置换采矿方案探讨.docx

       置换采矿方案探讨                     摘要： 为了实现地下矿山企业投资少、见效快、低成本、低污染、高效益、高安全系数，采用置换采矿方案——巷道掘进时,用混凝土模块发碹支护，使巷道自带通风功能，并同步永久封存散落浮矿、残留矿柱（壁）及采空区，可将裂隙渗水归管无污染处理；采矿时，液压活塞式渣石注入机和置换采矿支护架配套使用，用尾矿渣石等充填物将矿石置换出来，使顶板不冒落，实现矿山企业固体物零排放；运输，采用导链式运输系统，实现所采矿石的运出、充填渣石的运入同步进行，除井下装载点和地表卸载点外，中途无需人员操作，有效避免坠车安全事故的发生若配备相应的智能装置，就可方便实现智能化矿山关键词:置换采矿方案、混凝土模块发碹支护、导链式运输系统一 前言矿山企业，地下矿石开采后，所留下的采空区，大多采用人工放顶或者自然冒落由此带来如下问题:1 大量的顶板冒落，带来顶板管理及安全等一系列问题，稍有差错就是事故或矿难2 岩层裂隙增大，加大地下水的渗透，增加排水困难和污染源3 尾矿渣石无法有效的充填入采空区，丢弃在地表成为污染源，并费工费时费钱4 对于煤矿，采空区巨大的裂隙空间储存大量的瓦斯，并且紧邻作业地点，是一较大的危险源，不乏因采空区瓦斯引发的事故或矿难。

5 停产或闭矿后，采空区巨大的裂隙空间储存巨大的污染水源，无疑又是一巨大的危险源，不乏采空区储存的污染水源引发的事故或矿难以上所述问题，使矿山企业成为高危险、高污染的代名词，矿难和环境污染更是管理者的主要烦心事二 置换采矿方案地下矿石置换采矿方案——巷道掘进时,用混凝土模块发碹支护，将散落浮矿、残留矿柱（壁）、采空区同步永久封存，裂隙渗水归管无污染处理；采矿时，用尾矿渣石等同步注入采空区充填并永久封存，将矿石置换出来，使顶板不冒落，实现矿山企业污染物零排放；运输，采用导链式运输系统，实现所采矿石的运出、充填渣石的运入同步进行，有效减少地下作业人员具体实施如下：1 巷道掘进与支护在巷道掘进时，实施混凝土模块发碹支护，利用混凝土的易加工性、廉价性、牢固性、紧密性，同步形成具有密封功能、通风功能的牢固的永久性巷道具体方法是：（1）预制发碹模块掘进工程开始前，提前将设计需要的发碹巷道墙体分解成：a、竖直墙体为长方体模块b、起拱墙为直角梯形模块c、拱形墙为等腰梯形模块如图1所示，用模具预制，并在其间设置安装孔（并预埋螺母）、通风孔、卡装槽、注浆孔另外，轨道安装孔、边沟、梯步等设计需要的，都可提前预制，并于发碹施工时拼装完成。

2）预备相应材料设备a、专用材料：卡装条、连接垫块、缝隙垫块、通风孔连接管、锚杆如图2所示b、专用设备：模块运装车、拱形墙模块输送架，如图3、图4所示c、通用设备：水泥注浆机、锚杆等3）发碹支护施工流程A、运模块巷道发碹时，用如图3所示的模块运装车，按需依次将长方体模块、直角梯形模块、等腰梯形模块运到现场B、拼装模块运到后，直接装入，或用图4所示的模块输送架，送到指定安装点，放好通风孔连接管、缝隙垫块，用连接垫块，将相邻模块借助安装孔相互连接固定C、密封浇注拼装好后，沿卡装槽、注浆孔注入水泥沙浆进行充填密封浇固，再将柱锥状卡装条打入卡装槽，遂完成一轮巷道混凝土模块发碹支护施工，如图5、图6、图7、图8所示混凝土模块，提前预制，一般为1x0.3x0.5米3，重量约360公斤，由特制的运装车按需运入，随到随装随走超前掘进巷道发碹，可作短暂停留4）混凝土模块发碹支护优点利用混凝土模块、拱形结构、连接垫块的相互支撑作用，有如下优点：A、将散落浮矿、残留矿柱（壁）、采空区同步永久封存B、对巷道进行超前支护：如图23所示，各模块相互间由连接垫片、缝隙垫块、柱锥状卡装条的作用而连接并固定，在前进方向，形成相邻模块超前或滞后半块长度的距离，成凹进凸出状，拱形结构又有较强的支撑力，利用拱形墙模块输送架的模块推送装置、前后移动装置、定位装置，准确将模块输送到凹部位置，随即利用双托连接块、双托弯折连接块及安装孔将其与相邻且固定的等腰梯形模块连接并固定，再用注浆机沿卡装槽、注浆孔、安装缝隙注入相应的混凝土或水泥浆，形成相应的注浆密封浇固层，后将柱锥状卡装条打入卡装槽，在安全地点完成一轮拱顶超前支护施工，确保巷道顶部冒落带的支护随时贴近施工掌子面，确保施工人员随时都在支护完好的安全地点作业，最大限度保障施工人员安全。

