專利名稱：利用液壓支柱提高鋁土礦回采率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有色金屬開采技術(shù)，特別涉及一種利用液壓支柱提高鋁土礦回采率的方法。
背景技術(shù)：
目前，國外鋁土礦山主要采用露天開采，在鋁土礦山地下開采方面沒有太多的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。而國內(nèi)鋁土礦山井下采用的是留礦柱的全面采礦法，該方法是回采緩傾斜薄礦體的一種傳統(tǒng)采礦方法，具有回采工藝簡單、生產(chǎn)成本較低等優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)在于一、礦石損失率高，達(dá)到30%左右，不利于資源的合理利用和礦山的可持續(xù)發(fā)展；二、全面采礦法隨著工作面的推進(jìn)，頂板暴露面積越來越大，地壓逐漸增大，局部空區(qū)頂板會(huì)出現(xiàn)崩塌垮落現(xiàn)象，采場頂板管理困難，礦床開采的安全隱患也較大。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種利用液壓支柱提高鋁土礦回采率的方法，用于降低礦石損失率提高開采安全性。本發(fā)明提供了一種利用液壓支柱提高鋁土礦回采率的方法，包括進(jìn)行礦體的地質(zhì)、水巖環(huán)境和巖層的構(gòu)造監(jiān)測，對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)做分析處理并進(jìn)行巖石力學(xué)測試；確定試驗(yàn)采場的礦壓監(jiān)控量測點(diǎn)網(wǎng)及采礦方案的參數(shù)，完成試驗(yàn)采場的回采與礦壓觀測試驗(yàn)，進(jìn)行數(shù)值模擬分析與計(jì)算；根據(jù)所述數(shù)值模擬分析結(jié)果，確定液壓支柱的布置參數(shù)及支護(hù)方式；分析試驗(yàn)采場的穩(wěn)定性，進(jìn)行工作面的礦壓觀測和數(shù)據(jù)處理；進(jìn)行試驗(yàn)采場液壓單體支護(hù)網(wǎng)格允許最大礦巖暴露空間數(shù)值分析；進(jìn)行試驗(yàn)采場的礦壓與開采優(yōu)化的數(shù)值分析。本發(fā)明將單體液壓支柱和全面采礦法開采技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)造出一種新型的緩傾斜薄礦體回采新工藝，利用液壓支柱代替自然礦柱，最大限度地回采礦石，可提高鋁土礦礦石的回采率，減少坑木的消耗量和提高生產(chǎn)效率。實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，節(jié)約成本，增加效益，延長礦山的服務(wù)年限。在提高安全系數(shù)的前提下，實(shí)現(xiàn)作業(yè)面的完全采礦，這種高回收率的采礦工藝填補(bǔ)了我國緩傾斜鋁土礦地下開采的空白，在地壓管理、采礦工藝、支護(hù)技術(shù)和監(jiān)控量測等方面具有技術(shù)先進(jìn)、工藝成熟、安全可靠的特點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例提供的利用液壓支柱提高鋁土礦回采率的方法流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中采場布置及回采方案的示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中Mathews穩(wěn)定性指數(shù)與水力半徑的相關(guān)關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本發(fā)明實(shí)施例將單體液壓支柱和全面采礦法開采技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)造出一種新型的緩傾斜薄礦體回采新工藝，利用液壓支柱代替自然礦柱，最大限度地回采礦石，是鋁土礦地下開采的一項(xiàng)新技術(shù)，具有很強(qiáng)的實(shí)踐意義。如圖I所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的利用液壓支柱提高鋁土礦回采率的方法流程圖，包括
