缓倾斜中厚矿体机械化上向水平分层充填采矿法关键技术研究
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摘要
缓倾斜中厚难采矿体是公认的难采矿体之一。本文以铜陵化工集团新桥矿业有限公司(简称“新桥矿”)缓倾斜中厚难采矿体为研究对象,综合运用现场测试、理论分析、数值模拟、方案设计、现场试验等手段,对机械化上向水平分层充填采矿法关键技术问题进行了系统、深入的研究,取得了如下主要成果：
第一,利用大型有限元软件ANSYS对采场结构参数和回采顺序进行数值模拟优化选择,确定了兼顾经济效益和采场安全管理的最优矿房、矿柱结构参数,即矿房、矿柱交替不住，跨度分别为14m和10m。提出了中间采场超前1个分层的相邻采场小“品”字型回采顺序；
第二,完成了机械化上向水平分层充填采矿法采准、切割和回采工艺设计；
第三,通过爆破漏斗试验和现场爆破参数试验,确定了适合新桥矿矿岩特性的最佳爆破参数范围,并利用BP神经网络对试验结果进行优选,推荐了新桥矿最终爆破参数,即排距1.1m、孔距1.3m；
第四,现场测试了铲运机、凿岩台车的工作参数,分析了制约其效率的因素,提出了改进措施。并根据测定的无轨设备生产能力,对凿岩台车和铲运机进行了最佳匹配研究,力求使采装工作高效有序；
第五,现场工业试验结果表明,本研究成果先进,可靠,每年可创造直接经济效益1709.6万元,不仅解决了新桥矿当前技术难题，而且可以推动我国大型机械化充填采矿技术的进步。
It is well-known that slightly inclined deposit with medium thickness is difficultly extracted. Key points related to cut and fill method for this kind of deposit in Xinqiao Mining Co., Ltd (XMC), Tongling, Anhui province, China, were studied in detail in this paper, using comprehensive researching means such as field investigation and test, thereoritcal analysis, scheme design and numerical simulation. The main contents and conclusions are summarized as follows:
Firstly, economical and safe size and mining sequence of stopes were suggested by numerical simulation, using finite element software ANSYS. In detail, rooms and pillars should be arranged alternatively with respective width of 14m and 10m, and middle stope should be extracted prior to two side stopes.
Secondly, preparation, cut and extraction works related to mechanized cut and fill mining in XMC were designed.
Thirdly, blast parameter ranges were given by blast crater test and practical blasting experiment in stope, and then final optimum blast parameters, row space and role space being 1.1m and 1.3m respectively, were determined by BP neural net analysis.
Fourthly, influencing factors on efficiency of scraper and drill jumbo were clarified, improvement measures were proposed, and optimumu matches of these trackless mining equipments were given, based on filed survey of their working parameters.
Finally, field experiment indicated that advanced technology developed in this paper was reliable and had great direct economic benifit. Researching results can not only solve key techanical problems faced to XMC, but also make a contribution to techanical advancemene of mechanized cut and fill mining.
第一,利用大型有限元软件ANSYS对采场结构参数和回采顺序进行数值模拟优化选择,确定了兼顾经济效益和采场安全管理的最优矿房、矿柱结构参数,即矿房、矿柱交替不住，跨度分别为14m和10m。提出了中间采场超前1个分层的相邻采场小“品”字型回采顺序；
第二,完成了机械化上向水平分层充填采矿法采准、切割和回采工艺设计；
第三,通过爆破漏斗试验和现场爆破参数试验,确定了适合新桥矿矿岩特性的最佳爆破参数范围,并利用BP神经网络对试验结果进行优选,推荐了新桥矿最终爆破参数,即排距1.1m、孔距1.3m；
第四,现场测试了铲运机、凿岩台车的工作参数,分析了制约其效率的因素,提出了改进措施。并根据测定的无轨设备生产能力,对凿岩台车和铲运机进行了最佳匹配研究,力求使采装工作高效有序；
第五,现场工业试验结果表明,本研究成果先进,可靠,每年可创造直接经济效益1709.6万元,不仅解决了新桥矿当前技术难题，而且可以推动我国大型机械化充填采矿技术的进步。
It is well-known that slightly inclined deposit with medium thickness is difficultly extracted. Key points related to cut and fill method for this kind of deposit in Xinqiao Mining Co., Ltd (XMC), Tongling, Anhui province, China, were studied in detail in this paper, using comprehensive researching means such as field investigation and test, thereoritcal analysis, scheme design and numerical simulation. The main contents and conclusions are summarized as follows:
Firstly, economical and safe size and mining sequence of stopes were suggested by numerical simulation, using finite element software ANSYS. In detail, rooms and pillars should be arranged alternatively with respective width of 14m and 10m, and middle stope should be extracted prior to two side stopes.
