2）挤压爆破的效果好，既降低了大块产出率，也提高了放矿和运搬矿石的速度。缺点：1）压实后的矿石易造成漏斗阻塞而使放矿困难;2）崩落的矿石易抛入凿岩巷道而增加辅助工作量。落矿方式比较落矿方式特征炮孔布置方式评价适用条件优点缺点浅孔落矿孔深小于3-5 m，孔径一般为30-46mm水平和垂直两种1）大块率低；2）矿石损失贫化小。 1）劳动强度大；2）材料消耗高；3）安全性较差；4）落矿时矿尘浓度大5）落矿能力小。用于厚度在58m以下、矿岩稳固性差的不规则矿体。中深孔落矿孔深不大于15m，孔径一般为5070mm扇形和平行布置，

10、其中垂直扇形孔应用较多。1）落矿能力大；2）有利于多工序平行作业；3）凿岩作业的安全性改善。1）易产出大块。2）矿体边界处的矿石损失和贫化也不易控制。用于厚度58m以上的矿体深孔落矿孔深大于15m的孔径般大于90mm。平行孔、扇形孔和束状孔三种。每类中又有垂直布置和水平布置两种， 1）可节省凿岩和装药时间；2）大大简化了采矿方法结构；3）改善了劳动和安全条件，1）大块率高2）矿体下盘处的矿石损失大，上盘处的矿石贫化高。此外，钻凿深孔易发生孔位偏斜，一般适用于厚度大于10m、形状规则、矿岩易分离的矿体。深孔挤压爆破落矿1）降低了矿块的切割工程量，有利于矿体的稳定。2）降低了大块产出率，也提高了放

11、矿和运搬矿石的速度。1）压实后的矿石易造成漏斗阻塞而使放矿困难。2）崩落的矿石易抛入凿岩巷道而增加辅助工作量。五、非煤矿井的采场爆破特点 采场爆破是指在回采工作面崩落矿石和回采矿柱时的爆破。 与煤矿相比，非煤矿井采场爆破的特点是：虽然也采用电法爆破，但火雷管爆破应用较多，还采用其他非电磁破方法，而且采场爆破使用的炸药、起爆材料、起爆方法等都与煤矿有所不同。补充：落矿新技术 非煤矿床已经研究了多种新的落矿方法，如液压冲击、钻孔劈裂、等离子爆破、自动钻爆和高压水射流落矿等，其中有的已成功地进行了工业性试验。第三节 采场矿石运搬几种方式？ 采场矿石运搬指将工作面崩落的矿石运搬到运输水平的过程。 目前

12、采用的矿石运搬方法主要有重力运搬和机械运搬。开采倾斜矿体时，有采用爆力运搬的，即借助爆破的力量运搬矿石。一、重力运搬 重力运搬方法是工作面崩落的矿石借重力由采场自溜入矿块底部的放矿漏斗，再放入运输巷道的矿车中外运。(采场矿石放矿漏斗运输巷道) 放矿漏斗及其下部的闸门，一般布置在矿块的底柱内。此种漏斗多用于浅孔落矿的薄及极薄矿体。 放矿漏斗可以采用人工漏斗。二、电耙运搬(一)电耙设备 电耙是由耙斗装岩机的耙斗、牵引钢丝绳和绞车组成。电耙耙斗的形式有箱形（耙运软碎矿石）和篦式（耙运坚硬块状）两种。三滚筒电耙绞车在较大的采场中的应用。 电耙作业一般在水平或微倾斜的平面上进行。电耙既可以在采场中作业，

13、也可在电耙巷道中耙运矿石。电耙的有效运搬距离向下部运时不超过60m，水平耙运时一般不超过4050m，运距分别在3040m和2030m以下时效果最好。(二)电耙巷道布置 设有电耙巷道时，工作面崩落的采场矿石受矿巷道（直接接受矿石的巷道）电耙巷道矿石溜井。电耙巷道的布置方式：1、矿块留有底柱 电耙巷道般布置于运输巷道上方46m处的底柱内，其间用矿石溜井联系。溜井的容量不应小于一列车的矿石容量。(采场矿石受矿巷道电耙巷道矿石溜井运输巷道)2、矿块没有底柱 电耙巷道直接布置在运输巷道顶板上，耙运的矿石经装车台直接装车，但由于耙矿与运输互相干扰而应用不多。 电耙巷道也有与运输巷道设在同水平，耙运的矿石经

