论文部分内容阅读
摘 要：文章概述了铅锌矿采矿技术发展的历程，然后从采矿方法、填充工艺、采矿装备3个方面介绍了该铅锌矿的创新与发展成果，最后展望了采矿技术、采矿装备的发展方向，可供参考。
关键词：铅锌矿；采矿技术；填充工艺；泡沫砂浆
该铅锌矿1977年以前，主要采用普通充填法和浅孔留矿法采矿，生产效率不高；1977年开始使用盘区充填法采矿，采场生产能力比普通法提高了1倍；1983年开始试验FDQ采矿法，采场生产能力是普通法的3倍。与此同时，矿山开始全面推广使用振动放矿技术，至1990年全部取代了人工放矿。目前，盘区上向分层胶结充填法、盘区机械化中深孔采矿法所占产量比重达90%以上。
一、采矿方法重大创新
（一）VCR采矿法的试验研究。1980年7月“VCR采矿法的试验研究”被列为国家科委“六五”重点科技攻关项目。1982年至1984年，在回采试验阶段回采了6个采场，回采矿量20万t，采场出矿能力达到733～1000t/d，采场综合生产能力为300t/d以上，为普通法的3倍以上，作业成本降低30%～50%。该方法具有安全、高效、成本低的特点。1984年12月，国家科委和中国有色金属工业总公司联合组织了鉴定，并命名为“大孔径深孔采矿法（即FDQ法）”。此外，在采矿项目研究中，还研制了DQ150J型高风压潜孔钻机，冲击器和钎头，凿岩脉杆器，CLH系列乳化油炸药和SB系列炸药，YK-1型遥控铲运机等。
（二）高阶段深孔采矿法和装备的研究。1987年12月，“高阶段深孔采矿法和装备的研究”（代号75-31-04-01）被列为国家“七五”重点科技攻关项目。试验取得了采场综合生产能力529.6t/d，每吨矿石作业成本降低31.6%的良好指标。成功地采用了低能导爆索滑块式起爆药包的多层梯段爆破和球形药包的高阶段联合崩矿技术；移动式破碎机破碎大块；动态计量衡的准确计量矿石；仿制了高风压潜孔钻机和钻具等。该方法适合于矿体和围岩比较稳固，矿体形态规整的急倾斜厚大矿体。突出优点是：生产能力大，安全程度高；成本低；矿石破碎效果好，块度均匀；采切工程量小；减少了顶底柱矿量占有比例。当时，該方法标志着我国大孔采矿法又有了新的突破，达到了世界先进水平。
（三）盘区上向中深孔配套机械化采矿新工艺。1991年至1992年，在盘区采场内进行了“盘区上向中深孔配套机械化采矿新工艺”研究，使用了自动接杆台车打上向中深孔炮眼，装药台车装粘性粒状铵油炸药，导爆索两孔并联非电复式网路起爆，分层集中爆破、铲运机出矿，撬毛台车处理松石、铲运机出矿等机械化作业，与原盘区采场相比，生产能力提高1.52倍，凿岩效率提高1.9倍，二次爆破量减少60%。该工艺在该生产中应用取得了显著的经济效益。
二、充填工艺技术的创新发展
（一）尾砂胶结充填工艺与材料试验研究。1967～ 1972年，采用分级粗尾砂作为充填材料，在金星岭充填系统增设了冲击式流量计、射线浓度计和电磁流量计等仪表，对主要充填参数进行自动控制。该方法成本低，效率高，实现了长距离管道重力输送，且充填面平整，无需进行繁重的平场作业，充填作业时间缩短50%，节省尾矿坝增建费用，减少污染，效益十分显著。该方法于1982年5月通过中国有色金属工业总公司的技术鉴定。
