多分層同步上向水平進路采礦法在和睦山鐵礦的應用

郎永忠 陳能革

(馬鋼集團礦業(yè)有限公司)

·采礦工程·

多分層同步上向水平進路采礦法在和睦山鐵礦的應用

郎永忠 陳能革

(馬鋼集團礦業(yè)有限公司)

和睦山鐵礦后觀音山礦段-200 m中段原采用分段空場嗣后充填采礦法，在開采過程中發(fā)現(xiàn)礦巖節(jié)理裂隙比較發(fā)育，礦體穩(wěn)固性差，礦石回采率僅為65%,貧化率高達18%，后期轉(zhuǎn)換為上向水平進路充填采礦法，又因后觀音山礦體水平面積小，生產(chǎn)能力低，嚴重影響礦區(qū)的產(chǎn)量。通過技術(shù)攻關(guān)，礦山采用多分層同步上向水平進路臺階式開采，回采率達到90%，貧化率降至5%，生產(chǎn)能力達1 500 t/d以上，取得了很好的效果，采礦方法的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換取得成功。

采礦方法轉(zhuǎn)換 多分層同步上向水平進路采礦法 回采率 貧化率

和睦山鐵礦位于安徽省當涂縣境內(nèi)，距離馬鞍山市約25 km，是馬鋼集團公司重要的鐵礦石生產(chǎn)基地。該礦床揭露后發(fā)現(xiàn)后觀音山礦段開采技術(shù)條件極為復雜，礦體形態(tài)多變，尖滅再現(xiàn)現(xiàn)象突出，礦體穩(wěn)固性較差，先后采用多種采礦方法，效果均不理想，礦山通過復雜地下環(huán)境采礦方法轉(zhuǎn)換,各項經(jīng)濟技術(shù)指標達到了預期目標。

1 礦山概況

和睦山鐵礦地質(zhì)儲量為0.3億t，地下開采，設計生產(chǎn)規(guī)模70萬t/a,其中磁鐵礦50萬t/a，混合礦20萬t/a，TFe品位在30%以上。礦山采用豎井+斜坡道聯(lián)合開拓方式，目前主要開采后和睦山礦段和后觀音山礦段，其中后和睦山礦段1#主礦體以混合礦為主，采用無底柱誘導冒落法，-150～-50 m中段開采結(jié)束，正在開采-200～-150 m中段。后觀音山礦段2#、3#主礦體以磁鐵礦為主，對2#礦體-200～-150 m中段分別采用了分段空場嗣后充填采礦法、淺孔留礦法和上向水平進路充填法回采。

2 原采礦方法存在的問題

后觀音山礦段前后采用3種采礦方法，其中，淺孔留礦法只對-150 m水平以上少量邊緣礦體進行了開采，-200～-150 m中段則采用分段空場嗣后充填采礦法，由于該礦體的礦巖節(jié)理裂隙比較發(fā)育，礦體穩(wěn)固性差，第一步礦柱采完后，相鄰礦房極易發(fā)生冒落和坍塌，致使第二步礦房回采作業(yè)難度增大，礦石損失比較嚴重，且采空區(qū)難以充填。該礦段礦石回采率僅為65%，貧化率高達18%。

根據(jù)已有采準工程量和上向水平進路充填采礦法的適用條件[1]，礦山在后期將該礦段采礦方法進行了轉(zhuǎn)換。-193 m水平作為上向水平進路充填采礦法首采水平，礦體平面面積僅為29 784.45 m2， 2#、3#、7#礦體沿走向長度分別僅為550，650和350 m，受進路充填能力、出礦能力、通風能力限制，同一分層可布置進路有限，生產(chǎn)能力不足1 000 t/d，嚴重影響礦區(qū)產(chǎn)能。后觀音山-193 m水平上向水平進路式充填平面見圖1。

圖1 后觀音山-193 m水平上向水平進路式充填平面

3 多分層同步上向水平進路采礦法的應用

分段空場嗣后充填采礦法采用中深孔落礦，采場生產(chǎn)能力較大，而上向水平進路充填法采用獨頭工作面淺眼崩礦，回采效率低，進路采礦生產(chǎn)能力小。對于礦床展布面積大(走向長)或可多中段同時生產(chǎn)的礦山，可在同一分層布置多條進路同時回采。但對于小規(guī)模礦床或單中段生產(chǎn)礦山，由于不可能在同一分層上布置較多的回采進路，礦山生產(chǎn)能力可能會出現(xiàn)較大幅度的降低。為保持產(chǎn)能穩(wěn)定，必須采用多進路、多分層同步開采的上向水平進路充填開采技術(shù)以彌補進路采場產(chǎn)能的降低[2]。

3.1 采場布置及開采順序

后觀音山礦段-200～-150 m中段原劃分為4個分段，分段高12.5 m，其中-200 m水平為出礦水平，-187，-175和-162.5 m水平為回采分段， -150 m為回風水平。該中段分為4個盤區(qū)(0#、1#、2#和3#)，采礦方法轉(zhuǎn)換后新增3個盤區(qū)(圖2)，并在-187，-175，-162.5 m分段以4 m為分層高度新增了11個開采水平，進路規(guī)格為4 m×4 m。