Secondly, preparation, cut and extraction works related to mechanized cut and fill mining in XMC were designed.
Thirdly, blast parameter ranges were given by blast crater test and practical blasting experiment in stope, and then final optimum blast parameters, row space and role space being 1.1m and 1.3m respectively, were determined by BP neural net analysis.
Fourthly, influencing factors on efficiency of scraper and drill jumbo were clarified, improvement measures were proposed, and optimumu matches of these trackless mining equipments were given, based on filed survey of their working parameters.
Finally, field experiment indicated that advanced technology developed in this paper was reliable and had great direct economic benifit. Researching results can not only solve key techanical problems faced to XMC, but also make a contribution to techanical advancemene of mechanized cut and fill mining.
引文
[1]王新民,肖卫国,张钦礼.深井矿山充填理论与技术[M].长沙：中南大学出版社,2005.
[2]祁祖安.浅议矿产资源的合理开发利用与节约保护[J].科教创新.2007(14)：169
[3]王中奎,唐帼丽.我国有色金属行业物流的特征及其对企业效益的贡献[J].世界有色金属.2002.4：56～59
[4]蔡美峰.中国金属矿山21世纪的发展前景评述[J].中国矿业,2001,10,(1)：11～13
[5]中华人民共和国国土资源部,中国矿产资源报告[M].北京：地质出版社,1999,78～82
[6]国土资源部信息中心.我国矿产资源基本状况[EB／OL].中华人民共和国国土资源部网站.2007.11：231
[7]黄伯云.我国有色金属材料现状及发展战略[J].中国有色金属学报.2004,14(1)：122～127
[8]孙肇均.重视危机矿山的地质勘查工作,带动商业性地质工作的发展[J]中矿联地勘协会,2002,12
[9]廖宗廷.中国经济发展面临的矿产资源形势与对策[J].铜业工程.2003(2)：12～16
[10]周君才.难采矿体新型采矿法[M].北京：冶金工业出版社.1997.203
[11]黄胜生.国内外缓倾斜中厚矿体采矿方法现状[J].矿业研究与开发,2001,821～24
[12]陈咏洲.缓倾斜中厚稳固矿体采矿方法的改进[J].化工矿物与加工,2004.3：35～36
[13]杨明,蔡世锋.科技进步与矿业可持续发展[J].矿业研究与开发.2001.4.21(2)：1～3
[14]黄志伟,古德生,韩洪江.鑫汇金矿缓倾斜中厚矿体开采新工艺[J].有色金属.2004.5.56(2)：88～89
[15]韩洪江.大庄子金矿采矿方法探讨[J].有色矿山,2001.7.30(4)：10～12
[16]张兆林,张金,林永新.第四系下缓倾斜中厚矿体采矿方法的初步研究[J].金属矿山,2002,316(10)
