陇城隧道右线工程设计外文翻译资料

第十三章

密西西比钾矿公司的地下开采

Victoria Heme* 和Tom McGuire*

13.1 简介

位于卡尔斯巴德钾矿区的密西西比钾矿公司是美国最大的钾矿生产商之一。钾矿是常见的工业术语，它指的是各种类型的钾盐，这是植物生长所必不可少的营养物质。目前，这个公司生产钾矿的来源是东矿和西矿两个地下矿。密西西比钾矿公司每年生产约110万吨的矿石，其中包括红色和白色的钾矿。密西西比钾矿公司的最终产品60％用于农业用途，而40％则用于工业用途。主要的农业产品是肥料和动物饲料，而主要的工业产品包括硝酸钾和氢氧化钠。

第一次世界大战前，钾矿主要是一个进口商品。第一次世界大战开战后，至关重要的是，美国发展国内供应，以确保肥料的可用性。1925年，Snowden-McSweene 石油公司在新墨西哥州卡尔斯巴德附近的油井里发现钾盐矿产的晶体。这一发现导致了卡尔斯巴德周围钾矿行业的建立。

第一家在卡尔斯巴德盆地进行作业的是美国钾矿公司，第一个矿井开始于1929年并且1931年完成总深度达986英尺。1931年，第一车货物被装船并且存在于含25％的K2O肥料中。1932年，在矿井西南方向约13英里的佩科斯河附近开始建造精炼厂。选择这个位置有两个原因：它有一个可靠的水的供应量和它接近圣菲塔铁路。建造一条窄轨铁路用于连接矿井到精炼厂。这个具有里程碑意义的矿井至今都还在运转，它就是现在的密西西比钾矿公司的西矿场。

多年来，钾矿行业经历了市场的高点和低点，这导致在盆地内的几个矿山停产和减产。今天小的独立生产商已经灭绝，只留下两个生产商，密西西比钾矿公司与国际钾矿矿业公司。

1974年，密西西比钾矿公司的母公司密西西比化学矿业公司从Teledyne公司收购密西西比化学矿山，密西西比公司开始运营。在1996年的秋天，密西西比化学矿业公司从Trans Resources公司（新墨西哥钾矿和艾迪钾矿）收购了两个额外的采矿场。

1997年，艾迪钾矿公司倒闭。正在这个时候，新墨西哥钾矿改名为密西西比钾矿东矿场，并且密西西比化学矿业重命名为密西西比西矿场。新名称起源于矿山地理位置。两个矿山都是位于卡尔斯巴德的东部的公路62-180上。而西矿场距离卡尔斯巴德东部只有24英里，而东矿场距离卡尔斯巴德东部35英里，如今，密西西比钾矿公司雇佣了515个地下作业员工。

13.2 安全

采矿安全已经成为生产操作中必不可少的一个重要方面。密西西比钾矿公司一直强调安全的重要性，努力确保所有的操作都能满足高标准。该公司的安全承诺一直被新墨西哥州采矿督查办公室和采矿安全及健康管理机构所认可。在近代历史上，密西西比钾矿公司由于其杰出的安全记录被嘉奖。嘉奖包括三个地下非金属部门的安全岗位奖和六个年度大型地下矿山的开采奖。

卡尔斯巴德钾矿的开采是相对自由的，因为地下开采的危害主要由于在矿体中遇到无瓦斯的盐类矿床。收敛和底臌控制工程通过采矿工程的设计、开口宽度和支柱尺寸来控制，以确保安全高效地采出钾矿。在含盐地层在粘土层中出现时，，在开采作业期间通过锚杆或栏控制形成的薄弱区域。

这也是按照惯例以确保组成深部或者巷道顶部的是盐层而不是泥层。这通常是通过挖掘粘土完成的，导致降低了钾矿的品味或倾销（充填）采空区的粘土。由于不像泥层，盐层不容易与上层岩层分离，所以盐层比黏土层在深部更合适，空气区域与黏土层接触一般是通过将小直径孔钻入上部区域消除。

13.3 地质描述

新墨西哥州的东南部的特点是充满一片豆科灌木丛和原生草的荒芜景色。普遍的存在分散的不规则形状的灰岩坑所组成的起伏地形。西矿场位于沙质平原的边缘低地的南部和西部即Y形Nash Draw的西北臂。这是一个长约为19英里宽4英里并以Quahada Ridge,Livingston Ridge, 和Maroon Cliffs悬崖为边界的条状地形。东矿厂位于Nash Draw东部即特拉华州盆地的西北部（图13.1）。整个西南部都是排水系统图。红色的砂岩标志着三叠纪时代的景观。在Nash Draw的杜威湖红色层将画中的沟壑露出地面（图13.2）。