C、地下巷道裂隙渗水归管处理：顺裂隙往深处打2 --5米的孔，并置入多孔引水管，在注浆密封浇固层的对应处注浆密封，裂隙渗水会顺作多孔引水管流入，然后在巷道壁的相应处安装上导水引流管及闸阀，裂隙渗水就随导水引流管流走斜井掘进时，安装上自吸泵就可直接抽出地表，不让其在作业点聚集后再抽，方便施工地表浅层渗水，关闭闸阀不让其流入井下可直接用于掘进作业对于平巷，可直接流入水仓，亦可直接用于作业生产总之，不让其随地流淌形成污染水源有条件或必要时，可用相应位置的通风孔代替水管，减少相应的开支如图24所示D、利用通风孔通风：在巷道口或发碹巷道起始处，用相应直径的刚性通风孔导风管接入通风孔，一定数量的通风孔导风管并联接入较大直径的刚性风筒，装上风机，污风及从通风孔被抽出，形成负压通风墙体不坏，通风孔就不会坏，确保作业地点良好的永久通风性能，如图25所示对于超前掘进巷道，由于墙体有较多的通风孔，完全可满足超前巷道的通风要求E、设置巷道行车：利用巷道壁众多有规律排布的安装孔，在巷道顶部安设一台巷道行车，顶部固定间距、固定线路的安装孔和行车支撑架交替使用，就可随时前、后移动利用行车前进设施、后退设施、起吊设施，给巷道发碹和其余施工带来更多方便。

必要时，挂上相应的抓斗，就可实施出渣作业如图26所示F、随时撤、补采矿口掘进作业到一定时候，就要进行采矿作业此时就可在相应地点的巷道壁上开一采矿口，如图13所示，临时拆装，随时撤前、补后，并保证巷道的各种功能地下采矿作业，巷道的掘进和工作面采矿，如同时同地点作业，给操作带来不便，因此，巷道需要超前掘进一定距离在采矿工作面与巷道的交叉点，留一缺口，因模块的相互连接和支撑，就解决了巷道顶部的支护问题采矿缺口处的模块撤装，撤前补后，较为方便，掘进和采矿，可有效协调5. 、施工成本巷道混凝土模块发碹支护，模块是提前预制，利用机械设备进行拼装，以10平米断面、宽3.5巷道为例，巷道发碹墙体周长约14米，墙体厚度0.3米，需用混凝土约4.2立方米其成本为：A 材料（目前遵义市场价），采用C25混凝土，其配比为水泥：水：砂：碎石=372:175:593:1260目前425水泥到场价约360元/吨，砂、碎石到场价约为45元/吨折算每立方混凝土材料成本价约217元B 人工，地表现场用铲车、搅拌机、模具浇注，2人操作，150元/人.天，每天浇注50立方米，则工资成本为6元/立方C 电费、油耗、耗材等，电机10千瓦，10小时用电100度，计价100元。

