提高李樓鐵礦大結(jié)構(gòu)采場礦石回收率的研究與實踐*

林衛(wèi)星，甯瑜琳，詹 進

(1.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012；2.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心， 湖南 長沙 410012)

提高李樓鐵礦大結(jié)構(gòu)采場礦石回收率的研究與實踐*

林衛(wèi)星1，2，甯瑜琳1，2，詹 進1，2

(1.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012；2.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心， 湖南 長沙 410012)

李樓鐵礦-400 m中段采用25 m高分段空場嗣后充填采礦法分礦房礦柱兩步驟回采,開采初期，一步驟采場回收率僅為70%～75%，采用三維空間掃描儀對采后空區(qū)進行測量，發(fā)現(xiàn)損失的礦石主要是頂板懸頂和周邊掛幫礦體。為提高采場礦石的整體回收率，通過分析找出了頂板懸頂和周邊掛幫出現(xiàn)的原因，針對具體問題提出了相應(yīng)的處治措施。經(jīng)現(xiàn)場生產(chǎn)實踐證明，成功提高了采場礦石的回收率。

采場懸頂;掛幫;炮孔布置;回收率

0 前 言

25 m高分段空場嗣后充填采礦法的主要特征是高分段鑿巖，階段出礦，階段充填，采后靠充填體和圍巖來控制和管理地壓。該采礦法實施方案在礦房或礦柱采場中按高分段布置分段鑿巖巷，在適當(dāng)位置拉開切割槽后，多分段一次爆破或單分段爆破，爆破后礦石由布置在采場下部的底部結(jié)構(gòu)進行出礦，礦石全部出完后進行充填，之后回采兩側(cè)的采場。實際生產(chǎn)過程中，切割槽的位置和形成質(zhì)量不佳時，容易造成頂板懸頂，使后續(xù)的正排炮孔爆破時出現(xiàn)懸頂，而炮孔布置的不合理會導(dǎo)致采場出現(xiàn)懸頂、掛幫問題，這部分礦石往往回收難度極大，最終損失大量礦石。因此需針對問題采取相應(yīng)的處治對策，最大限度降低損失，提高整體回收率。

1 工程概況

李樓鐵礦位于安徽省西部霍邱縣，開采范圍內(nèi)地形基本平坦，略有坡度，地形標(biāo)高一般為35～50 m。礦體為沉積變質(zhì)礦床，長3.4 km，寬0.25～0.04 km，Ⅰ號礦體為主礦體，占全礦床儲量的85.83%，平均真厚度48.2 m，傾角72°～88°。礦體底板巖石主要為白云石大理巖，裂隙、巖溶均不發(fā)育，巖石完整性、穩(wěn)定性較好；含礦帶上部巖性主要為片巖、片麻巖、大理巖及石英磁鐵礦石，裂隙不發(fā)育且被充填，礦物蝕變普遍，巖石完整性較好、穩(wěn)定性差；在靠近礦體底板及礦層頂部附近擠壓破碎帶發(fā)育，礦體的完整性、穩(wěn)定性較差。

由于地表基本為農(nóng)田，礦床開采時需對其進行保護。經(jīng)前期優(yōu)化選擇，確定采用-400 m中段采用25 m高分段空場嗣后充填采礦法分礦房礦柱兩步驟回采，中段高100 m，分段高25 m，礦房寬20 m，目前正開展現(xiàn)場工業(yè)試驗。采場回采時鑿巖采用Simba 1354鑿巖臺車進行分段鑿巖，裝藥器裝粒狀銨油炸藥，多分段或單分段爆破，崩落礦石由6 m3鏟運機從底部結(jié)構(gòu)鏟出。由于采場底部結(jié)構(gòu)約占采場礦石量的8%～10%，為此在采場礦石出空后，采用中深孔崩落遙控鏟運機出礦的方案進行回收，底部結(jié)構(gòu)回收率達50%。

從-400 m中段的初期一步驟采場試驗效果看，雖然實現(xiàn)了采場的安全順利回采，貧化率為3%～4%，但采場回收率僅為70%～75%，采場整體回收率偏低。采場損失礦量主要集中在底部結(jié)構(gòu)、頂板懸頂、側(cè)幫掛幫及上下盤掛幫四個方面，其中采場尚未回收的底部結(jié)構(gòu)約占采場礦石量的8%～10%；頂板懸頂?shù)牡V石損失率為6%～8%；采場側(cè)幫掛幫礦體損失約為4%～6%，上、下盤掛幫礦體損失約為4%～6%，除去將要回收的底部結(jié)構(gòu)礦量，采場懸頂、掛幫礦體損失達到14%～20%。因此，減少采場礦體的懸頂和掛幫，對提高采場綜合回收率十分重要。

