金属矿的开采（精选七篇）
金属矿的开采 篇1
金属矿是不可再生资源, 其主要应用于工业生产之中。金属矿是国家重要资源, 并且由于其不可再生, 因此其重要程度不言而喻。针对金属矿的开方式也比较多, 但是, 其中最为主要的开采方式就是地下开采。
金属矿地下开采是必然的趋势, 也是提高其开采效率的方式之一。金属矿地下开采特点主要可以概括为开采环境复杂, 开采效率制约因素较多, 因而安全问题比较重要。
当然, 金属矿地下开采也是有一定的优势的。地下开采方式能保证矿物的储藏以及存储空间, 并且不会轻易受到外界的影响。
二、提高金属矿地下开采效率的措施分析
为提高金属矿地下开采效率, 需要首先明确影响金属矿地下开采效率的主要因素, 进而根据影响因素制定提高金属矿地下开采效率的措施。
(一) 制约金属矿地下开采开采效率的因素分析
在研究如何提高金属矿地下开采效率之前, 首先应该明确制约金属矿地下开采效率的因素。
第一, 开采设备的先进程度是直接制约金属矿地下开采效率的主要因素之一, 因此要大力发展开采设备的先进性, 应用高新技术以及远程自动化控制技术, 实现对开采设备的提高。
第二, 安全问题也是制约金属矿地下开采效率的主要因素, 一旦出现安全问题, 对整个工程的影响都非常巨大。因此, 要能够从安全角度出发, 保证金属矿地下开采的安全性。
第三, 矿物运输是制约金属矿地下开采效率的另一个主要因素。传统的开采和运输都是人工操作, 两者之间容易造成不协调, 从而影响整体开采效率。运输不通畅, 造成矿物的堆积, 而影响进一步的开采。
(二) 提高金属矿地下开采效率的措施分析
首先, 为金属矿地下开采提供先进的开采设备。传统的开采设备必然会造成开采效率低下, 而开采的效果也会很差。因此, 为了能够保证金属矿地下开采的效率, 一定要引进先进的开采设备。其中, 基于计算机操控平台的远程控制开采设备是非常有效的。利用远程开采控制的方式, 金属矿地下开采的效率会得到明显的提升。在一定程度上, 也会让开采的位置更加精准, 开采目的性更加明确。利用远程探测装置, 实现对矿藏的定位, 进而进行操控性开采设备进行地下开采, 从而实现高效率的金属矿地下开采。
其次, 金属矿地下开采的安全性要充分得以保障。安全事故的发生, 将直接导致开采工作的中止, 并且造成部分地段的损坏。而如果重新进行开采, 就需要非常长的时间进行修复。因此, 对于金属矿地下开采而言, 提高其开采效率, 必须要在其安全防护措施方面做到保障。
第一, 安装地下防护预警装置, 随时检测地下的空气和湿度, 如果存在大量的瓦斯堆积现象, 一定要进行报警, 从而进行空气导流的操作, 排除因为瓦斯堆积而造成的潜在危险。
第二, 对于地下开采的支护防护系统要经常进行检查。地下开采的危险还存在于塌方之中, 如果矿井出现了塌方, 那么造成的损失也会非常大。因此, 对于矿井的安全防护工事要经常检查, 出现问题要及时解决, 从而实现完善的井下作业环境。
最后, 金属矿地下开采需要利用高科技传输设备;开采与矿物运输是矿物开采中非常重要的两个环节。开采以后出现的主要问题就是运输, 传统的运输方式采用人工装箱、搬运, 应该利用传输履带进行金属矿物的运输, 从而提高运输的效率, 实现完善的开采流程。
三、结语
金属矿地下开采要从安全、开采设备以及运输设备等几个方向入手, 引入先进的开采理念以及开采设备, 保障开采工程的顺利进行, 就一定可以提高金属矿地下开采的效率。
摘要：开采效率是制约金属矿开采行业发展的主要因素。本文通过分析金属矿地下开采技术以及开采设备的应用, 通过探究地下金属矿开采的技术改进来提升开采效率。
关键词：金属矿,地下开采,开采效率,分析
参考文献
[1]李媛媛, 陈燕.基于PID控制的矿井水处理自动投药系统仿真研究[J].机械工程与自动化, 2012, 2.
金属矿开采实习报告 篇2
专科毕业实习报告
学
生
冯瑞 学习中心
烟台学习中心 专
业
金属矿开采 层
次
高起专
提交日期 2015年 1月20日
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金属矿开采技术专业实习报告
1.实习目的
为了将自己所学金属矿开采技术知识运用在社会实践中，在实践中巩固自己的理论知识，将学习的理论知识运用于实践当中，反过来检验书上理论的正确性，锻炼自己的专业能力培养实际工作能力和分析能力以达到学以致用。通过实习，深化已经学过的理论知识，提高综合运用能力，并培养自己发现问题，解决问题的能力。
通过金属矿开采技术专业岗位实习，更广泛的直接接触社会，了解社会需要，加深对社会的认识，增强自身对社会的适应性将自己融合到社会中去，培养自己的实践能力，缩短我们从一名大学生到一名工作人员之间的观念与业务距离。为以后进一步走向社会打下坚实基础。
通过实习，了解金属矿开采技术专业岗位工作流程，从而确立自己在最擅长的工作岗位。为自己未来的职业生涯规划起到重要作用。通过实习过程，获得更多与自己专业相关的知识，扩宽知识面，增加社会阅历。接触更多的人，实践中锻炼胆量，提升自己的沟通能力和其他社交能力，培养更好的职业道德，树立正确的职业道德观。
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2.单位简介