（二）高浓度全尾砂胶结充填新工艺和装备的研究。“高浓度全尾砂胶结充填新工艺和装备的研究（代号75-31-04-03）”项目，于1986年列为国家“七五”重点科技攻关专题。该项目包括：全尾砂脱水工艺和设备的研究、全尾砂放料试验与研究、高浓度全尾砂胶结充填料搅拌工艺和设备的研究、高浓度全尾砂胶结充填料管道输送试验研究（含材料试验）、仪表自动检测与微机综合处理系统的研究5个子项。试验分两个阶段进行。第一阶段为单项小型半工业室内可行性试验，于1987年7月完成，并提出了工业试验方案。第二阶段进行工业试验，于1991年4月完成。高浓度全尾砂胶结充填新工艺与普通工艺相比，具有以下优点：扩大尾砂使用范围，解决了充填料严重不足的问题；减少了地表尾矿坝的容量；减少水泥用量，降低了充填成本；全粒级充填料具有良好的输送特性，减少了堵管事故；采场脱水量少，简化了采矿工艺，提高了采矿效率等。
（三）泡沫砂浆充填新工艺。该铅锌矿是我国使用充填法较为成熟的矿山，随着采场机械化程度及生产能力的提高，其回采工艺对充填质量的要求也越来越高。伴随着无底柱深孔后退式采矿法的推广应用，采场嗣后充填脱水的问题严重影响该采矿法在矿房回采中的应用。为此，该铅锌矿与广州大学于2009年联合进行了充填新工艺、新材料的研究——高性能泡沫砂浆充填。
泡沫砂浆系在常规砂浆中掺入一定量的泡沫（直径20～300?m细密气泡群）并混合均匀形成的一种新型轻质充填材料。因泡沫的混合掺入，泡沫砂浆一方面降低了充填体容重，从而降低了充填体固化后的内应力，可有效提高充填体的稳定性；另一方面，利用泡沫的浮力作用和润滑作用，可有效降低充填体在管道中的临界沉降速度，从而实现高浓度泡沫砂浆充填不堵管的目标。
目前，高性能泡沫砂浆充填关键技术研究已完成了泡沫砂浆物理力学特性和充填体作用机理，以及泡沫砂浆强度与采场围岩最佳匹配等基础研究，并已开始进行工业试验研究，取得了良好的阶段性成果。
三、采矿装备技术的进步与研制
该铅锌矿采矿生产效率的提高和生产规模的扩大，除了工艺技术不断创新外，还有装备不断进步的功劳。从20世纪70年代至90年代，该铅锌矿每一次生产规模扩大和工艺技术的创新，都研发和引进了大量性能优良、生产效率高的大型凿岩、掘进、采矿、运矿、破碎、充填、电气等现代化先进装备与之配套，使采矿机械自动化程度大幅提高，达到了国内地下矿山的先进水平，大大缩短了与发达国家地下金属矿山开采技术的差距。
（一）采矿凿岩装备。凿岩除使用国产风动凿岩机外，引进了国外先进的凿岩车台，以及配套撬毛台车和锚杆台车等先进装备。掘进作业除曾使用过国产双机凿岩台车外，还试制过立蟹爪爬式装岩车、转载斗车等。顶板支护发展到锚杆支护、锚杆金属网支护及喷锚网联合支护。天井掘进全面应用吊罐法、天井钻机钻进法、深孔分段爆破成井法，大大加快了掘进速度。采掘爆破均采用复合乳化炸药，工作面大块采用进口破碎台车处理。 （二）矿石装运方面。1982年就采用了高效率的铲运机出矿和振动放矿机放矿，先后从芬兰、美国等国家引进大型铲运机，这些铲运机对生产效率的提高起到了举足轻重的作用。对危险采场或残矿回收，使用遥控铲运机出矿，装运效率提高了5倍。
（三）自行研制的采矿设备与器材。20世纪该铅锌矿自行研制试用的采矿设备、器材有：CTC-102型双机采矿台车和装药器；AT-2000型天井钻机；BM系列乳化粉状与弹塑炸药及复合油相材料；W-1型铲运机；WJ-1型铲运机；0.4m3电动铲运机；YK-1型遥控铲运机；10.00-20-14层级半光面耐切割工程轮胎；CZ-150型高压钻孔冲击器钻头YKP4硬质合金；SPY-1型数字式频率制综合远动装置；DQ150J型高风压潜孔钻机，冲击器和钎头，凿岩稳杆器；CLH系列乳化油炸药和SB系列炸药。