14、溜井放至下一阶段的运输巷道集中出矿。三、自行设备运搬 包括有轨自行设备和无轨自行设备，既可用于掘进，也可用于采场运搬。目前，地下矿山采场应用的自行设备主要是无轨自行设备，包括装运机、铲运机、电铲与自卸卡车等。四、矿石运搬方法比较采场矿石运搬运搬方式特征评价适用条件优点缺点重力运搬重力运搬方法是工作面崩落的矿石借重力由采场自溜入矿块底部的放矿漏斗，再放入运输巷道的矿车中外运。运搬最简单，矿柱矿量少，费用低。放矿能力小，闸门易损坏。在开采急倾斜薄及极薄矿脉并采用浅孔落矿时被广泛应用。电耙运搬工作面崩落的矿石借自重经过直接接受矿石的受矿巷送，流入电耙巷道，由电耙耙运至矿石溜井电耙的构造简单，坚固耐用

15、，移动灵活，易于维修其适应性强、应用范围广牵引绳磨损大、运搬能力随运距的增加而迅速减小自行设备运搬自行设备主要是无轨自行设备，包括装运机、铲运机、电铲与自卸卡车等同一设备既可用于回采，又可用于掘进，铲运机还可用来消除路障和运输材料, 机动灵活, 运搬设备能力大、效率高, 配合其他回采设备，实现回采工作面的综合机械化设备昂贵、维修工作量大、操作技术水平要求高 五、矿块底部结构（一）矿块底部结构的概念 矿块底部结构指从阶段运输水平到拉底水平之间，所包括的受矿巷道、二次破碎巷道、出矿巷道和放矿巷道的有机配合部分。它能够使矿房或矿柱采下来的矿石，经过这些巷道，利用矿石自重，或出矿设备的运搬，装入运输水

16、平的矿车中。受矿部分从电耙巷道顶板 拉底巷道底板出矿部分从阶段运输巷道顶板 电耙道顶板放矿部分从阶段运输巷道底板 运输巷道顶板。（二）受矿巷道形式漏斗式、堑沟式和平底式三种。1、漏斗式 如果接受采场崩落矿石的巷道是漏斗，则称为漏斗式受矿巷道。漏斗的形状有圆形和方形两种，它们在电耙巷道两侧的布置方式，可对称布置，也可交错布置。 图318 漏斗布置形式a对称布置；b交错布置 漏斗作为受矿巷道，与其他形式的受矿巷道相比，特点是对矿块底柱的切割较少，有利于底柱稳定。所以，在各种矿石条件下都广为应用。 2、堑沟式 堑沟式受矿巷道将同排各漏斗沿纵向连通，形成一个V形沟槽，以这种沟槽代替漏斗成为受矿巷道。这

17、种受矿巷道的放矿口较漏斗大，放矿过程中堵漏事故较少，但对矿块底柱的切割较大，降低了矿柱的稳定性。 适用于矿石中等稳固以上的矿体。 3、平底式受矿巷道 平底式受矿巷道的布置其特点是受矿巷道与电耙巷道的底板位于同一标高水平上，回采矿块时崩落的矿石在平底式受矿巷道中堆成三角形，随电耙的运搬和回采的进行，采落的矿石不断流入电耙巷道。 平底受矿巷道结构简单，采准切割工程量少，放矿条件好，矿块底柱尺寸也小。缺点是放矿结束后残留下来的三角形矿堆，要待下阶段回采时才能回收，故矿石损失和贫化较大。此外，这种结构对矿块底柱的破坏大，因此在矿石极稳固时才适用。（三）二次破碎巷道 二次破碎巷道是进行破碎崩落矿石中不合

