河北杏山鐵礦下盤端部回采邊界控制技術(shù)

王凌云

(首鋼集團(tuán)有限公司礦業(yè)公司)

河北杏山鐵礦礦床主體呈向斜構(gòu)造，由于受F9斷層破壞，礦床被分割為DXS、XXS兩部分，屬于鞍山式沉積變質(zhì)貧鐵礦。DXS礦體分布于F9斷層以西，傾角60°，礦體呈上、下薄或尖滅，中間厚的杏核形；XXS礦體分布于F9斷層以東，-100 m以下轉(zhuǎn)向S或SW，傾向SW，傾角50°～56°，礦體連續(xù)長(zhǎng)450 m，平均厚度30～50 m，礦體形態(tài)剖面上呈層狀、似層狀,呈大半個(gè)向斜狀。緩傾斜礦體下盤礦巖礦量損失較大，在當(dāng)前礦石市場(chǎng)行情不樂觀的情況下，對(duì)各類礦量進(jìn)行合理利用，對(duì)于實(shí)現(xiàn)礦山降本增效大有裨益。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)為分段高度18.75 m、進(jìn)路間距20 m、下盤傾角45°～55°時(shí)，1條下盤殘留的礦石量約0.55萬t，XXS礦體部位下盤脊部殘留的礦石量共約8.81萬t，約占該礦體地質(zhì)儲(chǔ)量的11.08%。經(jīng)相關(guān)分析計(jì)算，XXS礦體廢石混入率高于其他部位，回采率較全礦床平均水平低11.64%。因此，有必要改變端部回采邊界確定思路，優(yōu)化開采技術(shù)參數(shù)，大幅提升礦石回采率、降低廢石混入率。

1 下盤端部回采邊界確定

1.1 下盤回采邊界優(yōu)化思路

XXS礦體為一向斜構(gòu)造，XXS-Ⅱ#礦體位于向斜南翼，礦體下盤傾角約45°，且向深部延伸傾角愈緩，就下盤區(qū)域而言，屬于緩傾斜礦體(圖1)。盡可能降低該部分礦石損失量，對(duì)于提高XXS礦體回采率，減緩礦山開采下降速度具有較好的現(xiàn)實(shí)意義。XXS礦體下盤傾角緩，上、下水平礦巖界線在水平距離上相差15～19 m。為盡可能多的回收礦石，XXS礦體部位最后1排中深孔布置于本水平礦巖界線外側(cè)部位(圖2)。由此導(dǎo)致下盤礦巖界線外部的礦石設(shè)計(jì)貧化率達(dá)到70%左右，勢(shì)必使得在回收大量巖石后，方可實(shí)現(xiàn)礦石回采。

圖1 XXS-Ⅱ#礦體下盤示意

圖2 中深孔布置示意

1.2 以效益最大為原則確定回采邊界

結(jié)合當(dāng)前礦石市場(chǎng)價(jià)格，本研究按照礦石效益重新測(cè)算了中深孔最后1排的位置，并據(jù)此計(jì)算了回收礦量及相關(guān)指標(biāo)。需要說明的是，下盤端部礦石部位在前期已經(jīng)完成了掘進(jìn)、支護(hù)工序，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行穿孔、回采爆破即可實(shí)現(xiàn)對(duì)端部礦石回收。回采邊界礦石比例p的計(jì)算公式為

式中，c為采礦工序噸礦成本;t為掘進(jìn)工序成本;s為支護(hù)工序成本;d為礦石銷售價(jià)格。

據(jù)上式，在當(dāng)前礦石銷售價(jià)格下，當(dāng)單排爆破量中的礦石量比例大于p時(shí)，進(jìn)行穿孔爆破回采礦石能夠取得經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 按照礦量占比不低于20%確定回采邊界

根據(jù)上式測(cè)算，在礦石市場(chǎng)售價(jià)為136元/t的情況下，單排爆破量中的礦石量比例達(dá)到20%即可實(shí)現(xiàn)收支平衡。在已完成XXS-Ⅱ#礦體巷道掘進(jìn)支護(hù)工作的情況下，若全部回收該礦體的礦石，23～34進(jìn)路需穿孔20排，共5 200.3 m，爆破量43 542.3 t，可回收礦石量15 793.24 t(表1)。

表1 XXS-Ⅱ#礦體下盤中深孔爆破技術(shù)參數(shù)

2 中深孔布置參數(shù)優(yōu)化

2.1 調(diào)整放礦口尺寸

放礦口過大易增大礦石在脊部的殘留量，礦石回采率降低，貧化率升高；放礦口過小，采出礦石量少，單位礦石成本將大幅升高[1-5]。為此，本研究結(jié)合散體流動(dòng)規(guī)律[6-8]，在采場(chǎng)端部對(duì)不同放礦間距進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，通過統(tǒng)計(jì)采出礦石和巖石量，對(duì)回采率、廢石混入率等指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果見表2。分析表2可知：當(dāng)放礦口間距為2.7 m時(shí)，回采率指標(biāo)最佳，據(jù)此將2個(gè)扇形邊孔孔口向兩側(cè)各偏移0.3 m，將放礦口尺寸增大0.6 m，即放礦口尺寸由2.1 m增大至2.7 m。

表2 不同放礦口間距對(duì)應(yīng)的礦石回收指標(biāo)

