第6章-矿床开采过程与采矿方法概述.ppt

2020/6/14,1,第六章矿床开采过程与采矿方法概述,学习内容和目的：掌握金属矿和非金属矿地下采矿方法的分类；了解采矿方法的现状及发展趋势；掌握地下采矿的工艺过程：采场运搬、底部结构、装矿与运输。,2020/6/14,2,主要内容1采矿方法分类2地下采矿方法的现状与发展趋势3采场运搬4底部结构5装矿,2020/6/14,3,第一节采矿方法分类一、概念（一）金属与非金属采矿方法：,采矿方法：根据矿山地质*和技术经济条件，在矿块内为行人、材料设备运送、矿石运搬、通风等而掘进的巷道网络，为回采而切割的自由面与落矿空间，以及回采工艺和采掘作业顺序等的总称。（矿山地质条件指区域地质、矿床地质、工程地质和水文地质等）,2020/6/14,4,（二）煤矿采矿方法：由于煤层的自然条件和使用的采掘机械不同，完成回采工作各个工序的方法也不同，在回采的顺序、时间、空间上必须按规律地安排和配合，所以：在采煤工作面内按一定顺序完成各工序的方法及其配合，称为采煤工艺。在一定时间内，按照一定的顺序完成回采工作各项工序的过程称为采煤工艺过程。,2020/6/14,5,回采巷道的掘进一般是超前于回采工作进行的，它们之间在时间上的配合以及在空间上的相互关系，称为回采巷道布置系统，也称为采煤系统。采煤方法：根据矿山地质条件和技术经济条件，由采煤工艺与回采巷道布置及其在时间、空间上相互配合的总称。,2020/6/14,6,二、采矿方法分类（一）金属矿与非金属矿根据矿块在回采过程中对顶板或围岩地压管理方法不同，采矿方法一般分为三大类：1、空场采矿法将矿块划分为矿房和矿柱，在回采过程中，不崩落围岩，也不充填采空区，依靠空场的侧帮岩石和所留的矿柱或人工支护(木柱、石垛等)来支撑采空区顶板围岩。因为是在空场下采矿和出矿，采用此类采矿方法要求矿石和围岩均稳固。,2020/6/14,7,2、充填采矿法随回采工作面的推进，用废石、尾砂、膏体等充填材料充填采空区，由充填体和围岩共同支撑顶板。矿岩稳固或不稳固均可采用本类采矿方法。3、崩落采矿法随回采工作面的推进，崩落围岩，在覆盖岩块下出矿，它是利用崩落的围岩来管理和控制地压。围岩不稳固，地表允许塌陷，有利于崩落时可采用此类采矿法。,2020/6/14,8,空场采矿方法充填采矿方法崩落采矿方法,全面采矿方法房柱采矿方法留矿采矿方法阶段矿房采矿方法,典型,干式充填采矿方法水力充填采矿方法胶结充填采矿方法,典型,典型,壁式崩落采矿方法分段崩落采矿方法阶段崩落采矿方法,2020/6/14,9,（二）煤矿根据采煤工艺、矿压控制特点，采煤方法分为壁式体系和柱式体系。1、壁式体系采煤方法又称长壁体系采煤方法，以长工作面采煤为主要标志。一般特点:采煤工作面长度较长，通常在80250m；随着采煤工作面推进，顶板暴露面积增大，矿山压力显现较为强烈；,2020/6/14,10,采煤工作面可分别用爆破、滚筒式采煤机或刨煤机破煤、装煤，用与采煤工作面相平行铺设的刮板输送机运煤，用支架支护工作空间，用放顶垮落法或充填法处理采空区；,在采煤工作面两端，一般至少各有一条回采巷道，构成完整的生产系统。,2020/6/14,11,壁式体系采煤法：按所采煤层倾角，分为缓倾斜、倾斜煤层采煤法和急斜煤层采煤法；按煤层厚度，可分为薄煤层采煤法、中厚煤层采煤法和厚煤层采煤法。按采用的采煤工艺不同，可分为爆破采煤法，普通机械化采煤法和综合机械化采煤法。按采空区处理方法不同，可分为垮落采煤法、刀柱(煤柱支撑)采煤法、充填采煤法。按采煤工作面布置及推进方向的不同，可分为走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法。,2020/6/14,12,2020/6/14,13,2.柱式体系采煤方法以房柱间隔进行采煤为主要标志。特点：在煤层内布置一系列宽为57m的煤房，采煤房时形成窄(短)工作面成组向前推进。