下向分層進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法在馬莊鐵礦的應(yīng)用

馬元磊

（萊鋼集團(tuán)萊蕪礦業(yè)有限公司，山東 萊蕪 261100）

生產(chǎn)技術(shù)

下向分層進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法在馬莊鐵礦的應(yīng)用

馬元磊

（萊鋼集團(tuán)萊蕪礦業(yè)有限公司，山東 萊蕪 261100）

結(jié)合礦床特點(diǎn)，介紹了下向分層進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法在馬莊鐵礦的應(yīng)用，并對(duì)采準(zhǔn)布置、回采工藝、充填等工序進(jìn)行了詳細(xì)敘述。該采礦方法在膠結(jié)充填體的保護(hù)下大斷面進(jìn)路掘進(jìn)式采礦，回采方式自上而下，回采工程采用鑿巖臺(tái)車、鏟運(yùn)機(jī)、裝藥服務(wù)車、運(yùn)藥車等大型設(shè)備，采礦安全系數(shù)高，盤區(qū)生產(chǎn)能力15 000 t/月，出礦品位Fe 44.96%，損失率5%，貧化率8%，千噸采準(zhǔn)比6.46 m。

鐵礦；采礦；膠結(jié)充填采礦法；分層進(jìn)路；下向

1 前言

萊鋼集團(tuán)萊蕪礦業(yè)有限公司下屬馬莊鐵礦、業(yè)莊鐵礦、谷家臺(tái)鐵礦均采用上向分層膠結(jié)充填采礦法，采用7655風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)，作業(yè)人員直接在頂板下鑿巖，勞動(dòng)效率低，采礦人工成本高，安全條件差。為此，萊礦引進(jìn)機(jī)械化盤區(qū)下向分層進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法，采用鑿巖臺(tái)車、2 m2鏟運(yùn)機(jī)、裝藥服務(wù)車、運(yùn)藥車等大型設(shè)備，形成完整的生產(chǎn)線，替代鑿巖機(jī)人工挑礦，大大提高了勞動(dòng)效率和采礦安全系數(shù)。以馬莊鐵礦為例，對(duì)機(jī)械化盤區(qū)下向分層進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法的應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。

2 地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

馬莊鐵礦屬于接觸交代矽卡巖型礦床，礦體賦存于大理巖和閃長(zhǎng)巖的接觸帶上，為高溫?zé)嵋航佑|交代矽卡巖型礦床。礦體上盤為大理巖，節(jié)理發(fā)育（f=6～10）；下盤為閃長(zhǎng)巖（f=8～12）、蝕變閃長(zhǎng)巖（f= 3～8）。松散狀鐵礦石（f=3），塊狀磁鐵礦（f=12～14）。礦區(qū)地表標(biāo)高245 m，礦體由1個(gè)主礦體和一些零星礦體組成，主礦體的儲(chǔ)量占99%以上，賦存于0～-200 m之間，為開采對(duì)象。主礦體沿走向長(zhǎng)約2 200 m，在-1～51線之間。主礦體中間（-29線一帶）存在無礦帶，分為主礦體東和主礦體西兩部分。主礦體東賦存在-1～27線，沿走向長(zhǎng)1 500 m，傾向延伸150～590 m，礦體厚度47.09 m（真厚度），最小厚度2.92 m，平均厚度13.29 m，走向NNE，傾向SEE，傾角65°～70°，0 m水平以下儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的76.11%。主礦體西賦存于30～51A線，沿走向長(zhǎng)度1 100 m，傾向延伸140～260 m，最大厚度26.9 m，最薄2.3 m，平均厚度11.21 m，走向NE，傾向SE，傾角45°～50°[1]。

