1 留矿法在国外使用情况及现状

留矿法在国外钨矿山坑内开采曾占有较大的比重,据统计,60年代以前占73%,以后逐步被高效率采矿方法所取代,现一半被空场类其他采矿方法取代。分析其原因:一是无轨设备特别是铲运机的使用,带来了采矿技术的重大变革;二是高效液压设备的发展,要求采矿方法和工艺结构与之相适应;三是随采深增加,矿石贫化率和损失率增大,应用留矿法的综合经济效益较差.目前,美国、加拿大、日本、瑞典、法国等国家,坑内开采留矿法的比重仅占2%.如前苏联索尔徨奇公司瓦别瓦尔矿,改普通留矿法为快速崩落的留矿法,工效由6m³/工班提高至17.9m³/工班,采矿强度提高2倍;美国伊迈逊钨矿70年代起用Ingevson Rand轻型凿岩机凿岩,反向装载机配蓄电池机车出矿的机械化作业线,运输平巷靠上盘布置,从装矿横巷直接装车,长工作面胶质炸药微差起爆,简化了底部结构,提高了出矿和采矿效率;天井提升机组空场采矿法发展很快,效率成倍提高,成本有所降低,已在收稿日期:1997-08-18瑞典、加拿大、独联体等国家的一些矿山推广应用^[1]。由此可见,以提高强度和劳动生产率、降低损失率和贫化率为主要目标,在改革现有留矿法的同时,依靠技术进步,大力发展以机械化空场法为基础的采矿方法,是国外脉状矿床开采技术总的发展趋向。

2 留矿法在江西钨矿使用情况及现状

江西从1946~1948年自办工程钨矿开始试用垫脚上采法(即浅孔留矿法)以来, 至今已使用几十年.留矿法是江西钨矿使用最早, 应用范围最广泛的采矿方法之一通过长期的生产实践证明, 开采上部中段和矿化不深或虽矿岩坚硬致密, 但无构造破坏以及彼此相距较远的急倾斜极薄单脉, 该法是适用的, 也是成功的。江西钨矿使用留矿法采出的矿量占钨矿采矿总量85%左右。各钨矿根据具体情况, 不断改进采场结构、技术参数, 完善回采工艺, 提高机械化水平, 扩大其使用范围, 取得了较好的效果。

留底柱、不留间柱(或一侧留不规则矿柱)的浅孔留矿法,是江西钨矿常用的定型采矿方法.该法有两个明显特点:一是降低了底柱高度(保留底柱高度2.5~3m),缩短漏斗距离至4.5~5.0m;二是不留间柱,随采场一起回采。

为改善留矿法主要技术经济指标和解决较复杂地质条件下的开采技术问题, 江西钨业科技人员对留矿法工艺结构和采准布置进行了一系列改革, 使用过各种浅孔留矿法变型方案。

(1) 不留底柱、间柱的人工假顶方法。其特点是用顺路天井代替先进天井, 减少了天井和天井联络道的掘进工作量。

(2) 分采、合采法。当矿块内矿脉向上分支或原合采的两脉由于倾角不一, 向上夹层逐渐增大超过3m时, 由合采改为分采。

(3) 多出口方法.对于矿脉成水平分枝或两矿脉交叉的矿段, 回采采用两种基本形式:一是采场一端分采, 另一端是合采, 设3个出口; 二是采场中部合采, 两端分采, 设4个出口, 在合采转入分采处, 为保持夹层稳定, 常留下永久性小矿柱支撑, 有时还会留下永久性小矿柱群。

(4) 横撑支柱留矿法.是留矿法和横撑支柱法的组合方法。

(5) 架设一端顺路天井方法.回采时只架设一个顺路天井, 另一端采准天井下装漏斗, 随采场上采逐步废除, 减少采场支柱工作量, 节省了木材。

(6) 高漏斗留矿法。在采准平巷内, 每隔6~8m向上开凿断面2.0m × 1.5m漏斗颈, 穿过无矿带, 见矿后再刹穿斗颈上部, 形成高漏斗(高5~8m)底部结构.

(7) 斜电耙道留矿法。对矿脉端部成三角形的矿体, 采用斜电耙道留矿法开采, 比高漏斗留矿法优越。

(8) 吊罐法。其特点是采场两端均有吊罐天井贯穿上部中段, 不需架设顺路天井, 采矿过程中支柱工作量小, 坑木消耗低, 通风时间短, 人员、材料、设备均用罐笼上下运送, 减轻劳动强度, 提高采矿强度。

(9) 通风格留矿法.其特点是中央先进天井, 不仅作通风用, 而且作为人员、设备、材料、风水管等进入采场的通道。

(10)低中段留矿法.对于倾角60~65º的较缓矿体, 在中段高度为50m的中部开掘付中段, 将一个采场分成上下两个采场, 以减少采场周边应力。

(11)分段留矿水力冲运采矿方法.对用留矿法开采出现放矿困难, 高品位粉矿滞留在底板上的矿块, 为减少金属量的损失, 可采用分段留矿水力冲运采矿法。

(12)爬罐留矿法.以中央爬罐天井作为采场的通风井和提升井, 工作面为水平无梯段回采, 两端架设金属顺路小井, 底部采用振动放矿。

(13)预注浆长锚索加固围岩留矿法。对松软矿块, 可采用预注浆长锚索加固围岩留矿法开采, 回采率高, 能安全回采, 但回采费用高。

3 江西钨矿现行留矿法存在主要问题

根据江西钨矿矿体赋存特点及其开采技术经济条件, 留矿法仍是急倾斜薄矿脉的主要采矿方法, 目前其存在的主要问题有:

(1) 矿石损失大.矿柱矿量占10%以上难以回收.随采深增加地应力增大, 矿房不稳定, 采不到设计高度便中途停采, 有的采场只回采到一半高度, 造成资源损失。

(2) 贫化率尤其是二次贫化率大。留矿法采场, 由于采矿强度低, 回采周期长, 围岩局部破坏的机会多, 从采场应力分布看, 在一定采深条件下, 随矿房跨度增大, 矿房周边出现拉伸应力, 随上采高度增加其值逐渐增大, 造成片帮冒顶, 引起二次贫化。

(3) 采空区未及时处理, 地压威胁较大.江西钨矿的开采历史一般有50~60年在7年代以前, 各个矿山都遗留了大量的采空区(10万m³以上)未进行处理。当采深达到150~300 m时, 加上采掘顺序问题和矿山地质构造影响, 致使大部分矿山产生了较严重地压活动.随着采深进一步增大, 面临的深部地压问题需进一步研究解决.

(4) 采场留矿堆内产生空洞。采幅在2m以下的采场, 局部放矿时较易出现空洞, 危及采场施工人员安全.采幅越小, 空洞出现的可能性越多。

(5) 采场机械化程度低。如设备、材料运搬, 撬松石, 平场等大多属手工作业, 劳动强度大, 效率低。

(6) 大量矿石积压于采场中不能及时放出, 不但影响资金周转, 有时还会加大矿石的损失和贫化。

4 江西钨矿留矿法发展前景

可以预测, 留矿法仍然是江西钨矿主要的采矿方法之一, 今后的重点是对其工艺及设备进行改进和完善:采矿工艺应结合深部开采要求, 围绕降低二次贫化损失, 提高采矿强度和综合经济效益, 实行方法、工艺、设备、管理的最优匹配, 以实现集中强化开采, 提高采场生产能力; 针对急倾斜薄矿脉工作面狭小的特点, 应发展外型尺寸矮小、机动灵活、能力大和配套简单的电动铲运机或振动放矿机、液压凿岩机、辅助提升机组以及一些多用的联合机械, 从根本上取消一些手工作业劳动强度大的回采工艺。现提出今后发展方向的几种采矿法。

4.1 爬罐留矿法

爬罐留矿法于1984年在大吉山钨矿试验成功。该法切实可行, 已取得较为满意的效果.在矿岩稳固、矿脉稳定, 采幅1.0~3m可广泛应用.为使爬罐法回采工艺进一步完善, 现提出以下改进方案:

(1) 采场长度可适当增加, 在采场两端各掘一个爬罐天井:一个作爬罐运行井, 用以提升人员、材料、设备; 另一个天井安装可拆装的活动金属平台与梯子, 并随着采场上升而回收, 作备用安全出口与通风。两端不设金属顺路小井, 人员从上部中段进入采场^[2]。见图 1(a)。

(2) 对矿脉规则、采幅较宽的采场, 从采场中部用爬罐法掘2个天井, 在爬罐内用高效率的中深孔凿岩机(必须研制配套的新型支架)向矿房打水平中深孔分层落矿, 亦即爬罐水平中深孔留矿法, 如条件允许矿石可不暂存采场, 则变为阶段矿房法.见图 1(b) 。

4.2 分段空场法

分段高度依据矿脉稳定性和凿岩设备能力而定。在脉幅较宽或多脉合采, 矿脉规则, 变化不大的条件下, 一般50m高的中段, 只需沿脉布置3条分段巷道.在分段巷道中, 依次向上和向下打单排平行中深孔, 炮孔布置在矿脉中间, 采用控制爆破技术, 成倒向阶梯或垂直分条崩矿, 控制采幅在2~5m左右^[3]。

该法适用条件较严格, 使用范围受到一定限制, 一般仅适用于矿脉稳定、围岩稳固、脉幅较大(0.8m以上)、矿岩接触面较明显的急倾斜单脉, 也可适用于矿脉稳定、变化不大的复脉, 其间所夹围岩不厚, 圈定为合采、采幅较宽的采场。

4.3 加固围岩留矿法

不少采场常受到地质构造影响造成采矿困难, 即使采了, 也无法放矿.如欲改用其他方法, 又受客观条件限制.为扩大留矿法的应用范围, 可在采场上盘或上下盘的围岩内打钻孔, 插入长锚索预注浆加固围岩, 然后采用浅孔留矿法快采快放.该法可在脉幅较宽、品位较高的松软矿块应用, 虽然成本较高, 但全面衡量还是合算的^[4]。

4.4 组合式采矿法

当矿岩欠稳时, 如何有效地控制地压及二次贫化, 确是一个难题。如果用留矿法回采、空场法充填, 其有效的结合将会获得较理想的效果.具体方案为, 视矿岩的稳固情况, 沿走向将矿块分成15~25m长的倾斜矿条, 矿条间留2~3m宽的永久间柱, 矿条内布置先行天井, 两端各布置一个顺路天井, 采取留矿法工艺进行强采、强放, 矿条内放矿结束后, 即对空场进行充填, 减轻地压对相邻矿条回采的影响, 以确保相邻矿条的正常回采。见图 2。

5 结语

根据江西钨矿的矿床地质条件与采矿技术水平, 留矿采矿法在相当长的时期内将占有重要地位。因此应用现代的采矿科学技术, 改善留矿法的回采工艺与设备, 促进留矿法向高效低耗方向发展。实现上述原则, 急倾斜钨矿开采的坑内采矿法, 将会出现新的变化, 开采技术经济指标和综合经济效果将会得到明显的改善。