18、格大块的巷道。在开采薄及极薄矿脉的矿块内及平底式底部结构的矿块内不设二次破碎巷道，大块的破碎是在工作面、漏斗闸门处、振动出矿机上或装矿巷道内进行。（四）放矿巷道 放矿巷道处指向运输水平或出矿设备转运矿石的巷道，如放矿口和矿石溜井等。 矿块底部结构的类型一般分为重力放矿底部结构、电耙出矿底部结构、无轨设备出矿底部结构和装载机(加装岩机)出矿底部结构等几种。第四节 采场地压管理由此采矿方法分类特点采场地压管理指回采过程中为控制或减轻地压造成的危害，或利用地压进行开采的工作。非煤矿山地压管理主要包括采场维护和采空区处理。采场地压管理的基本方法：人工支护、留矿柱维护采场、充填采空区和崩落围岩四种。一、

19、人工支护 在矿石或围岩不稳固的情况下，需要采用人工支护，以保证回采工作安全进行。 非煤矿山采场支护有：木材支护、锚杆(锚喷)支护、锚杆桁架支护和长锚索支护、金属支柱和液压自移支架。煤矿开采工作面顶板管理形式图 钢绞线桁架支护系统 长锚索在非煤矿山已成为采场支护的主要方法之一，用于加固上盘或下盘围岩，有时也用于加固矿体。锚索长度从550m不等。与锚杆相比，长锚索的锚固范围和锚固力大，锚杆的作用得到充分发挥，从而使被锚固矿岩的稳定性大大加强。在生产实践中，长锚索常与锚杆联合加固围岩，如图所示。 二、留矿柱维护采场开采稳固性很好的矿岩时，回采过程中常常只留一些矿柱，利用矿石和围岩自身的稳固性维护采场

20、。当采空区达到一定范围后，再回收矿柱，处理采空区。矿柱的形状可以是圆形或矩形，间断或连续留设。矿柱尺寸与矿体厚度、矿岩稳固性等因素有关，实践中通常根据经验确定。注意：确定矿柱尺寸时，必需综合考虑各种因素的影响，在确保安全的条件下尽量减少矿柱尺寸，特别是开采贵重或稀有矿石时更应如此。三、充填采空区 在开采矿石价值或品位高，以及在覆岩不允许破坏或地表不允许塌陷的情况下，广泛采用这种地压管理方法。 在非煤矿山，按充填材料成分和输送方法不同，将充填方式分为干式充填、水力充填和胶结充填。（二）水力充填 以水为媒介，使充填料沿充填管道或充填钻孔输送到充填点的充填方式。又称为水砂充填。水力充填的充填料多用管

21、道输送，充填作业和充填系统可全面实现机械化，因而充填能力、效率和充填质量都优于干式充填，主要的缺点是矿井的基建费用高、充填物污染巷道。 (一)干式充填 包括自溜充填、机械充填和风力充填，由于其充填效果差、劳动强度大、效率低，因此除中小型矿山外，现已很少采用。（三）胶结充填1、胶结充填材料 常用的胶结充填材料有混凝土胶结充填料和尾砂胶结充填料两类。 混凝土胶结充填料由胶凝材料、粗骨料和细骨料组成。胶凝材料目前主要用300500号普通硅酸盐水泥。粗骨料的粒径为550mm(但不得大于管径的三分之一)，细骨料的粒径为0.155 mm。粗骨料可以是采石场碎石、采掘的废石、卵石、山砂、河沙、江沙等。细骨料

22、用来改善充填材料的流动性能，常用的有天然沙和选矿厂尾砂。骨料中粗骨料约占6070，细骨料占30-40。 尾砂胶结充填料不用粗骨料。2、胶结充填料的配比 胶结充填料的配比应满足对充填体强度的要求，有较好的流动性，便于输送和浇注。为保证安全开采，充填采场时充填体的单轴抗压强度应不低于15 MPa，构筑人工假底时达到710MPa。尾砂胶结充填料的配比，主要是确定水泥与尾砂的质量比和输送浓度。水泥与尾砂的质量比，一般充填采场时为1：301：20，构筑人工假底时为1：61：5。输送浓度对充填体强度和充填料流动性有直接影响，一般为6572。3、胶结充填料的制备和输送 混凝土胶结充填料的制备国内主要有间歇搅

