無底柱分段崩落采礦方法在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用
——以巴州敦德鋅鐵礦為例

臧春龍，魏弼臣

（巴州敦德礦業(yè)有限責(zé)任公司，新疆 巴州 841300）

1 項(xiàng)目概述

敦德鋅鐵礦礦區(qū)在大地構(gòu)造位置上位于伊犁地塊東北緣，在博羅科努山系主脊線上，屬石炭紀(jì)島弧帶，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，火山十分發(fā)育，尤其是石炭系火山巖和華力西晚期中基性巖體非常發(fā)育，成礦地質(zhì)條件十分有利。成礦區(qū)屬阿吾拉勒金、銅、鉛、鋅、鐵成礦區(qū)，礦產(chǎn)豐富。本礦區(qū)東西兩端外圍分布有大型的查崗諾爾鐵礦、諾爾湖鐵礦、備戰(zhàn)鐵礦、勝利銅礦等一系列礦產(chǎn)地，主要成礦類型為火山噴溢和巖漿熱液型，是新疆尋找火山熱液型鐵銅多金屬礦和斑巖型銅礦最有利地區(qū)之一。礦區(qū)處于火山口外環(huán)東南角斷陷帶內(nèi)[1]。

和靜縣敦德鋅鐵礦礦區(qū)出露地層為下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第三亞組（C1dc）地層，其余為大面積的殘坡積物、冰水堆積物。礦區(qū)構(gòu)造較為簡單，主要為一單斜構(gòu)造。礦區(qū)內(nèi)巖漿巖主要為淺肉紅色中粗粒角閃石鉀質(zhì)花崗巖，出露于礦區(qū)西部及西南部，呈北西南東向條帶狀分布，它與中部的火山巖地層之間為侵入接觸關(guān)系。呈肉紅色、中、細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

截止2017年末，一期結(jié)存礦量為648.1萬t。一分層以上一期可采礦量387.2萬t。本次對設(shè)計(jì)范圍內(nèi)各中段礦石資源/儲量進(jìn)行了估算，估算結(jié)果：一期延續(xù)開采范圍內(nèi)累計(jì)礦石資源/儲量2840.8萬t，伴生鋅金屬量為28.98萬t。

2 無底柱分段崩落采礦技術(shù)特征

礦塊構(gòu)成要素為：分段高度15.5m，回采進(jìn)路間距18m?；夭蛇M(jìn)路垂直走向布置，每6條進(jìn)路構(gòu)成一個(gè)礦塊，每個(gè)礦塊布置一條礦石溜井，每兩個(gè)礦塊布置一條巖石溜井，千噸采準(zhǔn)比為3.6m/kt，礦石回收率85%，廢石混入率17%。全礦床TFe平均品位37.6%，Zn平均含量1.02%，圍巖夾石品位：TFe平均品位3.7%，采出礦石：Fe：32.59%，Zn：0.87%。

井下通風(fēng)方式采用混合式主扇通風(fēng)，通風(fēng)系統(tǒng)為對角式通風(fēng)系統(tǒng)。3912m平硐承擔(dān)整個(gè)礦山進(jìn)風(fēng)任務(wù)，3920m平硐承擔(dān)整個(gè)礦山回風(fēng)任務(wù)。根據(jù)井下作業(yè)需風(fēng)點(diǎn)的分布情況，采用分區(qū)通風(fēng)，通風(fēng)區(qū)主要為：采場通風(fēng)區(qū)和運(yùn)輸水平通風(fēng)區(qū)。設(shè)計(jì)選取礦山總風(fēng)量為190m3。

3 開采范圍的確定和開采方式

巴州敦德鐵礦采礦工程一期3912m階段開采預(yù)計(jì)2019年底結(jié)束，同年將轉(zhuǎn)入二期3788m階段開采，此時(shí)二期工程基建未完成，為保證礦山生產(chǎn)接續(xù)，同時(shí)二期工程施工期間不能影響礦山的正常生產(chǎn)，為此須盡快開展一期延續(xù)設(shè)計(jì)。按照一期延續(xù)設(shè)計(jì)委托書要求，設(shè)計(jì)確定敦德鐵礦一期延續(xù)開采范圍為3912m～3850m之間礦體。一期開采采用地下開采方式，一期延續(xù)開采仍采用地下開采。

開拓系統(tǒng)采用平硐溜井開拓系統(tǒng)，東翼設(shè)3912m平硐，是井下設(shè)備、人員、材料進(jìn)出井下通道，也是礦山進(jìn)風(fēng)口和第一安全出口。西翼設(shè)3920m平硐，作為主要回風(fēng)平硐和第二安全出口。采區(qū)設(shè)兩條采區(qū)斜坡道，其中東斜坡道是采場設(shè)備和作業(yè)人員進(jìn)出采場通道，西斜坡道為采場安全出口。4003m首采分段西側(cè)設(shè)采區(qū)回風(fēng)井，井筒內(nèi)梯子間，作為4003m分段開采時(shí)的采場第二安全出口。采區(qū)設(shè)一條采區(qū)管纜井[2]。

