含铀煤的开采

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1、第 1 卷第 3 期 铀矿冶 N o3。 U RANIUM MININ G 1952年s月 AND ME TAL LURG Y 1 982 含铀煤的开采 欧阳建功 本文叙述了5 0 9 含铀煤矿的地质特征和开采方法 。 文中着重论述了含铀煤矿开采技术特点 , 并提出了该煤 矿开采中存在的主要问题及 其解 决途径 。 一 、 矿 床地质 特征 50 9 铀煤矿床的矿体赋存于短轴向斜侏罗 纪煤层中 。 该煤 系共有煤 1 2层 , 其中只第一 、 九 、 十煤 层含有铀矿 物 , 而8 0%的储 量 集中于 第一煤层 。 第一煤 层厚 4 一1 2 米 , 倾角由轴部 向北逐渐变陡( l 2一8

2、6 “ ) , 由地表向深部逐渐 变缓 (8 5 一O “ ) 。 煤的节理比较发育 , 容易 风 化 , 松散系数为 1 . 5 , 容重 1 . 29一1 . 3 5 吨/米 “, 比重 1 . 3一1 . 8 6 , 水分 1 22 9% , 灰 分 1 4 . 1% , 挥发 分3 9 . 3% , 含硫2 . 3 9% 。 根据煤 的组分 , 井下 开采 不仅有煤尘爆炸的可能 , 而 且易于自然发火 。 发火期为 1 一 6 个月 。 浅部瓦斯含量较低 , 深部煤层倾角变缓 , 且顶 、 底 板岩石疏松 , 预计瓦斯含量 可 能增加 。 煤 层上盘为泥质胶结的 细粒砂岩 , 岩性疏松

3、 , 稳固性差 , 遇水易坍塌或 形 成流沙 。 下 盘为灰 色或储 色粘上页岩 , 遇水膨 胀 。 由于铀矿体是和 煤同生沉积后富集而成 , 所以铀矿体主要赋存在靠近煤 层顶板的 煤里和 个别地段 的顶板 砂 岩中 。 实际上铀矿体的顶 板是泥质胶结的细粒砂 岩 , 底板即是 煤层 。 第一煤层矿体走向长2 2钊米 , 倾 向延深 25 0 米 , 矿体形态复杂 , 多呈层状 、 透镜状 、 巢 状和带状 。 矿体的厚度变化很大 , 一般为0 . 1 4一4 . 6 5米 , 平均1 . 8 6 米 , 与围岩接触界线不明 显 , 矿化很不 均 匀 。 矿体连 续性差 , 含矿 系数为0 .

4、 2一0 . 9 , 平均0 . 7 。 二 、 含铀煤矿的开采技术特点 根据 该矿床的地质特征 , 实质上煤 就是铀矿石的母岩 。 因此 , 该矿床开采生产技术应符 合采煤安全生产的要求 。 如 : 必须预防瓦 斯 、 煤尘 的爆炸 、 煤自然发火 、 井下突然 涌水和加 强采场顶 板管理等问题 。 为了防爆 , 必须选用矿用防爆电气设备; 为了预防瓦斯 、 煤尘积 聚 引起爆炸 , 宜 采用带反风装置的 抽 出式通风方 式 , 同时还要配备瓦 斯检测 仪器等设备; 为防 火灭火 , 必须有黄泥 灌浆系统 、 防火门 、 防火墙 、 密 闭灭火等工程技术设施以及矿山救护组织 和相应的器材;

5、为了防水 , 应根据水 文地质 特点 , 配备相当能力的排水 、 疏水和隔水设施 ; 为加 强采场顶 板管理 , 应根据 工程 地质条件 , 掌握顶板来压规律 , 及时处理采 空区 。 总之 , 含铀 煤开采 , 要遵守煤炭生产的一般技术要求和安全 规程 。 不仅如此 , 由于开采对象毕竟是含铀 煤矿 , 故其开采技术与普遍的煤田或一般铀矿床的开采还有许多不 同之处 。 第一 , 要考虑到 含铀煤矿体复杂多变 、 矿 化不均 、 具有放射性等特点 。 为进一 步 摸清矿体 , 提高储量 级别 , 要做较多的生产探矿和采 准; 第二 , 要确立采 场的划 分原则 , 划分前既要考虑防火要求 ,

6、把 采 场划得小 些 , 以便缩 短 回采 时 间;又要考虑铀矿石的价值 , 不 能划得太小 , 并尽可能利 用 自然无矿带和低品位地段来布置 采准工程 , 减少矿柱损失和 便于 分段封闭采 空区 , 第三 , 考 虑供矿品位 , 边界品位等因素 , 回采工作不 能象采 煤那样连续推 进 , 必须根 据放射性物探 圈 定 , 区 分开含铀煤矿石和煤 , 有选择地 回采 ; 第四 , 为减少 铀矿资源 的损失 , 不允许留有大 量 的房间矿柱和顶底柱并要防止大量的粉 矿 损失 , 从而降低矿石损失和减少 矿石贫化 , 提高 矿石回 收率; 第五 , 当选用技术经济指标和下 达生产 计划时 , 要

