冀東小型鐵礦山開發(fā)利用方案研究

摘 要：以冀東典型礦床為例，在分析礦體開采技術(shù)條件的基礎(chǔ)上，對(duì)礦山的開拓系統(tǒng)、采礦方法、生產(chǎn)規(guī)模等進(jìn)行了確定，為今后礦體開采提供參考。

關(guān)鍵詞：冀東 小型礦山 開發(fā)利用方案 生態(tài)環(huán)境治理

中圖分類號(hào)：TD951文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（c）-0110-02

1 礦體特征與開采技術(shù)條件

1.1 礦體特征

某小型鐵礦礦區(qū)范圍內(nèi)礦體呈層狀分布在遷西群上川組黑云角閃斜長片麻巖中。礦區(qū)范圍內(nèi)包括M1、M2兩條礦體。M1礦體受F1斷層的影響分為兩段，F(xiàn)1斷層以北地表出露礦體長360 m，工程控制長300 m，礦體厚1.00至15.03 m，礦體走向350 °，傾向南西，傾角75～87 °，局部有反傾現(xiàn)象；F1斷層以南礦體出露長度約145 m。M2礦體位于渠子地采區(qū)，地表斷續(xù)出露長580 m，南部延出礦界，達(dá)到工業(yè)指標(biāo)的礦體長度380 m，礦體厚度不夠1 m地段長度為200 m。工程控制長320 m，礦體厚1.00～9.90 m，平均厚2.60 m，礦體走向330 °，傾向南西，傾角70～75 °。

礦區(qū)范圍內(nèi)求得保有資源儲(chǔ)量（122b+332+333）77萬 t，平均品位TFe28.95%，mFe24.07%；其中控制的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)儲(chǔ)量（122b）59萬 t，平均品位TFe28.11%，mFe22.94%；控制的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量（332）11.9萬 t，平均品位TFe32.94%，mFe28.77%；推斷內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量（333）6.1萬t，平均品位TFe29.18%，mFe23.64%。

1.2 開采技術(shù)條件

礦區(qū)位于燕山南麓低山丘陵區(qū)，海拔標(biāo)高一般193～365 m，相對(duì)高差172 m，區(qū)內(nèi)最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高185 m。區(qū)內(nèi)地下水主要賦存于第四紀(jì)洪積含水層、風(fēng)化裂隙含水帶、構(gòu)造裂隙含水帶。主要含水層為構(gòu)造裂隙脈狀水，礦坑涌水量為5～40 t/h，單位涌水量為0.07～0.22 L/s·m，富水性為弱至中等。礦床水文地質(zhì)條件屬中等類型。

礦石為磁鐵石英巖，具致密堅(jiān)硬的特點(diǎn)，其抗壓強(qiáng)度607～1072 MPa，抗剪強(qiáng)度145～169 MPa，抗拉強(qiáng)度46～63 MPa。近礦圍巖以片麻巖和麻粒巖為主，巖石堅(jiān)硬完整，巖石抗壓強(qiáng)度298～663 MPa，抗剪強(qiáng)度126～134 MPa，抗拉強(qiáng)度29～72 MPa。礦石普氏硬度f=10～14，巖石普氏硬度f=6～10，礦石松散系數(shù)為1.55，安息角55 °。各礦體圍巖均為片麻巖和麻粒巖，巖石硬度大，穩(wěn)固性好，圍巖與礦體產(chǎn)狀一致，接觸界線較清楚。礦體呈似層狀產(chǎn)出，傾角較陡，一般在60～87 °，穩(wěn)固性較好，在采掘工程中未發(fā)現(xiàn)坍塌、掉塊現(xiàn)象，工程地質(zhì)條件良好。F1斷層附近工程地質(zhì)條件較差，施工中一定要加強(qiáng)支護(hù)措施和排險(xiǎn)加固工作，如漿砌、支護(hù)等預(yù)防坍塌和掉塊，確保生產(chǎn)安全。工程地質(zhì)條件屬中等類型。

2 開拓方案

采用地下豎井開拓，設(shè)計(jì)兩條豎井，主井主要用于提升礦石、廢石、人員及材料等；風(fēng)井主要用于回風(fēng)，并兼做人行安全出口。

主井位于M1礦體下盤巖石移動(dòng)范圍之外，新設(shè)主井井筒中心坐標(biāo)：X=4466688.40，Y=39607144.21，井口標(biāo)高310 m，井筒直徑4.0 m，井深283 m（含15 m井底水窩）。采用2#鋁合金罐籠配0.50 m3翻轉(zhuǎn)式礦車提升，采用2JTK-1.6×1.25/30.5型雙卷筒單層繩纏繞式提升機(jī)一臺(tái)，提升最大繩速2.5 m/s，電機(jī)功率135 kW，電壓380 V。井內(nèi)設(shè)梯子間，兼做人行安全出口。

