雙鴨山鐵礦北區(qū)殘礦回收技術(shù)研究

常 帥，任鳳玉，李 楠，全桂光，李明旭

(1.東北大學 資源與土木工程學院，遼寧 沈陽110004；2.雙鴨山建龍礦業(yè)有限公司，黑龍江 雙鴨山 155126)

1 礦山概況

雙鴨山鐵礦為沉積變質(zhì)磁鐵礦床，北區(qū)礦體呈層狀產(chǎn)出，平均厚度6～10m，傾角60°～90°。礦石以條帶狀磁鐵礦為主，含微量的赤鐵礦，平均品位30.79%。礦體為磁鐵石英巖，上盤圍巖主要為石英片巖及片麻巖，下盤圍巖主要為石英片巖及大理巖。礦巖節(jié)理裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性較差(表1)[1]。

表1 北區(qū)礦巖穩(wěn)定性分級結(jié)果

設計采用淺孔留礦法開采，實際生產(chǎn)中，由于上下盤圍巖不穩(wěn)固，在礦房回采過程中，設計留下0.5m厚的護壁礦柱，即使這樣，在穩(wěn)固性較差的區(qū)段，還是不能很好地控制上盤圍巖的冒落。有的采場在大放礦早期冒落，使冒落巖石過早混入礦石中，造成貧化率過高，采場被迫中途停止放礦；還有的采場在礦房回采過程中冒落，加大空場寬度，引起頂板礦巖發(fā)生大量冒落，使采場被迫中途停止回采。由此損失了大量礦石。

礦石損失量的增大，加快了回采工作面的下降速度，造成備采儲量嚴重不足。礦山在2008年初從220m中段轉(zhuǎn)入170m中段回采，采場銜接不上，生產(chǎn)組織比較緊張。為完成生產(chǎn)任務和充分回收礦產(chǎn)資源，在220m中段第1～12勘探線之間，進行了殘礦回收試驗。

2 礦石殘留體形態(tài)分析與回收方法確定

北區(qū)采用電耙出礦的淺孔留礦法開采，沿走向布置礦塊，礦塊長度50m，間柱寬度6m，階段高度50m，頂、底柱高度6m。采場內(nèi)的礦石藉重力流入電耙道，由電耙直接耙入穿脈巷道的礦車內(nèi)。

在礦房回采過程中，最嚴重的冒落狀態(tài)如圖1所示。當采到礦房的中上部位時，或因松動出礦引起暴露高度較大，或因暴露時間較長，頂板圍巖發(fā)生松脫片落。而且因片落與冒頂幾乎持續(xù)進行，難于處理，導致空場跨度越來越大，最終礦巖同時冒落，使采場無法繼續(xù)上采，被迫提前進行大放礦。當廢石混入量超半時，停止放出，此時礦石回采率不足60%，有相當大的一部分崩落與冒落礦石，殘留于礦體的下盤壁上。

為估計圖1所示礦體的冒落范圍，我們在260m水平穿脈巷道觀察了冒落區(qū)的邊界位置，得出冒落拱的邊壁傾角約85°。按85°冒落角估算冒落區(qū)域，并運用隨機介質(zhì)放礦理論傾斜邊界條件下的散體移動方程估計礦巖接觸面界線[2]，得出的上盤圍巖下盤殘留體形態(tài)如圖2所示。

由于下盤近礦圍巖的穩(wěn)定性很差，難以形成底部結(jié)構(gòu)與沿脈巷道，因此設計了用進路回收下盤殘礦的技術(shù)方案。進路式回收方式的工程暴露面積小，減小工程的擾動范圍，利于穩(wěn)定，安全條件好。進路垂直礦體走向布置，進路間距8m，