7、考虑由于含铀煤 矿实行选 采 , 会影响生产效率 ; 且含铀煤 的比重比一般铀矿石小得多 , 故 同重量 的含铀煤体积 就比一 般铀矿石大得多 。 因珍 , 选用 的技术经济 指标 , 既不能 单纯根 据采 煤的 , 也不 能仅 根据开采 一 般 铀矿的 。 而应结 合二者 的特点 , 确定一 种比较适合于 该含铀 煤矿床开 采的 技术经济指标 。 由此 可 知 , 根据含铀煤矿床的地质特征和开采技术特点 , 在选 择采矿方法上 , 与采煤 、 采 金 属矿床和一般铀矿床不 同 , 且采 用的 参数和结构要 素也必须有所区另l J , 以达到 : 合理 的开 采 强度和矿井生产能力 ; 最低的

8、矿石损失 、 贫化和最佳的技术经济指标; 采 场 回采 时能分层进 行矿体物探圈定 、 矿石放射性测 量和围壁炮孔 丫测 量; 采场矿石存放量 最少 , 射气面 积最 小 , 风流稳定 , 有利于降低氛及 其子体和 瓦斯煤尘的浓度 , 保证采 场正常生产中应有的劳动 卫生条件 。 根据几年来的实践 , 总结 出一些比较切合 该矿实际 的采矿方 法 , 简介如下 : 1 . 短 脸式采矿 方法 这种方法主要用来开采矿体倾角为1 2 2 5 “, 含矿 系数大于0 . 7 , 比较连续 的矿块 。 短 壁 尺寸为3 0 4 0X25一4 0 米“ , 其 回采 平巷和采区上 山都沿煤 层顶 板布置

9、 , 底 柱斜长 3 4 米 , 溜矿 眼 间 距 4 . 8一6 米 。 回采是自采场一 翼往 另一翼以壁式工作面 推进 , 用v型单链刮 板输送 机或单链弯曲刮板输送机出矿 , 用带帽立往支护 顶板 , 放顶 距 3 . 6 米 , 控 顶 距 1 . 2一2 . 4 米 (图1) 。 图 1 短壁式采矿方法 1 刮板输送机 ; 2 溜矿眼; 3 密集支柱 。 图 2 矿柱和短壁相结合的采矿法 局部地段矿体厚度超过 3 米时 , 分为两个分 层回采 , 先按常规方 法采上 面 1 . 5一2 米一 层 , 在底板铺连续金属网 , 回柱放顶后 , 再在人工假顶下面回采底部矿石 。 2 . 矿

10、柱和短壁相结合的采矿方法 此法在缓倾斜矿块含矿系数低 于 0 . 6 时采用 。 其特点是当矿体连续 时 , 用壁 式工作面 回 采,当矿体不连续 时 , 就把不含矿煤或贫矿留做不规则矿柱 。 已采 空区用带帽立柱支 护 (图2) 。 由于 矿体不连续 , 一 采场 回采后留有不规则煤柱 , 加之 矿体厚度 变化大 , 回采 后底板高低 不平 , 故效率不及前者 。 但采 用单链弯曲刮板输送机出矿 在某 种 程度上 补偿了这种不足 。 3 . 倾料分层充城采矿法 这种方法 用来开 采矿化较均匀 , 矿体连 续 , 厚度为0 . 8一2 . 5米的急倾斜矿块 。 中段高5 0 米 , 采区长4

11、0一5 0米 , 不留顶底柱和间柱 。 用 密集木框上山做人工间柱 。 人工底柱有两种结 构形式 : 一种是木结构人工底柱 , 它 用于矿体脉幅较窄 , 且顶板砂岩干燥稳固的矿块 ; 另一 种是混凝土人工底柱 , 它用于 矿体脉幅 较宽的矿块 。 溜 矿 眼用直径为 0 . 7 米的预 制混凝土瓦 片随回采分层逐节上接 。 A焦A 艺 石 二 址、 4D旧50M 份 图 3 倾斜分层充填采矿法 1 人工假底 ; 2 顺路天井 ; 3 溜矿眼; 4 密集框人工 间柱 ; 5 充填井 。 公。娇 之 O寸 粉粉井升拼 拼 骊骊国 图皿皿皿皿皿皿皿皿皿皿皿皿皿 益益益 , 匕匕 . 匡匡匡 . 匕匕