風(fēng)井位于M1礦體下盤巖石移動(dòng)范圍之外，新設(shè)風(fēng)井井筒中心坐標(biāo)：X=4468105.16，Y=40373095.10，井口標(biāo)高355 m，井筒直徑3.0 m，井深60 m。井內(nèi)設(shè)梯子間，兼做人行安全出口。

由新設(shè)主井入風(fēng)，新設(shè)風(fēng)井回風(fēng)，構(gòu)成完整的開拓通風(fēng)系統(tǒng)。

中段運(yùn)輸：采用電機(jī)車牽引礦車運(yùn)輸。

設(shè)計(jì)開采210 m、180 m、150 m、120 m、90 m四個(gè)中段，210段作為回風(fēng)中段，中段高度30 m。

3 采礦方法

礦體為急傾斜薄礦體，選用平底結(jié)構(gòu)淺孔留礦法。

3.1 礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)

礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)為：階段高度30 mm，礦塊長度30～50 m，礦塊寬度為礦體厚度，平底結(jié)構(gòu)，頂柱高度為5 m，間柱寬度8 m，出礦穿間距7 m。

3.2 采準(zhǔn)切割工作

礦塊沿走向布置。階段運(yùn)輸巷道位于下盤脈外，礦塊人行通風(fēng)天井布置于礦體內(nèi)，規(guī)格2 m×2 m。在天井內(nèi)每隔5～6 m掘進(jìn)通往礦房的人行聯(lián)絡(luò)道，斷面2 m×2 m，在運(yùn)輸巷道內(nèi)每隔7 m掘出礦穿，規(guī)格2 m×2 m。

沿礦體走向掘拉底巷道，規(guī)格2 m×2 m。將礦房底部全部拉開，完成切割工作，形成回采作業(yè)空間，為礦房回采作好準(zhǔn)備。

3.3 回采工藝

（1）落礦

在礦房形成采礦作業(yè)空間后，逐層上向回采。分層高度2 m，回采工作面為梯段形，采用7655型鑿巖機(jī)鑿巖，人工裝藥，導(dǎo)爆管起爆器起爆導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路，乳化炸藥爆破。

（2）采場通風(fēng)

采場主要靠井下貫穿風(fēng)流進(jìn)行通風(fēng)，新鮮風(fēng)流由采場人行天井進(jìn)入工作面，沖洗工作面的污風(fēng)由另一側(cè)天井至上一階段回風(fēng)巷，最后由風(fēng)井排出地表。局部通風(fēng)不良地段采用局扇輔助通風(fēng)。

（3）放礦

采場炮煙排除后，可進(jìn)行局部放礦，放礦量為崩落礦石量的30%左右，使礦房內(nèi)暫留礦石量與頂板之間的作業(yè)面保持2～2.5 m的凈空間，為下次回采創(chuàng)造良好的工作空間。局部放礦時(shí)要特別注意礦堆中是否出現(xiàn)空洞，如發(fā)現(xiàn)出礦量與爆堆下降量不符時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理。放礦后，對(duì)采礦場平面進(jìn)行平整，并撬掉頂板的浮石。對(duì)局部不穩(wěn)固部位，可用非可燃性材料進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，確認(rèn)安全之后，再進(jìn)行下一循環(huán)的作業(yè)。直至采到礦房頂柱，最后進(jìn)行大量放礦。大量放礦時(shí)，應(yīng)注意均勻放礦，為減少礦石損失和貧化，在大量放礦時(shí)要加強(qiáng)放礦管理。

（4）礦石運(yùn)搬

采下的礦石經(jīng)礦房底部結(jié)構(gòu)，裝入礦車運(yùn)往主井口提升至地表。

4 礦山生產(chǎn)規(guī)模與服務(wù)年限

按中段可布置的礦塊數(shù)驗(yàn)證礦山生產(chǎn)能力：

式中：A—— 中段生產(chǎn)能力t/a；

N1，N2—— 分別為中段可布礦塊（房）數(shù)和礦柱數(shù)，個(gè)；

q1，q2—— 分別為礦塊（房）和礦柱的生產(chǎn)能力；

K—— 礦塊利用系數(shù)，0.3；

E—— 地質(zhì)影響系數(shù)，0.9；

t—— 年工作日數(shù)，306 d；

Z—— 副產(chǎn)礦石率，12%。

地下開采生產(chǎn)能力驗(yàn)證結(jié)果如表1所示。

通過生產(chǎn)規(guī)模驗(yàn)證，礦山多中段生產(chǎn)時(shí)，生產(chǎn)能力可以達(dá)到10～15萬 t/a的生產(chǎn)規(guī)模，推薦礦山生產(chǎn)規(guī)模10萬 t/a。