步驟101、進(jìn)行礦體的地質(zhì)、水巖環(huán)境和巖層的構(gòu)造調(diào)查和監(jiān)測，對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)做分析處理并進(jìn)行巖石力學(xué)試驗(yàn)。此步驟是了解礦層結(jié)構(gòu)和賦存地質(zhì)條件，對(duì)各巖層進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)，了解巖層的穩(wěn)固性系數(shù)。對(duì)下一步頂板支護(hù)方式和參數(shù)起指導(dǎo)作用。由于礦體直接頂板為易風(fēng)化的鋁土巖和炭質(zhì)頁巖，而鋁土巖和炭質(zhì)頁巖上部為富水層，冒頂?shù)目赡苄院艽?。隨著開采深度和采空區(qū)面積的增加，地壓增大，礦床開采的安全隱患也將隨之加大，所以在回采礦石過程中控制頂板需要先進(jìn)行地質(zhì)、水巖環(huán)境和巖層的構(gòu)造調(diào)查和監(jiān)測。巖體構(gòu)造調(diào)查根據(jù)觀測手段的不同主要有三種調(diào)查方法，一是出露面調(diào)查方法，二是鉆孔巖芯和鉆孔孔壁調(diào)查方法，三是攝影測量方法。巖石力學(xué)試驗(yàn)主要是在采區(qū)工程地質(zhì)勘察鉆孔中取巖樣做物理性質(zhì)、天然抗壓、飽和抗壓、直剪、變形及巖塊波速測試等室內(nèi)試驗(yàn)。步驟102、確定試驗(yàn)采場的礦壓監(jiān)控量測點(diǎn)網(wǎng)。為了有效控制采區(qū)試驗(yàn)采場頂板地壓活動(dòng)所引起的崩塌冒落現(xiàn)象，消除地壓隱患，保證回采作業(yè)的正常進(jìn)行，需要對(duì)開采過程中的圍巖應(yīng)力和變形進(jìn)行綜合監(jiān)測，建立一套完整的應(yīng)力和變形地壓監(jiān)測系統(tǒng)。該監(jiān)測系統(tǒng)共布置了 16個(gè)多點(diǎn)位移計(jì)，監(jiān)測切割平巷和采場的頂板巖體內(nèi)部位移變化；在空區(qū)頂板布設(shè)6個(gè)頂板動(dòng)態(tài)報(bào)警儀，監(jiān)測地壓活動(dòng)所引起的頂板崩塌垮落，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警功能；在礦柱和下盤運(yùn)輸巷道、切割平巷幫壁上布置18個(gè)鉆孔應(yīng)力計(jì)，監(jiān)測回采過程中礦柱和巷道的垂直應(yīng)力變化情況；4個(gè)巷道收斂觀測斷面，監(jiān)測巷道收斂變形情況。其中，多點(diǎn)位移計(jì)和鉆孔應(yīng)力計(jì)數(shù)據(jù)可以通過鋼弦記錄儀實(shí)時(shí)記錄，并將記錄儀數(shù)據(jù)經(jīng)通訊分站直接在線輸送至地表電腦，以便于及時(shí)分析地壓監(jiān)測數(shù)據(jù)，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的。頂板動(dòng)態(tài)報(bào)警儀由手持式數(shù)據(jù)采集儀遙感采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，對(duì)頂?shù)装逡平窟M(jìn)行檢測，并設(shè)定下沉量報(bào)警閥值，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)刻自動(dòng)報(bào)警處理。巷道斷面收斂監(jiān)測主要是人工手動(dòng)觀測。監(jiān)測工作中，要根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)變化的幅度，調(diào)整讀取監(jiān)測數(shù)據(jù)的周期。