程潮鐵礦深部接續(xù)工程采礦方案研究

童 炎，韓亞民，王 進，肖 波

(武鋼資源集團程潮礦業(yè)公司，湖北 鄂州市 436050)

1 概 況

程潮鐵礦東區(qū)始建于1958年7月，1969年建成。設計生產(chǎn)能力為150萬t/a。東區(qū)改擴建于1997年1月8日竣工并交付使用，生產(chǎn)能力擴建到200萬t/a。西區(qū)一期工程生產(chǎn)能力為80萬t/a，2002年6月18日正式竣工投產(chǎn)。2005年中國恩菲工程技術有限公司完成了-430 m以下開采工程的初步設計，將礦石生產(chǎn)規(guī)模擴大至340萬t/a。程潮資源條件好，平均鐵品位41.31%，屬于大型鐵礦床，資源稟賦較好，同比國內(nèi)礦山綜合開發(fā)條件較好。資源保有儲量1.2億t。截止2017年底，-500 m中段及以上水平保有開拓礦量1189.2萬t，保有期限4.9年，可采礦量僅能維持到2022年底。根據(jù)勘探資料，-570，-675 m階段礦石可生產(chǎn)67.5%品位的鐵精礦1469.0萬t，其中-570 m中段控制資源儲量為1057萬t，-675 m中段控制資源儲量為3670萬t。如果從現(xiàn)在開始實施-570，-675 m水平開采工程建設，可持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)服務17年時間，因此無論從盈利能力、公司持續(xù)發(fā)展，還是礦區(qū)穩(wěn)定的角度，-570，-675 m開拓工程的建設迫在眉睫，意義重大。

目前礦山具有完備的采選工業(yè)基礎設施、生活設施，各類設施配備齊全，工藝、設備等均處于國內(nèi)礦山先進水平，-500 m中段、溜破系統(tǒng)、提升、運輸系統(tǒng)等已經(jīng)建成、投產(chǎn)并達產(chǎn)，-675 m水平已經(jīng)形成部分車場和水泵房、中央變電所。

2 地質(zhì)狀況

2.1 礦體規(guī)模

開采對象為-482.5～-657.5 m之間的礦體，涉及Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ號礦體，其中-570 m中段開采Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ號礦體，-675 m中段基本全為Ⅵ號礦體。

Ⅵ號鐵礦體是最大的礦體，分布于0～57線，全長約1500 m，水平投影寬度120～431 m，平均250 m；真厚度1.59～257.75 m，平均72.95 m。最厚大礦體位于43～51線間。礦體頂板賦存標高-429～-806 m，一般不低于-600 m；底板賦存標高-438～-897 m，除43～51線外，礦體底板大部分位于-800 m標高以上。礦體總體走向296°，傾向214°，傾角0°～45°，一般為30°，向西側(cè)伏，側(cè)伏角8°。礦體主要賦存于花崗巖外接觸帶已被完全交代為矽卡巖的大理巖中，呈不規(guī)則透鏡狀，端部有分枝現(xiàn)象(見圖1)。

圖1 鐵礦體垂直縱投影

2.2 礦石質(zhì)量特征

程潮礦區(qū)各大、中、小型鐵礦體的礦石質(zhì)量特征基本相同，常見礦石結(jié)構(gòu)有自形-半自形晶粒狀結(jié)構(gòu)、他形不規(guī)則粒狀結(jié)構(gòu)和包含結(jié)構(gòu)等，礦石構(gòu)造主要有浸染狀構(gòu)造、斑塊狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造及角礫狀構(gòu)造等。

礦石中金屬礦物主要有磁鐵礦，其次為黃鐵礦，再次則為少量赤鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦，偶見斑銅礦、穆磁鐵礦、鏡鐵礦、針鐵礦；脈石礦物主要有方解石、白云石、綠泥石、透輝石、石榴石、綠簾石，其次為石英、斜長石、金云母、角閃石、硬石膏及石膏，再次則為少量磷灰石、黑云母、白云母、方柱石、蛇紋石，偶見透閃石、絹云母、陽起石、符山石、硅灰石、滑石、孔雀石、高嶺土等。

主要金屬礦物磁鐵礦主要呈他形-半自形晶，微粒狀、或他形晶不規(guī)則狀(粒度較粗大者常呈圓粒狀)，少數(shù)呈自形晶粒嵌生，粒徑在0.01～0.05 mm范圍內(nèi)者占絕大多數(shù)，少數(shù)粗大者粒徑可達0.1 mm。磁鐵礦中常包裹有金云母鱗片及綠泥石、角閃石和黃鐵礦,有時包裹石英及方解石，也有磁鐵礦被包裹于硬石膏、方解石等脈石礦物中的現(xiàn)象。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

