《矿产资源GEPI开采关键技术研究与应用》

(整期优先)网络出版时间:2021-02-24
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《矿产资源 GEPI开采关键技术研究与应用》

王军 宋少民

1 中国水利水电第九工程局有限公司, 贵州省 550081

北京建筑大学, :北京市 100044

摘 要:习近平总书记提出“绿水青山就是金山银山”后,我国在矿产资源工程建设中大力提倡绿色工程,随着国家对矿产资源开发利用的要求不断提高,如何解决矿山开采过程中对环境的影响,节约资源,降低能耗,实现绿色矿山开采,成为当前急需解决的关键问题。现通过环保型先锋槽采矿关键技术,从防尘,降噪,防止飞石、滚石,减少剥离料、提高利用率等四个方面进行研究分析。

关键词:矿产资源;开采技术;先锋槽;

1前言

随着科学技术的不断进步,人们对于矿产资源的需求也在不断加快。但在矿山开采过程中引起的环境问题也日益突出,一是露天矿山开采过程中,矿山剥离后会形成大面积矿山裸露,导致水土流失,扬尘,噪音等影响周边环境;二是开采过程中产生的尾矿如履盖层剥离料,加工后的无用料等堆积物,占用大量的土地资源,同时还会造成水土流失,污染水源,引发泥石流等自然灾害,使得开采后的矿山变成了地质灾害的重灾区。

不同用途的矿山要求的差异大,在矿山剥离开采中,如何减小矿山剥离带来的生态环境破坏,水土流失及剥离过程中带来的矿产资源损失问题。大型矿矿山的开采离不开大型爆破及挖装运等工序,如何在施工过程中控制粉尘,噪音等环境污染问题,实现绿色矿山开采。
2环保型先锋槽采矿关键技术研究

根据露天矿山设计采掘面布置,在矿山揭顶完成后,将矿山需要剥离的边坡预留下,在下一层开采过程中用来作为防风墙,起到拦渣坎和隔音墙的作用;先锋槽设置垂直于风向,与进入场区的道路相连接,先锋槽的宽度应与矿山的采面布置有关,宽度一般不小于20m,开挖的深度为一个开采台阶的高度,以矿山开采设计为准,一般为12~15m。其它部位的开挖以先锋槽为临空面进行开挖。结构时序如下图2.1:①在原有预留坎的情况下开始先行先锋槽开挖(如无预留坎先进行预留坎的开挖施工);②沿着先锋槽两侧进行转孔爆破开挖至下图2号区域;③接着开挖下一次的先锋槽结构,如下图3号区域。④将预留坎4号区域通过控制爆破将其进行爆破开挖;⑤接着将先锋槽扩挖至5号区域,同时形成了下层开挖的预留坎结构;形成循环开采,上部结构完毕后形成下部结构预留坎,结构施工便捷,可操作性强。

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图2.1环保型先锋槽开挖顺序图

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2.2环保型先锋槽平面布置图

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2.3环保型先锋槽立面图

根据风向并结合采掘面规划在上下风口预留坎在作业区布置粉尘检测装置和智能喷雾系统,粉尘检测装置与喷雾系统智能控制系统连接,智能控制系统根据检测数据控制喷雾机的运行;另外智能控制系统也与爆破控制系统连接,当场内进行爆破作业后,喷雾灭尘系统自动运行灭尘,将爆破扬起的粉尘控制在矿区内。

2.1先锋槽的防尘原理

环保型先锋槽防尘原理如下图所示:通过采用上述技术方案,其扬尘量根据(西安建筑学院干堆计算公式):

Q =4.23×10-4×U4.9×AP,

Q —堆场起尘强度,mg/s;

U — 地面平均风速,m/s;

AP —起尘面积,m2;

能够直接计算出风在一定范围内扬尘量的变化。见下图2.1.1

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2.1.1风速影响的扬尘量变化图

通过结构风力分析可知,其如果未使用该先锋槽机构其扬尘量q为30mg/s,通过该发明后可以将作业面及爆破面风速有效降低速度扬尘量q为5 .6mg/s,明显降低扬尘量。

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2.1.2风速变化示意图

通过预留坎及环形先锋槽可以看出空气流体在内部速度明显降低,其值控制在大部分扬尘启动风速范围,内部扬尘可以大幅度降低,同时加上对先锋槽内部有效喷雾降低扬尘,扬尘量通过扬尘公式:

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Qp—起尘量,kg/a;

K—经验系数,各岩石及砂石吸水性能不一样,这里取K=1;

U—平均风速,m/s;

U0—启动风速,m/s,取3.0m/s;

W—含水率,%;

P—累计堆量,t/a。

可以得出含水率同扬尘的分析图:

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2.1.3含水量在一定风速及面积上的变化

通过一定风速的分析,可以看出含水率大小也会明显大幅度减少扬尘,矿山的含水率保持与空气湿度有关,当空气湿度比较低时,物料表面水份很快就会蒸发。因此,通过先锋槽的设定,降低空气流动,保持先锋槽内空气湿度50%-80%能有效降低扬尘,同时节省水资源过多喷洒造成浪费,其与控制通过风速大小定向调整含水率效果如下图含水率及风速增加曲线,通过进行控制和调节将扬尘控制在几乎无扬尘的稳定线上。