[17]Ang A,Tang W H. Probability concepts in engineering planning and design.Vol.2 Decision,Riskand Reliability.John Wiley and Sons,Inc.New York,1984
[18]Augusti G，Baratta A,Casciat F.Frobabilistic methods in structural engineering. London:Chapmanand Hall,1984
[19]周麟.房柱采矿法采场顶板的可靠性分析[[J].金属矿山,1998,C(1)：17～20
[20]张明.结构可靠度分析方法与程序[M].北京：科学出版社.2009.1.142-146
[21]党建印,郑建明,孙豁然.FLAG在东坪金矿空区处理中的试验研究[[J].有色矿冶,2001,17(6)：5～8
[22]朱湘平.131矿体采空区顶板稳定性研究[[J].金属矿山,2003,(9)：13～15
[23]王彦武.人工柱锚杆房柱法顶板稳定性问题探讨[[J].中国锰业,1998,16(3)：20～23
[24]Butt S D,Mukherjee C，Lebanns GEvaluation of acoustic attenuation as an in dicatorof roofstability in advancing headings[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Science,2000,37:1123～1131
[25]祝方才,潘长良,曹平等.冬瓜山矿床开采方案优化的数值模拟研究[[J].化工矿物与加工,2001,(3)：15～17
[26]曹胜根,钱鸣高,缪协兴,等.综放开采端面顶板稳定性的数值模拟研究[[J].岩石力学与工程学报,2000,19(4)：472～475
[27]Wang,S. Lu.Deformational behavior of roadways in soft rocks in underground coal mines and principles for stability control [J].International Journal of Rock Mechanics andMiningSciences,2000,37:937～946
[28]凌标灿,彭苏萍,孟召平.采场顶板稳定性动态预测及控制研究[[J].工程地质学报,2003,11(1)：44～48
[29]Barton,N. Lien,R. and Lunde,L Eng.Classification of Rock Masses for the Design of TunnelSupport[J].Rock Mechanics,1974,6:189～236
[30]姚健,王新民.采空区稳定性分析[J].金属矿山,2004(1)
[31]M.F.罕德雷.深部板状矿体走向稳定性矿柱和保护矿柱设计指南[J].世界采矿快报.1992(2)：32～39
[32]张省军.阶段矿柱失稳分析和预防措施[J].金属矿山.1997(7)：47～49
[33]刘沐宇、徐长佑.地h采空区矿柱稳定性分析[J].矿业工程.2001(1)：19～22
[34]郑永学.矿山岩体力学[M].冶金工业出版社版,1988.
[35]张金凯、康培生.分段空场法在白银深部铜矿的试验研究[J].1998：19～22
[36]采矿设计于册矿床开采卷(下)[M].北京：中国建筑工业出版社.1989.
[37]B.A.谢尔卡若夫.联合开采法现状和发展前景[J].国外金属山.1993(4)：35～38
[38]A.A.布汉科夫.金属矿Ⅲ露天转地下开采的技术经济指标[J].国外金属矿山.1991(1)：27～29
[39]乔兰.新城金矿深部采场结构参数和开采顺序优化研究[J].金属矿山.2001(6)：11～15.
