大高莊鐵礦采礦方法優(yōu)化選擇

胡道喜 汪 亮 程毓強(qiáng)

(1.山東盛鑫礦業(yè)有限公司；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；

3.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

大高莊鐵礦采礦方法優(yōu)化選擇

胡道喜1汪 亮2,3,4程毓強(qiáng)1

(1.山東盛鑫礦業(yè)有限公司；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；

3.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

根據(jù)大高莊鐵礦的開(kāi)采條件，結(jié)合礦山建設(shè)現(xiàn)狀，參考類(lèi)似礦山經(jīng)驗(yàn)，對(duì)礦山采礦方法進(jìn)行了優(yōu)化選擇，改善了礦山安全條件，大幅度提高了生產(chǎn)能力，取得了較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

采礦方法 礦山安全 生產(chǎn)能力 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

采礦方法是礦山系統(tǒng)中的核心部分，新礦山能否順利達(dá)產(chǎn)，持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)，采礦方法起著至關(guān)重要的作用。因此礦山在投產(chǎn)前一般在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上均進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的采礦方法研究和試驗(yàn)，以獲得最適合該礦的采礦方法。

1 開(kāi)采條件

1.1 礦體條件

大高莊鐵礦礦體分別編號(hào)為Ⅰ-1#、Ⅰ-2#、Ⅰ-3#、Ⅱ-1#、Ⅲ-1#、Ⅲ-2#、Ⅲ-3#、Ⅲ-4#、Ⅳ-1#，呈層狀、似層狀、透鏡狀賦存于泰山巖群山草峪組地層中，巖性為磁鐵角閃石英巖。各礦體近平行排列，產(chǎn)狀與圍巖一致。礦體賦存標(biāo)高為0～-540 m，埋深為48～588 m，總體走向320°，傾向SW，傾角為58°～83°，礦體與頂?shù)装鍑鷰r(黑云變粒巖)界線分明，無(wú)過(guò)渡現(xiàn)象。

Ⅳ#礦帶僅有1條礦體，礦量少，品質(zhì)差，設(shè)計(jì)為開(kāi)采；Ⅲ#礦帶4條礦體均為薄礦體，位于一座村莊下部，搬遷量大，暫未設(shè)計(jì)開(kāi)采；目前主要設(shè)計(jì)開(kāi)采對(duì)象為Ⅰ-1#和Ⅱ-1#礦體。Ⅰ-1#礦體位于大高莊北約900 m處，分布于13#～2#勘探線，礦體跨8條勘探線，呈層狀、似層狀，走向295°～345°，總體為320°，傾向SW，傾角為63°～78°；賦存標(biāo)高為0～-540 m；埋深為48～588 m，礦體總長(zhǎng)1 650 m，控制斜深630 m，礦體厚1.76～11.80 m，平均6.07 m；礦體品位相對(duì)穩(wěn)定, TFe品位23.68%～33.94%，平均29.27%，MFe品位15.31%～31.45%，平均20.21%。Ⅱ-1#礦體位于大高莊東約700 m處。礦體跨0#～12#等6條勘探線，礦體呈層狀、似層狀，走向306°～345°，總體走向320°，傾向SW，傾角為69°～83°；賦存標(biāo)高為-22～-328 m，埋深72～378 m，礦體長(zhǎng)1190 m，控制斜深380 m，礦體厚1.61～14.72 m，平均10.04 m；礦體品位相對(duì)穩(wěn)定,TFe品位23.11%～38.25%，平均30.95%，MFe品位15.62%～31.22%，平均24.06%。

1.2 圍巖及夾石

礦體圍巖巖性較為簡(jiǎn)單，主要為黑云變粒巖類(lèi)。巖石性質(zhì)較好，節(jié)理裂隙比較發(fā)育，圍巖的產(chǎn)狀與礦體產(chǎn)狀基本一致，總體來(lái)講，圍巖屬中等穩(wěn)固，局部不穩(wěn)固，上盤(pán)的穩(wěn)固性總體優(yōu)于下盤(pán)，北部的穩(wěn)固性優(yōu)于南部。礦體內(nèi)的夾石主要為條帶狀含磁鐵(石榴、角閃)石英巖、黑云變粒巖等，夾石產(chǎn)狀與礦體一致，對(duì)礦體的連續(xù)性和礦石質(zhì)量影響較小。

