房柱法與留礦法聯(lián)合采礦法在大紅山鐵礦的應(yīng)用

劉明許 陸玉根

(1.昆明鋼鐵集團(tuán)玉溪大紅山礦業(yè)有限公司；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司)

房柱法與留礦法聯(lián)合采礦法在大紅山鐵礦的應(yīng)用

劉明許1陸玉根2

(1.昆明鋼鐵集團(tuán)玉溪大紅山礦業(yè)有限公司；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司)

結(jié)合大紅山鐵礦Ⅲ2-3采區(qū)西段礦體生產(chǎn)現(xiàn)狀及礦體特征,以在保證安全的前提下最大限度地回收礦石資源為原則，采用房柱法與留礦法聯(lián)合開采礦段礦體。實(shí)踐表明，聯(lián)合采礦方案技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠，在一定程度上緩解大紅山鐵礦坑露矛盾，保障生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定，對(duì)類似礦山的開采有一定的借鑒及參考價(jià)值。

房柱法 留礦法 回收率 坑露矛盾

大紅山鐵礦為我國特大型的地下礦山，資源豐富，礦區(qū)鐵礦石儲(chǔ)量為4.58億t。一期開采范圍是Ⅱ1礦體380 m標(biāo)高以上，階段高100 m，設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為400萬t/a。根據(jù)礦體賦存狀態(tài)及技術(shù)條件，設(shè)計(jì)采用高分段大間距無底柱分段崩落法，膠帶斜井+輔助斜坡道+盲豎井開拓運(yùn)輸方案。自2006年12月底投產(chǎn)以來，實(shí)現(xiàn)了2 a達(dá)產(chǎn)并超產(chǎn)的良好業(yè)績。Ⅲ2-3采區(qū)西段礦體為一銅鐵礦，品位相對(duì)較高,但該部分礦體與露天坑矛盾突出，加之大紅山鐵礦的快速發(fā)展，如何進(jìn)一步提高資源回收率,保障生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定對(duì)公司的發(fā)展尤為重要。

1 地質(zhì)概況

Ⅲ2-3礦體西段位于A36′～A37′勘探線，礦體走向基本為東西向,傾斜南。礦體沿走向長100 m左右，寬4.5～17 m,平均寬10.7 m。該礦體835 m分段地質(zhì)儲(chǔ)量約9.55萬t，礦體傾角30°～80°，屬于傾斜—急傾斜礦體，銅鐵伴生，鐵礦地質(zhì)品位約38.5%，銅礦為不連續(xù)礦體，地質(zhì)品位沿走向波動(dòng)較大。 該區(qū)域巖石多屬堅(jiān)硬半堅(jiān)硬類型，礦巖抗壓強(qiáng)度較高，穩(wěn)定性較好，尚未發(fā)現(xiàn)較大構(gòu)造、斷層，有細(xì)小裂隙、斷層出現(xiàn)。

2 工程概況

Ⅲ2-3礦體東段在平面圖上位于露天開采范圍與400萬t/a深部采區(qū)之間，開采上下受制。根據(jù)地勘資料，整個(gè)Ⅲ2-3東段礦體約有80%的礦量都在2010年深部采空區(qū)的移動(dòng)范圍內(nèi),并且在A37、A37′、A38剖面上反映出露天邊坡也處在深部采空區(qū)移動(dòng)帶內(nèi)。

在A38勘探線北側(cè)，Ⅲ2-3礦體東段處于露天最終境界和邊坡的正下方，高差為210～285 m(標(biāo)高1 160～950 m，1 160～875 m),并直接與露天最終境界和邊坡搭接，搭接長度為50 m；在A38勘探線南側(cè)，Ⅲ2-3礦體東段處于400萬t/a深部采區(qū)440 m分段采空區(qū)的側(cè)上方，平距為38 m，高差為335 m，礦體邊界與空區(qū)邊的連線與水平面呈84°，并且在A38勘探線上6300X軸線以南的礦體均處于深部采區(qū)440 m分段采空區(qū)的移動(dòng)范圍內(nèi)，移動(dòng)角為70°。Ⅲ2-3礦體與露天礦位置關(guān)系見圖1。

圖1 Ⅲ2-3礦體與露天礦位置關(guān)系

由于受露天礦壓制，Ⅲ2-3西段礦體的回采將影響到露天開采安全。結(jié)合大紅山鐵礦的生產(chǎn)現(xiàn)狀，Ⅲ2-3采區(qū)東段礦體已經(jīng)回采至最低分段，如不及時(shí)回采西段礦體，將來需重新施工開拓及采切工程，或作永久損失。以節(jié)約工程投資、縮短回采周期、在保障安全的前提下最大限度地回收礦石資源為原則，對(duì)Ⅲ2-3采區(qū)西段礦體進(jìn)行回采。

