极速影院礦業有限公司
科技管理
2010-12-15
科技管理

大間距集中化無底柱采礦新工藝研究

1、立項背景(相關科學技術狀況及其存在的問題)
  國外無底柱分段崩落法正朝著設備大型化、液壓化、結構參數增大的方向發展。我國采用無底柱分段崩落采礦法開采的鐵礦石產量占全部地下開采量的85%以上,大多采用低分段小間距(10×10m)的結構參數,采用的鑽孔設備主要是老式氣動鑿岩機配以台車或台架,一般極限深度為13~15m。因此,普遍存在技術落後、效率低、采掘比大、作業點分散、成本高等共性問題,製約著我國地下礦山的發展。
  當前,製約我國無底柱分段崩落法不能采用大結構參數的瓶頸問題是沒有價格適中的高效中深孔鑿岩設備。近年來,雖有少數幾家礦山引進了國外高效中深孔鑿岩設備—全液壓采礦鑽車,但價格昂貴,台套價高達200多萬元,大多數礦山買不起,而且結構複雜,維修保養困難。因此,開發一種鑽進性能高、價格便宜、結構簡單、便於維護的國產高效地下中深孔鑿岩設備成為當務之急。
  隨著大結構參數無底柱采礦法的采用,在這種大結構參數條件下的低貧化放礦問題也是一個突出問題。這個問題不解決,開采礦石的損失和貧化問題就不能解決,這不僅浪費了礦產資源,也影響著經濟效益的提高。
  极速影院冶金礦業集團公司是我國大型黑色地下礦山企業之一, 已探明地質儲量2.74億噸。 該公司的三個主要礦體地質條件複雜,埋藏深、礦體破碎、地應力大、穩固性較差,屬地質條件複雜的難采礦床;現采用無底柱分段崩落法采礦,存在結構參數小(10×10m)、鑽孔效率低、地壓複雜等製約生產效率提高的問題,迫切需要實施 大 結構參數和集中化開采的技術改造。以該礦山作為本項研究的試驗點,在礦床賦存條件、采礦方法結構參數、裝備水平、生產能力和經營狀況等方麵對我國目前大多數地下鐵礦山更具代表性,研究所取得的成果推廣更有現實意義。
  因此,國家科學技術部於2001年向极速影院冶金礦業集團公司下達了《國家“十五”科技攻關課題任務書》“大間距集中化無底柱采礦新工藝研究”,由极速影院冶金礦業集團公司與長沙礦冶研究院、東北大學共同承擔科研任務。
   
2、詳細科學技術內容(總體思路、技術方案、實施效果)
  
總體思路:鑿岩設備首先研製完成適合於大結構參數的地下中深孔氣液聯動采礦鑽車及配套釺具,奠定本攻關課題的設備基礎;與此同時,以實驗室物理模擬和計算機仿真為手段,確定合理的大結構參數和控製放礦製度,形成配套技術;研究新生產條件下的集中開采模式及相應的生產、安全保障支持係統,形成工作麵、工序、設備等有序、高效的集中方式;最終形成適合於大參數、集中化、高強度開采的擁有自主知識產權的成套技術成果,並在試驗礦山和其它地下礦山推廣應用。
    技術方案:該課題技術方案包括以下幾個方麵:中深孔地下氣液聯動鑿岩設備;無底柱分段崩落法大結構參數確定方法;大參數下低貧化放礦理論及放礦方式;集中化開采技術;地壓控製技術;采礦計算機智能輔助決策係統。
    實施效果:本研究以极速影院冶金礦業集團公司為工程依托單位,极速影院冶金礦業公司、長沙礦冶研究院和東北大學聯合攻關,達到的主要技術經濟指標:
    *采礦技術經濟指標
  將极速影院礦山公司小官莊鐵礦現有無底柱采礦方法的構成要素(分段高×進路間距)由10×10m擴大到15×15 m,並達到以下指標:
  (1) 采掘比:由60~70米/萬噸降低到27~30米/萬噸;
  (2) 采礦強度:由38噸/米2?年提高到52噸/米2?年;
  (3) 全員勞動生產率:達到 2100噸/人?年;
  (4) 放礦貧化率:由29%下降到20%以下;

