淺談田興鐵礦礦石資源合理開發(fā)利用

翟會超，閆滿志

(河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司田興鐵礦， 河北 唐山市 063000)

隨著我國采礦技術(shù)的不斷進步，礦石產(chǎn)量也有較快的增加[1]，特別是在改革開放以后，中國經(jīng)濟快速增長，采礦工業(yè)得到突飛猛進的發(fā)展，采礦技術(shù)水平迅速提高[2]。然而，隨著國民經(jīng)濟發(fā)展對資源的不斷消耗，在國內(nèi)開采條件好、品位高的礦床已基本投入開采，而上部有水體(流砂)、建筑物、主要運輸干線(統(tǒng)稱“三下”)的礦體，以及低品位礦石、殘留礦體、深部復(fù)雜難采礦床也逐步被開發(fā)利用[3-4]。

田興鐵礦礦體總長度約10 km，東西寬約3 km，礦體厚度14～185 m，傾角30°～60°。設(shè)計礦石年產(chǎn)量高達1500萬t，是目前世界在建最大充填法開采地下鐵礦山。

礦區(qū)附近地表河流均屬灤河水系，主要有灤河、新河、狗尿河。含水層主要由第四系孔隙水含水層和基巖裂隙含水層(帶)組成。

礦區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，從基建工程所揭露的水文地質(zhì)條件表明，地下水給礦山基建和未來鐵礦石開采帶來巨大壓力，在豎井、平巷和斜坡道掘砌施工作業(yè)中，較多的采用了工作面預(yù)注漿(包括“止?jié){墊”、“巖帽”、“止?jié){墻”)、地表預(yù)注漿、表土層冷凍法開掘、射孔注漿等先進注漿治水技術(shù)，取得了預(yù)期效果。但治水后井下工作面涌水量依然較大，這都成為約束地下礦建設(shè)和礦體開采的主要影響因素。如何實現(xiàn)大水環(huán)境下礦體安全高效開采、保證礦石資源合理開發(fā)利用成為礦山未來發(fā)展的主要問題。

1 礦石資源的回收

1.1 地下水安全治理

田興鐵礦礦山水文地質(zhì)條件復(fù)雜，地下涌水對礦石安全高效開發(fā)有極大不良影響。為使地下鐵礦石資源能夠得到安全合理回收，需對地下水進行治理。

大水礦床在基建和資源回收生產(chǎn)過程中，采取的防治水技術(shù)主要包括河道改道、疏水放水、注漿堵水、超前探水、隔水頂柱、帷幕注漿截水等[5-14]。文獻[5]詳細介紹了俄羅斯北烏拉爾鋁土礦作為巖溶大水礦床代表的防治水途徑。通過河道鋪底與改道使得礦區(qū)排水系數(shù)有32 m3/t降至18 m3/t，后又經(jīng)過礦區(qū)邊緣群孔疏水和井下打鉆放水，再次降低了礦區(qū)總排水量且確保了礦井安全,給我國大水礦床治水工作以借鑒；文獻[6]針對高陽鐵礦賦存條件，應(yīng)用礦床水體下開采理論與數(shù)值計算法，預(yù)計裂隙帶厚度，提出留設(shè)安全保護礦巖柱、帷幕注漿堵水、放水降壓和注漿堵水相結(jié)合、超前探水等防治水措施，有效遏制了礦區(qū)水患對井下礦石資源回收的負面影響。另外，姜梨園鐵礦大水環(huán)境下礦石開采采取隔水護頂?shù)V層充填采礦法，通過對爆破參數(shù)和工藝的試驗與應(yīng)用，成功改善了爆破效果，而且有效地保護了隔水護頂?shù)V層。

田興鐵礦礦床經(jīng)大地震后地質(zhì)條件異常復(fù)雜，又有灤河、新河、狗尿河3條水系通過，地下水分布規(guī)律的掌控就顯得相當(dāng)困難。