金亭岭矿业有限公司成立于2002年10月，现招金矿业有限公司的一控股子公司。公司成立之处，走边探矿，边建设。早收益，自养自息的发展之路，2003年投资5700万元。10月份建成了采选500t/d生产规模的黄金矿山，实现了当年规划设计，当年施工建设，当年建成投产，并当年产黄金1万两的目标。2009年变更企业名称为山东省金亭岭矿业有限公司。矿山现拥有职工586人，累计黄金产量10.8万两。
金亭岭矿业有限公司谢家沟矿区位于招远城西约10km处的谢家沟村以东，隶属招远市罗峰办事处和蚕庄镇管辖，面积16.4696平方千米。
该矿区以生产多年，现采用的采矿方法为上向水平分层充填采矿法，采用废石和尾砂充填，矿山对该采矿方法具有较为成熟的管理经验，工人操作熟练。
3.实习内容
3.1了解矿区概况 3.1.1矿区交通位置
山东招金集团金亭岭矿业有限公司位于招远城区西南10公里处，矿区面积25.77平方公里，行政区划归招远市罗峰办事处，蚕庄镇及齐山镇管辖，为三个镇、办事处交接地段。
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矿区地理坐标：东经120°18′00″--120°21′00″
北纬37°18′00″--37°21′15″
区内有乡镇公路与市区相连，东于青（岛）-黄（城）公路相通，北可至龙口港，南可抵莱西火车站、青岛港，交通十分便利。3.1.2了解矿区地质
谢家沟矿区位于招远城区西南部，招平断裂带西侧５公里处，区内地层主要为胶东群英庄夼组。岩浆岩为玲珑花岗岩，在花岗岩体内发育二十余条中基性岩脉，形成岩脉群。断裂构造发育，主要表现为构造破碎蚀变带，带宽１０－６０m不等，为矿区的一级构造，控制矿化分布NNW向构造破碎蚀变带控制NNW向含金构造蚀变带，NNE向构造破碎蚀变带控制NNE向含金硫化物石英脉及蚀变带。3.1.3矿区地层系统
矿区内地层简单，除新生界第四系外，尚有胶东群英庄夼组呈残留体出现。
第四系
矿区内分布较小，主要沿山区的沟谷和山坡分布，由洪积、冲积及残坡积组成，岩性为砂质粘土及砂砾。
胶东群英庄夼组呈大小不等的残留体零星分布于玲珑花岗岩中，主要岩性有斜长角闪岩，黑云母斜长片麻岩、黑云变粒岩等，形态不规则，呈捕虏体产出。
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3.1.4矿区地质构造
区内构造简单，以断裂构造为主，成群出现，本组断裂位于招平断裂带的下盘。
（1）成矿前断裂：该断裂走向一般在NE20º-30º，具有成矿前、后多期活动和继承性。石门孟家—北周家断裂为矿区内规模最大的主要断裂，走向长4公里左右，宽由几米至十几米不等，走向NE20º-30º，倾向SE，倾角70º-82º左右，沿走向及倾向呈舒缓波状，具分枝复合及尖灭再现特征。沿主裂面有一层厚0.1-0.5m不等的断层泥。断裂岩性主要为破碎角砾岩、碎裂岩及石英脉等组成，该断裂为本区的主要导矿容矿构造，控制着本区的金矿体分布。其中F3断裂是贯穿矿区南北的主要控矿构造，它走向NE20º-30º，倾向NW，倾角70º-76º，沿走向及倾向呈舒缓波状，产状比较稳定，它是控制3号脉带的主要构造。
（2）成矿期断裂：该期构造在矿区内以韧性剪切带的形式出现，剪切带贯穿矿区南北，宽几十米至上百米，剪切带走向NE30º左右，带中的S、C组构造为矿液的沉淀提供了有利的空间。
（3）成矿后断裂：主要有三组：一组是NW向，一组是近EW向，另一组是NNE向，其中NW向断裂为一组张性断裂，走向一般为330º-350º之间，倾向多为SW，倾角一般在70º-80º左右，它的形成为脉岩的形成提供了空间，它是切穿矿体的。一组是NNE向，东北大学继续教育学院专科毕业实习报告
走向一般在NNE5º-10º，倾向NW，倾角70º-80º左右，它的形成为硫铁矿的形成提供了有力空间。一组是近EW向，走向近85º-90º，倾向SE，倾角50º-75º，宽度几米至二十余米，对矿体有一定的破坏作用。3.2矿床开拓 3.2.1井田划分
由于谢家沟矿区矿体分布比较集中，因此本次设计只划分一个井田。
3.2.2井田开采顺序
采用下行式阶段开采顺序。3.2.3地表移动范围的圈定
根据矿床开采技术条件，下盘移动角为70°，侧翼移动角为80°，以此圈定矿体移动范围。3.2.4开拓方法选择
根据矿体赋存地质条件、开采技术条件，结合谢家沟矿区的具体实际，本次设计对矿体开拓提出两个主要方案进行详细论证:
Ⅰ方案：平硐与盲竖井联合开拓
Ⅱ方案：竖井开拓 3.3开拓井巷设计 3.3.1阶段高度
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3.3.2主要井巷数目和位置 3.3.3主要井巷断面形状及尺寸 3.3.4管缆布置
3.4基建工程量及进度计划 3.4.1基建工程量的确定
基建工程量是指矿山基建开始到投产这一段时间所完成的井巷工程量。开拓工程量按设计规模保有三年以上的开拓储量所需完成的井巷工程量。按设计规模保有一年的采准储量，半年的备采储量，所需完成的井巷工程量。3.5采场结构尺寸的确定 3.5.1阶段高度
上向水平分层尾砂充填法阶段高度一般为30-60m。因此处矿体倾角大，厚度变化较大，矿体形态不规整，故采用阶段高度40m。3.5.2矿房长度与宽度
矿房的长轴沿走向布置，长度一般为30-60m，根据实际情况此处取50m长，此时矿房宽度取12m。3.5.3底柱高度
在保证提高机车运输、装矿条件的前提下，应尽量减少底柱高度，以提高矿石回采量，结合实际情况选底柱高为5m。不留顶柱、间柱。3.5.4采场的回采顺序