鐵礦石屬于高硫含銅、鈷型富鐵礦石，平均品位含鐵45.32%，銅0.172%，鈷0.02%，屬于高鎂自熔性—堿鐵礦石。礦石以塊狀構(gòu)造為主，其次為松散狀、浸染狀、條帶狀、角礫狀構(gòu)造和斑雜構(gòu)造。塊狀礦石一般多為富礦石，松散狀礦石分為粉末狀和松散易碎的塊狀兩種。粉末狀鐵礦石品位較高，多為一般富礦，松散狀礦石品位較低，多為貧礦。0 m以下松散狀礦石占全部礦石儲(chǔ)量的20.4%。

礦體主要含水層為馬家溝組石灰?guī)r，主要為裂隙喀斯特水。此外，大理巖含水層的含水性不均一，表部裂隙溶洞發(fā)育，接觸帶處裂隙普遍增大，溶洞隨之發(fā)育。由于接觸帶大理巖含水量大，而且又直接與礦層接觸，故對(duì)坑道充水影響較大。地表補(bǔ)給水的特點(diǎn)迅速明顯[2]。

3 新采礦方法的應(yīng)用

機(jī)械化盤區(qū)下向分層進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法，實(shí)質(zhì)是在膠結(jié)充填體的保護(hù)下大斷面進(jìn)路掘進(jìn)式采礦，回采方式自上而下，回采工程采用鑿巖臺(tái)車、鏟運(yùn)機(jī)、裝藥服務(wù)車、運(yùn)藥車等大型設(shè)備形成完整的生產(chǎn)線，礦石回采率高、生產(chǎn)效率高、采礦安全系數(shù)高。該新采礦法試應(yīng)用于馬莊鐵礦-150～-104 m水平5線～9線塊段。盤區(qū)高度25 m，分層之間通過斜坡道貫通，進(jìn)路布置方式采用沿脈和穿脈交替布置，長(zhǎng)度一般為15～50 m，無間柱無底柱[3-5]。

該塊段沿走向長(zhǎng)200 m，垂直高46 m。塊段內(nèi)主礦體賦存于大理巖和蝕變閃長(zhǎng)巖接觸帶上，近礦體上盤大理巖節(jié)理裂隙發(fā)育，但穩(wěn)定性好。下盤閃長(zhǎng)巖、蝕變閃長(zhǎng)巖局部破碎程度較高，穩(wěn)定性較差。塊段內(nèi)礦石類型為磁鐵礦，多數(shù)為塊狀構(gòu)造、粒狀結(jié)構(gòu)，致密中硬，局部結(jié)構(gòu)松散。礦體形態(tài)變化較大，厚度變化大。礦體走向大致北東16°，總體傾角近90°。

3.1 采準(zhǔn)布置

首先在下盤布置聯(lián)通巷道和斜坡道，供設(shè)備、人員、風(fēng)流通行。之后施工穿脈巷道、上盤沿脈運(yùn)輸巷道、溜井聯(lián)通巷、分層巷道、分層斜坡道。垂直方向上每隔12～15 m布置1條分段外沿脈，每個(gè)分段水平可服務(wù)4～5個(gè)分層（上1、2層，平1層，下兩層）。每50 m布置1條溜井和1條泄水井，溜井及泄水井與上水平貫通可作為充填、通風(fēng)井（見圖1）。

圖1 采礦方案示意圖

3.2 回采工藝

進(jìn)路尺寸5 m×5 m，采用沿脈和穿脈交替布置的方式，第1層沿脈布置，第2層穿脈布置，依此循環(huán)。盤區(qū)整體回采順序自上而下，各個(gè)分層進(jìn)路采礦堅(jiān)持“隔三采一”的原則，自上盤向下盤依次展開。

1）鑿巖。采礦鑿巖使用BM281鑿巖臺(tái)車，效率258 m/（臺(tái)·班）。炮孔深度3.95 m，孔徑Φ45 mm，采用直眼筒形掏槽方式，炮孔數(shù)量根據(jù)兩幫和頂板介質(zhì)的不同而異，最少46個(gè)，最多75個(gè)。采準(zhǔn)掘進(jìn)鑿巖采用HT82鑿巖臺(tái)車，炮孔深度2.65 m，孔徑Φ45 mm，采用直眼筒形掏槽方式，采準(zhǔn)巷道凈斷面3.6 m×3.3 m，炮孔通常布置39～44個(gè)。