房与房之间留设煤柱，煤柱宽数米30m不等，每隔一定距离用联络巷贯通，构成生产系统，并形成条状或块状煤柱，支撑顶板；采房时矿山压力显现较和缓，用锚杆支护工作空间，支护较简单;,2020/6/14,14,采煤用爆破或连续采煤机配套设备。采煤在一组房内交替作业;采掘合一，掘进准备也是采煤过程，回收房间煤柱时，也使用同一种类型的采煤配套设备。高度机械化的柱式体系采煤方法，一般只分为房式采煤法和房柱式采煤法两类。,2020/6/14,15,2020/6/14,16,主要内容1采矿方法分类2地下采矿方法的现状与发展趋势3采场运搬4底部结构5装矿,2020/6/14,17,一、概述（1）金属矿与非金属矿随着现代工业和人类物质文明的发展，对矿产资源的需求量与日俱增。当前世界矿物年产量已超过500亿t，我国已超过70亿t，且每年还在不断增长。随矿物开采量的增长，部分露天矿转入地下开采，而地下开采矿井的开采深度则不断增加，因此，今后地下采矿的比重将不断增加，且深井开采越来越多。系统研究深井开采技术是当前的一项重要任务。国外矿床规模大、机械化水平高的金属矿山年产矿石可超过千万吨。例如，瑞典的基律纳铁矿年产达20003000万t。我国金属与非金属矿山的生产能力普遍较小，主要是因为矿床赋存规模较小，部分是因为技术与装备水平不高。,2020/6/14,18,（2）煤矿在煤矿开采方面，采用壁式体系采矿法的主要产煤国家有：中国、俄罗斯、波兰、乌克兰、德国、英国、法国、日本、西欧等，其产量均占地下煤炭开采产量的90以上；采用柱式体系采矿法的主要产煤国家有：美国、澳大利亚、加拿大、南非、印度等，20世纪80年代，其产量分别占地下开采的84、80、95、90、70。近20年来，壁式体系采矿法呈加速发展趋势，它具有连续采煤、产量高、安全性好、采出率高等优点。美国、澳大利亚等国引进了壁式开采技术，并用高新技术加以装备，创造了新的世界纪录。,2020/6/14,19,二、我国采矿方法应用情况,我国各矿业部门露天与地下开采矿石产量的比重,2020/6/14,20,据统计，按矿山数来看，我国空场采矿法、崩落采矿法和充填采矿法的应用比重大致为6：3：1。近年来，崩落法和充填法的比重逐年上升。在金属矿中，特别是黑色金属矿山，多为倾斜或急倾斜的厚或极厚矿体，选用的采矿方法以分段崩落法为主，而有色金属矿山绝大多数为倾斜或急倾斜的中厚以下的矿体，选用的采矿方法多为阶段矿房法(分段法)、留矿法、有底柱分段崩落法和充填法。,采矿方法应用情况,2020/6/14,21,在非金属矿中，松软矿石如高岭土矿采用了人工假顶分层崩落法；中硬矿体如石膏矿多用房柱法；对一些直接利用矿物的矿床如石棉、金刚石、云母等，为了保护产品的晶体、纤维和纯度不受破坏和污染，多采用留矿法和充填法，并在工作面手选出高品质的矿石。,2020/6/14,22,由于无轨装运卸设备(铲运机、坑内自卸汽车等)、液压凿岩机和天井钻机等机械化设备的应用，使地下采矿工艺发生了很大的变化。应用无轨凿岩和运搬设备，采用新的尾砂、胶结充填工艺，使过去效率低、成本高的充填采矿法，变成了现代化的高效充填采矿法。对于开采深度较大的厚矿体，充填法能很好地控制地压、提高矿石回收率，并能减少尾砂对环境的污染，使用比重不断加大。VCR法(大直径垂直深孔球状药包落矿的阶段矿房法)兼容了大量落矿和空区充填来控制地压的优点，得到迅速发展，不仅进一步提高了劳动生产率，降低了矿石的损失贫化，而且为回采工作的安全提供了可靠的保证。,2020/6/14,23,三、国外采矿方法应用情况根据矿床赋存条件、工艺技术和采掘设备的发展情况，世界各国应用采矿方法的比重不同。下表列出了美国等五国应用地下采矿方法的比重。从表中看出，美国是以房柱法和阶段崩落法为主，这是由该国大型铜、钼和铝矿床的地质条件决定的；加拿大魁北克、安大略及曼托巴等地区均为稳固的急倾斜厚矿体，适用于阶段矿房法，而条件复杂、深度很大的急倾斜矿体，广泛采用充填法开采；瑞典的铁矿主要采用无底柱分段崩落法，有色矿山大都采用机械化的充填采矿法；法国的洛林铁矿为水平中厚矿体，其储量占法国总储量的94，采用房柱法开采。