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采场回采顺序均由下而上分层回采，分层高度为2.5m。3.6采准切割工作 3.61采切工作
采用下盘脉外斜坡道、脉内溜井的采准方式。由斜坡道每隔10m垂直矿体方向掘分段联络道，然后距矿体20m左右沿矿体走向掘分段平巷，由分段平巷垂直矿体掘采场联络道。每个分段回采四个分层，分层高度为2.5m。第一分层联络道按≤10%下坡掘进，第二、三、四分层联络道以挑顶、垫底方式进行，最大坡度不大于12°。分段巷、斜坡道、分段联络道、采场联络道规格2m×2.4m。在矿体下盘每隔20-50m在底柱中掘进矿石溜井和人行泄水井，用于与顺路溜井和人行泄水井相通，规格2m×2m，在一分段掘进切割巷道至采场边界，由切割巷上掘脉内充填回风井至上水平回风巷，规格2m×1.5m。3.6.2落矿方式
根据采场的布置、矿石的稳固性，采场由上至下分层落矿，分层内由上盘向下盘水平推进，局部品位较低地段，作为夹石剔除留作不规则点柱，辅助支撑采场顶板，并可降低贫化，提高入选品位。
4.实习总结
通过实习我更加了解金属矿开采技术专业的是金属矿床地下开采专业教学活动最后阶段重要的实践性教学环节，通过实习使我对所学的理论知识进行了一次系统性的总结，结合所学知识与实际相结 东北大学继续教育学院专科毕业实习报告
金属矿的开采 篇3
【关键词】深井；高温金属矿开采；降温方案
社会进步与经济发展都离不开矿井资源方面的物质基础。浅部矿产资源随着经济的快速发展已逐渐消耗殆尽，因此，以后最主要的开采对象就是对深井矿产的开采。深井开采一般为地表以下800米到1000米之间。然而许多国家包括我国在内，对深井的开采以达到地表1000米以下，甚至有的国家将开采深度延伸至地表3000米以下。采矿作业由于开采的深度加深，其面临的作业环境就越严峻，然而，目前最有效解决矿产资源缺乏的方式就是深井开采，因此深井开采技术与深井热害问题备受关注。
1.对深井高温金属矿开采的研究
所谓热害，是指地下开采矿山所面临的恶劣的热环境。我国对井下作业地点的温度有其相关条例的规定温度须在26度以下，若超过30度必须停止作业。自20世纪80年代开始深井热害的问题日益严峻。南非的深井开采技术一直处于世界先进行列，且其也是研究深井热害最早的國家。而我国相比于其他国家对热害问题的研究较晚一些。从总体上看，对矿井矿井热害的控制各国都取得了一定的成效。根据实践证明深井作业点的气温与工伤的发生率存在直接的联系，过高的深井气温，工伤发生率越高，反之则越低。由此可见，热害严重影响了生产的效率，威胁了工人的健康。
2.深井高温的成因
深井高温的成因主要分为三类，一种是受周围气温的影响：围岩散热、井下高温水散热和地表大气；一种是受深井作业机器的影响：机电设备放热、内燃机废气放热；最后一种是人为因素：人体散热、爆破产热，除此以外，还有深井空气自压缩产热导致的高温。其中，导致热害产生比重最高的要属围岩散热，其散热量将近占整体热量产生的百分之五十左右。围岩散热主要是通过裂隙水借助于对流或自岩体深部热传导将热量传给井巷，使深井气温升高。导致深井热害的另一个主要因素就是空气自压缩产热，其散热量占深井总热量的百分之二十左右，其是由地面压气站把空气加压，经过井筒传递到每个用风的地点，这个过程受重力势能的影响，将空气转化成了热能。机电设备放热也是产生热害的因素之一，深井中大中型机械随着采矿技术的不断提升其接受的电能设备也不断的增多，设备产生的热量主要是由于线路只有部分有用功，剩下的全部被转化为热能散发到深井之中。除此以外，剩下其他的热量产生的因素仅占整体深井高温的极少部分。
3.深井高温金属矿开采降温的方案
3.1通风降温
降低空气的热含量可以通过增加风量的方法，其降温的方式十分的有效。经一日本学者研究实验证实了通风降温的有效性，如果通风量增大，可以促进气流的温度在很大程度上下降，并且在通风量大到一定量时温度呈极速下降的趋势，若在此程度上再增加风量，那么气流温度的下降速度便会逐渐缓慢，通风量是井巷的0.56倍到0.84倍之间是最为经济的。总而言之，增加风量降低深井温度在矿井热害不严重的条件下是最有效的。通过减少风阻、增加扇风机的功率、减少漏风、加强通风管理、合理辅助风路和分风通风法等措施，可以有效加大深井的通风量，使通风系统得到改善。虽然风量的增加可以有效的降温，但增加的风量是受风速的规定和降温成本所限制的。
3.2深井工人个体防护
深井工人身着冷却服是个体防护的主要措施。适用范围广是冷却服最为显著的特征，深井中操作各种设备的人员或是中央制冷空调未被采用时游动于深井中的工作人员和生产管理者都可使用。尤其是冷却服的成本较其他制冷办法都低，所以各国都开展研制冷却服。冷却服的介质方面可分为干冰、冷水、压缩空气，其重量多数为十斤多，最重的重达三十多斤，冷却维持的时间为1-6小时，其中效果最好、质量最可靠的要属冰介质冷却服，但维持冷却时间仅有2小时。个体防护的降温措施最适用于不能采取集中降温和分散的深井高温作业地。
3.3应用地温预冷技术
利用地温预冷井下风流的新模式是由东北大学对深井高温开采所提出的，由湘西金矿和长春黄金研究所合作改造通风系统中尝试的。湘西金矿深井作业点岩层温度的测定，且井下温度高达32摄氏度以上，进行恒温层处大量废气坑道入风风流预冷降温。经实际测量表明，由入风井直接进入深井的入风流的温度比地温岩层预冷的入风流温度高3至5摄氏度。地温预冷技术与局部湿式循环降温和增加通风的措施相互配合，能够很好的解决深井高温的问题，同时，其技术的发展对深井降温具有重要的影响。