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2.1.4各数据变化分析图

通过上述分析可以看出,使用先锋槽技术后可以明显降低施工区域内部扬尘,其一通过结构有效降低风速,其二通过喷雾系统有效控制扬尘量,在双重控制下有效降低所有扬尘因素达到控制扬尘的效果。

2.2先锋槽的降噪原理

噪音控制原理如下图所示:先锋槽结构上通过侧边15m高的边坡有效对声波进行阻隔,在声波扩散至2侧挡墙后向中部回传,在二次扩散时被设计高度的预留坎部分消能,可以有效降低其噪音向四周的扩散,仅从向上部空气中进行扩散,在空气中逐渐消能,其作用原理为所有的物质都能反射声波在反射过程延长其传播距离,利用空气及岩体的消能作用,到达降低噪音的目的。其噪音扩散到周围空气分析图如下2.2.1:

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2.2.1噪音扩散空气分析图

2.3先锋槽防止飞石、滚石原理

通过先锋槽内部2侧结构及预留坎的设置在预留坎高度有一段平台区域,用于缓冲飞石、滚石势能,通过爆破方向控制,将爆破矿料利用结构形成堆存面,避免飞石溅射出先锋槽范围,可以有效控制飞石及滚石,便于车辆运输及开采后续工序。

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2.3.1爆破飞溅方向示意图

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通过其在内部半封闭式结构内部飞石、滚石可以有效堆积在采掘区域,减少飞溅同时集中区域。同时预留坎可以有效防止由于飞石飞出矿界,同时开采平台缓冲其势能最后稳定在平台上,从而起提高安全防护作用。

2.4先锋槽减少剥离料,提高原料利用率

采用在边帮区域预留保护坎,除了安全环保功能外,还可以根据履盖层的揭露情况,准确判断有用料无用料的分界线,减少表层剥离过程中的有用料损失浪费。通过内部开采的优质料将部位相对较差的料搭配使用,减少矿山开采尾矿。如图2.1环保型先锋槽开挖顺序图所示:将4号开挖区的料与下一层2号开挖区的料进行搭配使用,通过矿山中部的优质料源将边帮的料进行搭配生产使用,减少矿产资源的浪费。本技术主要是依托工程开挖料深度利用技术的成功应用,解决复杂料源制备砂骨料的基础上产生的。

3关键技术应用效果分析

在大型矿山开采中,采用先锋槽设计理念,通过预留的挡坎和垂直于风向风沟槽,减弱了径向风对矿区粉尘影响。爆破启动的同时启动喷雾,控制了爆破粉尘的扩散,少了爆破过程对喷雾灭尘的影响。将矿山周边200m内会被粉尘履盖的现状控制在采区内,采区外也无可视扬尘。

在降噪方面,采用先锋槽施工方案后,通过预坎减弱了矿区内机械设备工作噪音向四周扩散,噪音减小,基本不会对周边居民造成影响。

另外在飞石,滚石控制方面,通过先锋槽作业方案后,边坡开挖时已在矿区内形成较好的临空面,开挖时能控制好爆破的抛置方向和起爆方向,因此,基本不会出现滚石。另外,因为先锋槽预留坎挡住了小角度飞行的石头(因为飞石是作抛物线运动,小角度飞出的石头抛得远),飞石基本控制在矿区内,只有少量飞石飞出矿区。

另外在剥离料的利用方面,通过先锋槽设计方案,矿山四周预留在矿山开采平台边沿的预留坎,需要与下一级矿石开采时同步开采。采用先开采后剥离方案,将表层剥离料留下形成四周预留坎,同时因为场内道路已形成,不需要修建矿山剥离道路、平台。上层开挖料已剥离,表层厚度明确,减少了剥离过程中矿产资源的浪费。同时可以通过矿山内部的优质料源将边帮的料进行搭配使用。

4结语

通过矿产资源GEPI开采关键技术的研究,从矿山开采方案提出环保设计理念,环保型先锋槽开采关键技术,降低了粉尘、噪音对周边环境的影响。剥采同步方案,从根本上控制露天矿山开采过程中因大面积的矿裸露而带来的水土流失和扬尘。另外通过开采过程中剥离的土料对开挖过程中已形成的永久面进行绿化,减少表层剥离过程中的渣场占地,实现绿色矿山。通过矿产资源GEPI开采关键技术的研究,从矿山资源开采利用到矿山开采过程中的环保,都得到较大的提升,从本质上进行提升,为绿色矿山发展提供了充分的理论支撑和实践经验,引领我国绿色矿山的建设。

5参考文献

  1. 冯家栋,-《矿产资源开发中的环境影响与防治措施》-20187(2)《建筑与装饰》

  2. 杨旭-《我国铁矿矿产开采技术的应用研究》-2012[J].中国高新技术企业期刊