2 原采礦方法分析

2.1 原采礦工藝

(1)淺孔留礦采礦法。礦塊沿走向布置，礦塊寬為礦體水平寬度，礦塊長(zhǎng)度視礦體厚度而定，以采場(chǎng)頂板暴露面積不超過(guò)800 m2為界，兩礦塊中間留有7 m的間柱、3 m頂柱，不留底柱，礦塊高60 m。鑿巖作業(yè)采用YT27型鑿巖機(jī)打近似水平淺孔，爆破落礦采用2#巖石炸藥。放礦作業(yè)分2歩，在礦房?jī)?nèi)的礦石沒(méi)有回采完畢前，每次落礦后，放出崩落礦石的1/3,在礦房?jī)?nèi)的礦石全部回采完畢后進(jìn)行大量放礦。出礦采用0.75 m3電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)，將礦石從采場(chǎng)底部經(jīng)裝礦進(jìn)路和脈外運(yùn)輸巷道運(yùn)出采場(chǎng)。

(2)上向水平分層(膠結(jié))充填采礦法。礦塊沿走向布置。標(biāo)準(zhǔn)礦塊長(zhǎng)為30 m，礦塊寬為礦體水平厚度，3個(gè)礦塊組成1個(gè)盤(pán)區(qū)，2個(gè)礦塊中間不留間柱，留3 m底柱，礦塊高60 m。沿垂高在礦房?jī)?nèi)劃分分層，分層高度為3 m，回采工作按分層由下至上推進(jìn)。鑿巖作業(yè)采用YT27型鑿巖機(jī)打近似水平淺孔，爆破落礦采用2#巖石炸藥，采場(chǎng)搬運(yùn)采用0.75 m3電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)將崩落礦石從工作面搬運(yùn)和卸載到采場(chǎng)溜礦井。每個(gè)分層的礦量全部回采完畢后進(jìn)行分層充填作業(yè)。分級(jí)尾砂充填料經(jīng)充填管道從回風(fēng)充填井下放至充填工作面，再采用采場(chǎng)電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)倒運(yùn)充填，直至整個(gè)分層充填結(jié)束。待充填體強(qiáng)度達(dá)到要求后，再進(jìn)行上一分層的回采作業(yè)。

2.2 存在問(wèn)題

(1)淺孔留礦法。①設(shè)計(jì)應(yīng)用的范圍較廣，如果礦體厚度較大，容易發(fā)生冒頂、造成事故；②生產(chǎn)能力較低，勞動(dòng)強(qiáng)度大；③同時(shí)開(kāi)采礦塊多，三級(jí)礦量難以平衡，管理困難，安全隱患多；④采用平底裝礦效率較低，選用0.75 m3的鏟運(yùn)機(jī)偏小。

(2)上向分層充填法。①鑿巖爆破、出礦等作業(yè)均在空?qǐng)鱿逻M(jìn)行，空?qǐng)隹缍容^大容易發(fā)生事故；②淺孔鑿巖生產(chǎn)能力低，分層充填效率低，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高。

3 采礦方法重新選擇

礦山多條礦體基本屬于急傾斜礦體，大部分礦體的厚度小于4 m，對(duì)于該類(lèi)礦體初步設(shè)計(jì)選擇淺孔留礦法是合理的，該方法工藝簡(jiǎn)單，對(duì)開(kāi)采薄礦體行之有效，因此6～8 m以下厚度礦體采用淺孔留礦嗣后充填法。

礦山Ⅰ-1#和Ⅱ-1#礦體比較厚，大部分約10 m，根據(jù)礦體條件和圍巖情況，可選用的采礦方法為分段鑿巖階段礦房嗣后充填法和VCR嗣后充填法。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，VCR嗣后充填法相對(duì)于分段鑿巖階段礦房嗣后充填法的優(yōu)點(diǎn)有：①機(jī)械化程度高、生產(chǎn)能力大、效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低；②采切比小、采準(zhǔn)時(shí)間短、投產(chǎn)快、達(dá)產(chǎn)快。但缺點(diǎn)也是較為明顯的：①礦體厚度小，需沿礦體走向布置采場(chǎng)，排孔布置比較復(fù)雜，參數(shù)難以確定；②-100 m水平的礦體厚于-160 m 水平的礦體，部分地段相差較大，VCR是深孔，適應(yīng)能力較差；③邊排孔與上下盤(pán)圍巖的距離難以把握；④深孔爆破影響大，上下盤(pán)圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，容易增加貧化率；⑤裝藥程序復(fù)雜，技術(shù)要求高；⑥需要引入大型潛孔鉆機(jī)，成本高，投入大；⑦一次使用炸藥量大，礦體埋藏淺，爆破震動(dòng)容易影響周邊居民；⑧采礦成本偏高。為此，對(duì)于中厚礦體宜采用分段鑿巖階段礦房嗣后充填法。

