智能采掘装备在阶段空场嗣后充填法中的应用

随着国民经济建设的快速发展,地下矿产资源需求量不断增大,金、银、铜、铁等战略性矿产资源是国民经济的基础。为满足国家工业生产需求,需要提升地下矿山的开采效率,由于阶段空场嗣后充填采矿法便于实现机械化开采,在我国地下矿山得到了日益广泛的应用,但目前阶段其仍然存在关键环节和重点部位用人多、智能化程度较低、安全风险高等问题,如何实现安全、智能、绿色、高效开采是亟需解决的问题。本文详细介绍了采准、切割、回采三个环节智能采掘装备的特点及应用,提出了阶段空场嗣后充填采矿法的智能采掘方案,并已将该技术成功应用于矿山实际生产,实现了凿岩穿孔智能化、天井掘进无人化,对推动我国智能矿山建设提供了重要的技术装备支撑。

基于正交设计试验方案的云南某铜矿采场结构参数优化研究

采场结构参数的优化选择对采矿的安全生产和经济效益有着重要意义。以云南香格里拉某铜矿为背景,结合矿山采用的分段空场嗣后充填采矿法,根据矿山岩体力学参数、充填体力学参数以及采场的布置特征,运用FLAC3D软件建立采场模型,通过正交设计试验设计了16种不同的采场结构参数方案,对所有采场方案进行稳定性分析,并用建立FAHP-CRITIC法组合赋权的综合评价模型进行优选,得到最优采场结构参数尺寸及最佳充填配比。方案在矿山各中段推广使用,为类似矿山的采场试验提供了良好的示范。

基于启发式遗传算法的地下采场作业计划优化模型

针对地下矿山空间受限、设备资源有限以及生产任务重的特点,从相邻工序时间间隔最短及生产总时间最短的角度,构建了预控顶中深孔分段空场嗣后充填采矿法的生产计划优化模型,并采用启发式算法加速的遗传算法求解该模型。以赞比亚某铜矿的实际数据为例,对启发式遗传算法和普通遗传算法求出的染色体适应度进行比较分析。结果表明:相比普通遗传算法启发式遗传算法的求解收敛速度更快,经优化后矿山设备平均利用率为64.8%,平均出矿量为3631.19 t/d,既能满足开采需求,又能有效缩短作业时间间隔,保证作业安全要求。该算法能够快速有效地解决井下多设备协调问题。

两步骤分段空场嗣后充填法在落凼矿应用研究

落凼矿原使用的留设矿柱的分段空场嗣后充填采矿法存在损失率偏大的问题。针对该问题,提出采用两步骤分段空场嗣后充填连续采矿法,以降低落凼矿的采矿损失率,并根据矿体的倾角不同提出两种不同的底部结构布置方式,以降低采场的贫损指标和采切工程量。结果表明:与原有采矿方法相比,该采矿方法经济技术指标占优,安全可靠,大大降低了采矿损失率,提高了回采率,大大提高了落凼矿的经济效益,可在落凼矿推广使用。

深部低品位资源阶段空场嗣后充填采矿法采场结构优化与稳定性控制

基于阶段空场嗣后充填采矿法采场围岩稳定性控制难题,以某矿山深部急倾斜厚大矿体的赋存条件为背景,从改变采场几何形态和结构参数角度出发,提出将阶段采场顶部改变为拱形结构,开展拱形结构阶段空场嗣后充填采矿法围岩稳定性研究。从采场拱形形态及阶段采场跨高比入手,分析2个因素对采场稳定性影响。研究结果表明:采场拱形形态的设置和跨高比的优化可以提升采场整体稳定性。通过建立阶段采场拱形结构力学承载模型,进行采场拱形形态及跨高比因素的影响权重分析。跨高比对采场综合稳定性的影响最大,影响权重为66.41%,采场拱形形态对采场的边墙稳定性影响显著,影响权重为94.83%。综合围岩位移、裂纹演化规律及围岩开裂区等效深度等指标计算结果,确定最优采场结构参数为:采场高50 m、跨度20 m、采场形态特征角55°。

