冷冻砂矿的地下采矿外文翻译资料

冷冻砂矿的地下采矿

迈克尔·纳尔逊

11.1简介

沉积物是砂，砂砾或有价值的矿物已经被浓缩的类似碎屑材料。这样的砂矿总是出现，是因为有价值的矿物具有高的比重并因此通过风，流动的水或移动冰川的冰的作用选择性地沉积。从沉积矿床回收的矿物包括天然金，银，铂，锡，钛，锆，铪和钨;还有宝石，例如钻石，红宝石，石榴石和别的。

在地球的每个角落都发现了沉积矿床，从印度和澳大利亚广阔的海滩砂矿物到储存在印度尼西亚的锡石矿，再到西伯利亚、阿拉斯加和育空地区冻结的含金砾石。在大多数情况下，这些砂矿的性质使得它们适合于用简单的人工开挖方法或大量开采直接开挖或疏浚。冰冻的砾石在北半球是例外的原因有两个。首先，由于矿床是冻结的，在它被开采之前，它必须被解冻或爆炸。其次，许多矿床存在的深度太深，相比表层开采的经济成本高。

11.2历史背景

近代，冷冻砂石开采始于对含金砾石和河流的开发在阿拉斯加河流和育空地区。早在1880年，在距阿拉斯加四十英里地区的典型做法是在冬天解冻砾石，并在夏天洗（盖茨1994）。矿工们将在地表矿床上建造一堆大的木头火，并在大火后，搬运走融化的碎石层。每个水平部分通常被成功解冻，砾石被堆积起来分为矿石和废石。在夏季，通常是在一个流水闸洗矿石。

在1897年和1898年的克朗代克淘金热期间，以及随后1902年的费尔班克斯市地区，可以被开发的矿床，通过这种方法被迅速耗尽。紧接着加利福尼亚矿工（Peele和教会1948），阿拉斯加矿工转向地下采矿方法（普林顿1905）。然而，在矿脉实践对比，在北方埋藏砂矿进行开采，用蒸汽来解冻冰冻的砂矿。这些矿山的描述通过吉普森（1914）、Fleming（1917）、和wimmler （1927）给出。Wimmler还探讨了地下水压开采的使用，但并没有提及任何具体位置。但是，Wimmler也指出了，由于大规模疏浚的应用，到1927年漂移挖掘就废弃了，这是更经济的。

一些埋藏砂矿太深以至于不能疏浚，人们试图用其他方法开采。在上世纪30年代，费尔班克斯勘探有限公司，在阿拉斯加和其他地方，大量的疏浚操作者把一根轴放进埋藏地在费尔班克斯附近的黄金国小河。在采场设置了一个大的液压监视器，用来把砾石冲洗到一个水池里，从那里把它抽到地面清洗。显然，几千码的碎石是这样处理的，但是处理大量的水和泥浆在地下是最困难的。冻结的砾石的温度只有冰点以下1°或2°，因为它从水里吸取热量，它开始解冻，变得不稳定。因此，努力被放弃（cope1994）。

当Josef Stalin控制了苏联，他决定在苏联远东和雅库特开发金矿。砂矿在大规模开发，往往由政治犯的奴隶劳动。几个阿拉斯加人工作在苏联远东期间（Littlepage和贝丝1938），并在20世纪40年代末，疏浚技术从阿拉斯加转移到苏联（波格丹诺夫1992）。上世纪80年代末苏联解体，阿拉斯加与前苏联远东地区进行了多次互访和技术交流。除了广泛的表面操作（巴克1990），发现在俄西伯利亚地区许多地下作业（Skudrzyk和Barker 1986）。

在美国政府允许国内黄金价格跟随世界市场后，阿拉斯加和育空地区砂矿开采在规模和数量上都在增加。随着这些增加，深埋的冻结矿床被重新审查。例如，艾博尼斯（1981）提出地下开采在Livengood区威尔伯河的一个大型矿床，并在1986，房柱式开采开始在威尔伯河（Skudrzyket al.1987）。从1986，因为砂矿矿工通常是独立工作的，这是很难量化地下开采范围在阿拉斯加和育空地区。然而，众所周知是在1990年，在阿拉斯加和育空地区至少操作成功了五次，所有的人都使用不同的房柱法。

本文介绍了在北美洲北部冻土地下采矿的做法，总结了在前苏联远东和雅库特练习的技术。它还描述了合作调查的施行，通过阿拉斯加和独立国家的联合体的调查员。

11.3采矿方法

用于冻土地下采矿方法是与类似的层状矿床地下的开采密切相关。规则的或者不规则的房柱法已被采用，如扩展面长壁法与南非珊瑚礁中使用的方法类似。 根据矿床的要求，通过轴或入口进行工作。