5 環(huán)境污染與保護(hù)

5.1 環(huán)境污染源

礦山生產(chǎn)過程中主要的污染源及污染物有：

（1）礦山生產(chǎn)各作業(yè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的粉塵，爆破作業(yè)產(chǎn)生的粉塵、炮煙等。

（2）穿孔作業(yè)、爆破作業(yè)等產(chǎn)生的噪聲。

（3）采掘過程中剝離出的廢石。

（4）井下排出的礦坑水。

5.2 環(huán)境污染治理

（1）粉塵控制

粉塵主要來自采礦場穿孔、爆破、采裝、運(yùn)輸及破碎等作業(yè)過程，設(shè)計(jì)中對(duì)各產(chǎn)塵點(diǎn)均采取了防塵、抑塵或除塵措施。采場各產(chǎn)塵點(diǎn)及汽車運(yùn)輸揚(yáng)塵經(jīng)采用濕式作業(yè)及灑水抑塵后，粉塵濃度可下降80%～70%，粉塵污染可得到一定程度的控制。

（2）噪聲污染的控制

礦山作業(yè)的主要噪聲源自采場鑿巖、采裝、運(yùn)輸及破碎等工藝和工序。

1）鑿巖、爆破噪音

爆破噪音是瞬時(shí)的，這些噪音的強(qiáng)度隨著開采深度的增加而衰減，對(duì)地面影響很小。對(duì)鑿巖機(jī)噪聲，除盡量選擇消音效果較好的鑿巖機(jī)外，現(xiàn)場工作人員要做好個(gè)人防護(hù)。

2）通風(fēng)機(jī)噪聲

通風(fēng)機(jī)噪聲一般在80～90 dB之間，為了減少對(duì)周圍環(huán)境的影響，應(yīng)采取如下措施：一是隔離噪聲；二是吸收噪聲。為減小噪聲危害，應(yīng)將機(jī)房用較好的隔音材料和隔音設(shè)施來有效的降低噪聲，達(dá)到安全規(guī)程規(guī)定范圍之內(nèi)。

3）空壓機(jī)噪聲

空壓機(jī)噪聲一般80～90 dB，空壓機(jī)站應(yīng)采取如下噪聲消減措施：

①吸氣管：a在吸管上裝設(shè)消聲器；b在吸氣管和空壓機(jī)連接處安裝防振波紋管接頭；c吸氣管應(yīng)支撐在大質(zhì)量的基礎(chǔ)上；d在吸氣管上包扎吸聲材料層或?qū)⒐艿婪笤O(shè)在地溝內(nèi)。

②排氣系統(tǒng)：a.裝排氣消聲器；b.排氣口要高出屋面或地溝敷設(shè)；c.止回閥應(yīng)安裝在貯氣罐處。

③其它措施：如分支氣管、排放管、貯氣罐宜布置在同側(cè)；站房外綠化以減少噪聲對(duì)外圍環(huán)境影響。

④破碎作業(yè)對(duì)大型強(qiáng)烈振動(dòng)的破碎機(jī)安裝彈簧、橡膠軟木等，在進(jìn)行密閉通風(fēng)除塵的同時(shí)，采用廠房隔音材料作吸聲處理。

（3）廢石處理

在礦山基建初期，應(yīng)對(duì)采場和排土場的表土進(jìn)行收集，以便根據(jù)排土場建設(shè)規(guī)劃，及時(shí)進(jìn)行排土場的土地復(fù)墾。設(shè)計(jì)規(guī)劃廢石場設(shè)在礦區(qū)的老露天坑，將采出廢石集中堆放在廢石場。礦山開采結(jié)束后，可考慮在廢石場上覆土進(jìn)行土地復(fù)墾。生產(chǎn)過程中，排土場在風(fēng)吹等作用下會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵，為防止污染大氣環(huán)境，可采用在坡面撒草籽綠化或人工灑水抑制等手段控制揚(yáng)塵。

6 結(jié)語

本開發(fā)利用方案對(duì)礦山礦體地下開采的方案進(jìn)行了初步探討，有待在今后的初步設(shè)計(jì)中作進(jìn)一步深入的研究與論證，以確保礦山安全、經(jīng)濟(jì)、高效地開發(fā)利用礦產(chǎn)資源。

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