某铅锌矿采矿方法优化研究与应用

某铅锌矿采用平硐+竖井+斜坡道开拓,采用分段空场法和浅孔留矿法回采。该方法采场空区暴露面积大、安全性差,回采形成的空区为矿山生产埋下了安全隐患;且随着深度的增加,围岩稳固性变差,矿体变薄、变分散,造成回采贫化率增大,采选矿成本大幅提高,原有采矿方法已不适用。根据矿体特征和矿山生产现状,对矿山2 522 m中段以下的矿体采用机械化盘区上向水平分层充填法开采,并使用大型无轨设备进行采掘作业,减少了采场暴露面积,提高了井下作业安全性,避免了产生大量采空区,解决了生产安全隐患,提高了资源回收率,盘区生产能力、综合回采率、综合贫化率等指标均得到优化。研究结果对该区其他矿山的开采具有示范作用。

银山矿井下开采危险区域出矿铲运机远程监控系统研究

银山矿业地质资源丰富,成矿地质条件复杂,矿体埋藏深度大,是国内标准的第二勘探类型矿床。银山矿九区铜硫金区段为地下开采,采矿方法为分段空场嗣后充填法,两步骤回采。由于矿岩不稳固,一步骤回采时出矿巷道眉线外矿房内经常发生冒顶、垮塌,出于安全考虑,铲运机的驾驶室不能越过眉线进入空区进行作业,因此铲运机只能铲出铲臂能铲到范围的矿石,更远处的矿石只能靠自重溜到能铲出的区域。由于矿石自然安息角的因素,仍然有一部分矿石留在空区里不能铲出,从而在采场底部形成矿石残留损失;同时,残留的矿石直接影响充填质量进而影响二步骤回采。为解决采场危险区域安全出矿问题,成功开发出铲运机远程监视遥控系统。该系统可以在井下无照明等复杂环境下对铲运机进行远程监视遥控操作,实现井下采场危险区域无人驾驶安全出矿。实践表明,银山矿采场残矿回收技术装备安全可靠,可以提高资源回收率,为企业带来可观的经济效益,并延长矿山服务年限。

下向深孔阶段空场嗣后充填采矿法的优化研究

针对下向深孔阶段空场嗣后充填采矿法凿岩硐室工程量大、采准工程施工困难、空区顶板不规则、出矿不安全、充填接顶率低等问题进行优化研究。通过优化上部凿岩巷道的布置形式,克服了上部凿岩硐室工程量大,施工困难以及顶板不规则的问题;改进了下向深孔的布置形式,由下向平行孔改成下向扇形孔,提高了深孔凿岩效率,改善了空区顶板轮廓,提高了空区顶板的稳定性;通过采用遥控设备回收空区内的残矿,解决了出矿过程中的安全问题。优化后的采矿工艺顶板稳定性提高,回采作业安全,充填接顶率显著提高;采切比降低了8.09 m^(3)/kt,贫化率降低了7%,单个采场生产效率提高了200 t/d,可供类似矿山借鉴。

铜绿山矿分段空场嗣后充填采矿法工业试验研究

铜绿山矿深部矿体厚度缩小,倾角变化大,矿岩稳固性变差,分段凿岩阶段空场嗣后充填法和上向分层充填法安全风险大,为此设计了分段空场嗣后充填采矿方案。分段空场嗣后充填采矿法中分段是指独立的回采单元,分段回采结束后,及时充填采空区。经工业试验,该方法矿石贫化率和损失率控制在8%以内,单采场生产能力达到223t/d,采矿直接成本57.80元/t,相比上向水平分层充填法产能实现翻番,成本降低8.6%。