新墨西哥东南部的西德克萨斯的地图，展示了卡尔斯巴德钾矿区到二叠纪构造区的关系

新墨西哥Eddy and Lea的部分地图，展示了卡尔斯巴德钾矿地区

图13.1 东矿的地图

图13.2新墨西哥州东南部的地图

一些人通过这片区域就知道到在齐瓦瓦沙漠下方大约1500英尺含钾矿的盐层存在大量的房柱开采的基础设施。这个地区被称为卡尔斯巴德钾矿飞地。美国地质调查局已经确认在卡尔斯巴德钾矿飞地存在12个含钾矿地带。目前在三个矿区中有两个矿场在开采。 西矿场在第五和第七矿区开采，而东矿场则在第十矿区开采。Salado和Rustler的形成就是这些矿区的特征。在矿物学中个体形态的差异是存在的。

这种矿石是由一种矿盐结晶的密集共生体（氯化钠—NaCl）和钾盐（氯化钾—KCl）按不同比例混合而成。大部分矿石包含超过50%的矿盐。钾盐矿呈乳白色或微弱的蓝灰色，但是有许多颗粒被氧化铁染成红色。钾盐呈透明浅灰色或者橙黄色偶尔微带红色。偶尔会发现与钾盐相似的蓝色的岩盐。区分两种矿盐最简单的方法是品尝它们。钾盐会有一种独特的灼烧感而岩盐带咸味。

Rustler的构成主要是硬石膏通常会转化为石膏。其它的矿床主要由白云岩、砂和砾石、灰岩和页岩构成。Rustler的厚度的特征都不相同。位于矿床的东部，它的厚度介于35英尺和360英尺之间，它的平均厚度是270英尺。而位于矿床的西部，主要的矿床厚度都在512英尺左右。即使矿体几乎被砂、石膏土、钙质层和土壤覆盖。在Rustler矿区西部附近由基岩构成。

Salado主要由数百个不同的矿床构成，这可能是分配给五个主要的岩石组。这些组包括黏土岩盐（10%的黏土）、清洁岩盐、硫酸钙盐、黏土的钾矿矿床。钾矿矿体是一个钾盐、无水钾镁矾、钾镁矾、钾盐镁矾和光卤石的混合体。至少80%由清洁和泥质盐构成。每个岩石类型都一个相当大的厚度范围。单独的清洁和泥质盐矿体的厚度可能在几英尺到20英尺之间。硫酸盐矿体薄弱以及不连续的接缝大约30英尺长度，它的厚度大约为1英尺。黏土矿体通常只有几英尺厚。钾矿矿体厚度在6英尺到14英尺之间。

在西矿场钾矿的沉积由钾盐和岩盐矿石混合物在两个不同的区域内的一个平躺岩盐矿床组成。这个矿床位于Salado中心地带的附近。富含钾矿的薄弱地带是位于150英尺厚度的沉积岩。目前的矿业开采是在第5和第7矿区。在其它的钾矿矿区厚度、品味、和吨位都被限制开采。在沉积岩的大部分，垂直方向从铁矿石到贫瘠的矿盐是突然变化的，而横向在矿体的边缘过渡是渐进的。贫瘠的大量盐群被称为“盐马”，不规则地分布在整个矿体中。

东矿场主要坐落在第十矿带，该矿带被区分为三个不同的层次：顶层、底层和中间层。这些层次的厚度分别为2、3、4.5英尺。底层几乎都被矿化，中间层总是贫瘠的， 而顶层可能被也可能没被矿化。第十矿带中常见的矿物区有岩盐、钾盐、黏土（蒙脱石）、硫酸盐矿物以及光卤石。矿带东部的部分有大量的光卤石和硫酸镁石的沉积岩。第十矿带也存在孤立的类似豆荚从几个平方英尺到千百个平方英尺的面积的贫瘠黏土种类。这些区域式随机出现的，并且还没有发现预测它们的方法。

13.4 开采方法

尽管东方和西方的开采技术有差异，但地下开采在某些方面是相似的。顶板控制和地下运输操作尤为相似。此外，都有被用于设施维修的区域，包括一个主要商店、一个柴油供应区、一个电工车间、一个仓库和生产办公室。

顶板控制是地下开采的一个重要的组成部分。开采到新的采空区，在采空区的顶部和侧壁都要进行缩放取下任何松散材料，在缩放完成后，进行一系列测试确定对覆盖在上部底层的承载能力。在每个穿脉或者矿道相交处的顶板上垂直钻孔以减轻覆盖在上层岩土的压力。钻完所有的孔并且使用柴油机或电器锚杆安装机安装所有的锚杆。西矿场通常使用一组排间距为5英尺每排四或五根锚杆。这种模式主要用在第五矿石区。两个矿场的其他区域只有在地质薄弱的地方才回使用锚杆。岩石锚杆有2到6英寸长并且直径为八分之五英寸。岩石锚杆是通过膨胀套管加持地层的稳定。将锚杆插入孔中后，锚杆将受到180到200英尺-磅的扭矩。

两个矿场的所有区域都配备了顶板托板、索托结构的带式运输机。东矿场运输带终止在开采活动面的500英尺以内。运输带宽度为42和48英尺并且运输速度为450到600英尺每分钟。明槽惰轮沿着电缆每5英尺间隔一次，滑轮中心间距为10英尺。在矿井附近，主要运输带流入三个750吨的存储容器其中的一个。通过卸料器自动切换系统连续填充每个容器进料到存储容器中。然后在生产矿井钾矿石借助震动进料器从矿穴移动倾斜输送带到自动装载站。在这一点上，排放到跳槽中提升到表面。