,2020/6/14,24,世界几个主要国家地下采矿方法应用比重（）,2020/6/14,25,四、地下采矿方法的发展趋势,（1）金属与非金属矿采矿方法的发展趋势空场采矿法正在稳步发展。在脉状矿床矿山，根据矿脉的赋存特征，创造了多种适应矿脉变化情况的留矿法变形方案。充填法成为新宠，发展势头迅猛。应用范围扩大、高浓度大容量的输送技术日臻完善、充填材料来源广泛、解决地表塌陷、高地压、尾矿库等问题彻底等，显示出旺盛的生命力。崩落法应用广泛，还将长期占主导地位。产能大、适合低品位矿床、开采安全等特点突出，在具体的矿床赋存条件下，具有良好的发展前景。,2020/6/14,26,计算机已成为实现矿山科学管理和工艺理论研究的重要手段。目前正广泛利用计算机模拟采矿生产工艺、优选采矿方法、工艺和设备，改进采场结构和控制出矿品位，以及监控采矿作业和进行计划管理、财务管理和材料管理等。地下采矿机器人技术受到重视。总之，地下采矿方法的发展趋势是不断简化采场结构，采用新的工艺技术和新设备，机械化开采，实现大型化、集约化生产，实现地下采矿的智能机器人化开采，获得资源的最大回收利用。,2020/6/14,27,（2）采煤方法的发展趋势走向长壁采矿法的技术简单、成熟，具有广泛的适应性，是我国开采缓倾斜、倾斜煤层应用最广的方法。随着采煤工艺的发展，应结合矿井煤层开采条件，改进巷道布置，优化采区系统和参数，为集中、稳定、高效、安全生产创造良好条件。倾斜长壁采矿法的系统简单，工程最少，在倾角12以下的煤层中应用，能取得良好的技术经济效果，应该大力推广，有条件的地区，还可试用到倾角较大的煤层。,2020/6/14,28,伪斜柔性掩护支架采矿法用于急倾斜煤层开采是我国特有的一种方法，在层厚变化不大的厚及中厚煤层中应用，可取得较好的技术经济效果，要进一步实现回采的机械化，改进支架结构，向液压化发展，改进巷道布置和参数；水平分段放顶煤采矿法是开采急倾斜特厚煤层的高效安全的机械化采矿方法，单产和工效高、工艺简单、掘进巷道少、吨煤费用低，有条件的矿井应积极推广；薄及中厚煤层台阶式采矿法采出率较高，但单产、工效和成本等指标不高，安全较差，伪斜走向长壁采煤，较好地克服了上述缺点，应大力推广。,2020/6/14,29,建筑物下、铁路下、水体下、承压水上呆滞煤矿的开采日益成为我国煤矿开采的紧迫问题。使用水砂充填的经验和成熟的技术，在解决“三下一上”采煤问题中得到更广泛的应用。,2020/6/14,30,我国水力采煤技术日臻成熟，单纯从采煤方法角度看，在顶底板中等稳定、瓦斯含量低、倾角10以上的中等厚度煤层中，使用水力采煤能取得良好的技术经济效果，条件适宜的矿井，经论证可以选用。以应用连续采煤机为特征的柱式体系采煤法，可用在煤层赋存不深、围岩较稳定、倾角平缓、不易自燃的低瓦斯矿井，但需提高操作技术和管理水平，加强设备的维护，充分发挥设备效能，改善技术经济效果。,2020/6/14,31,我国煤矿要实现现代化，基本途径就是运用现代高新技术改造传统的煤矿开采技术。今后的高产高效矿井应朝着矿井大型化，提升、运输、采煤、瓦斯监测自动化，固体污染物排放无害化、洁净开采等方向发展。,2020/6/14,32,主要内容1采矿方法分类2地下采矿方法的现状与发展趋势3采场运搬4底部结构5装矿,2020/6/14,33,第三节采场运搬采场运搬：将回采崩落的矿石从工作面运搬到矿块底部受矿巷道的过程，称为。采场运搬方法有：重力运搬、机械运搬、爆力运搬和水力运搬等。前两种方法应用较多，爆力运搬应用范围有限，而水力运搬应用极少。,2020/6/14,34,一、重力运搬重力运搬：回采崩落的矿石在重力作用下，沿采场底板(或下盘)溜至矿块底部受矿巷道，这种采场运搬方法称为。