海南鐵礦掛幫礦體誘導(dǎo)冒落法安全開采技術(shù)研究

王春賢+李海英+曾永春++張歡

摘 要：在露天轉(zhuǎn)地下過渡期，海南鐵礦的掛幫礦體與坑底礦分別用地下與露天同時開采，根據(jù)礦巖的穩(wěn)定性以及與露天協(xié)同開采的要求，掛幫礦體實(shí)施了誘導(dǎo)冒落法高效開采方案，并解決了誘導(dǎo)工程的安全回采以及冒落礦石的合理回收等技術(shù)問題，取得了良好的實(shí)施效果。

關(guān)鍵詞：掛幫礦 誘導(dǎo)冒落法 安全開采

中圖分類號：TD8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0056-02

海南鐵礦屬于沉積變質(zhì)礦床，礦體似層狀產(chǎn)出，向斜構(gòu)造，軸部厚度較大，兩翼變薄。礦石為赤鐵富礦，頂?shù)装鍑鷰r主要為白云巖、透輝石透閃石灰?guī)r等，礦巖一般中等穩(wěn)定到穩(wěn)定，局部不穩(wěn)定。礦體主要賦存標(biāo)高在100～-100 m之間，原設(shè)計(jì)露天開采到0 m水平之后轉(zhuǎn)入地下開采，后經(jīng)優(yōu)化，露天坑底向下延續(xù)開采到-76 m水平，由此增大了掛幫礦量，并延長了掛幫礦體地下開采與坑底礦體露天同時開采的時間，從而對掛幫礦安全開采提出了更高的要求。針對掛幫礦體條件以及與露天協(xié)同開采的要求，海南礦業(yè)股份有限公司與東北大學(xué)合作，研究出應(yīng)用誘導(dǎo)冒落法開采掛幫礦的技術(shù)方案，同時研究了誘導(dǎo)工程的安全回采技術(shù)以及冒落礦石的合理回收技術(shù)，較好地解決了掛幫礦高效開采與露天地下同時生產(chǎn)的安全問題，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

1 誘導(dǎo)工程及其安全回采技術(shù)

海南鐵礦的掛幫礦體賦存于+110 m之下，設(shè)計(jì)由0 m中段開采，采用無底柱分段崩落法，分段高度15 m、進(jìn)路間距18 m，中段生產(chǎn)能力140萬t/a。后經(jīng)研究，改用誘導(dǎo)冒落開采方案，主體誘導(dǎo)冒落工程設(shè)置在60 m水平，其上礦巖利用60 m分段回采形成的連續(xù)采空區(qū)誘導(dǎo)冒落，冒落礦石在45 m與30 m分段回采時逐步放出，冒落巖石留于采場，為下面分段的回采需要形成覆蓋巖層（圖1）。

在圖1所示的采場結(jié)構(gòu)中，作為主體誘導(dǎo)工程的60 m分段，要求在回采過程中促使上部礦巖全部冒落，而且這些冒落的礦巖全部落入采空區(qū)內(nèi)，以免影響露天采場的正常生產(chǎn)。為實(shí)現(xiàn)這一功能，60 m分段須滿足如下三方面要求：其一、采空區(qū)跨度遠(yuǎn)大于上部礦巖的持續(xù)冒落跨度，以保障上部礦巖如期充分冒落；其二、回采進(jìn)路的回采順序，不僅要滿足上部礦巖合理冒落順序的要求，以避免在冒落過程中發(fā)生礦巖摻雜，而且要滿足露天邊坡巖移控制的要求，使采空區(qū)冒透地表時形成的塌陷坑，能夠控制邊坡巖移的方向，使四周巖移均指向塌陷坑內(nèi)；其三、采空區(qū)的高度，需保證地表塌陷坑的體積足以容納邊坡巖移散體，保障移入塌陷坑內(nèi)的巖移散體全部存留于塌陷坑內(nèi)，而不向露天采場滑落。

60 m分段采準(zhǔn)工程的布置形式如圖2所示，為便于形成合理采空區(qū)形狀，沿露天邊坡方向布置回采進(jìn)路，并將切割巷道布置在礦體的中部。該分段的回采跨度約125 m，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測的礦巖力學(xué)參數(shù)分析計(jì)算得出，上部礦巖的持續(xù)冒落跨度約為40～60 m[1]?？梢娀夭煽缍冗h(yuǎn)大于上覆礦巖的持續(xù)冒落跨度，由此保證上覆礦巖可充分冒落。

在圖2中，利用回采跨度大的有利條件，可以在較大的范圍內(nèi)選擇首采部位，為保證上部礦巖合理冒落與控制巖移方向，經(jīng)過研究確定，首先回采5#～7#進(jìn)路，采用從切割巷道向兩側(cè)退采的回采順序，以使采空區(qū)快速達(dá)到持續(xù)冒落跨度。