西矿场运输带终止在开采活动面的250英尺内。运输带宽度为36和42英尺并且运输速度为430英尺每分钟。明槽惰轮沿着电缆每5英尺间隔一次，滑轮中心间距为15英尺。在矿井附近，主要运输带流入一个125英尺的存储区域。从这一点，钾矿石被转移到两个120吨的矿穴中的一个中。这些存储容器将矿石排放到跳槽中提升到表面。

13.4.1 西矿场开采方法

密西西比钾矿公司的西矿场以一种V字形模式布局（图13.3）。支干和盘区组成了两个入口，矿道1和矿道2。这些入口被穿透连接起来。在支干和盘区的连接处分别在中心125英尺和46英尺切割。矿道1主要用作排气通道其次用作逃生通道。矿道2用于通风通道（30000立方英尺/分钟）、人行通道和逃生通道。它也主要用于原生矿石运输。这样的布置是为了开发和开采一个新的领域，包括四个基本步骤：挖掘支干、挖掘盘区、盘区支护、并去除障碍支柱（图13.4）。

该分干沟位于铁矿区中心，并且延续沉积岩的长度。最理想的是，支干在盘区工作开始前被完全挖掘。支干和盘区的平均挖掘高度为6.25英尺。第一盘区的首选地点是该支干的中心。这是确保一个小组是不是在两个采空区开采的必要的安全因素。通过定位在支干中心的第一个盘区 ，开采可以在正确方向并且不违反安全条例下进行。预计的盘区长度是根据使用的矿石储量模型进行估计，但是，在品位和矿石厚度不断被监测下以确定最终该盘区的长度。

图13.3 开采顺序

图13.4 构造类型

盘区被开采后，矿工就开始撤销 面板。不像在开采区域，盘区的高度是可变的，取决于在其上方矿石层的整体厚度。通常情况下，在矿石的上方会存在盐层和黏土层。盐层可以增强稳定性并且不需要被开采。另一方面，黏土层不提供稳定的背部，必须开采。

第七矿带在矿石层上方往往有较厚的黏土层在这一地区，泥土不会倒在皮带上。相反它被堆在一团或放置在采空区。因为泥层的厚度不同，开采高度范围在5和9英尺之间。在第五矿带，没有或者极少量地存在着泥层，并通常与矿石一起采出。在这儿，开采高度低得多，并且范围在4.7到5英尺之间（图13.5）。

图13.5 采矿高度和区域

开采序列的最后一步是采准或回采隔离矿柱。隔离矿柱最终回才完全盘区开采完成，并且将要在永久从该采区终止开采。

一般来说，密西西比钾矿公司，没有一个界定的矿石品位或最小矿层厚度。因为在被开采的每个被监控的区域，这取决于当时开采的整体情况。当盘区被开采，从运输带取出的矿石样品进行不断测试以确定矿石品味。

矿体已经采用TechBase软件建模；然而，由于对钻孔间距，该模型并不总是能够在矿体中预测较小的盐块。因此，如果样品品味过低，如果图样显示出不合理的矿石厚度，将会停止开采。一旦开采开始，因为矿石在开采过程中被稀释，矿石品位将更高。开采深度将会深于矿体深度，从而降低矿石品味。

目前，西矿场有六个开采盘区，其中包括五个主盘区和一个后备盘区。主要的盘区配备了一台采矿机，一台梭车，一台通风机，一台锚杆机，一台破碎机，一台皮带运输线和矿业变压器。盘区与盘区之间设备的制作和型号各不相同。六个矿区都是。

使用了各种运输车，包括10 SC梭车，长的爆破筒输送机，和艾姆科电车。每个盘区有两个相同类型的梭车。巷道顶部的通风机的模型也是不同的。在一个盘区的整体可用性是72%左右，并且整个矿场的整体可用性为95%。

采用木材内衬成的竖井提升矿石。该竖井用于提升原矿，提供空气（127000立方英尺/分钟），和一个紧急逃生通道。这个手动卷扬机有338吨/小时的能力。目前，该矿井提升机运输量平均每天1477跳或8123吨/天。

13.4.2东矿场的采矿方法

密西西比钾矿公司的东矿场也采用了V型开采模式，在钾矿盆地称为改进的长壁开采方法。矿井采用三进系统。矿道1用于排气与行人。矿道2是用于矿石运输和进气。矿道7用于补充的进气和行人（图13.6）。矿井环境是高度可变的，需要合理的开采的工序。这些变化主要是由矿体埋深和最初的运输系统的局限性引起的。这个东矿场同时采用了连续运输系统和循环运输系统。连续运输系统可以在极低的地区操作，但它们不容易被移动。一个基本开采工序由采掘支干、开采盘区、和运输盘区矿石组成（图13.7 13.8）。

图13.6东矿三入口系统

图13.7一个矿山开采顺序

图13.8一个采矿回采顺序

东矿还拥有六个处于开采阶段的盘区。因为两个单独的运输系统，所以盘区设备有所不同。循环运输

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