北洺河鐵礦底板殘留礦量的回收方法研究

何榮興,任鳳玉,李愛國(guó),白偉現(xiàn)

(1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院, 遼寧 沈陽(yáng) 110819；2.五礦邯邢礦業(yè)有限公司北洺河鐵礦, 河北 邯鄲 056300)

1 概述

北洺河鐵礦主采區(qū)，采用大結(jié)構(gòu)參數(shù)[1]強(qiáng)制崩落與誘導(dǎo)冒落相結(jié)合的無(wú)底柱高效率采礦方法開采，為充分回收采場(chǎng)內(nèi)的殘留礦量，在底板圍巖里，在每?jī)蓷l正?；夭蛇M(jìn)路之間，增加一條回收進(jìn)路。回收進(jìn)路是采場(chǎng)殘礦回收的最終手段，是大結(jié)構(gòu)參數(shù)無(wú)底柱分段崩落法的不可缺少的重要組成部分，需針對(duì)礦巖條件確定回采方法。

2 回收進(jìn)路開掘巖石高度與廢石混入率的關(guān)系

北洺河鐵礦主采區(qū)的分段高度15 m，進(jìn)路間距18 m，崩礦步距1.7～3.4 m，基本上按截止品位控制放礦。由于進(jìn)路間距較大，出礦結(jié)束時(shí)，兩條進(jìn)路之間的脊部殘留體較大。由北洺河鐵礦散體流動(dòng)參數(shù)(α=1.2891，β=0.2811,α1=1.1321,β1=0.5063,K=0.0948)計(jì)算得出的殘留體與放出體形態(tài)[2]，如圖1所示。分析進(jìn)入放出體中的廢石量與礦石量的比例關(guān)系，不難看出，由于放出體在高度方向的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)大于橫向增長(zhǎng)速度。因此，當(dāng)放出體高度達(dá)到礦石脊部殘留體高度時(shí)，放出體中的廢石含量最少；在放出體伸入上覆巖層后，進(jìn)入放出體內(nèi)的上覆廢石體積的增長(zhǎng)量，遠(yuǎn)大于其內(nèi)礦石體積的增長(zhǎng)量，從而使廢石混入率隨放出體高度的增大而不斷增大。廢石混入率不允許超過(guò)截止品位的限定值，因此，當(dāng)殘留體的高度一定時(shí)，放出體的高度及其體內(nèi)允許的最大廢石的含量也就確定了。所以，底部廢石層的允許高度，存在上限值。

圖1 殘留體形態(tài)及回收條件

對(duì)放出體方程沿高度方向積分，計(jì)算出放出體內(nèi)底部廢石的體積，與放出體的體積相除，得底部廢石混入的體積比：

式中：h為放出體內(nèi)底部廢石高度；H為放出體高度；ω為(α+α1)/2，α、α1為散體流動(dòng)參數(shù)。

由實(shí)驗(yàn)得出，北洺河鐵礦現(xiàn)用參數(shù)下，放出體的最低點(diǎn)與巷道底板的高差約為1.89 m。在圖2所示的回采條件下，當(dāng)放出體項(xiàng)點(diǎn)與脊部殘留體頂點(diǎn)相切時(shí)，放出體的高度約為17.52 m。將H=17.52 m，α=1.2891，α1=1.1321代入式(1)，分別計(jì)算開掘巖石高度為6 m、7 m、8 m、9 m時(shí)的底部廢石混入的體積比，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 底部廢石混入體積比隨開掘巖石高度的變化關(guān)系[3-4]

表1中，數(shù)值是在放出體增大過(guò)程中廢石含量最低時(shí)的計(jì)算結(jié)果，而且還未計(jì)入正面廢石量。實(shí)際生產(chǎn)中，在圖2所示條件下，按截止品位控制出礦時(shí)，還將有15%～20%的由覆蓋層廢石引起的廢石混入率，為此，需按表1數(shù)值的1.15～1.2倍估算總的廢石混入率。通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析計(jì)算得出，北洺河鐵礦回收進(jìn)路的廢石的混入率最大值不超過(guò)40%為宜。由表1數(shù)據(jù)可見，為了將廢石混入率控制在40%以下，回收進(jìn)路的開掘巖石高度(從進(jìn)路底板算起)，不宜超過(guò)8 m。