2）爆破。使用Φ38 mm卷狀2號(hào)巖石乳化炸藥，連續(xù)裝藥，使用毫秒微差塑料導(dǎo)爆管起爆。為保證進(jìn)路周邊礦巖穩(wěn)固性，頂板孔和周邊孔采用Φ32 mm卷狀2號(hào)巖石乳化炸藥不耦合裝藥。平均裝藥系數(shù)60.56%，炮孔利用率85.57%，炸藥單耗0.44 kg/t，眼米崩礦量為1.02 t/m。

3）出礦。采用1臺(tái)2 m2鏟運(yùn)機(jī)，進(jìn)路斷面5 m× 5 m，每天完成2、3個(gè)循環(huán)，出礦量為613～919 t，每月作業(yè)20 d，出礦量為12 250～18 375 t，考慮其他因素影響，每月平均出礦量為15 000 t。

3.3 頂板支護(hù)

第1層采礦進(jìn)路直接頂板為預(yù)留頂柱，穩(wěn)固性較差，采用錨網(wǎng)噴漿支護(hù)，隨掘進(jìn)隨支護(hù)；局部頂板揭露面積大的區(qū)域砌碹支護(hù)。轉(zhuǎn)層之后頂板為鋼筋網(wǎng)吊掛的膠結(jié)充填體，穩(wěn)固性較好，一般不用支護(hù)，局部邊幫不穩(wěn)固區(qū)域進(jìn)行噴漿支護(hù)。

3.4 充填封堵

1）進(jìn)路礦房吊掛、鋪網(wǎng)。進(jìn)路充填堅(jiān)持“采一充一”的原則，每條進(jìn)路從充填準(zhǔn)備到充填接頂結(jié)束必須在7 d內(nèi)完成；充填結(jié)束5 d后方可開始下一條間隔進(jìn)路的回采，7 d后方可開始下一層切割工程施工。充填之前需進(jìn)行吊掛，施工網(wǎng)度為1 m×1 m的吊掛錨桿，在每根錨桿上安裝1根吊筋，吊筋使用Φ10 mm圓鋼制作。底板鋪設(shè)網(wǎng)度為30 cm×40 cm的鋼筋網(wǎng)并安設(shè)吊筋掛住底板主筋，吊筋網(wǎng)度1 m×1 m。鋪網(wǎng)后把吊筋進(jìn)行搭接焊接牢固，吊筋搭接焊接之后的長(zhǎng)度與吊掛點(diǎn)頂板高度相同，每根吊筋下端安裝吊環(huán)預(yù)埋至碎礦石中，以備下層進(jìn)路吊掛。相鄰進(jìn)路間每邊預(yù)留0.3 m用來搭接，使整個(gè)水平鋼筋網(wǎng)形成一個(gè)整體。

2）充填方法。頂板打錨桿吊掛充填管，考慮充填體流動(dòng)性差，每間隔10 m安裝1條充填進(jìn)料管和回氣管，充填主管道通過三通或者四通控制充填管進(jìn)料順序，實(shí)現(xiàn)分段充填空區(qū)，保證全部接頂。膠固粉作為充填膠凝材料，尾礦作為充填惰性輔料，充填濃度65%以上，保證充填體強(qiáng)度達(dá)到：3 d，1.5 MPa；28 d，3.5 MPa。

3）封堵方法。采用無縫鋼管—木板—麻袋片形成封堵墻，封堵墻位置設(shè)在進(jìn)路開口處，且盡量靠外以免加寬聯(lián)絡(luò)巷的寬度，造成聯(lián)絡(luò)巷頂板暴露面積加大。無縫鋼管作為立柱支撐，細(xì)鋼絲繩作為拉筋進(jìn)行加固，無縫鋼管上釘裝木板和麻袋片，形成封堵墻。封堵方案見圖2。