圖2 盤區(qū)劃分

根據(jù)具體的礦體形態(tài)和原巷道布置形式，進路可靈活布置。自下而上回采，分別為-193， -189，-185，-181，-177，-173，-169，-165， -161，-157，-153 m分層，每個一分層劃分為幾個采場。 在每分層的各個盤區(qū)中央布置垂直于礦體走向的分層進路，沿礦體走向向兩翼掘進進路采場，進行回采。同一盤區(qū)的進路采場采用間隔回采的方式，先采上盤進路，采一充一，待盤區(qū)進路回采結(jié)束后，密閉、充填盤區(qū)進路。

回采作業(yè)時，重點挑選1～2個盤區(qū)集中作業(yè)，率先回采，充填完畢，率先升層，其余盤區(qū)放慢回采速度，仍在當前分層作業(yè)，形成各盤區(qū)臺階式回采布置，以增加同時回采進路?？紤]到已形成的盤區(qū)巷道及已回采的礦塊位置，為了保證回采效率和作業(yè)安全，將同一水平礦體按照盤區(qū)劃分形成具有單獨進出口、通風、出礦和泄水的系統(tǒng)。通過規(guī)劃后盤區(qū)間總體回采順序沿礦體走向由0#盤區(qū)依次向4#盤區(qū)推進，根據(jù)生產(chǎn)需要，局部做出調(diào)整。當0#、5#盤區(qū)回采充填結(jié)束后，迅速升至上分層進行采準切割作業(yè)，此時1#、6#盤區(qū)在下一分層進行回采。依此類推，在采場內(nèi)最終形成多分層同步上向水平進路充填開采模式(圖3)。

圖3 多分層同步上向水平進路充填開采示意

3.2 采準工程

采準工程包括斜坡道、分段巷道、分層聯(lián)絡道及充填回風井、泄水井和溜礦井等。采用下盤脈外階段斜坡道采準方式，中段和各分段間由采準斜坡道聯(lián)通。由于礦巖接觸界限極不規(guī)則，且礦體厚度較大，將分層巷道布置在礦體中央，沿礦體走向布置，與采場人行通風天井和放礦溜井貫通，形成通風、出礦的通路，然后布置垂直(或斜交)走向的進路。

斜坡道用以聯(lián)接各分段巷道，方便鑿巖臺車、鏟運機等設備行走，斷面規(guī)格為3.2 m×3 m。分段巷道由斜坡道聯(lián)通，負責每一分段中各個分層的回采和出礦等，斷面規(guī)格為3.2 m×3 m。分層聯(lián)絡道聯(lián)通分段巷道與其所負責的各個分層，最大坡度不大于15%,斷面規(guī)格為3.2 m×3 m。每個采場或幾個采場用一個充填井，充填井布置在脈內(nèi)巷道，-189～-147.5 m，高41.5 m，充填管路從-150 m中段的充填巷道下放到充填井，充填井兼做通風井，斷面規(guī)格為1.5 m×1.5 m。泄水井負責采場充填泄水、鑿巖水及巖石裂隙水等的排出，-195～-153 m，高42 m，最后匯集到-200 m中段水倉。泄水井采用順路架設的方法，兼做人行井，斷面直徑為1 m。溜礦井將每一采場的礦石放至-200 m中段運輸巷道集中出礦，-195～-153 m，高42 m。溜礦井可在采后的充填體中順路架設而成，也可布置在下盤巖石中，并與分段巷道或分段聯(lián)絡巷道聯(lián)系，斷面直徑為2 m。

3.3 回采工作

回采工作包括鑿巖、裝藥爆破、通風、處理松石、出礦、進路支護等。

鑿巖采用Boomer 281型全液壓鑿巖臺車，由于鑿巖臺車不接鉆桿可鉆3.7 m深炮孔，為提高鑿巖效率，確定炮孔深度為3 m，炮孔直徑為48 mm。進路回采屬于掘進式回采，炮孔布置與平巷掘進布孔方式基本相同，采用楔形掏槽方式，每循環(huán)落礦134.8 t。進路采場系獨頭掘進作業(yè)，通風效果差，需安裝局部風機加強通風，根據(jù)要求，風機和啟動裝置安設在離掘進巷道進口10 m以外的進風側(cè)巷道中，每次爆破結(jié)束后，用風筒將新鮮風流導入到工作面，進行清洗，通風時間不應少于40 min，污風沿進路出采場，經(jīng)充填回風天井排入上階段回風平巷，通過回風井排至地表。采場爆破并經(jīng)過有效通風排除炮煙后，安全人員操作采場服務臺車，清理頂幫松石，如頂板礦巖異常破碎，經(jīng)撬毛處理后，仍無法保證正常作業(yè)，可考慮其他頂板支護方式，如懸掛金屬網(wǎng)、布置錨桿等。采場崩落礦石由WJD-1.5型鏟運機鏟裝后，經(jīng)采場聯(lián)絡道、分段平巷卸入下盤脈外溜井，或者直接卸入采場內(nèi)的脈內(nèi)順路溜井，再由設在溜井底部的振動出礦機向礦車放礦，通過電機車牽引運至主井。為減少礦石對底部振動出礦機和溜井的沖擊，溜礦井應保持充滿狀態(tài)。