若觀測數(shù)據(jù)有較大的變化，要縮短讀取數(shù)據(jù)的周期，若變化不明顯，可適當(dāng)延長讀取數(shù)據(jù)的周期。步驟103、優(yōu)化和確定采礦方案的參數(shù)。本實(shí)施例主要開采厚度小于3m的緩傾斜礦層。根據(jù)礦體厚度及采礦方法礦塊的布置原則，將階段間礦層劃分成礦塊，礦塊回采工作按礦體全厚沿走向推進(jìn)。礦塊留有頂柱，不留底柱。當(dāng)回采工作面推進(jìn)一定距離后，除保留回采工作所需的空間外，有計(jì)劃地回收支柱。頂板巖石的穩(wěn)固程度不同，頂板允許的暴露面積也不一樣。礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)及回采工藝階段高度階段高度取決于允許的傾斜方向工作面長度，而傾斜方向工作面長度主要受頂板巖石穩(wěn)固性和電耙有效耙運(yùn)距離的限制。在巖石穩(wěn)定性好，且能保證礦石產(chǎn)量的情況下，希望加大工作面長度，這樣可以減少采準(zhǔn)工程量。本實(shí)施例所選階段高度為30m，試驗(yàn)采場礦體平均傾角29. 19°，傾斜工作面長度為55. 09m左右。礦塊長度礦塊長度一般根據(jù)采場出礦設(shè)備的有效運(yùn)距和通風(fēng)的需要選擇，并考慮為滿足產(chǎn)量要求在階段內(nèi)所需要的同時(shí)回采礦塊數(shù)目來確定。礦塊長度一般取50m 60m，本實(shí)施例為50m。試驗(yàn)采場礦塊留3m頂柱、不留底柱。階段沿脈運(yùn)輸巷道為便于采場礦石溜井、階段運(yùn)輸巷道的布置，減少礦柱損失等，一般將運(yùn)輸巷道布置在底板巖石中。本實(shí)施例采區(qū)的階段沿脈運(yùn)輸巷道布置在底板巖石中。礦石溜井沿裝車巷道每隔IOm左右，向上掘進(jìn)一條礦石溜井，并與采場下部切割巷道貫通，暫時(shí)不用的礦石溜井，可作臨時(shí)通風(fēng)道。溜井容 積應(yīng)大于一個(gè)列車的運(yùn)載量，試驗(yàn)采場共有四個(gè)礦石溜井。切割工作切割平巷切割平巷既作為崩礦自由面，同時(shí)也是安放電耙絞車和行人、通風(fēng)的通道。它位于采場下部邊界的礦體中沿走向掘進(jìn)，并與各個(gè)礦石溜井貫通，寬度為2m，高度為2. 5m左右。切割上山切割上山，位于礦塊的一側(cè)，聯(lián)通下部礦石溜井與上部運(yùn)輸?shù)?，寬度?yīng)保證開始回采所必需的工作空間，寬度為2m，高度為2. 5m左右。通過采準(zhǔn)切割工作從而形成完整的行人、設(shè)備、出礦、通風(fēng)通道。回采工作此采礦方案的回采工作包括落礦、運(yùn)礦、支護(hù)等項(xiàng)工作。落礦采用淺孔爆破，用7655型淺孔鑿巖機(jī)鑿孔，根據(jù)礦層厚度、礦石硬度以及工作循環(huán)的要求，選取鑿巖爆破參數(shù)。炮孔孔徑為42mm，孔深為2. 2m左右，排距O. 6m，孔距為
O.5m。推進(jìn)距離應(yīng)與支柱排距相適應(yīng)，以便在頂板壓力大時(shí)能按設(shè)計(jì)及時(shí)進(jìn)行支護(hù)。此外，孔深還應(yīng)考慮工作循環(huán)的要求。最小抵抗線為O. 6m I. Om,礦石堅(jiān)硬時(shí)取小值。在布置炮孔時(shí)盡可能避免破壞頂、底板和崩倒支柱，也不使爆堆過于分散以保證安全生產(chǎn)、減小損失貧化和有利于電耙出礦。運(yùn)礦緩傾斜薄礦體的回采工作面采用電耙出礦。采用14kW_30kW電耙絞車，容積為O. 2m3-0. 3m3的耙斗運(yùn)搬礦石。為減少貧化，電耙絞車安設(shè)在切割巷道或硐室中，隨回采工作面的推進(jìn)，逐漸移動(dòng)電耙絞車。當(dāng)電耙絞車的安裝位置使電耙司機(jī)無法觀察工作面的耙運(yùn)情況時(shí)，由專人用信號(hào)指揮電耙絞車司機(jī)操作，或者直接由電耙司機(jī)在工作面根據(jù)耙運(yùn)情況，遠(yuǎn)距離控制電耙絞車。工作面支護(hù)和頂板管理工作面支護(hù)和頂板管理是本實(shí)施例的核心內(nèi)容，它不僅關(guān)系安全生產(chǎn)，而且也在很大程度上影響勞動(dòng)生產(chǎn)率、支柱消耗和回采成本等。