小型铲车耗油费约20元/小时，10小时耗油费约200元耗材估计4元/立方米共计10元/立方米D 管理费，作为企业的一部门，地表分派1人即可，月薪2500计，则管理费约2元/立方米以上共计约235元/立方米模块因有缝隙、孔、洞，实际方量要小，但后期要注浆充填密封，固按设计方量计算E 井下模块现场拼装，1人开机，1人上螺母等，1人调配，3人操作，250元/人.班，可在1.5小时内完成1米，因与其它工作搭配用工，折算每米拼装人工成本约200元综上述，每米约为（217+6+10+2）x4.2+200=1187元加上其它材料费约60元，共计每米材料、人工成本约1247元未算管理费、设备折旧等费用具有通风功能的、牢固的永久性巷道，对矿山的安全起作很重要的作用2 置换采矿矿山地下采矿，根据矿体的赋存条件，或用壁式，或用巷柱式大多数矿体是层状或似层状，本置换采矿方案，采用沿空留巷走向长壁前进式采矿如图14中所示，当主井、风井初次形成回路，完善水仓及排水系统、监测监控系统等矿山必备的八大系统设施后（实际上，主井、副井、风井及井底车场之内的设施、设备是相对长久和固定的，之外及采区内的是动态的），即可进行置换采矿工作，分4步来完成。

1）安装置换采矿支护架当风井、主井及副井联通，如图14中的1处所示，风井在工作面的延生部分,作混凝土模块发碹支护工作时，于工作面前进方向一侧，采用混凝土模块加固发碹墙体，如图15中2处所示，为后续采矿工作留下作业空间风井在工作面的延生部分，混凝土模块发碹支护工作完成后，采矿工作面即形成风井在工作面的延伸部分用密闭封住，风从之前预留的工作面 空间通过，则可进行正常的采矿工作，如图18所示向前推进一定距离（约3米），顺工作面按一定间距（通常是0.3米左右）安装如图20所示的置换采矿支护架单体前撑顶架前着力点置于顶板与工作面的交叉处，顶架接顶，背力 板面为采空区，如图15所示初安装时，因设置的强力回位弹簧装置，获得初次支撑力，稳定支护架整工作面安装完毕，则用钢丝绳通过连接绳卡连接起来，则形成顺工作面的一排柔性掩护支护架，之后在采空区面挂上网格状背力网，就可向采空区充填渣石，如图16、图17所示2）安装液压活塞式渣石注入机矿层倾角在45度以上时，渣石会自然下溜，矿层倾角在45度以下时，渣石不会自然下溜，要借助外力，即在回风巷相应处，安装液压活塞式渣石注入机，将渣石有序注入采空区充填，且必须接顶，如图17、图18、图19所示。

3）置换采矿安装好液压活塞式渣石注入机后，就可将渣石有序注入采空区充填，充填物会产生向前的推力，此推力通过置换采矿支护架传递给原生矿层，同时产生反作用力，由于置换采矿支护架的作用，又会同时产生向上、向下的分力顶向顶板和底板，支架的材质有足够的抗压能力，就形成充填物的压力、工作面原生矿层的反作用力、支架支撑力、顶板压力的力量平衡，支架下面的工作面就是安全空间工作面采矿活动是一个渐进过程，采矿面逐渐向前推进，支架就会随之向前移动，采空区同步前移与采矿同步，向采空区注入渣石充填，等于把矿石置换出来如此采矿、充填，循环往复，顶板就不会冒落渣石是有一定空隙的松散物，通过活塞式液压渣石注入机，将其注入采空区充填，渣石接顶后到挤压密实，有一较大的区间值，在充填与采矿之间，充填的时间和充填量就有较大的回旋余地，采矿工作面和支护架有较大的安全系数4）巷道加固支护置换采矿，为了掘进与回采工作相互影响不大，巷道需要超前掘进一定距离（约5米）即在混凝土模块发碹支护的巷道一侧开一采矿口，采矿后，随即用混凝土模块进行加固支护，如图13、图18、图19所示，就地即时扯前、补后，在采空区处用混凝土模块加固发碹墙体，确保巷道安全。

实施置换采矿，将尾矿渣石充填入采空区，如果是倾斜矿层，在近回风巷处渣石接顶，在近运输巷处及中、上部，则有一定的密实度，对顶板的支撑力则更大采矿向前推进后，顶板有少量下移，但绝对不会冒落加上混凝土模块支护的巷道，采区不会有较大的采动影响3 运输置换采矿方案，采出一立方米的矿石，就要充填入一立方米的渣石，这就要求运出矿石的同时，将渣石运入本方案选用导链式运输设备，由电机、变速箱、驱动链轮组成驱动器（类似刮板机机头）；在圆环链的一侧设置驱动销，组成驱动链，如图21所示；翻斗式矿车底架的相应部位设置驱动锁，如图23、图24、图25所示，并放置于轨道上；在运输线路上的轨道中间，设置导向轮装置，。