阶段空场嗣后充填胶结体强度模型及应用

以两步骤阶段空场嗣后充填胶结体所需强度为研究对象,通过分析胶结充填体在空区所起的力学作用,认为胶结充填体的力学作用主要表现为改善顶板岩体受力状态支撑顶板破碎岩体、为采场围岩提供侧限压力、抵抗采场闭合和限制尾砂流动。基于胶结充填体剪切破坏机制引起的垮塌,充分考虑影响充填体稳定因素,借助楔体滑动理论分析充填体滑移面上具有滑移趋势三维楔体的极限平衡状态,推导出胶结充填体危险力学环境(一侧临空、一侧受尾砂侧压力)下的抗压强度模型。大红山铜矿48-54线盘区51线胶结矿柱垂直应力实测结果以及稳定性结果验证了模型的合理性。研究成果对深化充填采矿理论研究具有重要意义,对相似矿山具有较高的应用和推广价值。

充填体与岩体强度合理匹配下的采场结构参数优化

选取合理的充填配比和采场结构参数是采用阶段空场嗣后充填采矿法矿山实现安全回采和提高生产效率的有效措施。根据岩体开挖释放能量与充填体峰值变形能相近的原则,确定了符合中关铁矿的最佳充填配比为1∶6。在此充填配比下,针对中关铁矿的开采技术条件,对影响采场稳定性的矿房长度、矿房跨度和顶板厚度这3个因素进行了3因素3水平的正交试验设计,得到9种试验方案。运用FLAC3D对9种不同方案的采场结构参数进行模拟计算,分析对比了各方案矿房回采充填后采场顶板和充填体矿柱的应力及位移分布情况,研究了各因素对采场稳定性的影响顺序,进而对采场结构参数进行了优选。计算结果表明:矿房长度和矿房跨度是影响采场稳定性的重要因素,最优的结构参数为矿房长度50 m、矿房跨度18 m、顶板厚度8 m,该结构参数下能够保证采场的稳定性且能有效提高矿山生产能力。

BOTDR分布式光纤传感技术在充填法采矿模型试验中的应用

为研究司家营铁矿南区开采过程中采场稳定性以及地表沉降情况,选取一个盘区所在的剖面进行物理力学模型试验,并引入布里渊散射光时域反射技术(BOTDR)对开采过程中模型内部的应变进行监测。试验结果表明模型总体呈稳定状态,采场顶板和地表沉降量较小,矿柱应变变化平稳,阶段空场嗣后充填法开采是可行的。BOTDR传感技术对模型变形监测十分有效,其分布式、精度高、易布置、不易受开采扰动等优点,可以作为模型试验监测技术加以推广。

大直径深孔阶段空场嗣后充填法隔离矿柱合理间距研究

基于安徽某铜矿大直径深孔阶段空场嗣后充填法开采技术条件,根据矿柱安全系数公式计算出隔离矿柱合理宽度为20 m左右,运用材料力学简支梁平衡理论分析计算了隔离矿柱合理间距为60-65 m。以理论计算值为依据,数值模拟中采用3种方案分析不同隔离矿柱间距参数下矿岩的应力和位移变化规律。研究结果表明：当隔离矿柱宽度为20 m时,矿体开挖后在采场顶底板表现为拉应力状态,在隔离矿柱处表现为压应力状态,且应力和位移随着隔离矿柱间距的增大而增大,尤其是当隔离矿柱间距为70 m时,采场应力和位移明显增大,矿柱剪切破坏的程度加大,且顶板安全率小于1,因此间距为65 m时是较为合理的,计算结果符合矿山实际。

阶段嗣后充填开采采场稳定性相似材料模型试验

根据司家营铁矿南区充填法开采设计,选取南区S16勘探线附近的采场,采用相似材料模型试验的研究方法,模拟了首采-450 m中段单盘的两步开采和充填过程,借助位移计、光纤传感器和压力盒等仪器监测了试验模型的地表沉降和围岩的变形及应力分布,分析了采场变形和应力变化规律及充填体的稳定性。试验结果表明,阶段嗣后充填法开采对地表影响不大,充填可以有效控制地表岩移;开采过程中采场整体稳定性较好,但二步回采后采场顶板和间柱变形均发生较大变化,回采后应及时对阶段空场进行充填,并适当提高充填体的强度。最终成果为开展多中段多盘区的矿体开采的进一步研究提供了基础依据。