[40]贺健.福建紫金山铜矿空场方法结构参数初步探讨[J].有色冶金设计与研究.2002,12(4)：25～28
[41][日]玄光男,程润伟.遗传算法与工程设计[M].北京：科学出版社,2000
[42]周科平.采场结构参数的遗传优化矿业研究与开发[J].矿业研究与开发.2000(3)：7～10
[43]陈何,程国江.垂直分条充填采矿法采场参数的数值分析[J].矿冶工程,2001(3)：1～5
[44]吴德伦,黄质宏,赵明阶.岩石力学[M].重庆大学出版社.2002.8
[45]陈何,程国江.垂直分条充填采矿法采场参数的数值分析[J].MINING &METALLURGY.2001.10(3)
[46]臧士勇,于德海,侯克鹏等.缓倾斜中厚矿体采场回采顺序和结构参数优化研究[J].云南冶金.2002.6
[47]施建俊,孟海利.采场结构参数与回采顺序的数值模拟优化研究[J].有色金属(矿山部分).2005,57(2)
[48]王国强.使用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践[M].西安：西北工业大学出版社,1999
[49]嘉木工作室编著.ANSYS5.7有限元实例分析教程[M].北京：机械工业出版社,2002,4：1～2
[50]沈珠江.理论土力学[M].北京：中国水利水电出版社,2000：56～57
[51]李振富,周潜,刘绍宝.重力坝深层抗滑稳定的非线性及线性计算分析比较[J].甘肃水利水电技术.2001,(6),37(2)：2～3
[52]邱贤德,黄木坤,王心飞等.数值计算在采空区稳定性评价中的应用[J].矿山压力与顶板管理,2002,(4)：106～107
[53]乔兰.新城金矿深部采场结构参数和回采顺序优化研究[J].金属矿山,2001,(6)：11～15
[54]曹祥海.加大采场结构参数,推动科技进步[J].矿业快报,2000,(2)：1-3
[55]陈何,程国江.垂直分条充填采矿法采场结构参数的数值分析[J].矿冶工程,2001,(19)：1～6
[56]唐巨鹏,李英杰.阜新五龙矿深部冲击地压ANSYS有限元数值模拟[J].防灾减灾工程学报,2005,(9)：271～273
[57]阳雨平,吴爱祥.浅析国内缓倾斜中厚矿体回采现状及进展[J].黄金.2002.1.23(1)：14～16
[58]刘红岩,杨军,陈鹏万.爆破漏斗形成过程的DDA模拟分析[J].工程爆破,2004.10(2)：17～20
[59]万兵.大红山铜矿中深孔采矿系列爆破漏斗试验[J].矿业研究与开发.2001.2.21(1)：43～45
[60]高尔新,杨仁树.爆破工程[M].北京：中国矿业大学出版社,1999,,125～134
[61]刘能国,万兵.系列爆破漏斗实验法在中深孔爆破中的应用研究[J].冶金矿山设计与建设.2000.9.32(5)：3～5
[62]周传波.岩石深孔爆破技术新进展[M].北京：中国地质大学出版社.2005
[63]辛益军.方差分析与实验设计[M].北京：中国财政经济出版社,2002
[64]尹念东,BP神经网络的应用设计[J].信息技术.2003.6.27(6)：18～20
[65]李纪等.矿山机电管理工程[M].北京：煤炭工业出版社.1987
[66]祝禄法.无轨设备在我局的试验与应用[J].湖南有色金属.1994,5
[67]周继勤.浅谈井下无轨设备的使用问题及加强安全管理的途径[J].矿山机械.2004
[68]顾洪枢,张宝成,何定源.地下矿山无轨设备的应用[J].有色金属(矿山部分)2002.5.54(3)
[69]王新民,张钦礼,陈嘉生.块石胶结充填新工艺在铜陵新桥硫铁矿的实验与应用[J].中国有色金属学报,7(3)：10～13
[70]古双林等.我国井下铲运机使用与维修存在的问题与对策研究[J].中国有色金属学报.1998,2
[2]祁祖安.浅议矿产资源的合理开发利用与节约保护[J].科教创新.2007(14)：169
[3]王中奎,唐帼丽.我国有色金属行业物流的特征及其对企业效益的贡献[J].世界有色金属.2002.4：56～59
[4]蔡美峰.中国金属矿山21世纪的发展前景评述[J].中国矿业,2001,10,(1)：11～13
[5]中华人民共和国国土资源部,中国矿产资源报告[M].北京：地质出版社,1999,78～82
[6]国土资源部信息中心.我国矿产资源基本状况[EB／OL].中华人民共和国国土资源部网站.2007.11：231
[7]黄伯云.我国有色金属材料现状及发展战略[J].中国有色金属学报.2004,14(1)：122～127
[8]孙肇均.重视危机矿山的地质勘查工作,带动商业性地质工作的发展[J]中矿联地勘协会,2002,12
[9]廖宗廷.中国经济发展面临的矿产资源形势与对策[J].铜业工程.2003(2)：12～16