首先，應(yīng)建立補全礦山水文地質(zhì)勘探資料，全面準(zhǔn)確掌握礦山地下水、裂隙帶、破碎帶、斷層等不良地質(zhì)因素的分布位置和規(guī)律，使之成為研究治水方法和礦體開采方法的有利依據(jù)。

其次，治水工作要有針對性、科學(xué)性。根據(jù)礦體實際分布位置和斷層、裂隙帶的分布情況，在礦床外圍依據(jù)斷層、裂隙導(dǎo)水通道及相對地下水涌水量的不同特點采取“封”、“隔”、“截”等治水方法，將地下水最大限度地阻隔在礦床之外，如采取帷幕注漿方法。在采場內(nèi)部要根據(jù)礦床外圍封水的實際效果制定治水方法，還要兼顧井下大規(guī)模開采下的多回采工作面和井下排水系統(tǒng)的擔(dān)負能力問題。同時，可利用已有的超前探測設(shè)備TRT6000最大程度對井下采場周邊環(huán)境進行實地勘測，確定裂隙、溶洞、地下涌水易發(fā)點的具體位置，對采場范圍內(nèi)的治水工作進行輔助研究。

1.2 礦體高效回收

我國金屬礦山大水礦床開采過程中，三大類采礦方法均有所應(yīng)用[14]，只是所占比例不同，其中充填法所占比例最高。在生產(chǎn)礦山中，采用崩落采礦法的礦山有西石門鐵礦、北洺河鐵礦、程潮鐵礦和谷家臺鐵礦等；采用空場法的礦山有泗頂鉛鋅礦、金嶺鐵礦；采用充填法的礦山較多，充填法主要為上向水平分層充填法、空場嗣后充填法。其中，采用上向水平分層充填的礦山有水口山鉛鋅礦、凡口鉛鋅礦，采用空場嗣后充填的礦山有張馬屯鐵礦和新橋硫鐵礦。從大水礦床采礦技術(shù)發(fā)展階段看，主要是從留隔水礦柱的房柱法、超前疏水的崩落法到空場嗣后充填，再發(fā)展到現(xiàn)階段普遍采用的點柱式充填采礦法。

依據(jù)礦體條件設(shè)計階段空場嗣后充填法進行礦石開采，采用大直徑深孔階段鑿巖落礦技術(shù)。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)礦體高效回收，滿足2000萬t年產(chǎn)量的要求。

但在具體的實施中，仍要對采場圍巖的穩(wěn)定性、采場圍巖對爆破震動的響應(yīng)、充填體接頂技術(shù)、充填體流動性和輸送性等問題進行預(yù)先謀劃和研究。

首先，采場圍巖穩(wěn)定性關(guān)系到開采過程的安全，是實現(xiàn)高效開采的前提保障。采場圍巖的穩(wěn)定性與巖體、結(jié)構(gòu)面及地下水作用息息相關(guān)，在分析田興鐵礦圍巖穩(wěn)定性的問題中要綜合考慮上述主要因素，并建立相應(yīng)的力學(xué)分析模型，進行數(shù)值模擬分析，研究采場布局的合理性和安全性。

其次，爆破沖擊波對巖體的破壞程度及節(jié)理裂隙的擴展有著十分復(fù)雜的影響。不良爆破會使本已經(jīng)治理好、封堵好的裂隙通道再次打通，或破壞隔水礦柱將含水層地下水引入采場，影響井下正常開采，甚至帶來巨大的生命和財產(chǎn)危害。在采用大直徑深孔階段鑿巖落礦時，要兼顧井下采場周邊巖層含水、透水情況，必要時應(yīng)從起爆順序、段次劃分、爆破方法等方面入手研究適合的降震防水爆破技術(shù)，有效避免裂隙擴展。

再次，將治水與開采相結(jié)合起來，形成“采治結(jié)合”的思想。在治水過程中，要充分研究設(shè)計采場的布局，優(yōu)化設(shè)計治水方案，保證井下多采場工作面同時拉開的可靠性。在回采中，要充分利用采準(zhǔn)、切割工程，對有突水可能的位置進行及時注漿治水，減少或避免治水工程的開掘，也可以出礦抵消治水所產(chǎn)生的費用。或采取適當(dāng)?shù)牟傻V方法如分層充填、進路充填代替隔水礦柱，使鐵礦石資源得到充分回收利用。