3.4减少热量的来源
首先，提高设备效率并安装位置合理是减少机电设备排热的重要手段；其次，避免围岩放热，可以通过涂敷绝热材料与围岩之上，其作用最大时便是岩温较高时，但其功效在一段时间以后便会消失；再次，也可在巷道壁面上涂敷隔热材料，以便减少原岩放热量的实现；最后，疏于地下水源要提前，将疏干的热水经过隔热的盖板引入水仓，再由隔热管道排到地面上，以实现深井热水产生的热蒸汽与热量的减少。减少热源的方案可被绝大多数的深井采用。
3.5人工制冷降温
事实证明，减少热源与增强通风并不能完全解除热害的问题，采用人工制冷也是一种有效的方法。首先，冷却局部的风流，其方法有：冰块、压气引射器、局部制冷等。操作步骤主要为，先使用空调机冷却水，将冷却水通过管路供给冷凝器，用局扇经双层隔热风简把冷却的空气送达作业点，其可达到降温4摄氏度左右的效果。其次，深井中的集中降温，其项目耗资大且耗动力强，所以集中制冷是采用其他降温方案都没有效果不得已而为之的一种方案，而且对于集中制冷的方案目前还尚未有一套行之有效的良好的方式。
总结
综合上述，金属矿是社会与经济发展的重要物质基础，金属矿开采的深度日益加深且深井热害问题越来越严峻，因此，迫切需要一种可以有效的降温的良好方案，以保障金属矿的顺利开采和工作人员的安全工作环境。深井开采所使用的方案，应以其实际为出发点，选择一项或联合几项的降温方案。所以，深井高温金属矿开采降温方案的探索具有其重要的意义。
参考文献
[1]杨竹周，李威.冀东.三山岛金矿深井通风降温治理技术研究.《金属矿山》，2011年11期
金属矿山深部开采的若干关键问题 篇4
随着开采深度的不断增加, 地质条件恶化, 破碎岩体增多, 地应力增大, 涌水量加大, 地温升高, 带来了深部地压、提升能力、作业环境恶化、通风降温和生产成本急剧增加等一系列问题, 抑制了生产能力提高和矿产资源的充分回收。
1.1 深部巷道变形与支护
随着开采深度的增加, 地应力随之增大。因此, 深部巷道与采场的维护原理与浅部有十分明显的区别, 这种区别的根源在于岩石所处的应力环境的区别以及由此导致的岩体力学性质的区别。在浅部十分普通的硬岩, 在深部可能表现出软岩的特征, 从而引起巷道和围岩的大变形;浅部的原岩大多处于弹性状态, 而深部的原岩处于“潜塑性”状态, 由各向不等压的原岩应力场引起的压、剪应力超过岩石强度, 造成岩石的潜在破坏状态。
深部高应力环境下的巷道支护, 除了必须考虑岩石强度性质和岩体结构外, 还应重视巷道所处的应力环境。浅部中、低应力条件下的巷道支护主要考虑业己存在的地质构造等不连续面的影响, 而深部高应力岩体中巷道支护必须考虑巷道围岩因掘进造成的断裂破坏带, 即新生断裂结构的影响。所以, 深部高应力环境下的巷道支护应强调峰后破坏岩体残余强度的利用。应合理控制岩体的峰后变形, 并尽量使巷道围岩处于三向应力状态, 为此, 需采用先柔后刚的能保持和提高岩体强度的加固措施;深部巷道支护设计应更多地建立在能量分析的基础上, 而不是简单地以应力和强度作为设计准则。
1.2 深部地压显现与开采动力灾害
从根本上讲, 地应力是所有地下工程, 包括地下采场、巷道地压显现的根本来源。在没有开采工程扰动的情况下, 岩体处于原始平衡状态。地下巷道或采场的开挖, 打破地层原始平衡状态, 导致地应力的释放, 从而引起岩体的变形和向自由面的位移, 引起围岩应力的重新分布。围岩的过量位移和应力集中将导致围岩局部的或整体的失稳和破坏。这就是地压发生的过程和机理。它与岩体的受力状态、岩体结构和质量、岩体物理力学性质、工程地质条件以及时间等因素有关。
深部地压主要有两种表现形式, 即:变形地压和冲击地压。
变形地压是因开挖产生的围岩位移所引起的压力, 这是地压的最基本形式。在岩体条件较好的情况下, 围岩的位移和变形发展到一定程度就停止了, 可能不需要支护, 围岩自身就能维持稳定。深部高应力条件下, 围岩具有产生大变形的内外部条件, 围岩的过量变形将产生微观或宏观破裂、岩层移动、巷道底鼓、片帮、冒顶、断面收缩、支架破坏、采场跨落等等。围岩必须通过支护才能防止过量的变形而引起的破坏。此时, 变形地压的显现特征与支护方法和支护结构密切相关。在围岩与支护结合在一体的条件下, 围岩与支护构成共同承载体, 它们相互依存、相互制约、共同变形。只有及时采取支护措施, 并且支护方法得当, 才能有效改善围岩应力分布状态, 抑制围岩变形, 阻止围岩的失稳和破坏。
冲击地压是一种岩石动力学现象, 它是围岩内聚集的大量弹性变形能在一定诱因下突然释放而表现出的一种形式。在金属矿山, 冲击地压叫岩爆。产生冲击地压和岩爆主要与两方面因素有关。一是岩石的岩体的结构性质, 具有在围岩内贮存高应变能的内在条件。一般来讲, 坚硬完整岩体容易贮存高应变能。二是有产生高应变能的外部环境, 如地应力大、围岩应力集中的地方。随着开采深度的增大, 地应力不断增大, 因而深部容易出现岩爆和冲击地压。
随着越来越多的矿山进入深部开采, 加强对岩爆的研究己刻不容缓, 研究重点在以下三个方面: (1) 从地应力、岩体结构、矿岩物理力学性质、采矿方法、开采过程、开采顺序、围岩能量聚集和释放规律等方面综合分析和研究岩爆机理; (2) 建立有效可靠的监测系统和手段, 对岩爆发生的可能性、发生的地点和大小进行预测预报; (3) 从防止和解除围岩高能量聚集, 避免引起高能量迅速释放的外部条件出现两方面采取防治岩爆的有效措施。