2.2 提高邊孔角角度

優(yōu)化前回采扇形孔的邊孔角統(tǒng)一設(shè)計(jì)為57°，為減少下盤巖石爆破量，邊孔角需隨著切巖高度的增大而增加，使得脊峰恰好為礦體下盤邊界。本研究經(jīng)過模擬計(jì)算，認(rèn)為邊孔角的最大值為66°，但實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行炮孔設(shè)計(jì)時(shí)，由于礦體下盤邊界劃定不準(zhǔn)確，為減少礦石損失，邊孔角實(shí)際取值有必要小于66°。

2.3 縮短邊孔長(zhǎng)度

放礦口尺寸增加后，為避免橢球體短軸方向脊部巖石過多混入，根據(jù)橢球體放礦理論[9-10]和散體流動(dòng)規(guī)律，可同時(shí)將a、b兩邊孔孔深縮短40%(圖3)，即邊孔孔深由15 m降低至9 m，邊孔角覆蓋的巖石截面面積可減小59.61%，如此單排炮孔爆破可減少?gòu)U石混入量95 t，同時(shí)在不影響上部礦石回收的情況下，避免脊部巖石過快混入，實(shí)現(xiàn)在增大放礦口尺寸的同時(shí)，較好地控制貧化率升高的目的。

圖3 優(yōu)化后的中深孔布置方式

2.4 優(yōu)化崩礦步距

放礦時(shí)正面剔除的巖石量隨著切巖高度和崩礦步距的增大而增加，但崩礦步距過大又會(huì)增加礦石損失，因此有必要從損失和貧化兩方面進(jìn)行綜合分析[11]。由表4可知：隨著崩礦步距增大，由于出礦設(shè)備鏟深限制，回采率呈先上升后下降的趨勢(shì)，貧化率增加趨勢(shì)較明顯，當(dāng)崩礦步距為3.8 m時(shí)，相應(yīng)的廢石混入率和回采率指標(biāo)均較好。

表3 不同崩礦步距對(duì)應(yīng)的礦石回收指標(biāo)

3 放礦試驗(yàn)

根據(jù)本研究分析結(jié)果，在-199，-218m水平進(jìn)行放礦試驗(yàn)，中深孔按照礦石比例不低于20%的原則進(jìn)行布置?？紤]到新增穿孔部位的礦石已經(jīng)全部采出，在不新增掘進(jìn)支護(hù)成本的情況下，通過增加布設(shè)中深孔對(duì)上水平的殘留礦石進(jìn)行回收，可以實(shí)現(xiàn)單水平多回收4.35萬t礦石(表4)。

表4 優(yōu)化后的礦石回收指標(biāo)與原設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)比

4 結(jié) 語

對(duì)于采用無底柱分段崩落法開采的礦山，確定合理的回采邊界是確保開采經(jīng)濟(jì)合理的前提。該礦采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)為18.75 m×20 m，對(duì)于下盤端部礦石的回收，應(yīng)結(jié)合礦石盈虧平衡點(diǎn)確定合理的礦石比例，進(jìn)而確定回采邊界位置，同時(shí)增大放礦口尺寸至2.7 m，可以實(shí)現(xiàn)礦石回采率最高。此外，將邊孔角提高至66°、孔深控制在9 m、崩礦步距設(shè)定為3.8 m，礦石回收指標(biāo)可達(dá)到最優(yōu)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 蔡美峰.金屬礦山采礦設(shè)計(jì)優(yōu)化與地壓控制[M].北京：科學(xué)出版社，2001．

[2] 劉興國(guó).放礦理論基礎(chǔ)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1995．

[3] 任鳳玉，劉興國(guó).無底柱分段崩落法采場(chǎng)結(jié)構(gòu)與放礦方式研究[J].中國(guó)礦業(yè)，1995(6)：31-34．

[4] 陳清運(yùn)，何玉早.中小型礦山無底柱分段崩落法結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化[J].金屬礦山，2005(1)：23-25．

[5] 解世俊.礦床地下開采理論與實(shí)踐[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1990．

[6] 張國(guó)建.無底柱分段崩落法理論與實(shí)踐的新認(rèn)識(shí)[J].中國(guó)礦業(yè)，2004(2)：60-62．

[7] 陶干強(qiáng)，任青云，羅 輝，等.無底柱分段崩落法采場(chǎng)穩(wěn)定性分析[J].巖土力學(xué)，2011(12)：3768-3772．

[8] 宋衛(wèi)東，梅林芳，譚玉葉，等.大間距無底柱分段崩落法采場(chǎng)地壓變化規(guī)律研究[J].金屬礦山，2008(8)：13-16．

[9] 李榮福.橢球體放礦理論的幾個(gè)主要問題——類橢球體放礦理論建立的必要性[J].中國(guó)鉬業(yè)，1994(5)：39-43．

[10] 任鳳玉，劉興國(guó).隨機(jī)介質(zhì)放礦理論及其應(yīng)用專題講座：第二講崩落礦巖移動(dòng)規(guī)律方程及其應(yīng)用[J].中國(guó)礦業(yè)，1995(4)：80-84．

[11] 匡忠祥.切巖回采程潮鐵礦下盤三角礦帶的研究[J].中國(guó)礦業(yè)，1999(2):32-34.