4 采礦方法優(yōu)化

4.1 淺孔留礦嗣后充填法

(1)適用條件。急傾斜中等穩(wěn)固以上礦體，礦體厚度一般小于6 m，最大不得超過(guò)8 m。

(2)礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)。單礦塊沿走向布置，長(zhǎng)為50 m，寬為礦體厚度，階段高度為60 m(-160 m中段50 m)，不留頂柱5 m，間柱6 m，采用平底結(jié)構(gòu)，出礦進(jìn)路間距為9～10 m。

(3)采準(zhǔn)切割。在礦體下盤(pán)邊界外12 m左右的巖石中，相對(duì)于階段運(yùn)輸巷道抬高10 m左右布置沿脈出礦巷道，在礦塊兩端的間柱內(nèi)各掘一條順路人行天井，天井內(nèi)每隔5 m高度向兩側(cè)開(kāi)掘聯(lián)絡(luò)道與礦房相通。在沿脈巷內(nèi)每隔9.5 m左右向礦體掘進(jìn)出礦進(jìn)路，在礦體內(nèi)靠下盤(pán)掘進(jìn)拉底平巷，從拉底平巷自礦體上下盤(pán)向上45°拉塹溝。

(4)鑿巖落礦。礦房回采由拉底平巷開(kāi)始，由下至上，由中央向兩側(cè)呈階梯式后退回采，工作面中央可超高兩側(cè)3 m左右，以保證兩側(cè)有較安全的通道與天井相通。落礦采用7655型鑿巖機(jī)在靠近底板的礦堆上進(jìn)行淺孔鑿巖工作，釬頭直徑為38 mm，炮孔直徑為40 mm，孔間距約1 m，孔深為2.0～2.5 m，采用乳化炸藥進(jìn)行采場(chǎng)爆破，人工裝藥，起爆器起爆。起爆兩側(cè)需采用鋼板將下側(cè)的采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道封閉，并在封閉鋼板上留30 cm左右的空隙，作為充填泄水孔。起爆后應(yīng)確保上部的采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道貫通。

(5)采場(chǎng)出礦。采場(chǎng)出礦分局部放礦和大量放礦2個(gè)階段。每次爆破落礦以后，從采場(chǎng)下部放出崩落礦量的30%左右，使回采工作面保持1.8～2 m高的作業(yè)空間。放礦后應(yīng)及時(shí)清理工作面松石，平整場(chǎng)地，為下一循環(huán)作業(yè)做好準(zhǔn)備。當(dāng)?shù)V塊全部開(kāi)采完畢后，集中放出所有存留礦石。為了減少空?qǐng)龅谋┞稌r(shí)間，降低貧化，集中放礦階段應(yīng)加強(qiáng)出礦。

(6)采場(chǎng)通風(fēng)。采場(chǎng)工作面利用礦井主風(fēng)流通風(fēng)。新鮮風(fēng)流由沿脈運(yùn)輸?shù)澜?jīng)一側(cè)人行天井進(jìn)入采場(chǎng)工作面，污風(fēng)由另一側(cè)人行天井經(jīng)上部回風(fēng)平巷由回風(fēng)井排出地表。

(7)充填作業(yè)。礦房大量放礦結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行充填準(zhǔn)備工作。首先將底部出礦進(jìn)路在礦體下盤(pán)礦巖接觸處封閉，進(jìn)行階段一次充填?；夭?60 m中段時(shí)，為了提高回采率，為下部回采創(chuàng)造條件，下部6 m和上部1 m采用較高灰砂比的充填料漿進(jìn)行充填，其余采用全尾砂進(jìn)行充填。

(8)主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。礦山采礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