阶段嗣后充填采充过程稳定性分析与充填体强度匹配研究

以阶段嗣后充填采矿法的司家营铁矿南区为研究背景,在现有的工程地质资料的基础上,运用经典理论模型法和工程类比计算法,通过对矿房、胶结充填体、围岩作用下充填体和采场承载结构矿柱等四个方面进行稳定性分析,以及对充填体强度与采场围岩进行匹配研究,进而验证充填体强度在回采和充填过程中能否满足稳定性的要求。

基于3DEC的两步骤空场嗣后充填采场结构参数优化

合理的采场结构参数对于地下矿山安全经济回采具有重要的意义,针对永平铜矿两步骤空场嗣后充填回采时一、二步骤采场结构参数不明确、依据不足和匹配度不够等问题,基于三维离散元程序3 DEC分别对不同的一、二步骤采场宽度组合方案进行了模拟,并对各方案的应力、位移分布情况进行了对比分析。模拟结果表明,在目前矿岩条件下,同时考虑采矿成本因素,一步骤宽度在12~14 m、二步骤宽度在16~18 m之间是合理的,嗣后充填能够有效的控制采场周边区域围岩位移变形、处理空区和管理地压;另外,位于采场上方的区域构造对于采动影响范围内的位移、应力分布有所影响,但影响程度和范围有限,总体上对采场的安全回采不构成威胁。模拟优化结果对于矿山安全经济回采具有指导意义。

分段空场嗣后充填采矿法集约化开采顺序优化研究

某矿山是一个水文地质条件复杂,生产多年的老矿山,矿山采用空场法开采,多中段同时生产,采场多,生产效率低,时有采场顶板冒落等问题发生,严重影响企业的安全生产。为了解决这些问题,企业采用了分段空场嗣后充填采矿法,虽然大大改善了采场回采的安全,但矿山采用多中段生产,造成中段间相互影响,生产效率低,且存在潜在安全隐患,本研究在分段空场嗣后充填采矿法的前提下,采用数值模拟软件,依据摩尔-库伦破坏准则,通过对拟定的不同开采顺序采场回采进行数值模拟,分析不同开采顺序采场的应力及位移的变化情况,从而能选择适合矿山的开采顺序,为矿山实现集约化、规模化开采提供了依据,对矿山的安全、高效、经济的回采有至关重要的意义,也为类似矿山的开采提供了借鉴依据。

改进传统采矿工艺实现资源综合利用

大红山矿床铜铁资源丰富,但是长期以来受投资、设备、技术,特别是铜金属市场价格低迷的限制,铜铁资源未得到有效利用,早期铜资源利用率不足50%,铁资源仅利用了伴生在铜矿体中的部分。结合大红山铜矿的生产实际、工艺特点、矿体赋存条件,提出了先采矿柱,胶结充填后再采用空场开采嗣后充填方案,采用下向深孔侧向落矿空场法,将铜资源综合利用率提高到70%以上,铁资源综合回收率提高到50%以上,促进大红山铜矿资源综合利用水平。

深部铜矿东部特厚富矿体分段空场嗣后充填法的实践

在白银公司深部铜矿东部特厚富矿体成功地应用了分段空场嗣后充填法,实施多种地压控制措施,保证了中稳凝灰岩条件下20m大跨度空场稳定,达到了强采强出的目的.

倾斜极厚矿体回采方案设计研究

从安全高效开采角度出发,结合大型低品位厚大矿体开采技术条件、嗣后充填采矿法生产工艺、生产能力及采准工程布置情况等因素,提出2种可行回采方案。利用有限元分析软件Midas/GTS进行采场稳定性数值分析,计算结果表明:采用方案一时,回采后期盘区内二步非胶结充填采场顶板中央处将产生较为明显的塑性应变,采场整体稳定性低于方案二。基于典型盘区内各矿块生产能力及出矿量,并综合考虑各方案的安全性、产能及各方案不同特点后,确定回采方案一适合达产期间应用,回采方案二适合达产后应用。