3.4 充填工作

進路回采結(jié)束后，及時進行充填，以控制地壓，阻止地表出現(xiàn)大變形。待完成一批進路的回采工作后，進行進路清底，拆除設備及管線，運料封口，然后充填。密閉前，應將進路封口處兩壁的浮石撬凈，在進路封口構(gòu)筑物的內(nèi)側(cè)固定有滲濾材料(如麻袋布)。第一批回采的進路采用膠結(jié)充填料，第二批回采的進路采用尾砂充填料。為了提高上分層礦石的回收率，在尾砂充填體的上部用膠結(jié)充填料。為確保頂柱礦石的回收，第一分層所有進路用灰砂比為(1∶4)～(1∶6)的膠結(jié)充填料充填。

4 技術(shù)保障措施

為了確保多分層同步升層臺階式開采，實現(xiàn)率先回采，率先充填，率先升層，必須結(jié)合后觀音山礦段現(xiàn)有的開拓系統(tǒng)進行優(yōu)化。在后觀音山礦段礦體上盤新增一條-200～-175 m的斜坡道，礦體下盤增加一條-193～-150 m斜坡道，見圖4。新增2條斜坡道總出入口與和睦山鐵礦的總斜坡道相貫通，有利于材料運輸及人員通行。當分層盤區(qū)回采結(jié)束升入上一分層作業(yè)時,可通過該斜坡道進入，并作為回采分層上下盤安全生產(chǎn)通道。每一分層可沿礦體走向設計一條上盤聯(lián)巷，可加快盤區(qū)間采準工程推進速度。

圖4 新增斜坡道示意

5 應用效果

多分層同步上向水平進路采礦法使得采場暴露面積小，回采作業(yè)較安全，同時采場布置靈活，易于實現(xiàn)探采結(jié)合，礦石損失、貧化指標達到預期目標。其中-193 m分層各盤區(qū)生產(chǎn)指標見表1。

表1 后觀音山-193 m分層各盤區(qū)生產(chǎn)指標

由表1可知，-193 m分層在設計回采范圍內(nèi)的礦石為35萬t，累計回收礦石31.6萬t，礦石回采率達到90%，貧化率為5%，與分段空場嗣后充填采礦法相比，礦石回收率提高了25個百分點，貧化率降低了13個百分點。另外，采用盤區(qū)臺階式回采布置后，僅-193，-189 m水平同時開采，后觀音山礦段生產(chǎn)能力可達1 500 t/d以上。

由于多分層同步上向水平進路充填采礦法具有較強的機動性和靈活性，而后觀音山礦段礦體賦存條件復雜，連續(xù)性差，在實際生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)以前未曾勘探到礦體，新增礦石約15萬t，其他采礦方法很有可能遺漏此部分礦石，該方法不僅提高了礦石回收率，還避免了資源浪費，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。

6 結(jié) 語

采用多分層同步上向水平進路式充填采礦法，充分利用已有的井巷工程，減少額外工程量，同時避免與應用中的采礦方法間的影響，達到平衡銜接。開展新型采礦方法平穩(wěn)轉(zhuǎn)換的技術(shù)研究，切實解決礦體開采過程中遇到的關(guān)鍵技術(shù)難題，在確保安全生產(chǎn)的前提下，達產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，提高資源回收率，為礦山企業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出巨大貢獻，對于類似工程條件下存在采礦方法轉(zhuǎn)化問題的礦山具有重要借鑒作用。

[1] 劉 銘.上向進路(分層)充填采礦法在淮北礦區(qū)的應用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2012(7)：69-71,94.

[2] 王運敏.現(xiàn)代采礦手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

Application of Multi-layers Synchronization Upper Level Approaching Mining Method in Hemushan Iron Mine

Lang Yongzhong Chen Nengge

(Mining Company Co.,Ltd., Masteel Group)

During the mining process of -200 m middle roadway of Guanyinshan ore block in Hemushan iron mine, the ore-bearing rock joints and fissures are developed, the orebody stability is poor, the ore recovery ratio is only 65%, and the dilution ratio is 18%. Then, the original mining method of sublevel open stope filling is converted to the method of upper level approaching filling. But the horizontal area size of orebody is small, the production capacity is low, so, the output of the mining area is affected seriously. Through technology researching, the multi-layers synchronization upper level approaching mining method is adopted to deal with the orebody, the ore recovery ratio is 90%, dilution ratio falls to 5%, the production capacity is more than 1 500 t/d, which obtains good effects, and the smooth transition of the mining method is succeeded.

Transition of Mining method, Multi-layers synchronization upper level approaching mining method, Recovery ratio, Dilution ratio

2015-05-27)

郎永忠(1982—)，男，工程師，243000 安徽馬鞍山市。