*中深孔氣液聯動鑿岩設備的試驗研究和工業應用業已表明:
  (1)氣液聯動鑿岩設備與氣動鑿岩設備相比具有高的鑽速,隨孔深的增加,其優勢表現愈顯著,平均鑽速約為氣動鑿岩設備的二倍。最大鑽深已達27.2m,並尚有鑽進能力,而一般氣動鑿岩設備的有效鑽深最高僅為18m,氣液聯動鑿岩設備已具備實施高分段深孔鑽進的能力。
  (2)氣液聯動鑿岩設備實際達到的台班效率為60m/台班~82m/台班,最高達91m/台班,其最高台班效率比YGZ90氣動鑿岩設備的實測台班效率(48m/台班,均采用S76釺頭)高出近一倍。上述試驗結果,顯示了氣液聯動鑿岩設備鑽深大、鑽速快的突出優勢。
  (3)氣液聯動鑿岩設備采用鑽架式分體結構,由台架、操縱台和液壓動力站三部分組成,總重1.12t,簡單輕便,拆卸運輸方便,適用於井下、特別是移動頻繁、地質和運輸條件差的工點采用。目前設備的總造價約15萬元/台,僅為國外中深孔液壓鑽車價格的1/10,達到了考核指標要求控製在引進鑽車價格的1/5以內的要求。
目前設備已投入极速影院冶金礦業集團公司高分段大間距集中化無底柱采礦中使用。
    *解決的關鍵技術
  (1)地下中深孔氣液聯動鑿岩設備;
  (2)大結構參數條件下的低貧化放礦技術。

  
 3、重大科技成果、專利情況
  研製出我國第一台中深孔氣液聯動鑿岩設備及配套釺具,與目前應用的YGZ90氣動鑿岩設備相比,其鑽進能力(鑽速、鑽深)具有顯著的優勢,已可滿足高分段、大間距無底柱采礦的需要,是我國地下中深孔鑿岩技術和設備的一項重大突破;並相應完成了氣液聯動鑿岩設備的鑽進理論研究,在理論上有所突破,對指導氣液聯動鑿岩設備的設計和應用有重要意義。
  完成了大結構參數下的低貧化放礦技術研究,在大結構參數條件下控製覆岩下礦岩界麵整體平行移動,實現低貧化放礦,該項低貧化放礦技術可在我國地下礦山推廣應用。
申請國家發明專利三項,實用新型專利一項:
  ⑴一種可匹配鑿岩能量的釺頭,申請號:200310103887.9
  ⑵一種柱麵承載管式釺杆,申請號:200310103889.8
  ⑶一種鑿岩機的釺尾結構,申請號:200310103888.3
  ⑷一種用於地下采礦的中深孔氣液聯動鑿岩設備,申請號:032270674。
  專利號:032270674
   
4、創新點
  (1) 地下中深孔氣液聯動鑿岩設備 本設備為複合型創新,采用壓氣衝擊機構,結構簡單、工作可靠;旋轉機構采用液壓,具有體積小、功率大的特點,可使鑿岩機在大扭矩條件下進行旋轉-衝擊破岩,即除衝擊破岩外,還充分利用岩石剪切強度遠小於抗壓強度這一特點,進行剪切破碎岩石,故其鑿速和能量利用率遠高於一般鑿岩機,使之具有和液壓鑿岩機相近的鑽速優勢;同時由於隻旋轉需要液壓動力,相對液壓鑿岩機而言,簡化了液壓係統,大大降低了整機造價。
  (2) 根據礦石堆體與放出體最大吻合條件,提出了確定無底柱分段崩落法大結構參數理論和方法。
  (3) 在對放礦方式、截止品位、放礦順序等理論與試驗研究基礎上,確定小官莊鐵礦低貧化放礦新技術體係,使小官莊鐵礦貧化率由29%下降到20%以下。
   
5、應用情況(包括推廣及論文引用情況)
  本項研究所提供的技術成果已於2002年以极速影院冶金礦業集團小官莊鐵礦為試驗基地投入生產應用,其中地下中深孔氣液聯動鑿岩設備已投入三台進入生產使用,累計鑽進28000m,平均延米鑽速為礦山現用氣動鑿岩設備的二倍,鑽深達27m以上,其采礦方法構成要素由原來的10×10m擴大為15×15m,回采率81.04%,貧化率10.84%,采礦強度由38t/m2?年提高到50-60t/m2?年,勞動生產率達到2100 t/人?年。攻關期間三年共獲得經濟效益12426萬元,平均年經濟效益為4142萬元。
  我國現有黑色地下礦山50座,其中地下重點鐵礦山16座,現有大中型地下鐵礦山的礦石產量為1500~2000萬噸/年,85%以上采用無底柱分段崩落法采礦;此外,化工、有色、建材等行業也有不少礦山采用這種方法,本項成果在极速影院應用好的基礎上,可在我國大中型地下礦山(特別是地質條件差的礦山)大麵積推廣應用。
  該研究成果在國內地下礦山推廣,采礦成本可下降25%;可獲得巨大的經濟效益。

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