[10]周君才.难采矿体新型采矿法[M].北京：冶金工业出版社.1997.203
[11]黄胜生.国内外缓倾斜中厚矿体采矿方法现状[J].矿业研究与开发,2001,821～24
[12]陈咏洲.缓倾斜中厚稳固矿体采矿方法的改进[J].化工矿物与加工,2004.3：35～36
[13]杨明,蔡世锋.科技进步与矿业可持续发展[J].矿业研究与开发.2001.4.21(2)：1～3
[14]黄志伟,古德生,韩洪江.鑫汇金矿缓倾斜中厚矿体开采新工艺[J].有色金属.2004.5.56(2)：88～89
[15]韩洪江.大庄子金矿采矿方法探讨[J].有色矿山,2001.7.30(4)：10～12
[16]张兆林,张金,林永新.第四系下缓倾斜中厚矿体采矿方法的初步研究[J].金属矿山,2002,316(10)
[17]Ang A,Tang W H. Probability concepts in engineering planning and design.Vol.2 Decision,Riskand Reliability.John Wiley and Sons,Inc.New York,1984
[18]Augusti G，Baratta A,Casciat F.Frobabilistic methods in structural engineering. London:Chapmanand Hall,1984
[19]周麟.房柱采矿法采场顶板的可靠性分析[[J].金属矿山,1998,C(1)：17～20
[20]张明.结构可靠度分析方法与程序[M].北京：科学出版社.2009.1.142-146
[21]党建印,郑建明,孙豁然.FLAG在东坪金矿空区处理中的试验研究[[J].有色矿冶,2001,17(6)：5～8
[22]朱湘平.131矿体采空区顶板稳定性研究[[J].金属矿山,2003,(9)：13～15
[23]王彦武.人工柱锚杆房柱法顶板稳定性问题探讨[[J].中国锰业,1998,16(3)：20～23
[24]Butt S D,Mukherjee C，Lebanns GEvaluation of acoustic attenuation as an in dicatorof roofstability in advancing headings[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Science,2000,37:1123～1131
[25]祝方才,潘长良,曹平等.冬瓜山矿床开采方案优化的数值模拟研究[[J].化工矿物与加工,2001,(3)：15～17
[26]曹胜根,钱鸣高,缪协兴,等.综放开采端面顶板稳定性的数值模拟研究[[J].岩石力学与工程学报,2000,19(4)：472～475
[27]Wang,S. Lu.Deformational behavior of roadways in soft rocks in underground coal mines and principles for stability control [J].International Journal of Rock Mechanics andMiningSciences,2000,37:937～946
[28]凌标灿,彭苏萍,孟召平.采场顶板稳定性动态预测及控制研究[[J].工程地质学报,2003,11(1)：44～48
[29]Barton,N. Lien,R. and Lunde,L Eng.Classification of Rock Masses for the Design of TunnelSupport[J].Rock Mechanics,1974,6:189～236
[30]姚健,王新民.采空区稳定性分析[J].金属矿山,2004(1)
[31]M.F.罕德雷.深部板状矿体走向稳定性矿柱和保护矿柱设计指南[J].世界采矿快报.1992(2)：32～39
[32]张省军.阶段矿柱失稳分析和预防措施[J].金属矿山.1997(7)：47～49
[33]刘沐宇、徐长佑.地h采空区矿柱稳定性分析[J].矿业工程.2001(1)：19～22
[34]郑永学.矿山岩体力学[M].冶金工业出版社版,1988.
[35]张金凯、康培生.分段空场法在白银深部铜矿的试验研究[J].1998：19～22
[36]采矿设计于册矿床开采卷(下)[M].北京：中国建筑工业出版社.1989.
[37]B.A.谢尔卡若夫.联合开采法现状和发展前景[J].国外金属山.1993(4)：35～38
[38]A.A.布汉科夫.金属矿Ⅲ露天转地下开采的技术经济指标[J].国外金属矿山.1991(1)：27～29
[39]乔兰.新城金矿深部采场结构参数和开采顺序优化研究[J].金属矿山.2001(6)：11～15.