一期井下通風(fēng)系統(tǒng)為對角式主扇通風(fēng)系統(tǒng)，進(jìn)風(fēng)主扇設(shè)在東側(cè)3912m平硐內(nèi)，回風(fēng)主扇設(shè)在西側(cè)3920m平硐。采場通風(fēng)由東側(cè)斜坡道進(jìn)風(fēng)，污風(fēng)由西側(cè)斜坡道回風(fēng)，總風(fēng)量180m3/s。一期開采采用無底柱分段崩落法，分段高度15.5m，進(jìn)路間距15m～18m，采場出礦設(shè)備為4m3電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)，鑿巖設(shè)備為Simba1354鑿巖臺車。礦體上部覆蓋層采用礦石形成，覆蓋層厚度大于兩個(gè)分段高度，空區(qū)上部尚未塌陷。一期采場礦石由采區(qū)溜井下放，在3912m運(yùn)輸巷道內(nèi)裝入20t坑內(nèi)自卸汽車后，通過環(huán)形運(yùn)輸巷道運(yùn)至下盤礦石主溜井翻卸，在3788m或3850m運(yùn)輸水平裝入坑內(nèi)卡車，經(jīng)3788m平硐或3850m平硐運(yùn)出地表，再由地表道路運(yùn)至3788m工業(yè)場地半移動(dòng)破碎站處理。

二期初設(shè)范圍為3912m～3788m，設(shè)計(jì)規(guī)模為450萬t/a，采用平硐溜井開拓，采礦方法仍為無底柱分段崩落法，井下運(yùn)輸為有軌運(yùn)輸，井下通風(fēng)采用兩翼對角式通風(fēng)系統(tǒng)。由于一期開采結(jié)束后，二期基建未完成，因此將3912m～3850m之間礦體暫時(shí)作為過渡期開采，即本次一期延續(xù)工程設(shè)計(jì)范圍，待二期基建完成，一期延續(xù)工作提前結(jié)束，全面轉(zhuǎn)入二期開采。

4 礦床開拓

4.1 開拓方案的選擇

敦德鐵礦為地下開采礦山，礦山海拔高，氣候惡劣，一期工程已形成四條平硐，基于礦山現(xiàn)狀，敦德鐵礦一期延續(xù)開采開拓系統(tǒng)需滿足下列要求：①確定的開拓系統(tǒng)必須滿足一期延續(xù)礦體開采的要求；②井下開采的開拓運(yùn)輸系統(tǒng)要與地表礦石運(yùn)輸統(tǒng)籌考慮，合理銜接；③井下開采的開拓系統(tǒng)在基建施工過程中，盡量利用礦山現(xiàn)有工程，避免重復(fù)建設(shè)；④推薦開拓運(yùn)輸方案，工程量要少，以減少投資。施工要方便，基建期要短。

敦德鐵礦采取分期開采方式，一期開采3912m以上礦體，一期延續(xù)開采3912m～3850m之間礦體，二期開采3850m～3788m之間礦體，按礦山開采計(jì)劃，兩年后轉(zhuǎn)入一期延續(xù)開采。根據(jù)礦區(qū)地形條件以及礦石流向，敦德鐵礦井下開采在技術(shù)可行的前提下對3850m階段和3788m階段開采分別進(jìn)行了開拓運(yùn)輸方案的選擇。

4.1.1 一期延續(xù)開拓系統(tǒng)

按設(shè)計(jì)委托要求，一期延續(xù)生產(chǎn)與二期基建施工盡量避免相互干擾，設(shè)計(jì)在此前提下，充分利用現(xiàn)有開拓工程，確定一期延續(xù)開拓采用平硐溜井開拓系統(tǒng)，利用東側(cè)3912m平硐作為進(jìn)風(fēng)平硐，利用西側(cè)3920m平硐作為回風(fēng)平硐，利用二期3850m平硐作為運(yùn)輸平硐，利用已形成的3912m～3850m采區(qū)斜坡道作為設(shè)備進(jìn)出井下通道。

階段運(yùn)輸采用無軌運(yùn)輸方式，井下采場礦巖通過采區(qū)溜井下放3850m運(yùn)輸水平，在3850m運(yùn)輸巷道內(nèi)由溜井振動(dòng)放礦機(jī)裝入20t自卸卡車內(nèi)，通過3850m主運(yùn)平硐運(yùn)出地表，再經(jīng)3850m～3788m地表運(yùn)輸?shù)缆愤\(yùn)至3788m工業(yè)場地破碎車間。人員、設(shè)備及材料等均由3850m平硐和3912m～3850m現(xiàn)有采區(qū)斜坡道進(jìn)入采場。

井下通風(fēng)系統(tǒng)采用壓抽結(jié)合的對角式主扇通風(fēng)系統(tǒng)，過渡期通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，利用3912m平硐作為進(jìn)風(fēng)平硐，利用3920m平硐作為回風(fēng)平硐，利用現(xiàn)有二期盲東風(fēng)井作為3850m運(yùn)輸水平進(jìn)風(fēng)井，利用二期盲西風(fēng)井作為3850m運(yùn)輸水平回風(fēng)井，采場和運(yùn)輸水平分區(qū)通風(fēng)。