2 采場懸頂及掛幫現(xiàn)狀及原因分析

2.1 采場懸頂及掛幫現(xiàn)狀

炮孔施工在鑿巖進路內(nèi)自端部開始，采用Simba 1354型鑿巖臺車鑿上向扇形中深孔，炮孔直徑Φ76 mm，排拒1.8～2.0 m，孔底距2.6～3.0 m，單排炮孔數(shù)量為14個，見圖1。炮孔采用裝藥器裝粒狀銨油炸藥，分段內(nèi)一次爆破2～3排。

采場爆破后，多數(shù)采場出現(xiàn)懸頂、掛幫。圖2是采場回采結(jié)束后采用三維空區(qū)掃描儀對空區(qū)進行掃描測量后繪制的三維模型圖，由圖可知采場側(cè)幫除少量超挖外，其它部位基本都留有礦壁，而采場頂板出現(xiàn)懸頂，主要表現(xiàn)為越往下盤，采場懸頂越多，其懸頂掛幫一般情況如圖3所示，采場頂板懸頂厚度一般為5～8 m，個別采場達到10 m左右，損失礦量約占整個采場的6%～8%；采場側(cè)幫掛幫礦體厚度一般為0.4～0.6 m，損失礦量約占整個采場的4%～6%。

圖1 原炮孔設(shè)計

圖2 采場懸頂掛幫三維圖

受礦體傾角影響，在布置切割槽及礦體下盤的最后一排炮孔時，存在礦體損失或礦體貧化的情況，如圖4所示。而李樓鐵礦一步驟試驗采場生產(chǎn)過程中，造成了上盤、下盤的部分三角礦體的損失，這部分礦量約占整個采場的4%～6%。

圖4 采場上盤、下盤掛幫情況

一步驟采場頂板出現(xiàn)懸頂后，這部分礦石回收難度極大，必然造成礦石損失。而一步驟采場側(cè)幫出現(xiàn)掛幫后，由于二步驟采場回采時需在采場邊界留有護壁，使一步驟采場回采后留下的采場掛幫礦體回采難度大，造成掛幫礦體損失。上、下盤礦體邊界的三角礦體掛幫后，后續(xù)也難以回采，這類礦體也基本損失。

2.2 懸頂及掛幫原因分析

通過現(xiàn)場調(diào)查，分析炮孔設(shè)計及生產(chǎn)過程中的鑿巖、裝藥情況，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)懸頂及掛幫的主要原因是：

(1) 切割槽形成時，由于炮孔施工、裝藥等多方面因素造成切割槽頂部沒有完全崩落，使得切割槽頂部出現(xiàn)懸頂。而當(dāng)切割槽出現(xiàn)懸頂后，后續(xù)的頂板正排炮孔爆破更加難以將頂板礦體全部爆下來，使得頂板礦體的懸頂厚度隨爆破的進行出現(xiàn)越來越厚的趨勢。

(2) 炮孔設(shè)計受實測誤差等影響，頂板炮孔可能沒有布置到-300 m水平工程的底部標(biāo)高，距-300 m水平工程的底部標(biāo)高仍有一定距離。

(3) 側(cè)幫炮孔布置時沒有涉及超深，造成實際施工出來的炮孔可能沒到采場邊界，同時側(cè)幫炮孔孔底距稍大。

(4) 采用的炮孔排距在1.8～2.0 m左右，炮孔排距過大。

(5) 側(cè)幫及頂板炮孔裝藥時，由于炮孔深度都在25 m以上，裝藥時藥管沒有伸到炮孔底部便開始裝藥，造成炮孔底部沒裝藥。

(6) 爆破過程中，后爆破的炮孔遭到前排炮孔爆破破壞或在裂隙比較發(fā)育時可能出現(xiàn)壞孔時，沒有及時補孔。

3 降低采場頂部懸頂及采場掛幫的措施

針對以上原因，從炮孔設(shè)計、炮孔施工、裝藥及施工管理等方面，提出了降低采場頂部礦體懸頂、采場側(cè)幫掛幫、上下盤掛幫的措施。

3.1 降低采場頂板懸頂?shù)拇胧?/p>

(1) 將采場-325 m分段的切割天井的高度提高為26 m，切割槽炮孔深度超深切割井0.5 m，即26.5 m。同時切割炮孔要按4個鑿巖中心進行設(shè)計與施工，嚴(yán)格要求切割槽形成的質(zhì)量。