圖2 充填方案示意圖

3.5 轉(zhuǎn)層

從礦體上盤施工轉(zhuǎn)層斜坡道，通至下一分層采礦地點(diǎn)。盤區(qū)第1層回采順序自上盤向下盤依次展開，第1層充填體膠結(jié)達(dá)到要求強(qiáng)度后，在不影響第1層開采的前提下，盡快施工轉(zhuǎn)層斜坡道和下一分層采準(zhǔn)工作，以保證礦房接續(xù)。

3.6 人行通風(fēng)

人員可由斜坡道及穿沿脈聯(lián)絡(luò)巷道到達(dá)-100/-150 m大巷水平及各工作地點(diǎn)。新鮮風(fēng)流由-150 m水平通過斜坡道和穿沿脈聯(lián)絡(luò)巷道到達(dá)各工作水平，沖洗工作面后，通過上盤各條溜井和泄水井到達(dá)-100 m水平。為加強(qiáng)通風(fēng)效果，礦房?jī)?nèi)部采用局扇通風(fēng)。

4 應(yīng)用效果

機(jī)械化盤區(qū)下向分層進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：盤區(qū)月生產(chǎn)能力15 000 t，出礦品位Fe 44.96%，損失率5%，貧化率8%，千噸采準(zhǔn)比6.46 m。采用鋼筋網(wǎng)吊掛膠結(jié)充填體作為采礦直接頂板，頂板穩(wěn)固性高，保證了作業(yè)人員的安全，改善了作業(yè)環(huán)境，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，解決了頂板冒落問題。BM281鑿巖臺(tái)車掘進(jìn)采礦大大提高了生產(chǎn)效率和采礦安全系數(shù)，與配套設(shè)施2 m2鏟運(yùn)機(jī)、裝藥服務(wù)車、運(yùn)藥車等大型設(shè)備形成完整的生產(chǎn)線，采礦機(jī)械化程度提高，適合大中型礦山采礦。

[1]亓俊峰，何治亭，馬繼業(yè).充填采礦技術(shù)[C]//鄒健.世界鐵礦生產(chǎn)技術(shù)，北京：中國(guó)冶金礦山企業(yè)協(xié)會(huì)，2004.

[2]白忠民，王懷佳.新型膠結(jié)材料充填采空區(qū)的研究與實(shí)踐[J].西部探礦工程，2002（5）：71-72.

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[4]楊金維，余偉健，高謙.金川二礦機(jī)械化盤區(qū)充填采礦方法優(yōu)化及應(yīng)用[J].礦業(yè)工程研究，2010（3）：11-15.

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Application of Mechanized Panel Downward Slicing Drift Cut-and-fill Stoping in Mazhuang Iron Ore

MA Yuanlei
（Laiwu Mining Co.Ltd.,Laiwu Iron and Steel Group,Laiwu 261100,China）

Combined with the characteristics of the iron ore deposit,this article introduced the application of under the tiered approach cemented fill mining method in mazhuang iron ore.The arrangement of mining layout,mining technology,filling and other processes were described in detail.The mining method under the protection of cemented backfill excavation of large cross section Approach for Mining,mining way from top to bottom,mining projects using jumbo,scraper,charging service vehicles,trucks and other large equipment transport powder.The mining safety factor is higher,panel production capacity is 15 000 t per month,the ore grade Fe is 44.96%,loss rate is 5%,dilution rate is 8%,more than one thousand tons of Mining is 6.46 m.

iron ore;mining;cement filling mining method;layered approach;downwards

TD853.34+3

B

1004-4620（2015）04-0024-03

2015-04-20

馬元磊，男，1987年生，2010年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)采礦工程專業(yè)。現(xiàn)為萊鋼集團(tuán)萊蕪礦業(yè)有限公司生產(chǎn)科助理工程師，從事采礦技術(shù)工作。