[40]贺健.福建紫金山铜矿空场方法结构参数初步探讨[J].有色冶金设计与研究.2002,12(4)：25～28
[41][日]玄光男,程润伟.遗传算法与工程设计[M].北京：科学出版社,2000
[42]周科平.采场结构参数的遗传优化矿业研究与开发[J].矿业研究与开发.2000(3)：7～10
[43]陈何,程国江.垂直分条充填采矿法采场参数的数值分析[J].矿冶工程,2001(3)：1～5
[44]吴德伦,黄质宏,赵明阶.岩石力学[M].重庆大学出版社.2002.8
[45]陈何,程国江.垂直分条充填采矿法采场参数的数值分析[J].MINING &METALLURGY.2001.10(3)
[46]臧士勇,于德海,侯克鹏等.缓倾斜中厚矿体采场回采顺序和结构参数优化研究[J].云南冶金.2002.6
[47]施建俊,孟海利.采场结构参数与回采顺序的数值模拟优化研究[J].有色金属(矿山部分).2005,57(2)
[48]王国强.使用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践[M].西安：西北工业大学出版社,1999
[49]嘉木工作室编著.ANSYS5.7有限元实例分析教程[M].北京：机械工业出版社,2002,4：1～2
[50]沈珠江.理论土力学[M].北京：中国水利水电出版社,2000：56～57
[51]李振富,周潜,刘绍宝.重力坝深层抗滑稳定的非线性及线性计算分析比较[J].甘肃水利水电技术.2001,(6),37(2)：2～3
[52]邱贤德,黄木坤,王心飞等.数值计算在采空区稳定性评价中的应用[J].矿山压力与顶板管理,2002,(4)：106～107
[53]乔兰.新城金矿深部采场结构参数和回采顺序优化研究[J].金属矿山,2001,(6)：11～15
[54]曹祥海.加大采场结构参数,推动科技进步[J].矿业快报,2000,(2)：1-3
[55]陈何,程国江.垂直分条充填采矿法采场结构参数的数值分析[J].矿冶工程,2001,(19)：1～6
[56]唐巨鹏,李英杰.阜新五龙矿深部冲击地压ANSYS有限元数值模拟[J].防灾减灾工程学报,2005,(9)：271～273
[57]阳雨平,吴爱祥.浅析国内缓倾斜中厚矿体回采现状及进展[J].黄金.2002.1.23(1)：14～16
[58]刘红岩,杨军,陈鹏万.爆破漏斗形成过程的DDA模拟分析[J].工程爆破,2004.10(2)：17～20
[59]万兵.大红山铜矿中深孔采矿系列爆破漏斗试验[J].矿业研究与开发.2001.2.21(1)：43～45
[60]高尔新,杨仁树.爆破工程[M].北京：中国矿业大学出版社,1999,,125～134
[61]刘能国,万兵.系列爆破漏斗实验法在中深孔爆破中的应用研究[J].冶金矿山设计与建设.2000.9.32(5)：3～5
[62]周传波.岩石深孔爆破技术新进展[M].北京：中国地质大学出版社.2005
[63]辛益军.方差分析与实验设计[M].北京：中国财政经济出版社,2002
[64]尹念东,BP神经网络的应用设计[J].信息技术.2003.6.27(6)：18～20
[65]李纪等.矿山机电管理工程[M].北京：煤炭工业出版社.1987
[66]祝禄法.无轨设备在我局的试验与应用[J].湖南有色金属.1994,5
[67]周继勤.浅谈井下无轨设备的使用问题及加强安全管理的途径[J].矿山机械.2004
[68]顾洪枢,张宝成,何定源.地下矿山无轨设备的应用[J].有色金属(矿山部分)2002.5.54(3)
[69]王新民,张钦礼,陈嘉生.块石胶结充填新工艺在铜陵新桥硫铁矿的实验与应用[J].中国有色金属学报,7(3)：10～13
[70]古双林等.我国井下铲运机使用与维修存在的问题与对策研究[J].中国有色金属学报.1998,2