根據(jù)圖1幾何關(guān)系計(jì)算得出，圖2誘導(dǎo)工程的合理崩礦高度（從巷道底板算起）為19 m。同時由現(xiàn)場爆破漏斗試驗(yàn)得出，爆破礦石的合理炸藥單耗為0.34 kg/t。取炮排間距1.8 m，利用SimbaH1254型液壓鑿巖臺車鉆鑿Φ85 mm的炮孔，每排布置8個炮孔。

回采誘導(dǎo)工程的主要目的是安全誘導(dǎo)上覆礦巖自然冒落，為下分段高強(qiáng)度開采創(chuàng)造條件。為加快回采速度與保障回采安全，采取了兩項(xiàng)措施，一是從切割巷兩側(cè)同時退采，二是限制每一步距的出礦量。取崩礦步距1.8 m，每次爆破一排炮孔，采用斗容4.0 m3電動鏟運(yùn)機(jī)出礦，起初每一步距出礦到端部口微敞空為止，至上部礦巖大量冒落使端部口出不空后，按崩礦量控制每一步距的放出量。

+60 m分段于2014年5月開始回采，截止2014年6月底，回采跨度已經(jīng)達(dá)到30 m，超過了上覆礦石的臨界冒落跨度，采空區(qū)中部頂板礦石發(fā)生了自然冒落，從進(jìn)路端部口的流動狀態(tài)可以看出，冒落礦石的流動性較好。在此條件下，為減少圍巖崩落量和加快上覆礦巖的冒落速度，進(jìn)一步調(diào)整了誘導(dǎo)工程的回采方式與回采順序，將切割槽南部礦體中出露的一條橫貫東西方向、厚度10～12 m的夾層，留于采場不進(jìn)行回采。本著經(jīng)濟(jì)、可靠與高效開采的原則，采取不崩落該夾層、另開切割槽回采后面礦體的技術(shù)措施，由此形成以該夾層為界的南北兩個采區(qū)。南側(cè)采區(qū)的跨度較小，上覆礦巖利用+60 m與45 m兩個分段的回采空區(qū)誘導(dǎo)冒落；北側(cè)采區(qū)的跨度大，按均勻擴(kuò)展等價(jià)圓面積的方式[1]，按四個區(qū)依次擴(kuò)展采空區(qū)，如圖3所示。其中1區(qū)為誘導(dǎo)礦石持續(xù)冒落區(qū)，2區(qū)為誘導(dǎo)上覆巖層冒落區(qū)，3區(qū)為誘導(dǎo)上覆巖層持續(xù)冒落區(qū)，4區(qū)為強(qiáng)化誘導(dǎo)區(qū)。在1區(qū)回采完成后，方能進(jìn)入2區(qū)回采，依此類推。根據(jù)礦巖持續(xù)冒落跨度值推測，在3區(qū)回采后，采空區(qū)的冒落高度即可通達(dá)地表。

2 冒落礦量的接收技術(shù)

誘導(dǎo)冒落的礦石，需要在其下分段的回采過程中加以回收。在圖1采場結(jié)構(gòu)中，在+60 m分段誘導(dǎo)工程的下部，布置了45 m、30 m與15 m三個接收分段，其中45 m分段主要接收北側(cè)較大采區(qū)的誘導(dǎo)冒落礦量；30 m分段主要接收南側(cè)較小采區(qū)的誘導(dǎo)冒落礦量。一般誘導(dǎo)工程采出的礦石量不足正?；夭蛇M(jìn)路的1/3，而主要接收分段的采出礦石量，一般超過崩礦量的幾倍。由于礦石層高度大，主要接收分段為高強(qiáng)度回采分段。為增大基建礦山的前期生產(chǎn)能力，需要盡可能提前回采主要接收分段。在海南鐵礦條件下，45 m分段南側(cè)采區(qū)可滯后60 m分段5～8個步距開始回采，北側(cè)采區(qū)在上部礦石充分冒落之后便可投入回采。

海南鐵礦掛幫礦量的開采條件見圖4，不同步距誘導(dǎo)冒落的礦石層高度差異很大，此時主要接收分段（45 m與30 m分段）的放礦管理方法，可根據(jù)冒落礦石的流動性而靈活調(diào)整。如果冒落礦石的大塊含量較大、流動性較差，主要接收分段應(yīng)采取削高峰放礦，即每一步距均按上方冒落礦石層的高度控制步距放礦量，以保持礦巖接觸面均緩慢下降。如果冒落礦石的流動性較好，則可放寬對步距出礦量的限制，對其下有接收條件的出礦步距，出礦到在端部口見覆蓋層廢石為止；對其下沒有接收條件的出礦步距，一直放礦到截止品位。endprint