3 回收進(jìn)路的布置形式

由于開掘巖石高度對(duì)回收進(jìn)路的廢石混入率影響很大，為取得良好的回采指標(biāo)，需要優(yōu)選回收進(jìn)路的位置，以便將開掘巖石的高度限定在合理的范圍。

從礦山提供的地質(zhì)剖面的礦體底板位置分析，為滿足開掘巖石高度不超過(guò)8 m的要求，北洺河鐵礦11線以西的回收進(jìn)路的位置，布置要-95 m水平為宜?；厥者M(jìn)路與正?；夭蛇M(jìn)路的主要差別，在于礦石層的高度減小了一個(gè)分段的高度(15 m)。因此，在-95 m水平，并不是每?jī)蓷l位于下盤圍巖里的回采進(jìn)路之間都具備布置回收進(jìn)路的條件，在11線至12線之間的2#采場(chǎng)，因開掘巖石高度過(guò)大，已經(jīng)不具備布置回收進(jìn)路的條件。

在所設(shè)計(jì)的回收進(jìn)路中，仍有一些開掘巖石高度偏大。為此，回收進(jìn)路可采用傾角2°～5°的斜進(jìn)路形式，將開掘巖石高度控制在合理的范圍(圖2)。

圖2 用斜進(jìn)路降低開掘巖石高度(11′線剖面圖)

4 回收進(jìn)路的回采方式

為保護(hù)巷道的穩(wěn)固性，一個(gè)采場(chǎng)的回采進(jìn)路全部回采結(jié)束后，才能掘進(jìn)與回采回收進(jìn)路。此時(shí)回收進(jìn)路已被充分卸壓，而且回采爆破振動(dòng)較小，巷道表層的穩(wěn)固性容易維護(hù)，因此，可采用多種回采形式，充分回收采場(chǎng)內(nèi)的殘留礦量。

大體說(shuō)來(lái)，回收進(jìn)路所負(fù)擔(dān)的崩落礦量，具有高度小而寬度大的特點(diǎn)，為此需要加大放出體的寬度?？刹捎萌缦录夹g(shù)措施：

1)加寬出礦口

由于放出體的寬度隨出礦口寬度的增大而增大，因此，加大出礦口的寬度，可增大礦石放出量。增大出礦口寬度的方法，一是回收進(jìn)路采用較寬的斷面尺寸，二是在回采前將進(jìn)路端部擴(kuò)寬。

北洺河鐵礦正?；夭蛇M(jìn)路的巷道斷面尺寸為：高3.5 m，寬4.2 m，回收進(jìn)路負(fù)擔(dān)的礦量及炮孔深度，比回采進(jìn)路減小一半以上，適合采用YGZ-90型鑿巖機(jī)鑿巖、斗容2 m3以下的鏟運(yùn)機(jī)出礦，此時(shí)高3.0 m、寬3.2 m的巷道斷面即可滿足設(shè)備作業(yè)的要求。為了保證出礦口的寬度，回收進(jìn)路可以仍然取用高3.5 m、寬4.2 m的巷道斷面，此時(shí)不更改鑿巖設(shè)備，以防止矽卡巖炮孔變形或錯(cuò)位；采用斗容較小的鏟運(yùn)機(jī)沿巷道兩幫鏟出礦石，以增大流動(dòng)帶的寬度。

對(duì)于圍巖穩(wěn)固性較好、開掘巖石高度較小的回收進(jìn)路，不僅可以采用“寬進(jìn)路”回采方式，而且可以進(jìn)一步擴(kuò)寬進(jìn)路的端部，最大限度地加大出礦口。

2)小斷面雙進(jìn)路回采

在放礦控制方法的研究中，分流放礦是增大流動(dòng)帶寬度的有效方法。利用這一現(xiàn)象改進(jìn)殘礦回收，在開掘巖石高度較小時(shí)，最好采用小斷面雙進(jìn)路的回采形式，最大限度地增大流動(dòng)帶的寬度。