2 尾礦的綜合利用

根據(jù)已設(shè)計的年鐵礦石產(chǎn)量，選礦廠每年排出的尾礦將達到1010萬t/a，尾礦比重為2.91 t/m3。

排出的尾礦若不加以治理和利用，其一會給礦山周圍環(huán)境造成污染;二來還會占用大量土地，增加礦山建設(shè)生產(chǎn)費用;三是造成可再回收資源的浪費;四是潛存較高的安全隱患。所以要改變傳統(tǒng)觀念，加強尾礦綜合利用的管理，使尾礦變廢為寶。

首先，將有再回收利用價值的尾礦進行保存，待選礦技術(shù)成熟以后對該部分尾礦中的有用組分進行充分回收，保證資源的充分利用。

其次，田興鐵礦年待充填采空區(qū)體積達600萬m3，將回收價值低的尾礦作為充填材料輸送到采空區(qū)，以維護圍巖保護地表不塌陷，同時為礦山節(jié)約充填成本。

最后，還可以將尾礦和開拓過程中的廢石作為建筑材料的加工原料進行處理。

3 結(jié) 論

田興鐵礦水文地質(zhì)條件復(fù)雜，如何實現(xiàn)大水環(huán)境下礦體安全高效開采、保證礦石資源合理開發(fā)利用成為礦山未來發(fā)展的主要問題。今后應(yīng)在補勘工作的基礎(chǔ)上，在礦床外圍和采場內(nèi)部采取適宜的具有針對性的治水方法，將地下涌水封堵在外，保障礦石資源的安全回收。從采場穩(wěn)定性分析、爆破震動作用等問題著手研究未來采場合理布局和避免裂隙擴展引水入井的降震防水技術(shù)，為保證資源的充分回收，給出了采治結(jié)合的建議。同時，還從尾礦回收、充填利用、建材原料三方面闡述了尾礦變廢為寶的綜合利用方式。

參考文獻：

[1]周崇仁．礦柱回采與空區(qū)處理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1989．

[2]孫豁然，周 偉，劉 煒．我國金屬礦采礦技術(shù)回顧與展望[J].金屬礦山，2003(10)：6-9．

[3]郭金峰．我國復(fù)雜難采礦床開采的問題與對策[J].金屬礦山，2005(12)：10-13．

[4]姚金蕊，等．“三下”礦體開采研究[J].地下空間與工程學(xué)報，2005(7)：1073-1075．

[5]封喜華．俄羅斯巖溶大水礦床治水途徑[J].煤田地質(zhì)與勘探，1992，20(3)：44-46．

[6]葉粵文，孟中華．復(fù)雜大水礦床安全開采技術(shù)研究[J].金屬礦山，2006(12)：7-9．

[7]白聚波，等．帷幕注漿在礦山治水中的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2008(3)：96-98．

[8]祝世平,等．大紅山礦帷幕注漿治水工程及其評價[J].金屬礦山，2007(9)：79-83．

[9]孟廣勤，周安瀾．大水地下礦山注漿技術(shù)的實踐[C]//地面巖石工程與注漿技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文集，1997：389-393．

[10]張德輝．淺談復(fù)雜地質(zhì)條件下斜井筒注漿防治水技術(shù)[J].中州煤炭，2011(2)：37-39．

[11]冷云等．最新礦山井巷工程施工綜合技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實用手冊[M].長春：吉林電子出版社，2005．

[12]劉 杰，廖春木．TRT技術(shù)在隧道地質(zhì)超前預(yù)報中的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2011(4)：77-79．

[13]閆高翔．TRT層析掃描成像預(yù)報系統(tǒng)的應(yīng)用[J].鐵道勘察，2009(2)：40-42．

[14]褚洪濤．我國金屬礦山大水礦床的地下開采采礦方法[J].采礦技術(shù)，2006，6(3)：49-52．