要及時(shí)總結(jié)與掌握采場地壓分布狀態(tài)和活動(dòng)規(guī)律，以便更好的確定頂板管理中的有關(guān)參數(shù)。工作面支護(hù)與頂板管理主要靠預(yù)留礦柱，礦柱之間行距、間距均為7m，礦柱尺寸為3*3m，但通過液壓支柱試驗(yàn)不斷摸索出的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律及數(shù)據(jù)可以不斷的優(yōu)化支護(hù)和頂板管理工作。步驟104、完成單體液壓支柱支護(hù)全面采礦法試驗(yàn)采場的回采與礦壓觀測試驗(yàn)。單體液壓支柱支護(hù)全面采礦法通過應(yīng)力計(jì)、位移計(jì)等設(shè)備讀取數(shù)據(jù)，尋求單體液壓支柱網(wǎng)格允許采空區(qū)頂板最大暴露空間，從而進(jìn)一步優(yōu)化預(yù)留支柱的網(wǎng)度及利用液壓支柱替代部分礦柱，盡可能提高回收率，另外，隨著工作面的前移，在保證安全的前提下，部分液壓支柱也相繼循環(huán)前移使用。通過應(yīng)力計(jì)、位移計(jì)等設(shè)備讀取數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)就是對(duì)礦壓觀測試驗(yàn)的結(jié)果。有了這些數(shù)據(jù)，才能更好的尋求單體液壓支柱網(wǎng)格允許采空區(qū)頂板最大暴露空間，從而進(jìn)一步優(yōu)化預(yù)留支柱的網(wǎng)度及利用液壓支柱替代部分礦柱，盡可能提高回收率。步驟105、數(shù)值模擬分析與計(jì)算。數(shù)值模擬計(jì)算中的14個(gè)采場尺寸均按實(shí)際采場大小進(jìn)行選取，14個(gè)采場共分7步采完，每次同時(shí)開采兩個(gè)采場，采場開采結(jié)束空區(qū)不做充填處理。據(jù)此確定的計(jì)算機(jī)模擬順序及迭代步數(shù)見表I :表I
權(quán)利要求
1.ー種利用液壓支柱提高鋁土礦回采率的方法，其特征在于，包括 進(jìn)行礦體的地質(zhì)、水巖環(huán)境和巖層的構(gòu)造監(jiān)測，對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)做分析處理并進(jìn)行巖石力學(xué)測試； 確定試驗(yàn)采場的礦壓監(jiān)控量測點(diǎn)網(wǎng)及采礦方案的參數(shù)，完成試驗(yàn)采場的回采與礦壓觀測試驗(yàn)，進(jìn)行數(shù)值模擬分析與計(jì)算； 根據(jù)所述數(shù)值模擬分析結(jié)果，確定液壓支柱的布置參數(shù)及支護(hù)方式； 分析試驗(yàn)采場的穩(wěn)定性，進(jìn)行工作面的礦壓觀測和數(shù)據(jù)處理； 進(jìn)行試驗(yàn)采場液壓單體支護(hù)網(wǎng)格允許最大礦巖暴露空間數(shù)值分析； 進(jìn)行試驗(yàn)采場的礦壓與開采優(yōu)化的數(shù)值分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用液壓支柱提高鋁土礦回采率的方法，其特征在于，所述確定試驗(yàn)采場的礦壓監(jiān)控量測點(diǎn)網(wǎng)的方法包括 布置16個(gè)多點(diǎn)位移計(jì)，監(jiān)測切割平巷和采場的頂板巖體內(nèi)部位移變化；在空區(qū)頂板布設(shè)6個(gè)頂板動(dòng)態(tài)報(bào)警儀，監(jiān)測地壓活動(dòng)所引起的頂板崩塌垮落，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警功能；在礦柱和下盤運(yùn)輸巷道、切割平巷幫壁上布置18個(gè)鉆孔應(yīng)カ計(jì)，監(jiān)測回采過程中礦柱和巷道的垂直應(yīng)カ變化情況；4個(gè)巷道收斂觀測斷面，監(jiān)測巷道收斂變形情況。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用液壓支柱提高鋁土礦回采率的方法，其特征在于，所述確定采礦方案的參數(shù)具體包括 階段高度設(shè)置為30m，試驗(yàn)采場礦體平均傾角29. 