11.3.1早期在北美洲的实践

在冻砂矿早期开采时期，地面上经常使用蒸汽解冻。图11.1显示了在阿拉斯加的诺姆，矿工使用蒸汽解冻点。图11.2显示了一个平面视图操作进行漂流的盎格鲁克朗代克河矿业公司在克朗代克河所罗门·希尔。这个矿是由普林顿在1905年详细描述的。在盎格鲁克朗代克取得采矿权之前，不规则的房柱法开采造成一些零散的工作已经由独立的操作者完成的事实。在地面解冻后，这是10厘米的支持（4）木材在1.68-m（5.5）中心。

图11.1带有蒸汽点的地下砂矿(来自于吉布森 1914)

图11.2 克朗代克地区的地下砂矿

图11.3地下矿山的房柱法(来自普林德尔卡茨 1914 )

图11.4 地下砂矿竖井布置(来自Prlndle和Katz 1914)

图11.3显示了在费尔班克斯区，通过一条竖井可以看出房柱法的总体布置。 竖井通过解冻或挑选开发，然后挖掘冷冻物质。 竖井通常延伸2至4米（6.5至13

ft）到基岩中，并根据需要用木料。 图11.4显示了表面的布置。根据沉积物的程度,在60至90米( 200至295英尺)之间的两个或四个方向从井底驱动平巷。横切在30米( 100英尺)的间隔被驱动。接近100%的提取是常见的,有岩石填充的巷道提供支撑作为采矿向竖井后退。在生产中,砾石和基岩通常被挑中和铲进入手推车,并运输到井底车场吊出矿井。hefflinger ( 1980年 )详细介绍了这种矿山的运行情况。

11.3.2苏联远东和雅库特的实践

在苏联体制下,采矿比计划经济中的许多技术专家更有系统。根据地面控制条件选择采矿方法和操作细节,如下所述。房柱法是最常用的方法.图11.5和11.6分别显示了狭窄和宽的沉积物的布局。

图11.5 对于狭窄的矿脉房柱法的布局设计使用在苏联矿井里，a,矿脉一侧的运输巷道;b,运输巷道在矿脉的轴端 (来自emelanov等人 1982年)

图11.6 对于较宽矿床的房柱法布局被使用在苏联的矿山里，a，单一的,一边的;b ,双,双侧;c、多重,双侧;1.下降;2.主要进出巷道;3.中央横切,4,中央横切;横切;5.通风巷道;6、extractlon开通;7.竖井通风(来自Emelanov等人 1982年)

图11.7 苏联砂矿井中使用的木支撑。a,入口附带箕斗卸载点;b,荷载点,1-1截面。所有尺寸以毫米计(来自于Emelanov等人 1982年)

图11.8开采冻结矿的典型长壁构型在苏联矿井里1 .收集装载机;2 ,刮板输送机;3 ,螺纹顶板支架;4、支护框架;5、庇护帧;6,顶进活塞(来自Al emelanov 1982)

下降有利于竖井。图11.7显示了典型的木制的下降。在雅库特,地下开采方法开采的深度超过20米。深度为20至40米( 65至130英尺)的矿床是季节性开采,而深度大于40米( 130英尺)的矿床则终年开采。在无支撑的操作下，10%到12%的黄金留在柱子后面。在木支撑的矿场, 6%至8%的黄金是未被开采出来,但每1000立方米的碎石中有16至18米( 53至60英尺)的碎石。季节性矿山的产量为20,000至40,000立方米/年( 15,000至30,580吨/年) ;全年开采的矿山 50000至70000立方米/年( 38000至53,500ft3/yr) ( milyuta等人 1992年 )。

长壁开采法开始使用约在1980年。最成功的方法是结合煤炭装载和装卸设备（一个装甲面输送机，集臂装载机，和个人支柱型顶支护）与钻孔和爆破技术的典型使用在南非深金矿。图11.8（emelanov等人 1982）通过使用这样的设备显示一个横截面。包装硝铵炸药和防水的含铝炸药被使用到爆破面。用电线或塑料屏障制成的屏障框架被用来阻挡在爆炸过程中的岩石。从事煤矿开采的设备遭受非常高的磨损。例如，刮板输送机，可以使用5年在煤炭开采中，但是只持续了0.5到3年在地下开采中（Skudrzyk等人 1991）。

最近,有人试图使用与煤矿类似的长壁采煤机。修改包括减少刀具速度、增加功率和提高耐磨性。还确定当他们遇到大石头时,旋转切割器头可能会严重损坏。镐断，挑块被断裂或损坏，齿轮齿损坏。1992年 ,采煤机被修改,如图11.9所示( skudrzyk等人)，去克服这些问题( Kudlai 1992年 )。转速从典型范围( 43至58 rpm)降至仅16 rpm。主传动传动装置配有机械离合器。当一块或者多块坚硬岩石，难以突破,超过机械离合器的扭矩时,滚筒的旋转运动变为冲击,具有来自离合器中弹簧累加器的能量。这项设计预计将加倍生产从100到200米3 ( 76到153游离ft3 )每班。