4.2 分段鑿巖階段礦房嗣后充填法

(1)適用條件。急傾斜中等穩(wěn)固以上中厚礦體。

表1 采礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

(2)采場(chǎng)參數(shù)。采場(chǎng)沿走向布置，礦房長(zhǎng)度為50 m，間柱寬度為6 m，不留頂?shù)字A段高度一般為60 m，分段鑿巖高度為16～20 m。

(3)采準(zhǔn)切割。在出礦水平距礦體下盤(pán)約12 m處布置出礦巷道，在出礦巷道兩側(cè)，按照100 m左右的間距布置溜井，溜井為圓形斷面，直徑為3 m。垂直于出礦巷道向間柱中間掘進(jìn)天井聯(lián)絡(luò)道，斷面尺寸為2 m×2 m，可以穿透礦體，以確定礦體上盤(pán)邊界線。自天井聯(lián)絡(luò)道在礦體中間部位向上掘天井，與上中段穿脈貫通，天井方形斷面尺寸為2 m×2 m，傾角與礦體一致。從天井內(nèi)按既定標(biāo)高向礦房掘進(jìn)分段鑿巖巷道與另外一側(cè)天井貫通，斷面尺寸為 2.5 m×2.5m。垂直于出礦巷道向礦體布設(shè)出礦進(jìn)路，間距為9～10 m，并在礦體內(nèi)向兩側(cè)間柱掘進(jìn)切割巷道。在礦房中部，自切割巷道和分段鑿巖巷道向上下盤(pán)掘進(jìn)切割橫巷至礦體邊界，自切割橫巷向上掘進(jìn)切割天井，并以此為自由面拉切割槽。利用上中段的天井聯(lián)絡(luò)道或穿脈或出礦進(jìn)路作為充填井巷。

(4)鑿巖爆破。采用YGZ-90型鉆機(jī)鑿上向扇型中深孔，釬頭直徑為65 mm，炮孔直徑為70 mm，孔底距為2.0 m，孔口距為0.5 m，排距為1.6 m。落礦爆破采用孔底起爆技術(shù)，即利用布置于孔底的起爆彈自孔底反方向起爆，炮孔排間采用毫秒微差起爆。

(5)出礦。采用斗容為2 m3電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)出礦。

(6)通風(fēng)。新鮮風(fēng)流由進(jìn)風(fēng)中段水平經(jīng)盤(pán)區(qū)斜坡道或溜井進(jìn)入出礦水平，到達(dá)各出礦進(jìn)路；分段通風(fēng)由盤(pán)區(qū)斜坡道，經(jīng)鑿巖聯(lián)絡(luò)巷到達(dá)各工作面，由充填井排出。為了保持良好的通風(fēng)效果，工作面注意灑水除塵，多設(shè)風(fēng)門(mén)，防止短路和污風(fēng)反竄，并增加局扇加強(qiáng)通風(fēng)。

(7)充填。礦柱采用尾砂膠結(jié)充填，礦房采空區(qū)的下部6 m采用較大灰砂比充填，上部充填料漿灰砂比較低。采場(chǎng)充填之前，需要在出礦進(jìn)路和分段鑿巖巷道內(nèi)構(gòu)筑濾水隔墻，隔墻為鋼筋網(wǎng)結(jié)構(gòu)，采空區(qū)安設(shè)濾水管，濾水管末端從隔墻引出。

(8)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。礦山采礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

5 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)礦山原有的淺孔留礦采礦法以及上向分層充填法所存在的問(wèn)題，對(duì)采礦方法進(jìn)行了優(yōu)化改造。經(jīng)優(yōu)化后，人員僅需在6 m以內(nèi)跨度的空?qǐng)鱿伦鳂I(yè)，安全性得到了很大提高；采場(chǎng)綜合生產(chǎn)能力提高了200%，生產(chǎn)能力大大提升，有利于礦山早日投產(chǎn)和達(dá)產(chǎn)；單采場(chǎng)的生產(chǎn)能力得到了提高，需要的備采采場(chǎng)和回采采場(chǎng)數(shù)量減少，降低了現(xiàn)場(chǎng)管理難度；多數(shù)采場(chǎng)改用了中深孔鑿巖方式，提高了鑿巖效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，損失率和貧化率也得到了進(jìn)一步降低。

2014-12-15)

胡道喜(1978—),男，副總經(jīng)理，高級(jí)工程師，碩士,271500 山東省泰安市東平縣。