3 開采方案

Ⅲ2-3采區(qū)東段礦體原設(shè)計(jì)采用無軌斜坡道開拓，全面法開采，無底部結(jié)構(gòu)，裝載機(jī)直接進(jìn)入裝車。由于Ⅲ2-3采區(qū)不具備充填條件，必須嚴(yán)格控制采空區(qū)暴露面積，不宜采用中深孔進(jìn)行爆破，須依靠礦柱支撐頂?shù)装逡怨芾淼貕骸?/p>

結(jié)合Ⅲ2-3采區(qū)前期的開采現(xiàn)狀、礦體特征及安全要求， Ⅲ2-3采區(qū)西段礦體選用房柱法與留礦法相結(jié)合聯(lián)合開采，該方案能夠滿足地壓管理要求，利用現(xiàn)有工程和無軌設(shè)備，減少投資，大大提高生產(chǎn)效率。聯(lián)合采礦方法示意見圖2。

圖2 房柱法與留礦法聯(lián)合采礦法示意

3.1 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)手冊，在最穩(wěn)定的巖體中施工井巷、硐室， 15 m≤井巷、硐室跨度≤20 m時(shí)，要求噴100～150 mm混凝土，且用2.5～3 m錨桿支護(hù)。露天礦開采服務(wù)年限為10 a，因此，本設(shè)計(jì)中要求礦房能長期自穩(wěn)，采空區(qū)跨度不宜過大[1]。

另根據(jù)巖體分類系統(tǒng)(RMR)，15 m跨度不支護(hù)隧道平均自穩(wěn)時(shí)間達(dá)到20 a的條件為內(nèi)聚力大于4.08 MPa，內(nèi)摩擦角大于45°。在Ⅲ2-3礦區(qū)礦體內(nèi)聚力為8.23 MPa，內(nèi)摩擦角為49.5°，因此礦房跨度取15 m完全可以滿足生產(chǎn)要求，并可以適當(dāng)增大跨度。

綜上所述，本設(shè)計(jì)中在不大量支護(hù)前提下，要求采空區(qū)10 a不跨塌，采場礦房跨度取15～20 m。

霧滴由噴頭噴射出以后，在周圍介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)由系統(tǒng)的質(zhì)量、動(dòng)量和能量傳遞決定。根據(jù)熱力學(xué)平衡假設(shè)下建立的漂移模型[12]，當(dāng)霧滴和氣體以一定混合速度流動(dòng)時(shí)，氣相相對(duì)于這個(gè)混合速度有一個(gè)漂移速度，液滴則有一個(gè)反向的漂移速度以保持流動(dòng)的連續(xù)性。霧滴在流場中的運(yùn)動(dòng)主要靠氣體對(duì)它的作用力推動(dòng)。

礦房沿礦體走向布置，礦房尺寸為15～20 m，礦房寬度為礦體全厚,礦房與礦房間留設(shè)5 m連續(xù)隔離礦柱；礦房內(nèi)部留設(shè)規(guī)則點(diǎn)柱，點(diǎn)柱中心間距為10 m，尺寸為4 m×4 m；分段間留設(shè)5 m頂柱，礦房回采高度控制在10 m以內(nèi)[2]。

3.2 采準(zhǔn)切割工程

為減少投資，盡量使用現(xiàn)有工程。從Ⅲ2-3采區(qū)斜坡道靠近礦體下盤位置沿礦體走向掘進(jìn)沿脈干線，用作通風(fēng)、行人及運(yùn)輸通道；從沿脈干線靠近礦體一側(cè)于各礦房端部位置垂直礦體走向掘進(jìn)回來聯(lián)道至礦體上盤邊界，用作前期的探礦巷道兼后期回采巷道；靠近礦體上盤位置掘進(jìn)切割橫巷，為減少廢石混入，切割橫巷布置于脈內(nèi)?；夭汕?，在回來聯(lián)道與切割橫巷交叉口處擴(kuò)刷拉底，拉底高度為4～4.5 m，整個(gè)礦房拉底一次完成；根據(jù)頂板圍巖情況，留設(shè)礦柱；掘進(jìn)進(jìn)風(fēng)聯(lián)道貫通835 m原有軌運(yùn)輸巷道與沿脈干線，形成通風(fēng)。

3.3 回采工藝

分段自上而下回采，835 m分段分2步回采，總體回采順序?yàn)楹笸耸健Ｊ紫然夭?#～6#采場，礦石從835 m斜坡道上部運(yùn)出；剩余1#～3#采場待 820 m 斜坡道貫通后再回采，回采礦石從820 m斜坡道下部運(yùn)出。嚴(yán)格按照回采順序逐一后退回采。