（四）進口的主要采矿设备。该铅锌矿15万t改造期间进口的主要采矿设备有：HS-105X型上向接杆凿岩台车2台、HS-105H/V型上向接杆凿岩台车1台、NT30/NBB150型井下装药台车2台、SIMBA261型井下潜孔钻机2台、BROK3000撬毛台车1台、H695型锚索台车1台，这些设备在使用过程中都得到逐步增加和更新。20世纪该铅锌矿采矿技术的创新与发展，在工艺技术和主要技术经济指标方面都接近或达到了国际先进水平，为中国采矿技术取得新突破，为中国采矿事业的进步做出了突出贡献。
四、结语
科学、高效、安全、环保地进行矿产资源的开发，最大限度地提高资源利用率，是当今矿产资源开发技术的发展方向，也是保障矿业乃至国民经济可持续发展和国家安全的重大战略选择。以铲运机为中心，配以各种凿岩、运输和辅助车辆的无轨采矿技术及工艺是当今地下采矿技术的发展趋势。一些采矿发达国家正在极力利用遥控、无线电通讯、仿真、计算机管理信息系统、实时监控等先进技术来控制采矿设备和系统。近些年，国外采矿设备大量应用计算机工控技术、全球卫星定位技术和互联网通讯技术等，已成功开发出了自动识别系统、自动定位系统、故障现场诊断和远程诊断系统、最优控制系统以及管理专家系统等，这些无疑也是将来我国技术攻关的一个方向。
参考文献
[1] 张木毅，欧阳仕元.发展书辉煌文明铸丰碑[J].矿业研究与开发，2008，28（S）：1-10.
[2] 许春胜，许毓海.凡口铅锌矿18万t达产的采矿对策[J].采矿技术，2007，07（03）：13-14.
关键词：铅锌矿；采矿技术；填充工艺；泡沫砂浆
该铅锌矿1977年以前，主要采用普通充填法和浅孔留矿法采矿，生产效率不高；1977年开始使用盘区充填法采矿，采场生产能力比普通法提高了1倍；1983年开始试验FDQ采矿法，采场生产能力是普通法的3倍。与此同时，矿山开始全面推广使用振动放矿技术，至1990年全部取代了人工放矿。目前，盘区上向分层胶结充填法、盘区机械化中深孔采矿法所占产量比重达90%以上。
一、采矿方法重大创新
（一）VCR采矿法的试验研究。1980年7月“VCR采矿法的试验研究”被列为国家科委“六五”重点科技攻关项目。1982年至1984年，在回采试验阶段回采了6个采场，回采矿量20万t，采场出矿能力达到733～1000t/d，采场综合生产能力为300t/d以上，为普通法的3倍以上，作业成本降低30%～50%。该方法具有安全、高效、成本低的特点。1984年12月，国家科委和中国有色金属工业总公司联合组织了鉴定，并命名为“大孔径深孔采矿法（即FDQ法）”。此外，在采矿项目研究中，还研制了DQ150J型高风压潜孔钻机，冲击器和钎头，凿岩脉杆器，CLH系列乳化油炸药和SB系列炸药，YK-1型遥控铲运机等。