回采方式，適合于采用YGZ-90型鑿巖機(jī)鑿巖、斗容0.75 m3的鏟運(yùn)機(jī)或裝巖機(jī)出礦，此時(shí)巷道的斷面可取為寬2.6 m、高2.8 m，則兩條回收進(jìn)路的總寬度為5.2 m，比1條正?；夭蛇M(jìn)路僅寬出1.0 m，而且小斷面巷道圍巖的暴露面積小，在沒有壓力的條件下，巷道表層容易支護(hù)。在上部完全回采已經(jīng)充分卸壓的區(qū)域，及時(shí)噴漿封閉巷道表層圍巖和采用適宜參數(shù)的錨桿支護(hù)措施條件下，采用小斷面雙進(jìn)路是完全可行的。

對(duì)于開掘巖石高度較大、殘留礦量少的區(qū)段，采用小斷面回收進(jìn)路，也宜布置單進(jìn)路回采。此時(shí)為了加寬放出體，可用短炮孔崩落部分廢石以增大流動(dòng)帶寬度。

5 回收進(jìn)路的實(shí)施效果

北洺河鐵礦在-95水平1#采場(chǎng)通過(guò)布置回收進(jìn)路的方式，進(jìn)行了脊部殘留礦石的回收，回收進(jìn)路斷面3 m×3 m，主要還是圍巖條件較差，噴射70 mm混凝土支護(hù)，采用YGZ-90型鑿巖機(jī)鑿巖，設(shè)計(jì)鑿巖參數(shù)：排距1.5m，邊孔角50°，孔底距1.6 m。通過(guò)實(shí)施，所選鑿巖斷面和支護(hù)形式合適，爆破效果良好，施工回收巷道450 m，施工中孔10230 m，回收礦石98200多t，品位36.7%，取得了較好的回收效果。

6 結(jié)論

1)對(duì)于采用大結(jié)構(gòu)參數(shù)的無(wú)底柱分段崩落法的礦山，為充分回收采場(chǎng)內(nèi)的殘留礦量，可以在底板圍巖中增設(shè)回收進(jìn)路。

2)當(dāng)放出體高度達(dá)到礦石脊部殘留體高度時(shí)，放出體中的廢石含量最少。當(dāng)放出體伸入上覆巖層后，由于高度方向的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)大于橫向增長(zhǎng)速度，因此，進(jìn)入放出體內(nèi)的上覆廢石體積的增長(zhǎng)量，將遠(yuǎn)大于其內(nèi)礦石體積的增長(zhǎng)量，從而使廢石混入率隨放出體高度的增大而不斷增大。廢石混入率不允許超過(guò)截止品位限制的最大值，因此，當(dāng)殘留體的高度一定時(shí)，放出體的高度及其體內(nèi)允許的最大廢石的含量也就確定了。所以，底部廢石層的允許高度，存在上限值。北洺河鐵礦現(xiàn)用參數(shù)下，為了將回收進(jìn)路的廢石混入率控制在40%以下，回收進(jìn)路的開掘巖石高度(從進(jìn)路底板算起)，不宜超過(guò)8m。

3)為滿足開掘巖石高度不超過(guò)8m的要求，北洺河鐵礦11線以西的主體回收分層的位置，不應(yīng)低于-95m水平。開掘巖石高度偏大的回收進(jìn)路可采用傾角2°～5°的斜進(jìn)路形式，可將開掘巖石高度控制在合理的范圍。

4)回收進(jìn)路所負(fù)擔(dān)的崩落礦量，具有高度小而寬度大的特點(diǎn)，為此需要加大放出體的寬度。可采用加寬出礦口、小斷面雙進(jìn)路回采等技術(shù)措施。

5) 對(duì)于回收進(jìn)路回采過(guò)程中，穿過(guò)高位矽卡巖層的炮孔變形和錯(cuò)位等問(wèn)題需進(jìn)一步研究。

[1] 連明杰,李占科.北洺河鐵礦無(wú)底柱分段崩落法大結(jié)構(gòu)參數(shù)確定[J].金屬礦山，2004，15(2):15-16.

[2] 任鳳玉.隨機(jī)介質(zhì)放礦理論及其應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社,1994.

[3] 張國(guó)聯(lián),邱景平,劉興國(guó).穿脈無(wú)底柱分段崩落法底板巖石開掘邊界的研究[J].中國(guó)礦業(yè)，2006，15(12):48-51.

[4] 李元輝,孫豁然.礦體下盤巖石最佳開掘高度的確定[J]. 東北大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版, 2004，25(12):1187-1189.