19°，傾斜工作面長度為55. 09m ； 礦塊長度取50m 60m,試驗(yàn)采場礦塊留3m頂柱,不留底柱； 階段沿脈運(yùn)輸巷道布置在底板巖石中； 沿裝車巷道每隔IOm向上掘進(jìn)一條礦石溜井，并與采場下部切割巷道貫通，試驗(yàn)采場共有四個(gè)礦石溜井； 切割平巷位于采場下部邊界的礦體中沿走向掘迸，與各個(gè)礦石溜井貫通，寬度為2m，高度為2. 5m ； 切割上山寬度為2m，高度為2. 5m ； 落礦采用淺孔爆破，根據(jù)礦層厚度、礦石硬度以及工作循環(huán)的要求，選取鑿巖爆破參數(shù)； 緩傾斜薄礦體的回米工作面米用電祀出礦； 預(yù)留礦柱，礦柱之間行距、間距均為7m，礦柱尺寸為3*3m。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用液壓支柱提高鋁土礦回采率的方法，其特征在于，所述確定液壓支柱的布置參數(shù)及支護(hù)方式具體包括 試驗(yàn)采場工作面支柱排距為2m，柱距為2m，根據(jù)頂板圍巖的穩(wěn)固情況調(diào)整支柱的間距。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用液壓支柱提高鋁土礦回采率的方法，其特征在干，所述分析試驗(yàn)采場的穩(wěn)定性具體包括 穩(wěn)定性指數(shù)的計(jì)算式為 N = Q' XAXBXC 式中Q'為修正的NGI巖體質(zhì)量指數(shù)，A為巖石應(yīng)カ系數(shù)，B為節(jié)理方位修正系數(shù)，C為重力調(diào)整系數(shù)；用巖體質(zhì)量指數(shù)Q作為巖體穩(wěn)定性分級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，Q值用下式計(jì)算
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用液壓支柱提高鋁土礦回采率的方法，其特征在于，所述試驗(yàn)采場液壓単體支護(hù)網(wǎng)格允許最大礦巖暴露空間數(shù)值分析的方法包括 水力半徑HR和米場暴露面的關(guān)系為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用液壓支柱提高鋁土礦回采率的方法，屬于有色金屬開采技術(shù)，包括對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)做分析處理并進(jìn)行巖石力學(xué)測試；確定試驗(yàn)采場的礦壓監(jiān)控量測點(diǎn)網(wǎng)及采礦方案的參數(shù)，完成試驗(yàn)采場的回采與礦壓觀測試驗(yàn)；確定液壓支柱的布置參數(shù)及支護(hù)方式；進(jìn)行工作面的礦壓觀測和數(shù)據(jù)處理；進(jìn)行試驗(yàn)采場液壓單體支護(hù)網(wǎng)格允許最大礦巖暴露空間數(shù)值分析；進(jìn)行試驗(yàn)采場的礦壓與開采優(yōu)化的數(shù)值分析。本發(fā)明將單體液壓支柱和全面采礦法開采技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)造出緩傾斜薄礦體回采新工藝，利用液壓支柱代替自然礦柱，最大限度地回采礦石，提高鋁土礦礦石的回采率，減少坑木的消耗量和提高生產(chǎn)效率。實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，節(jié)約成本，增加效益，延長礦山的服務(wù)年限。
文檔編號(hào)E21D15/46GK102852524SQ20121037967
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月9日
發(fā)明者薛文忠, 廖江南, 楊權(quán)平, 淡永富, 侯斌, 段進(jìn)超, 劉淑清, 劉福春, 崔建林, 陳建雙, 肖尤彬, 楊光毅 申請(qǐng)人:中國鋁業(yè)股份有限公司