在空场条件下，矿体倾角55以上，重力运搬一般可使崩落矿石充分溜入放矿巷道；在覆岩条件下，矿体倾角达6080时，矿石才能借重力充分下移。当矿体倾角小于上述数值时，需采取相应措施减少采场底板(或下盘)部位的矿石损失。如在空场采矿法中，借助溜槽、溜板等实现倾斜矿床的重力运搬;在崩落采矿法中，在底板围岩中开掘放矿漏斗等，以增大矿石移动范围，改善放矿条件。,2020/6/14,35,二、机械运搬机械设备(电耙、输送机、自行设备等)直接进入工作面，将采场崩落的矿石及时运走，这种采场运搬方法称为机械运搬。在金属矿山，常用的机械运搬设备有电耙和自行设备(装运机、铲运机、电铲与自卸卡车、装岩机与自行矿车)等。,2020/6/14,36,1.电耙及其使用条件电耙具有结构简单、设备费用少、移动方便、坚固耐用、修理费用低和适用范围广等优点。主要缺点:钢绳磨损很大，矿石容易粉碎，耙运距离大时生产效率低。,2020/6/14,37,电耙使用条件：(1)运搬距离一般为1060m。(2)耙矿工作一般在水平或微倾斜的平面上进行；在特殊需要时，也可沿2530倾角的底板向下或沿1015倾角向上耙运。(3)电耙出矿所经过的采场或巷道的高度不应小于1.51.8m。(4)用于采场运搬矿石时，多沿采场底板耙运直接装车或耙运至溜井中。,2020/6/14,38,自行运搬矿石设备有：装运机、铲运机、电铲及自卸卡车、装载机和自行矿车等。2.装运机,2020/6/14,39,主要有ZYQ-14与ZYQ-12两种型号。ZYQ-12能力小，外形尺寸也小。ZYQ-14铲斗容积O.3m3，车箱容积1.8m3。用铲斗将矿石装入自身带有的自卸车箱中，运至溜井卸矿。每台设备由一名司机操作，完成装、运、卸三种作业。操作灵活可靠，装运效率较高，但拖有风绳，限制了运输距离(平均运距不超过50m)，且风绳磨损大，磨损严重处容易爆裂。使用较好的矿山，平均台年效率为8万t。这种设备已逐渐被铲运机取代。,2020/6/14,40,3铲运机集铲、运、卸一体的矿石搬运设备，主要有柴油铲运机、电动铲运机。斗容2m3的铲运机外形如图9-6所示。,2020/6/14,41,组成：车体为前后两半，中央饺接，液压转向，操作轻便，转弯灵活，前后轴均为驱动轴，爬坡能力大(最大可达30%)。运搬过程：铲运机前端带有容积较大的铲斗，矿石铲入铲斗后，将铲斗提起运至溜井处，翻转铲斗卸出矿石。优点：与装运机比较，铲运机的显著优点是，铲斗容积大(0.510m3)，运行速度快(349km/h)，效率高。柴油机铲运机：优点是运距不受限制，缺点主要是废气净化；电动铲运机：优点没有污染问题，缺点是尾部带有同步收放电缆，运距受到限制。,2020/6/14,42,4电铲在水平或缓倾斜厚矿体采场中，用12m3小型电铲装矿，20t自卸汽车将矿石运至溜井卸矿或直接运至地表，配以推土机集矿。这套运搬设备在美国、俄罗斯应用较多，国内至今尚没有应用。,2020/6/14,43,三、爆力运搬工作原理：爆力运搬是借助深孔爆破时产生的动能，使崩下的矿石沿采场底部移运，抛到矿块底部受矿巷道中。应用：当矿体倾角在3050之间时，矿石既不能重力运搬，用机械运搬又有困难。在这种条件下，先用爆力将崩落矿石抛掷一段距离后，再靠惯性力和自重沿底板滑移到受矿巷道。,2020/6/14,44,四、水力运搬水力运搬主要用于薄和中厚倾斜矿体，可用来冲洗重力运搬、机械运搬或爆力运搬底板残留的矿石或矿粉。水力运搬如图所示，工作面上部设置容积为100m3的蓄水池，从工作面下部开始，分段用水枪喷出的压力水运搬矿石。为了使矿石流集中，工作面上部超前回采(形成约10的倾斜面)，下部与底板相交处形成一个槽，使矿石流集中于槽内。,2020/6/14,45,主要内容1采矿方法分类2地下采矿方法的现状与发展趋势3采场运搬4底部结构5装矿,2020/6/14,46,第四节底部结构矿块底部结构由受矿巷道、二次破碎巷道与出矿巷道组成，用来承受崩落的矿石、进行矿石的二次破碎以及将矿石放出采场并装入运输水平的矿车。