1.3 地温升高引起作业环境恶化
地下岩层温度随着深度的增加而增加。据统计, 常温带以下, 岩层温度以3℃/loom的梯度增加。千米以上的深井, 岩层温度将超过人体温度。如南非西部矿井, 在深部3000米处, 岩层温度高达80℃;我国铜陵冬瓜山铜矿在深度1000米处, 最高温度达40℃。深井开采工作面气温的升高导致工作条件的严重恶化。在持续的高温条件下, 人员的健康和工作能力将会受到很大的损伤, 这影响到采掘工作的正常进行, 使劳动生产率大大下降。据统计资料, 超过适合人体温度后, 温度每增加1℃, 工人的劳动生产率将降低7%~10%。采取经济和有效的措施, 解决深井的通风和降温问题, 使深井开采工作面保持人员和设备所能承受的温度和湿度, 并使综合开采成本限定在可以接受的范围内, 对保证深部地下开采的正常发展具有重要意义。
2 露天矿山
2.1 高陡边坡稳定性及合理的边坡角确定
我国大型金属露天矿山多始建于20世纪50~60年代, 现己生产多年, 其中多数逐步由山坡露天开采转为凹陷开采, 甚至深凹开采, 开采深度己延深至地表下100~30Om, 有的将超过400m。如首钢水厂铁矿凹陷开采深度为430m。很多露天矿的边坡垂直高度将超过500m, 如太钢峨口的铁矿的设计边坡垂直高度为720m, 首钢水厂铁矿为670m, 形成名副其实的高陡边坡。随着边坡的加高加陡, 边坡滑移和倾倒破坏事故的发生日益增多, 边坡稳定性维护的难度越来越大, 严重威胁矿山的安全, 制约矿山生产能力的提高。另一方面, 我国大型露天矿山与国外同类矿山相比, 边坡角普遍缓50左右, 而年产千万吨的矿山, 边坡角每提高10就可减少剥离量数千万吨, 节省投资上亿元, 经济效益极为显著。但边坡角加大又会给边坡稳定性维护带来更大困难。因此, 必须进行边坡设计的优化。在采取先进的综合措施在保证边坡生产安全的前提下, 最大限度提高边坡角, 就成为露天矿山降低成本, 提高效益的最重要的途径。
2.2 改变传统运输方式, 降低运输和生产成本
露天矿进入深凹开采以后, 重车下坡运行变为上坡运行, 运输距离加长, 运输效率降低, 导致运输成本急剧上升, 经济效益下降。据统计分析, 目前我国大型深凹露天矿的生产总成本中, 运输一项占到40~60%。如果开拓运输方式仍然采用目前广泛应用的铁路运输、铁路一汽车联合运输和公路汽车运输, 多数矿山将因为成本太高而无法开采。因此, 必须研究并应用适合大型深凹露天矿山的高效运输系统, 以保证矿山开采成本不增加, 从而保证矿山的正常生产。
针对这种情况, 一些矿山采用了陡坡铁路运输开采技术, 以延长铁路服务年限。这种运输方式对原有运输系统的改造和投资较少, 运输成本较低, 对于开采境界大且凹陷开采深度不超过300米的矿山有较好的适用性。但是, 陡坡铁路运输对坡度的增加有限, 随采场深度增加, 其适用性越来越差, 开采深度超过300米将不宜使用。目前西方发达国家普遍采用汽车一胶带半连续运输方式, 这种运输方式技术含量高, 既可发挥汽车运输的机动灵活、适应性强、短途运输经济、有利于强化开采的长处;又可发挥带式输送机运输能力大, 爬坡能力强, 运营费低的优势, 两者联合可达到最佳的经济效益。目前, 胶带的爬坡坡度可达到250~280‰, 汽车可达60~80‰, 普通铁路为20~25‰。陡坡铁路可达到40~50‰。所以胶带运输系统对大中型深凹露天矿具有普遍适用性。因此, 汽车一胶带半连续运输是我国未来深凹露天矿运输系统的重点发展方向。
同时, 露天矿转入深凹开采以后, 开采条件日趋恶化, 空间作业尺寸逐渐狭窄, 干扰增大。而大型露天矿生产设备品种多、数量大, 生产设备和环节时空关系复杂, 建立自动化的生产调度和管理信息系统, 对充分发挥设备作业效率, 降低生产成本, 提高矿山效益具有重大意义。
摘要：阐述了金属地下矿山深部开采中的深部巷道变形与支护、深部地压显现与开采动力灾害、地温升高引起作业环境恶化和露天矿山高陡边坡稳定性及合理的边坡角确定、改变传统运输方式、降低运输和生产成本等关键问题。
金属铁矿开采程序控制软件设计论文 篇5
关键词：过程控制;金属铁矿开采;软件
中图分类号：TP276文献标识码：A文章编号：11-5004(2016)1-0040-2
金属矿的开采 篇6
金属矿地下开采过程中可能会引起地表沉陷,甚至造成地表建筑物破坏变形等安全事故,因此,地表沉陷成为目前地表环境保护重点关注对象之一。地表沉陷又分为连续沉降和不连续沉降,如图1所示。其中不连续沉降对地表影响较大,可能引发地质灾害,导致地表破坏、建筑物变形等,图2为地下开采引起的地表破坏。针对地下资源开采带来的危害,地表沉陷一直以来是不少学者研究的重点,也取得了诸多成果。目前地下开采引起的地表沉陷主要通过理论预测及仪器监测等技术进行研究和应对,相关技术采用方法不同且适用性有限,另外,金属矿地下开采引起的地表沉陷研究起步相对较晚,为此,有必要对金属矿地下开采地表沉陷预测及监测安全技术进行进一步归纳与探讨。
2 国内外地表沉陷研究现状
矿山开采导致的地表沉陷研究涉及地质、采矿、岩石力学、测量、计算科学和统计学等多学科,是目前国内外研究的重点和难点。针对矿山开采引起的地表沉降研究始于19世纪,初期主要是针对煤层开采引起的地表沉降问题,之后经历了从实地观测、理论分析到地表沉陷控制与治理的研究过程[1]。结合金属矿岩层特征与条件,相关学者将煤层沉陷研究诸多成果引入地下金属矿开采地表沉陷研究中,使得地下金属矿开采地表沉陷理论与研究方法得到丰富与发展。