（二）高阶段深孔采矿法和装备的研究。1987年12月，“高阶段深孔采矿法和装备的研究”（代号75-31-04-01）被列为国家“七五”重点科技攻关项目。试验取得了采场综合生产能力529.6t/d，每吨矿石作业成本降低31.6%的良好指标。成功地采用了低能导爆索滑块式起爆药包的多层梯段爆破和球形药包的高阶段联合崩矿技术；移动式破碎机破碎大块；动态计量衡的准确计量矿石；仿制了高风压潜孔钻机和钻具等。该方法适合于矿体和围岩比较稳固，矿体形态规整的急倾斜厚大矿体。突出优点是：生产能力大，安全程度高；成本低；矿石破碎效果好，块度均匀；采切工程量小；减少了顶底柱矿量占有比例。当时，該方法标志着我国大孔采矿法又有了新的突破，达到了世界先进水平。
（三）盘区上向中深孔配套机械化采矿新工艺。1991年至1992年，在盘区采场内进行了“盘区上向中深孔配套机械化采矿新工艺”研究，使用了自动接杆台车打上向中深孔炮眼，装药台车装粘性粒状铵油炸药，导爆索两孔并联非电复式网路起爆，分层集中爆破、铲运机出矿，撬毛台车处理松石、铲运机出矿等机械化作业，与原盘区采场相比，生产能力提高1.52倍，凿岩效率提高1.9倍，二次爆破量减少60%。该工艺在该生产中应用取得了显著的经济效益。
二、充填工艺技术的创新发展
（一）尾砂胶结充填工艺与材料试验研究。1967～ 1972年，采用分级粗尾砂作为充填材料，在金星岭充填系统增设了冲击式流量计、射线浓度计和电磁流量计等仪表，对主要充填参数进行自动控制。该方法成本低，效率高，实现了长距离管道重力输送，且充填面平整，无需进行繁重的平场作业，充填作业时间缩短50%，节省尾矿坝增建费用，减少污染，效益十分显著。该方法于1982年5月通过中国有色金属工业总公司的技术鉴定。
（二）高浓度全尾砂胶结充填新工艺和装备的研究。“高浓度全尾砂胶结充填新工艺和装备的研究（代号75-31-04-03）”项目，于1986年列为国家“七五”重点科技攻关专题。该项目包括：全尾砂脱水工艺和设备的研究、全尾砂放料试验与研究、高浓度全尾砂胶结充填料搅拌工艺和设备的研究、高浓度全尾砂胶结充填料管道输送试验研究（含材料试验）、仪表自动检测与微机综合处理系统的研究5个子项。试验分两个阶段进行。第一阶段为单项小型半工业室内可行性试验，于1987年7月完成，并提出了工业试验方案。第二阶段进行工业试验，于1991年4月完成。高浓度全尾砂胶结充填新工艺与普通工艺相比，具有以下优点：扩大尾砂使用范围，解决了充填料严重不足的问题；减少了地表尾矿坝的容量；减少水泥用量，降低了充填成本；全粒级充填料具有良好的输送特性，减少了堵管事故；采场脱水量少，简化了采矿工艺，提高了采矿效率等。
（三）泡沫砂浆充填新工艺。该铅锌矿是我国使用充填法较为成熟的矿山，随着采场机械化程度及生产能力的提高，其回采工艺对充填质量的要求也越来越高。伴随着无底柱深孔后退式采矿法的推广应用，采场嗣后充填脱水的问题严重影响该采矿法在矿房回采中的应用。为此，该铅锌矿与广州大学于2009年联合进行了充填新工艺、新材料的研究——高性能泡沫砂浆充填。
泡沫砂浆系在常规砂浆中掺入一定量的泡沫（直径20～300?m细密气泡群）并混合均匀形成的一种新型轻质充填材料。因泡沫的混合掺入，泡沫砂浆一方面降低了充填体容重，从而降低了充填体固化后的内应力，可有效提高充填体的稳定性；另一方面，利用泡沫的浮力作用和润滑作用，可有效降低充填体在管道中的临界沉降速度，从而实现高浓度泡沫砂浆充填不堵管的目标。
目前，高性能泡沫砂浆充填关键技术研究已完成了泡沫砂浆物理力学特性和充填体作用机理，以及泡沫砂浆强度与采场围岩最佳匹配等基础研究，并已开始进行工业试验研究，取得了良好的阶段性成果。