(2) 優(yōu)化-325 m分段正排頂板炮孔孔網(wǎng)參數(shù)。正排頂板炮孔布置時，炮孔超深按1.0 m設(shè)計，炮孔孔底距為2.6～2.8 m。降低炮孔排距。將炮孔排距由目前采用的1.8～2.0 m降低至1.7 m。見圖5。

圖5 -325分段優(yōu)化后的炮孔布置

(3) 加強中深孔施工質(zhì)量及施工管理，杜絕炮孔深度不夠或炮孔孔底裝藥不足等情況的發(fā)生。中深孔施工時，如果炮孔深度沒有達到設(shè)計要求，或者出現(xiàn)孔底沒裝藥這類情況時，必然會造成頂板出現(xiàn)懸頂、側(cè)幫出現(xiàn)掛幫，即使再采取任何措施也無法彌補，因此必須嚴(yán)格按照設(shè)計進行炮孔施工、裝藥。

3.2 減少采場側(cè)面礦體掛幫的措施

(1) 優(yōu)化側(cè)幫炮孔參數(shù)。側(cè)幫炮孔布置時，炮孔超深按0.5 m設(shè)計，同時將側(cè)幫炮孔的孔底距由原來的2.7 m降低至2.3～2.6 m。見圖5。

(2) 在采場回采時，爆破震動及后沖很有可能對巖體不穩(wěn)固段或裂隙發(fā)育段炮孔造成變形破壞或堵孔。在中深孔裝藥爆破前，要進行中深孔檢查和驗孔，發(fā)現(xiàn)炮孔出現(xiàn)破壞或堵塞等影響爆破效果的情況時，要及時進行補孔，之后再爆破。

3.3 減少采場上下盤礦體掛幫的措施

通過礦石貧化換取回收率的提高。在礦體回收率不超過10%的情況下，礦體上盤布置切割天井時盡量靠近上盤邊界，將上盤的三角礦盡量多回收；礦體下盤布置炮孔時，適當(dāng)增加1～2排炮孔，將下盤的三角礦體盡量多回收，減少損失。

4 現(xiàn)場實施效果

采用上述措施后，相鄰的一步驟采場回采時，采場礦石量54.6萬t，采出礦石量46.9萬t，回采率為85.9%，貧化率為8.7%，目前正著手準(zhǔn)備回收采場的底部結(jié)構(gòu)，底部結(jié)構(gòu)剩余礦石量約為4.7萬t。

除底部結(jié)構(gòu)外，后續(xù)采場回采時礦石回收率由之前的70%～75%提高至85.9%，大大減少礦石損失量，但由于采取了用貧化率換取回收率的措施，造成貧化率由3%～4%增加到8.7%。因此后續(xù)采場回采布置切割槽和下盤最后一排炮孔時，應(yīng)先進行經(jīng)濟計算，在保證貧化率不超過10%的情況下調(diào)整切割槽位置和下盤最后一排炮孔的布置。

5 結(jié) 論

為提高大結(jié)構(gòu)采場的整體礦石回收率，通過采用三維空間掃描儀對采后空區(qū)進行掃描，發(fā)現(xiàn)造成礦石損失的主要原因是頂板懸頂和周邊礦體掛幫。通過分析炮孔設(shè)計、炮孔施工、裝藥及施工管理等情況，針對不同問題提出了對應(yīng)的處治措施。

經(jīng)后續(xù)采場的生產(chǎn)實踐證明，這些措施減少了采場頂板懸頂和掛幫礦體量，顯著提高了采場的整體回收率，但貧化率也增大，后續(xù)采場回采設(shè)計時應(yīng)綜合考慮回收率和貧化率兩個指標(biāo)，使這兩個指標(biāo)盡量達到最優(yōu)。

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2014￣12￣16)

林衛(wèi)星(1983-)，男，湖南懷化人，本科，采礦工程師，主要研究方向為金屬礦山采礦技術(shù)研究與開發(fā)，Email：lwx09@163.com。