2.1 地表沉陷理论研究
目前,国外科技工作者对地表沉陷预测及监测方法开展了诸多研究,并且取得丰硕的研究成果,主要理论包括连续介质理论(阿威尔申为代表)及随机介质理论(波兰学者李特维尼申为代表)。美国坎达尔提出离散单元法研究分析了岩层的层状特征以及地表沉陷过程中岩层发生离层的现象。俄罗斯A.A.Baryakh研究了将时间作为动态因素的地表沉陷预测方法。韩国Hahn Chul Jung、印度K.B.Singh等借助先进的观测手段,对地表沉降及其塌陷机理、预测方法及地表沉陷控制措施进行了研究;萨拉蒙提出了一种称为“面元原理”的线弹性分析原理;波兰Ryszard Hejmanowski等采用了空间统计方法对开采沉陷预测进行了研究;印度A.K.Soni等对埋藏浅部矿体开采地表沉降规律进行了深入研究[2]。国内学者在国内地下矿山长期开采基础上,对地表变形沉降进行了深入研究。刘天泉应用概率积分法对地表覆岩破坏机理进行研究,提出了计算地表裂隙带高度的方法;煤科总院李增琪给出了上覆岩层沉陷的弹性力学表达式;中国矿大邓喀中教授根据弹性梁理论建立了地表沉陷的动态力学模型,实现了岩层内部破坏的计算;矿大邹友峰教授基于弹性介质理论提出了条带开采地表沉陷预测的三维层状介质理论;于广明、谢和平将分形损伤岩石力学应用于地表沉陷预测中;钱鸣高院士提出地表沉陷与控制关键层理论,该理论认为坚硬关键层对地表沉陷起控制作用[3,4,5]。
2.2 金属矿开采地表沉陷研究方法
(1)工程类比及经验公式法。工程类比法是目前金属矿山最常用的一种方法,即参照类似矿山经验。针对地下矿山复杂性与多变性特征,对开采矿体特征相近,地下岩体条件相似的矿山可采用工程类比法进行地表沉陷预测,该方法可较快地对地下矿开采引起的地表岩层变形沉降进行大致预测,但精度较低,如借助前苏联矿山岩移角划分表对类似矿山进行地表沉陷预测。国际上前苏联在乌拉尔的波克罗夫铁矿区、卡契卡尔金矿区、红色近卫军铜矿区,在哈萨克斯坦的西卡拉日阿里铁矿区、索克洛夫铁矿区等长期系统地进行了地表沉陷的现场实测与研究,形成了“前苏联式的经验类比法”,表1所示为前苏联矿山充分采动下岩移角。目前工程类比法适合于矿山开采前期的地表沉降预测分析,在进行沉陷圈的预测划定时,往往需要更为准确的方法[6]。
另外经验公式法是目前比较常用的地表沉陷预测方法,该方法主要是对实测资料进行综合分析,一般根据岩体强度、地质构造、矿体产状等影响因素来建立经验公式,从而应用于类似矿山。目前主要有剖面函数法及典型曲线法两种经验公式。
(2)理论分析法。根据现阶段理论研究成果,主要应用概率积分法及法线理论、拱形理论、岩移角理论及上盘渐进断裂理论、松动区引起地表岩层移动理论、概化随机介质理论等进行地表沉陷预测。理论分析方法针对性强,科研价值高,但同时理论预测方法难度大,计算工作量非常复杂,适应性不高,需具备相关专业知识的高级人才进行深入研究,目前金属矿地下开采地表沉陷预测理论分析方法在逐步发展与成熟[7]。
(3)数值模拟方法。地下矿山开采地表沉陷分析过程中,矿山地质条件复杂,岩层性质差异较大。当遇到断裂构造、井下空区或者地形起伏较大的岩层条件时,使用传统理论分析方法计算非常困难,因此在此情况下,借助数值模拟方法可以准确模拟分析复杂工程条件下的演化情况。目前常用的数值模拟方法有有限元法、边界元法以及离散单元法等。数值模拟方法可对地表沉陷移动进行定量评价,计算岩体所处状态,判断岩体是否发生破坏,具有合理的参考价值,同时考虑地下岩体的不连续性以及所受地应力和构造应力状态,数值模型基本能反映地下岩体实际状况,目前数值模拟方法广泛应用于地表沉陷预测研究[6,7]。
2.3 监测技术
目前地表沉陷监测手段有常规地面测量方法,常规地面测量方法主要包括精密高程测量、角度测量以及精密距离测量方法,这些方法又称之为大地测量。常规地面测量方法优点是所用仪器工具较普遍,且直观性好,操作较为简单,缺点是无法实现动态监测与长期在线监测。
近年来,随着信息技术以及全新测绘技术的快速发展,全球定位系统GPS地表沉降监测以及InSAR(合成孔径雷达干涉测量)技术、三维激光扫描技术等已经应用于地表沉降变形监测,而且观测精度也得到大幅提升,通过信息技术的应用,对地表变形监测可实现实时在线以及动态模拟监测,通过分析监测数据,有助于科技工作者分析地表沉陷规律及演化机理[8,12]。
3 地表沉陷预测及监测技术发展
地下金属矿开采引起的地表沉陷是非常复杂的力学问题,其复杂性表现在岩层性质差异变化大、地质条件复杂,且岩体力学性质难以准确测量与判定,因此地表沉陷变形表现出明显的非线性机制。地下工程的以上特性决定了仅依靠经验公式及工程类比法难以对地表沉陷进行全面和准确的预测。近年来,随着计算机技术快速发展以及矿山测量技术的提高,金属矿山地表沉陷数值模拟技术得以成熟,各种现代化高精度监测手段在矿山得到应用。因此,计算机数值模拟预测技术以及GPS、数字摄影测量等现代测量手段相结合成为矿山地表沉陷研究的发展趋势[7,8,9,10]。
3.1 数值模拟技术的应用