斷層構(gòu)造是本礦區(qū)構(gòu)造的主要表現(xiàn)形式，無論是山字型構(gòu)造體系的斷層還是新華夏構(gòu)造體系的斷層均發(fā)育。區(qū)內(nèi)斷層詳見表1所示。本礦區(qū)經(jīng)歷多次構(gòu)造運動，主應力方向也多次發(fā)生變更，次級和更次級應力方向錯綜交織，所產(chǎn)生的節(jié)理極為復雜，礦區(qū)節(jié)理呈發(fā)育方向多、密度大、性質(zhì)以剪節(jié)理為主，張節(jié)理少見,節(jié)理發(fā)育程度受巖性控制明顯。

表1 礦區(qū)內(nèi)主要斷層

3 深部接續(xù)工程開發(fā)方案

3.1 開拓運輸方案

-570 m中段和-675 m中段分期進行建設。先建設-570 m中段，-570 m中段生產(chǎn)第二年開始建設-675 m中段。已建成的新主井擔負全部礦石和廢石提升任務。礦石和廢石不分、混合提升。新主井井口標高100 m，井筒凈直徑Φ6 m，鋼繩罐道。新主井分期設破碎和裝礦系統(tǒng)。目前已建成的破碎系統(tǒng)服務的最低有軌運輸水平標高為-675 m，破碎站設在-725 m，裝礦皮帶設在-780 m。新主井礦巖提升能力大于400萬t/a。已建成新副井擔負全礦人員、材料和設備的提升，井筒凈直徑6.5 m，可服務至-675 m中段。

-570 m水平和-675 m水平均為有軌集中運輸中段。-570 m中段負責開采-482.5～-552.5 m之間礦體，中段開采高度70 m；-675 m中段負責開采-552.5～-657.5 m之間礦體，中段開采高度105 m。有軌運輸中段采用14 t電機車雙機牽引10輛6 m3底卸式礦車運輸?shù)V巖。-570 m中段共運行3列車，備用1列車，運輸線路采用下盤脈外錯車道和脈外平巷運輸加穿脈裝礦聯(lián)合布置。-675 m中段共運行5列車,備用1列車，運輸線路采用環(huán)行布置。

3.2 采礦方法選擇

根據(jù)礦體賦存條件以及工程建設條件，可選擇的采礦方法方案有5種：

方案Ⅰ：礦柱外礦體均采用無底柱分段崩落法進行回采，生產(chǎn)后期再回采保安礦柱內(nèi)礦體。-570 m和-675 m中段開拓工程分期進行建設，-570 m中段崩落法開采生產(chǎn)能力270萬t/a，服務年限4 a，-570 m中段生產(chǎn)第二年開始對-675 m中段進行建設，-675 m中段崩落法開采生產(chǎn)能力340萬t/a。

方案Ⅱ：-500 m以下礦體9#勘探線以東礦體采用無底柱分段崩落法進行回采，9#勘探線以西礦體采用充填法進行回采。該方案2個中段可實現(xiàn)同時回采,可穩(wěn)定實現(xiàn)生產(chǎn)能力340萬t/a。根據(jù)礦體賦存狀況，9#勘探線附近存在一段無礦帶，9#勘探線以東的礦體相對獨立，9#勘探線以東采用無底柱分段崩落法進行回采，可不需留礦柱，能最大化地回收礦石資源；且老選廠、新程潮大灣均位于崩落法移動范圍以外。受此部分礦體開采影響的端部和下盤地表土地已經(jīng)完成征地，需要新增征地為上盤地表影響范圍內(nèi)的林地，且-570 m中段和-675 m中段需同時基建。

方案Ⅲ：-500 m以下礦體35#勘探線以東礦體采用無底柱分段崩落法進行回采，35#勘探線以西礦體采用上向分層充填法進行回采，充填法與崩落法各占50%。

方案Ⅳ：2個中段同時開采，21#勘探線以西礦體采用充填法進行回采，21#勘探線以東礦體采用無底柱分段崩落法進行回采。崩落法開采從上而下單中段回采，生產(chǎn)能力90萬t/a。充填法2個中段同時回采，其中-570 m中段生產(chǎn)能力80萬t/a，-675 m中段生產(chǎn)能力170萬t/a，確保程潮鐵礦340萬t/a生產(chǎn)能力。

方案Ⅴ：-570 m中段全部采用崩落法進行開采，生產(chǎn)能力270萬t/a，-675 m中段47#勘探線以西礦體采用充填法開采，生產(chǎn)能力70萬t/a；待-570 m中段開采完畢，-675 m中段單中段生產(chǎn)，-675 m中段47#勘探線以東礦體采用無底柱分段崩落法開采。