斷面尺寸：寬×高≡2.6m×2.8m。進路的布置形式及其與耙道斗穿位置的投影關(guān)系見圖3。

圖1 采場冒落狀況

圖2 采場不同類型殘礦及回收設計

圖3 220中段殘礦回收工程設計圖

3 殘礦回收方案的實施及效果

北區(qū)220中段1～12線的5個采場，都是在礦房回采過程中上盤塌落，采場內(nèi)的間柱已由穿脈巷道回采。

由于礦體節(jié)理裂隙發(fā)育及殘礦回收部位對準下中段的誘導冒落試驗采場，為確保方案的順利實施，研究組針對殘礦回收進路與170中段試驗采場冒落邊界的相互位置、回收進路的支護、炮孔裝藥的問題，提出了以下措施：①新打回收進路與相對應的下中段(170中段)誘導冒落采場相結(jié)合，確定冒落邊界，同時協(xié)調(diào)上下階段的施工進度，控制上階段當前作業(yè)位置始終處于下階段當前崩落、冒落范圍之外，以保證進路作業(yè)人員的安全；②巷道支護方式視具體情況而定，穩(wěn)定性不高的利用錨桿進行支護，比較破碎的要緊跟工作面噴漿，使水泥漿充滿裂隙，同時采用錨桿加固，增強整體強度，保證穩(wěn)定性。③進路內(nèi)的鑿巖工作一次性完成后，要及時進行爆破回采，以免炮孔變形破壞。對于內(nèi)部存在空場的采場，進路不宜過于靠近端部，避免采場冒落塊石傷人。裝藥可根據(jù)炸藥類型及安全性確定是否預裝藥，也可待采場內(nèi)礦體冒落完全后裝藥，以利于提高工人作業(yè)的安全性。④由于礦石散體塌落已有一段時間，受壓力作用散體間孔隙度減小，呈壓實狀，故對于能直接出礦的進路需先進行出礦松動作業(yè)，使得散體發(fā)生二次松散，為炮孔擠壓爆破提供足夠的補償空間，從而節(jié)省切割工程，減少鑿巖爆破工程量。

該方案從2008年3月開始實施，主要集中于220中段S4～S12穿脈之間。由于220中段南翼礦房回采已結(jié)束，巷道封閉，故首先對巷道內(nèi)的風、水、電、運輸?shù)然咀鳂I(yè)條件進行恢復工作?；謴陀蔑L、水管分別為直徑3寸與1寸半的塑料管，總長各500m；動力及照明線路各恢復約480m；同時，對運輸軌道進行了清理、加固?；謴筒牧峡偝杀炯s2.5萬元。經(jīng)過近一個月的主巷恢復工作，礦山于2008年4月開始進行殘礦回收進路的采準工作。主要施工南翼10號礦房3條出礦進路，每條進路平均長度6m。截至4月末，靠近11號穿脈的2條進路共采出礦石約3000t，取得了較好的初期效果。

隨著采準工程施工的深入，礦山采用邊采準邊回采的方法進行殘礦回收。截至工程結(jié)束，實際布置采準進路共10條，其中，4號礦房1條，9號礦房2條，10號礦房3條，11號礦房4條。其它礦房中，5號、6號礦房已回采完畢未布置進路；7號、8號礦房仍有部分礦量，暫時未進行回收作業(yè)?；夭蛇M路內(nèi)炮排根據(jù)礦體厚度布置，炮孔采用垂直扇形布置方式，進行逐排爆破回采。鑿巖設備為礦山現(xiàn)用的QJZ-100B潛孔鉆機，炮孔直徑90mm，最大深度30m，排距1.5m，一次爆破一排。出礦采用人工裝填，電機車運輸方式，礦車規(guī)格0.75m3，每車載重約1.45t。

截至2008年7月末，殘礦回收工作結(jié)束，大部分回收進路被地表塌落黃色巖土填塞。根據(jù)回收礦量及成本統(tǒng)計，殘礦回收期間實際共出礦巖18172.85t，其中，礦石16722.85t，巖石1450t。工程累計投入32.56萬元，按當時價格計算，回收礦石折算成精粉后可取得純利潤292.6萬元。

現(xiàn)場實施結(jié)果表明，殘礦回收整體效果較好，在保證安全作業(yè)條件下回收節(jié)約了礦產(chǎn)資源，部分緩解了礦山產(chǎn)量的緊張程度，經(jīng)濟效益顯著。所提出利用巖體冒落特性的進路式殘礦回收方案，可為國內(nèi)同類礦山提供參考。

4 結(jié) 論

(1)雙鴨山鐵礦北區(qū)主要應用淺孔留礦法開采，由于礦巖穩(wěn)固性較差，造成220中段積壓了大量殘礦?，F(xiàn)場調(diào)研分析表明，采場內(nèi)殘留礦量包括冒落礦量、采場內(nèi)未放出礦量、未采及未回收間柱礦量三種類型。

(2)結(jié)合礦巖容易冒落的特性，提出220中段三種不同類型殘礦的進路式回收方案。試驗表明，進路式回收方案增加了回收工程的穩(wěn)定性、作業(yè)的安全性。同時，利用礦體容易冒落的特性，頂部礦體可自然冒落，減少了布置工程量。

(3)工程實踐表明，殘礦回收方案實施效果良好，具有簡單、高效、安全的特點。有效地減少了原有礦房的礦石損失，部分緩解了礦山產(chǎn)量緊張程度，經(jīng)濟效益顯著。所提出利用巖體冒落特性的進路式殘礦回收方案，可為國內(nèi)同類礦山提供參考。

[1] 羊鼻山多層位復雜礦體高效開采工藝技術(shù)研究科研組.雙鴨山鐵礦北區(qū)巖體穩(wěn)定性分級報告[R].2007，10.

[2] 任鳳玉.隨機介質(zhì)放礦理論及其應用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1994:56-76.