3.3.1 鑿 巖

采用YT28手持式鑿巖機(jī)，每次采高控制在2 m 左右，孔深2～2.5 m，炮孔直徑為40 mm，排間距為1～1.2 m，孔底距為0.8～1.0 m，每次鑿巖2～3排?；夭陕?lián)道與切割橫巷交叉口向礦體上、下盤方向推進(jìn)，直到礦體邊界。拉底工作完成后，由礦房內(nèi)向外壓頂回采，每次壓頂完成需對(duì)爆落礦石進(jìn)行松動(dòng)、平場，保證礦堆未形成懸空，方可進(jìn)行下一循環(huán)鑿巖。

起爆藥包選用φ32 mm×200 mm乳化炸藥(藥卷)，孔內(nèi)選用非電毫秒雷管分段起爆，網(wǎng)絡(luò)選用400型磁電雷管起爆器起爆，采用人工裝藥，為保證裝藥質(zhì)量，要求孔內(nèi)裝藥密度為0.85～0.95g/cm3,裝藥系數(shù)為0.8，炮孔裝藥深度誤差為±0.3 m，炮孔堵塞長度大于0.5 m。炮眼裝藥結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 炮孔裝藥結(jié)構(gòu)

3.3.3 出 礦

回采過程中每壓頂一次即對(duì)礦石進(jìn)行松動(dòng)出礦，以能夠滿足人員進(jìn)出及爆破為準(zhǔn)。壓頂由下往上階梯推進(jìn)。為確保安全，壓頂過程中嚴(yán)格控制邊界，壓頂區(qū)形成拱形。待整個(gè)采場壓頂回采結(jié)束后集中出礦，采用國產(chǎn)轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)入采場鏟裝。出礦前需對(duì)采場頂板、礦柱進(jìn)行撬毛檢查，若頂板破碎，須進(jìn)行錨桿或錨網(wǎng)支護(hù)，確認(rèn)安全后方可出礦。

3.3.4 礦石運(yùn)輸

回采礦石經(jīng)裝載機(jī)運(yùn)至Ⅲ2-3采區(qū)東段835 m分段,倒入5#溜井,下放至775 m運(yùn)輸水平，經(jīng)自卸式汽車倒運(yùn)至Ⅱ1頭部790 m分段1#、2#溜井，最后下放至730 m有軌運(yùn)輸水平，經(jīng)10 t電機(jī)車運(yùn)至地表720 m礦倉。

3.3.5 通 風(fēng)

新鮮風(fēng)流從835 m分段有軌運(yùn)輸平巷進(jìn)入，經(jīng)進(jìn)風(fēng)聯(lián)道與沿脈干線至工作面。為保障通風(fēng)效果，每一采場安裝局扇，將沿脈干線風(fēng)流壓入工作面，新鮮風(fēng)流洗刷工作面后，污風(fēng)經(jīng)835 m沿脈干線端部回至Ⅲ2-3采區(qū)斜井后,經(jīng)925 m回風(fēng)平巷排出地表。

3.3.6 地壓管理

采空區(qū)主要依靠圍巖自重和所留間柱支撐。采場回采過程中遇到斷層、破碎帶等不穩(wěn)定地質(zhì)情況時(shí)，要加強(qiáng)觀測和監(jiān)督，并劃分等級(jí)管理，適當(dāng)增加采場內(nèi)的點(diǎn)柱，對(duì)于特殊地段必須立即支護(hù)，發(fā)現(xiàn)異常后要按照應(yīng)急路線及時(shí)撤出。

4 采礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

Ⅲ2-3835 m分段技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。

表1 采礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

5 結(jié) 論

Ⅲ2-3西段礦體835 m分段現(xiàn)已基本回采完畢，回收礦石4萬t左右，未對(duì)露天開采安全造成影響。實(shí)踐表明，聯(lián)合開采方法技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠，在一定程度上緩解了大紅山鐵礦坑露矛盾，保障生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定，對(duì)類似礦山開采有一定的參考價(jià)值。由于該方法需留設(shè)大量的條柱與點(diǎn)柱，礦石損失率較高，在今后的生產(chǎn)中還需進(jìn)一步研究和優(yōu)化，以找到最佳的回采方案。

[1] 《采礦設(shè)計(jì)手冊》編委會(huì).采礦設(shè)計(jì)手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1988.

[2] 解世俊.金屬礦床地下開采[M].2版.北京：冶金工業(yè)出版社，1986.

2014-12-31)

劉明許(1988—),男,助理工程師,653405 云南省玉溪市新平縣戛灑鎮(zhèn)。