三、采矿装备技术的进步与研制
该铅锌矿采矿生产效率的提高和生产规模的扩大，除了工艺技术不断创新外，还有装备不断进步的功劳。从20世纪70年代至90年代，该铅锌矿每一次生产规模扩大和工艺技术的创新，都研发和引进了大量性能优良、生产效率高的大型凿岩、掘进、采矿、运矿、破碎、充填、电气等现代化先进装备与之配套，使采矿机械自动化程度大幅提高，达到了国内地下矿山的先进水平，大大缩短了与发达国家地下金属矿山开采技术的差距。
（一）采矿凿岩装备。凿岩除使用国产风动凿岩机外，引进了国外先进的凿岩车台，以及配套撬毛台车和锚杆台车等先进装备。掘进作业除曾使用过国产双机凿岩台车外，还试制过立蟹爪爬式装岩车、转载斗车等。顶板支护发展到锚杆支护、锚杆金属网支护及喷锚网联合支护。天井掘进全面应用吊罐法、天井钻机钻进法、深孔分段爆破成井法，大大加快了掘进速度。采掘爆破均采用复合乳化炸药，工作面大块采用进口破碎台车处理。 （二）矿石装运方面。1982年就采用了高效率的铲运机出矿和振动放矿机放矿，先后从芬兰、美国等国家引进大型铲运机，这些铲运机对生产效率的提高起到了举足轻重的作用。对危险采场或残矿回收，使用遥控铲运机出矿，装运效率提高了5倍。
（三）自行研制的采矿设备与器材。20世纪该铅锌矿自行研制试用的采矿设备、器材有：CTC-102型双机采矿台车和装药器；AT-2000型天井钻机；BM系列乳化粉状与弹塑炸药及复合油相材料；W-1型铲运机；WJ-1型铲运机；0.4m3电动铲运机；YK-1型遥控铲运机；10.00-20-14层级半光面耐切割工程轮胎；CZ-150型高压钻孔冲击器钻头YKP4硬质合金；SPY-1型数字式频率制综合远动装置；DQ150J型高风压潜孔钻机，冲击器和钎头，凿岩稳杆器；CLH系列乳化油炸药和SB系列炸药。
（四）進口的主要采矿设备。该铅锌矿15万t改造期间进口的主要采矿设备有：HS-105X型上向接杆凿岩台车2台、HS-105H/V型上向接杆凿岩台车1台、NT30/NBB150型井下装药台车2台、SIMBA261型井下潜孔钻机2台、BROK3000撬毛台车1台、H695型锚索台车1台，这些设备在使用过程中都得到逐步增加和更新。20世纪该铅锌矿采矿技术的创新与发展，在工艺技术和主要技术经济指标方面都接近或达到了国际先进水平，为中国采矿技术取得新突破，为中国采矿事业的进步做出了突出贡献。
四、结语
科学、高效、安全、环保地进行矿产资源的开发，最大限度地提高资源利用率，是当今矿产资源开发技术的发展方向，也是保障矿业乃至国民经济可持续发展和国家安全的重大战略选择。以铲运机为中心，配以各种凿岩、运输和辅助车辆的无轨采矿技术及工艺是当今地下采矿技术的发展趋势。一些采矿发达国家正在极力利用遥控、无线电通讯、仿真、计算机管理信息系统、实时监控等先进技术来控制采矿设备和系统。近些年，国外采矿设备大量应用计算机工控技术、全球卫星定位技术和互联网通讯技术等，已成功开发出了自动识别系统、自动定位系统、故障现场诊断和远程诊断系统、最优控制系统以及管理专家系统等，这些无疑也是将来我国技术攻关的一个方向。
参考文献
[1] 张木毅，欧阳仕元.发展书辉煌文明铸丰碑[J].矿业研究与开发，2008，28（S）：1-10.
[2] 许春胜，许毓海.凡口铅锌矿18万t达产的采矿对策[J].采矿技术，2007，07（03）：13-14.