23、拌式、连续搅拌式和半分离制备三种方式。 间歇搅拌式是将水泥和骨料按一定比例送入搅拌机，加水搅拌后用电耙、矿车或汽车等间歇式运输设备送到充填地点。 连续搅拌式是将搅拌后的充填料通过管路以自溜的方式连续送到井下充填地点。 半分离制备是将水泥浆和骨料分别送到井下搅拌站，搅拌后再输送到充填地点。 尾砂胶结充填料的制备和输送方式有两种。一种是将水泥粉加入尾砂浆中，制成水泥尾砂浆后，借重力或砂浆泵通过管路输送到充填地点；另一种是将水泥浆加入尾砂浆内，搅拌后通过管路输送到充填地点。4、评价 与水力充填相比，胶结充填的沉缩率小，充填体强度大，充填工艺简单，不污染巷道，主要缺点是充填成本高(占采矿成本的35-5

24、0，而水力充填仅占15-25)。因此，寻求价格低廉的水泥代用品是一个重要的研究课题。可以用作水泥代用品的材料，有高炉炉渣和火力发电厂的粉煤灰。此外，高水速凝充填材料用于非煤矿采场充填已取得成功。 与混凝土胶结充填相比，尾砂胶结充填的制备工艺简单，充填材料流动性好，便于管道输送，效率高，投资少，主要缺点是充填体强度较低。补充：高水固结尾砂充填 高水固结充填材料是由高水材料、尾砂及水组成，它经过特定工艺制成混合浆液后，凝结硬化而形成固结体。 高水材料是选用铝矾土为主料，由甲乙料组成，高水材料硬化体中水的体积比达到90以上，且具有速凝、早强等特点。焦家金矿高水胶结固结充填站如图 凝石技术 以经过高温

25、过程的固体废物或火山灰类物质为主要原材料（掺量大于90%，可不需要烧制水泥熟料），模仿火山灰大地成岩过程，经配方设计，配料计算制备而成的硅铝基水硬性胶材料称为凝石。凝石是一类可以在许多场合取代水泥，但又有着许多与传统水泥不同的优异特性的硅铝基胶凝材料体系。水泥是高钙体系人造矿物 凝石是硅铝体系仿地成岩 水泥混凝土与凝石混凝土对比四、崩落围岩 崩落围岩管理地压通过崩落围岩释放围岩中积聚的应变能，改变围岩应力分布，以达到控制采场地压的目的。此外，崩落的围岩充填采空区，可以形成一定厚度的缓冲岩石垫层，从而防止围岩突然垮落造成危害。 非煤矿床常常需要采取强制措施崩落围岩。为此，有时需要掘进专门的凿岩巷

26、道或凿岩硐室“放顶”。另一方面，与“放顶”作为采煤工艺过程之一不同，非煤矿床开采强制崩落围岩可以在矿块回采过程中进行，也可以在回采之前或回采以后进行。 采用崩落围岩的方法回采倾斜和急斜矿体时，采下的矿石是从崩落的废石层下放出的，从而造成较大的矿石损失与贫化。作 业1、与浅孔落矿相比，中深孔落矿的主要优缺点表现在哪些方面？2、何谓矿块底部结构?一般情况下它包括哪些巷道？这些巷道的主要作用是什么？3、简述非煤矿床常用的几种采场地压管理方法的特征。第四章 采矿方法分类与选择第一节 采矿方法分类一、采矿方法的概念采矿方法矿块中进行的采准、切割和回采工作的总和。采矿方法要解决的主要问题是： 确定矿块结构和参数； 确定采准和切割巷道的类型、数目和位置； 确定矿块底部结构形式及有关参数； 确定矿块回采方法