随着计算机的快速发展与应用,数值模拟技术已广泛应用于各领域。在金属矿地下开采中,应用数值模拟技术可对地表沉陷进行预测研究,可展现地表沉陷演化过程,对地表沉陷机理研究起到极大的促进作用。未来,金属矿开采引起的地表沉陷研究中,数值模拟技术将展现更大的优势,发挥更具指导性的作用,但由于地下工程问题的复杂性,数值模拟技术还需在以下方面发展完善:①从二维向三维扩展。早期受计算机性能限制,数值模拟程序一般为一维或者二维,对于地下岩体各向异性,不同地质结构体的产状特征影响,二维程序已经难以满足需求,因此,随着计算机能力的提高,计算程序也发展成为三维,从而也能更准确地进行地表沉陷模拟预测;②由单纯的结构力学计算向求解多物理场发展。数值模拟技术最早由结构化矩阵发展过来,并推广到连续体固体力学分析中,目前已发展成为求解流体力学、渗流、磁场及温度等多场耦合作用下的模拟计算,而地下岩体存在的温度差异及渗流特性正迫切需要计算程序能进行该方面的模拟求解;③求解非线性问题。岩体的特性决定地表沉陷预测的模拟求解不是简单的线性问题,因此,需要采用非线性算法才能解决,数值模拟技术也在向更复杂的非线性分析求解发展。
另外,数值模拟技术更依赖于准确的基础参数,而具有代表性的基础参数才是进行数值模拟计算的基础,因此在基础参数准确获取技术上还有更长的路要走。
3.2 现代监测技术应用
现代监测测量技术发展迅速,代表性的有全球定位系统GPS技术以及InSAR技术,数字摄影测量技术及记载三维激光扫描成像技术等应用于地面沉降监测。现代监测测量技术精度高,且可配合其他处理软件,可对矿山大范围监测数据进行快速提取分析,从而做到或接近实时动态监测,对研究分析地表沉降规律具有重要意义,现代监测手段未来将发展成为矿山地表监测的主要手段。
目前,GPS技术在发达国家地表沉降引起的地质灾害监测中得到普遍应用。作为矿山安全监测的重要手段,GPS和GIS(地理信息系统)技术的结合实现了对地下矿山开采地表岩层移动的在线动态监测。如美国科罗拉多州立大学应用GPS和GIS结合技术对哥伦比亚某一地区进行矿山开采引起地表灾害分析和研究,此研究将基岩和构造地质条件、地表地质条件、地形、气候、地貌单元和水文条件等因素作为重点考虑对象[14,15,16],通过GPS和GIS技术的结合,将GPS监测数据输入存储于GIS系统中,再通过GIS系统强大的数据处理功能,将各因素组成与功能分类,并对有关滑坡变形、山体塌方及河岸侵蚀等灾害倾向区域进行分区,从而分析并评价各因素对某一灾害事件产生的影响程度。
4 结语
减少金属矿山井下开采粉尘危害 篇7
下面, 笔者将结合攀钢集团矿业有限公司兰尖铁矿尖山采场露天转井下开采的实践经验, 阐述在巷道掘进及挂帮矿回采过程中如何减少粉尘危害, 以供同仁参考。
现状及危害
尖山采场井下粉尘伴随着巷道掘进、中深孔凿岩、爆破作业、铲运作业、矿石破碎及放矿等主要工序所产生。其中凿岩产尘的来源主要包括从钻孔逸出的粉尘、从钻孔中逸出的岩浆为压气所雾化形成的粉尘以及被压气吹扬起已沉降的粉尘。爆破产尘的来源主要包括爆破起爆时短时间内产生大量的粉尘及震动冲击波掀起的大量粉尘。铲运作业产尘的来源主要包括铲运作业时爆堆垮塌扬起的粉尘、铲运作业运输过程中扬起的粉尘以及溜井口卸矿时扬起的粉尘。在这些作业过程中, 产尘持续时间长, 尘粒较细, 直接威胁职工的身心健康。
井下粉尘的危害主要表现在以下几方面, 一是污染工作场所, 对人体身体健康的损害, 引起尘肺病;二是加速机械磨损, 缩短精密仪器使用寿命;三是降低工作场所能见度, 导致误操作, 增加事故发生的机率。
源头控制粉尘产生
为了从源头上控制粉尘产生, 兰尖铁矿采取了如下措施。
凿岩防尘
兰尖铁矿采用了湿式凿岩 (中心供水凿岩) , 即通过凿岩机钎杆的中孔, 将压力水送入钻孔底部, 湿润、冲洗并排除生成的粉尘, 同时严格遵守湿式凿岩标准化操作 (见图1) 。
爆破防尘
兰尖铁矿爆破前控制措施主要包括爆破前用水冲洗距工作面10 m左右内的巷道周壁, 防止爆破波扬起积尘, 并使部分新产生的粉尘粘贴在湿润面上;用水袋装满水代替炮泥作填塞物;在炮烟抛掷区内设置水幕, 同时利用风水喷雾器迎着炮烟抛掷方向喷射, 形成水雾带, 能有效地降尘和控制粉尘扩散。
图1中深孔湿式凿岩
爆破后的控制措施主要包括爆破后采用进路高压风及局部扇加强通风;爆破后在爆堆上洒水;在主回风竖井出口设置水幕, 有效降低粉尘及炮烟浓度。
铲运防尘
铲运防尘主要措施包括:
1.对铲运作业的进路取货点设置固定的喷雾洒水点, 是直接防止粉尘飞扬的有效措施。
2.铲运作业运输过程中对路面进行洒水, 有效防止了运输过程中扬起的粉尘。
3.在溜井口设置固定的喷雾洒水点, 卸货时铲运机站在上风向卸矿。
4.对铲运作业的进路、溜井口设置固定的喷雾洒水点, 同时将喷雾器安设在铲运机上, 并使其开关阀门与其铲臂运行联动, 对准铲斗, 自动控制喷雾洒水, 从而有效降低了路面积水和溜井口洒水过多导致溜井跑溜。
溜井防尘
溜井卸矿时, 向卸落矿岩喷雾洒水是简单经济的防尘措施。以兰尖铁矿为例, 在溜井口设置了固定的自动喷雾降尘装置, 并在溜井联道设置自动喷雾探头, 当铲运机通过时溜井口进行自动喷雾。同时, 兰尖铁矿还设置了专用排尘巷道与溜井联通。
根据兰尖铁矿的实践经验, 在溜井设计时, 应尽量避免采用多阶段共用的长溜井, 若必须采用, 最好各阶段溜井错开一段水平距离, 并将下分段的溜井联道采用临时性屏障进行封堵。
破碎系统防尘
井下破碎系统是产尘的主要来源, 因此, 必须对破碎机系统采取有效的密闭防尘措施。从兰尖铁矿的实践来看, 一是要把溜槽、破碎机机体及矿岩通道全部密闭起来, 只留必要的观察和检修口, 建立良好的通风换气系统;二是在矿山允许的条件下, 可专门打一条破碎回风井。兰尖铁矿为了有效治理破碎系统产生的粉尘, 在设计时还专门设计了一条破碎系统回风竖井进行通风排尘。