图11.9 苏联设计的剪切机切割冻结的砾石(来自skudrzyk等人 1991年)

图11.10 苏联改进型钻孔钻头被设计用于冻土。1 ,螺母;2、弹簧;3 ,位体;4、措内;5 ,大头针;6 ,锥形;7 , 可调节位块;8 ,可调节位的尺寸是毫米(来自skudrzyk等人 1991年)

11.3.3最近在北美洲的实践

最近在阿拉斯加和育空地区的做法只包括了房柱法。一个矿山通过竖井进入富矿线 ,并利用蒸汽(格勒佩尔和1989年的马东纳)开发了平坑。所有其他矿山使用的较少。矿石是通过与巨型喷气式钻机或凿岩台车钻孔和使用铵油泥浆进行爆破。装载和牵引到地面的是地下铲运机(铲运机)或改装为地下作业的表面前端装载机。有时，运输效率利用地下卡车提高了。下面详细描述一个案例。

煤炭开采设备也在北美测试,但收效甚微。1981年 ,在杰克逊山的克朗代克河矿上,一台连续采矿机进行了试验,但更换磨损切割钻头的费用太高(王子, 1990年 )。1991年 ,在费尔班克斯区的德迈沟矿区进行了悬臂式掘进机的试验。它也显示了较高的钻头磨损和刀头损坏,当它击中了大于约( 10英寸) 的岩石时( voytilla 1992 )。

11.4单元操作

11.4.1钻井

冻结砾石地下开采钻孔技术被改编为两个来源：勘探钻探冻结地层和常规地下钻探。各种各样的钻头类型已被用于在冰冻的地层的地表勘探，包括冲击钻、螺旋钻、声波钻机，和双管反循环钻机。后者在旋转和锤动作方面已被成功使用。（麦当劳 1990）。

美国陆军工兵部队( mellor和塞尔曼1970 )的寒区研究和工程实验室( crrel )进行了冻结淤泥和碎石的基础钻探研究。发现一个标准的钻架钻头直径3.81cm

（1.5英寸）能达到0.5到1.5米/分钟（1.6至5英尺/分钟）的穿透率。由芝加哥气动公司制造的大型机械钻机t650 ,采用直径为20.32 cm钻头(工人)的穿透率为0.75米/分( 2.5英尺/分)。在所有情况下,钻井速度随着孔深的增加而降低。

对湿式钻井、干式钻井和带有灰尘的干式钻井都进行了测试。不建议单独干钻井,因为它产生高环境灰尘水平。采用湿式钻机,在钻井完成时,钻具和钢的提取难度较大。这一问题与较小的钻探钢相比更糟,并被认为是由于两个原因之一发生:要么是在工具周围先融化和在它后面重新冻结,要么是用钻井中的水不断融化钻孔,使钻头落在工具后面。伴随吸尘器的干式钻井被认为是成功的。

苏联经验主要是手工的气腿钻。0.74 m/min (2.4 ft/min) 的穿透率被报道，使用直径为4cm的钻头。此外,钻井速度随着深度的增加而降低。skudrzyk等人报道了一种有希望的新钻头设计。( 1991年 )。该设计在概念上与上述改进的长壁采煤机相似。它试图解决在冻结的砾石中遇到的广泛变化的物质,特别是与偶尔遇到大硬岩石有关的物质。如图11.10所示,对于钻硬岩的典型旋转钻头与镐

相结合,在松软地层中表现最好。当在松软地面钻孔时,弹簧不是完全压缩的,镐与材料主要接触。当遇到坚硬材料时,增加的推力会压缩弹簧,锥状会接合岩石。

北美经营的矿山已报告结果地下钻孔台车，jacklegs，和气钻。在阿拉斯加莱文古德附近的威尔伯克里克矿区,齐格勒( 1987年 )测量了单杆装有rph-200液压凿岩台车的secoma ATH-12的穿透率。使用了硬质合金刀片的交叉位,并计算了穿透率至1.2 ( 4英尺)和完整深度2.6米( 8.5英尺)。结果见表11.1。

深部基岩中的穿透率降低是由于钻头条件差所致。在实践中,一个2.5厘米( 1英寸)钻头被用于促进岩屑从孔中流出.

表11.1冻结冲积层的钻井速度(齐格勒 1987)

11.4.2爆破

由于冰,冻结的淤泥或砾石比岩石更具有塑性。因此,通常人们希望在爆破时使用具有较慢爆速的炸药。这将使爆炸能量更长时间被转移到地面,产生更大的断裂区。切斯特和弗兰克( 1969 )在冻土中进行了23次析因设计爆破试验,如表11.2所示。

表11.2 冻结冲积层爆破参数比较(切斯特和弗兰克 1969 )

在威尔伯河矿场,齐格勒( 1987年 )证实,缓慢的延迟和低威力的炸药(

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

英语原文共 10 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[138255]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word