12、匕匕膝膝 粉粉井升拼 拼 国国国国国国国皿皿皿皿皿皿皿 , , 匕匕匕匕匕 . 匕匕匕匕膝膝 图 4 削壁充填法 1 横撑; 2 人工间柱; 3 溜矿眼; 4 顺路天井 . 自采场中央充填井两翼 用双斜面分层 向上进行 回采 图 3) , 分 层高 2 . 5 米 。 为保持连 续出矿 , 提高回采速度 , 一般一个斜面 采矿 , 一个斜面采 准 。 为充填料顺利下放 , 溜矿 眼不 宜太密 , 且必须布置在靠底板一侧 , 根 据充填料和煤的内摩擦角 , 考虑回采 工作和安全等 因 素 , 斜面 坡度为2 5 一3 0 “ 。 为减少粉矿 损失 , 落矿前充填面铺 软塑 料板 或抹一 层水泥

13、砂浆 。 4 . 削盛充城采矿 法 这种方法主 要用来开采厚度小于 0 . 7 米 , 且局部地 段顶 板砂 岩干燥稳固的矿块 。 回采 是 根据物探圈定 , 铺好垫板 , 先落矿出矿 后削 壁充填 。 采 下的不含矿煤须运出采场 。 通过围壁炮孔 丫测 量发现的矿块膨胀部分, 用方框支柱法进 行横采 。 削壁充填时 , 为减 少削壁厚度和预防方框上部漏碴 , 方框顶部和靠采 场一 侧需背上 密集背板 。 三 、 开采 含铀煤对安全防护的特殊 要求 1 。 降氛排 瓦斯 一般铀 矿山排氛通风的 要求是 : 控 制射 气面积 , 用压入 式通风 抑制氛的析 出; 减少通风 空间体积 , 增加换气

14、次数 , 避免循环风 、 串联风 , 防止 入风 污 染 ; 保证矿井所需总风量 , 及 时调 整中段所需供风量 , 提高通风的稀释能力 。 但含铀煤矿 因瓦斯煤尘容易积聚 在独头巷道 (尤其 是上山头)和采场死角 , 因此采 用抽出式的通风方 式比较容 易达 到降氛和排 瓦 斯 煤 尘的双 重目的 。 对瓦斯含量较低的 矿井浅部采 用抽 压联 合的通风方式 , 效果 较好 。 值得指 出 的是 , 随着 开采深度的增加 , 瓦斯涌出量有可 能增 加 , 故采至 深部应加 强瓦 斯 的监测 , 当瓦 斯级 别上升 时 , 应有抽放瓦 斯的安全技术措施 。 2 . 防尘降尘 煤层节理比较发育 ,

15、 爆破性好 , 容易粉碎 , 且煤的比重轻 , 故煤尘 易 呈悬浮 状态 。 且铀 矿井通风所需风量较大 , 促使矿石运搬中的煤尘飞 扬 , 煤尘浓度 增高 , 又 因含铀煤矿 的煤尘 具有放射性 , 其危害性就远比纯煤尘大 。 因此 , 防尘降尘就有重要意义 。 ( 1)防尘措施 首先是降低煤尘发生率 , 为此爆破落矿 应适当减少炮眼数目 , 严 格 控 制装药量 , 防止矿石过粉碎 。 运搬矿石要尽量减少 倒装次数 , 避免矿石的再粉 碎和煤 尘飞 扬 , 其次是加强个人防护 。 ( 2)降尘措施 降尘最有效的措施是加强采 场通风 , 其次才是喷雾 洒水 。 但喷雾洒水 易引起煤 的自燃发

16、火 , 对防火不利 。 且煤 因比重轻 , 颗粒 细 , 洒水易使粉 矿粘 结在 围岩 、 漏 斗口和矿车上 , 增加粉矿损失 。 3 . 防 火灭 火 煤的挥发分和含硫 量都很高 ; 而且节理发育 , 容易风化 , 故极易自燃发火 。 在生产中由 于温度 、 湿度和供氧等外界因素的影响 , 很难掌握煤自燃发火的规律性 , 因此防火灭火问 题 就显得特别突出 。 ( 1)防火措施 A . 加强通风管理 , 定 期检查工作地点的瓦 斯 、 煤尘 、 一氧化碳 、 混 合气体及温度和湿度等 , 提前发现不安全 因素 , B . 掘进 工作 面 、 采场不 留浮煤 ; 干燥而含 硫高 的煤巷用 喷浆处理 ; C . 砌筑人工底柱 , 壁后 浮煤必须清扫干净 , 并 用惰性充填料充实 。 倾斜分层充填法 的采空区要充填严实 。 削壁充填法除尽 一可能削 顶板 砂岩做 充填料 , 用混凝 土 溜矿 眼外 , 还要严格控 制和管理采场 用水 , 以免充填体内碎煤遇水加 速氧化引起 火 灾 。 矿柱 和短 壁相结合 的采矿法