锚喷支护防尘
随着作业进路推进, 巷道围岩顶板在不断地变化, 巷道支护措施也在不断改进, 锚喷支护成为尖山井下巷道支护的常用措施, 也是产尘的来源之一。兰尖铁矿锚喷支护防尘措施主要包括改干料为潮料、改进喷嘴结构、低风压近距离喷射、加强通风等。
捕捉已产生的粉尘
通风
通风的目的就是将井下粉尘稀释到安全浓度以下并排出矿井, 《冶金地下矿山安全规程》要求“入风井巷和掘进工作面的风源含尘量不得超过0.5mg/m3”。
为保证通风的有效作用, 就需要新鲜风流有良好的风质。决定通风除尘效果的主要因素有风速、风流方向及粉尘密度、粒度、形状、潮湿程度等。根据《冶金地下矿山安全规程》规定“硐室型采场最低风速不应小于0.15m/s;巷道型采场和掘进巷道不应小于0.25 m/s;电耙道和二次破碎巷道不应小于0.5 m/s”, 但通风时也要控制好相应的风速。实践表明, 如果风速过低, 粗粒粉尘将与空气分离下沉, 不易排出而滞留在采掘空间, 增加粉尘的浓度;如果风速过高, 虽然能够将粉尘带走, 但又会将采掘空间的落尘重新吹起, 反而会增加粉尘浓度。因此, 在进行通风时, 至少要能使对人体最有危害的粉尘 (呼吸粉尘) 保持悬浮状态并随风流运动排除。
沉积于巷道底板、周壁以及矿岩等表面上的粉尘, 当受到较高风速的风流时, 可能再次被吹扬起来而污染风流, 此风速称之为扬尘风速。扬尘风速除与粉尘粒径与密度有关外, 还与粉尘湿润程度、巷道潮湿状况、附着状况、有无扰动等因素有关。根据试验及兰尖铁矿的实践经验, 在干燥巷道中, 在不受扰动情况下, 赤铁粉尘的扬尘风速为3〜4 m/s;在潮湿巷道中, 扬尘风速可达6 m/s以上。因此, 为了避免粉尘二次吹扬, 成为次生粉尘, 造成严重污染, 除控制好风速外, 还应及时清除积尘和增加粉尘湿润程度。
喷雾
喷雾是把水雾化成微细水滴并喷射于空气中, 使之与尘粒相碰撞接触, 则尘粒可被捕捉而附于水滴上或者被湿润尘粒相互凝聚成大颗粒, 从而达到降尘的目的。这种措施主要针对一些高浓度的产尘场所, 例如采掘掌子面、装卸矿点、破碎系统等。
第一种是自动喷雾降尘技术, 可以通过自动控制方式, 利用机械、电触点、光电、超声波、爆破波等控制开关, 以达到自动喷雾降尘。根据兰尖铁矿的实践经验, 在进行装车、卸矿等间断作业中, 装卸时要喷雾, 不作业时应停止喷雾。另外, 在爆破后工作地点炮烟粉尘大, 应禁止人员入内操作。
第二种是机械自带喷雾降尘技术, 可以通过在一些产尘量比较大的生产设备上安装喷雾器来实现降尘。如掘进凿岩设备、破碎系统设备及铲运设备等。在现行矿山中, 凿岩设备的不断改进也降低了粉尘的大部分源头。例如湿式凿岩, 是通过凿岩机钎杆的中空, 将压力水送入钻孔底部, 潮湿、冲洗并排除生成的粉尘, 可用中心供水和旁侧供水等方式。
除尘
除尘就是要利用除尘器将空气中的粉尘分离、收集并排除, 从而达到净化空气的目的。由于井下矿山的特殊工作条件 (如工作空间较小、分散、移动性强等) , 除某些固定产尘点 (如破碎硐室、装载硐室、溜矿岩井等) 可以选用通常标准产品外, 还可以根据矿井工作条件与要求, 设计制造相应简便的除尘器。矿山常有除尘器类型有:旋风除尘器、袋式除尘器、纤维层过滤器、水浴除尘器、湿式旋流除尘风机、旋流粉尘净化器、湿式过滤除尘器等。
隔离已产生的粉尘
在开采过程中, 应通过采取各种技术措施, 将一些高浓度粉尘直接隔离或将其沉降, 使粉尘不向周围扩散污染其他工作面, 以达到隔离的目的。
以兰尖铁矿为例, 主要采取的是水幕净化技术, 即在井巷顶部或两帮敷设水管, 在水管间隔距地安装数个喷雾器, 并通过喷出的水雾将粉尘捕捉。水幕可在矿井风流总入口、采区风流入口、掘进回风流口、巷道中产尘源等位置布设。水幕的控制方式可根据巷道的条件, 选用光式、触控式或机械传动控制。兰尖铁矿在尖山采场放矿溜井口和主回风竖井口均设置了水幕净化技术, 效果较好。
减少粉尘危害
个体防护
目前仍有很多金属矿山井下采掘工作面粉尘浓度较高, 严重威胁着职工的身心健康。在巷道掘进及挂帮矿回采过程中应优先考虑改善生产工艺、完善防尘措施。其次是要为职工配备有效的呼吸防护用品作为治理粉尘危害的重要补充措施, 例如, 兰尖铁矿为尖山采场井下作业职工配备了防毒面具以代替传统的防尘口罩。
粉尘监测
随着建设工程的完工, 井下开采正式作业, 应根据井下设备布局情况、生产工艺特点, 科学合理地选择粉尘采集点及个体采集对象, 配备通风防尘检测仪表, 如粉尘浓度测定仪、游离二氧化硅测定仪等。常备检测仪表应能检测粉尘浓度、炮烟浓度、巷道风速、温度、湿度、气压等, 同时还要建立粉尘检测数据档案。
技术人员要及时了解作业场所的粉尘状况, 应根据检测数据统计分析粉尘的防治情况, 逐步完善粉尘的防治措施, 条件许可的单位可建立通风防尘化验室。
职业健康监护
任何金属矿山企业都必须按照国家要求, 按职业健康监护要求对职工进行职业卫生建档, 对作业人员进行上岗前、在岗期间及离岗时的职业健康检查并存档, 随时跟踪职工安全健康情况。不得安排未经上岗前职业安全检查及尘肺职业禁忌的人员从事接触粉尘的作业, 在岗期间要按规定周期进行职业安全检查。在职业健康检查中若发现与粉尘相关的健康损害的人员, 应调离接触粉尘岗位, 并妥善安置。
建立健全制度