表2 采礦方案主要技術經(jīng)濟指標對比

由表2方案主要技術經(jīng)濟指標對比結(jié)果可知，方案Ⅰ由于分期進行建設，生產(chǎn)第二年開始建設Ⅱ期即-675 m中段開拓工程，前期建設投資最低。且該方案可比凈現(xiàn)值大，說明經(jīng)濟效益好，而且除保安礦柱外采用的是程潮鐵礦熟悉的無底柱分段崩落法(見圖2)，有利于生產(chǎn)管理等，除為了保護地表新程潮大灣村而設置的保安礦柱外，-570 m中段和-675 m中段均采用無底柱分段崩落法進行開采，生產(chǎn)后期采用充填法對保安礦柱內(nèi)礦體進行回收。

3.3 生產(chǎn)規(guī)模驗算

由于-570 m中段礦體賦存條件與-500 m中段相比，礦體連續(xù)性及可采資源量均出現(xiàn)較大變化，因此，-570 m中段采用無底柱分段崩落法開采時，生產(chǎn)能力為270萬t/a。-675 m中段礦體厚大且規(guī)整，-675 m中段采用無底柱分段崩落法時，生產(chǎn)能力為340萬t/a。初步考慮生產(chǎn)后期，采用上向分層膠結(jié)充填法回采-675 m中段保安礦柱，生產(chǎn)規(guī)模40萬t/a。

圖2 -570 m和-675 m中段礦體無底柱分段崩落法

3.3.1 按可布進路數(shù)和可布礦塊數(shù)驗證礦山生產(chǎn)規(guī)模

無底柱分段崩落法每5條有效進路布置1臺Toro400E電動鏟運機，鏟運機效率40×104t/a。每個分段的可布進路見表3。

表3 每個分段的可布進路數(shù)

從表3可以看出，-675 m中段(-552.5～-657.5 m)能達到340×104t/a生產(chǎn)能力；-570 m中段(-482.5～-552.5 m)達不到340×104t/a生產(chǎn)能力。通過分析礦體賦存條件，-500 m分段、-517.5 m分段在9#勘探線～19#勘探線之間存在一條無礦帶，-500 m及-517.5 m分段生產(chǎn)時，該區(qū)域的-535 m以下分段可以同時進行生產(chǎn)，設計考慮-570 m中段生產(chǎn)能力為270×104t/a。

3.3.2 按年下降速度驗證生產(chǎn)規(guī)模

從表4可以看出，-570 m中段下降速度約17.0 m/a，-675 m中段下降速度為15.5 m/a。對比國內(nèi)礦山年下降速度統(tǒng)計數(shù)據(jù)，-570 m和-675 m中段下降速度適中，能滿足各中段生產(chǎn)能力要求。

表4 礦體開采年下降速度

3.3.3 從合理服務年限方面驗證

根據(jù)-570 m和-675 m中段設計可利用資源量，-570 m中段按生產(chǎn)能力270×104t/a考慮，-675 m中段按生產(chǎn)能力340×104t/a考慮，礦山服務年限約12 a。由于還有部分推斷礦量，因此礦山的服務年限有望進一步延長。

綜上所述，-570 m中段生產(chǎn)能力270×104t/a，-675 m中段生產(chǎn)能力340×104t/a是可實現(xiàn)的。

3.4 存在的問題

(1) -428～-568 m中段生產(chǎn)探礦與地質(zhì)探礦對比結(jié)果表明礦體變化較大，因此在基建探礦完成后，應重新圈定礦體、估算資源量，為礦床開采提供依據(jù)。

(2) -570 m中段和-675 m中段開采時，通過預留保安礦柱對程潮大灣村進行保護。初步考慮生產(chǎn)后期，利用上向分層膠結(jié)充填法回收保安礦柱內(nèi)礦體。保安礦柱回收前，應根據(jù)生產(chǎn)狀況和新的巖石力學資料，對充填法開采的地表穩(wěn)定性進行專題研究和分析，以確保新程潮大灣村的安全。同時，生產(chǎn)過程中應對地表被保護區(qū)域進行地表位移監(jiān)測，以便必要時采取措施，減少對地表保護物的影響。

4 結(jié) 論

深部接續(xù)工程的實施能進一步優(yōu)化利用鐵礦石資源，為集團公司選、冶生產(chǎn)部門提供生產(chǎn)原料，在保障企業(yè)長遠發(fā)展的同時也能創(chuàng)造經(jīng)濟效益。項目的建設和運營也將增進當?shù)鼐蜆I(yè)，促進當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展，改善人民的生活水平，產(chǎn)生良好的社會效益。