底部结构是采矿方法的重要组成部分。它的工程量约占矿块采切总工程量的50%左右，并在很大程度上决定着采矿方法的效率、矿石的损失与贫化以及放矿工作的安全等。因此，正确选择底部结构，具有重要意义。,2020/6/14,47,底部结构型式主要有：(1)重力放矿、闸门装车的底部结构；(2)电耙出矿的底部结构；(3)自行设备出矿的底部结构；(4)振动放矿机出矿的底部结构；(5)掩护支架放矿，矿石由振动放矿机装入运输机的底部结构。,2020/6/14,48,一、重力放矿、闸门装车的底部结构开采急倾斜薄和极薄矿脉时，一般用浅孔落矿，崩落矿石大块较少，采场(受矿巷道)内的矿石经放矿漏斗和闸门直接装入矿车，或经人工架设的闸门装入矿车。,2020/6/14,49,经放矿漏斗和闸门放矿时，底柱高度一般58m，漏斗间距从46m至68m，漏斗坡面角为4550。这种放矿结构简单，底柱矿量较少，但放矿能力较低，放矿闸门维修工作量大。人工构筑的放矿闸门，不留矿柱，可提高矿石回采率，简化底部结构。它适用于围岩和矿石均稳固的急倾斜极薄矿脉。开采急倾斜厚矿体和缓倾斜极厚矿体时，某些情况下采用有格筛破碎硐室的重力放矿结构。此时从放矿漏斗流出的矿石，经过格筛硐室后，再溜至放矿溜井和闸门，装入运输巷道的矿车中。从漏斗溜出的大块矿石，在格筛上进行二次破碎后，再溜入放矿溜井中。,2020/6/14,50,2020/6/14,51,二、电耙出矿底部结构电耙出矿的底部结构由受矿巷道、电耙巷道和溜矿井(或装车平台)组成。受矿巷道有漏斗式、堑沟式和平底式三种形式。受矿巷道内的矿石借重力溜入电耙巷道。电耙巷道一般布置在运输巷道上部36m，电耙耙运的矿石溜入溜井中，使耙矿与运输工作互不干扰。溜井的容量应不小于一列车的容量。电耙巷道也可直接布置在运输巷道的顶板上，耙运的矿石经装车平台直接装入矿车中。此时装矿与运输干扰较大，仅用于特殊情况。为了减少底柱矿量，也有将耙矿巷道与运输巷道布置在同一水平的，耙运的矿石经溜井放至下一阶段运输巷道集中出矿。,2020/6/14,52,1.漏斗式受矿巷道的底部结构,2020/6/14,53,2.堑沟式受矿巷道的底部结构在该底部结构中，各漏斗沿纵向连通，形成一个V形槽，从而把拉底和扩漏两项作业结合起来，可用上向中深孔同时开凿，故能提高切割工作效率。但堑沟对底柱切割较多，降低了底柱的稳固性。因此，它适用于中等稳固以上的矿石。,2020/6/14,54,3.平底式受矿巷道的底部结构该底部结构适用于矿体稳固的条件，其特点是拉底水平与电把巷道在同一高度上，采下的矿石在拉底水平形成三角矿堆，上面的矿石借自重经放矿口流入和道中。,2020/6/14,55,三、自行设备出矿的底部结构自行设备出矿的底部结构含有装矿巷道与运矿巷道。矿石经堑沟或平底的放矿口溜到装矿巷道的端部，由自行设备装车(或铲装)后，经运矿巷道运走。,2020/6/14,56,四、振动放矿机出矿的底部结构,2020/6/14,57,振动放矿机的主体是一个沉重的振动平台，用电动机驱动振动器使之振动，振幅为24mm，矿石在振动作用下，经平台溜入矿车。振动平台可以安装在缓冲装置上，也可以安置在碎矿石上。这种底部结构的优点是：1)生产能力大；2)结构简单，不需专用的二次破碎巷道，采切工作量小，底柱高度小；3)设备费用低。其缺点是二次破碎污染运输水平风流；装矿时间长。,2020/6/14,58,五、掩护支架、振动放矿机、运输机出矿底部结构这是一种用于分段采矿巷道中的振动式底部结构。当矿岩很不稳固、底部结构地压很大、支护非常困难且费用很高时，国外有的矿山试用了移动式掩护支架放矿。,2020/6/14,59,掩护支架是一个拱形的装配式结构，每侧各有一个3mx1m的放矿口，掩护支架长4.7m，高3m，宽2.7m，在它的下面装有振动放矿机。分段巷道上部矿石回采前用掩护支架取代一般支架，通过放矿口和预留的专用孔打上向炮孔，每次爆破范围3m。爆下的矿石直接