井下排水采用自流排水，采場涌水和井下生產(chǎn)廢水由采區(qū)泄水井泄至3850m水平運(yùn)輸巷道水溝內(nèi)，再通過水溝匯集到3850m平硐的沉淀池內(nèi)，污水經(jīng)沉淀處理后再由管道輸送到選場和地表灑水、綠化使用，多余水量凈化處理并符合排放標(biāo)準(zhǔn)后可通過平硐自流排出地表。采場設(shè)備和鏟運(yùn)機(jī)、中深孔鑿巖臺車等采場無軌設(shè)備通過3850m進(jìn)風(fēng)平硐和采區(qū)斜坡道進(jìn)入采場，目前3850m進(jìn)風(fēng)平硐和采區(qū)斜坡道已形成，采區(qū)斜坡道坡度為15%，由于同行設(shè)備未變，因此采區(qū)斜坡道本次設(shè)計(jì)不需要調(diào)整。

4.1.2 二期開拓系統(tǒng)的選擇

中冶北方于2011年完成了《敦德鐵礦采選設(shè)計(jì)技術(shù)咨詢報(bào)告》，報(bào)告中對于礦山3788m階段開拓系統(tǒng)做過兩個(gè)開拓方案的比較，一是平硐溜井—斜坡道開拓方案，二是平硐豎井方案。方案一是利用現(xiàn)有3788m探礦平硐作為二期開采運(yùn)輸平硐，利用主溜井將礦石下放到3568m倒運(yùn)平硐，經(jīng)平硐運(yùn)到平硐口外的破碎系統(tǒng)或礦石倉。該方案優(yōu)點(diǎn)是能夠充分利用現(xiàn)有工程，重力放礦大大節(jié)省經(jīng)營費(fèi)用，礦石運(yùn)輸便利，節(jié)省了平硐之間的地表汽車運(yùn)輸，利于坑內(nèi)開采涌水的自流排水。

該方案缺點(diǎn)是前期平硐工程量大，先期投資較多。方案二是采用豎井將井下3568m階段開采礦石提升至3788m平硐倒裝運(yùn)輸，該方案優(yōu)點(diǎn)是工程量略少，缺點(diǎn)是環(huán)境惡劣，豎井施工非常困難，地表運(yùn)輸距離增加，平硐以下開采需建排水系統(tǒng)，礦山經(jīng)營費(fèi)高，生產(chǎn)運(yùn)輸環(huán)節(jié)多，3788m平硐口外工業(yè)場地小。上述兩個(gè)方案經(jīng)與礦山多次結(jié)合，雙方一致認(rèn)同方案一，設(shè)計(jì)最終推薦采用平硐溜井—斜坡道聯(lián)合開拓方案。二期開拓系統(tǒng)詳見中冶北方工程技術(shù)有限公司2017年7月完成的《巴州敦德礦業(yè)有限責(zé)任公司敦德鐵礦二期采礦工程可行性研究報(bào)告》。

二期初設(shè)范圍為3912m～3788m，設(shè)計(jì)規(guī)模為450萬t/a，服務(wù)期10年，采用平硐溜井開拓，3788m設(shè)運(yùn)輸水平，3912m設(shè)回風(fēng)水平，3850m設(shè)進(jìn)風(fēng)水平，3568m設(shè)倒運(yùn)平硐，采礦方法為無底柱分段崩落法，分段高度15.5m，進(jìn)路間距18m，出礦設(shè)備采用6m3電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)，鑿巖設(shè)備為鑿巖設(shè)備為Simba1354鑿巖臺車。井下運(yùn)輸為有軌運(yùn)輸，3788m運(yùn)輸水平采用14t電機(jī)車雙機(jī)牽引6m3礦車運(yùn)礦，3568m倒運(yùn)平硐采用20t電機(jī)車雙機(jī)牽引10m3礦車運(yùn)礦。二期井下通風(fēng)采用兩翼對角式通風(fēng)系統(tǒng)，新鮮風(fēng)流由3850m兩條進(jìn)風(fēng)平硐進(jìn)入井下，經(jīng)盲中央進(jìn)風(fēng)井到達(dá)3803.5m專用進(jìn)風(fēng)水平，再由礦體中部的兩條采區(qū)進(jìn)風(fēng)井進(jìn)入采場，沖洗工作面的污風(fēng)由礦體兩端的采區(qū)回風(fēng)井排至3912m和3920m回風(fēng)平硐到達(dá)地表。

井下排水均采用平硐自流排水方式，由泄水井經(jīng)運(yùn)輸巷道水溝匯集至井下水處理設(shè)施處理后再利用或達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排棄。采場設(shè)備由3850m平硐進(jìn)入井下，經(jīng)采區(qū)斜坡道到達(dá)采場，人員、材料由3788m平硐和采區(qū)電梯井進(jìn)入采場工作面，也可以由無軌設(shè)備經(jīng)采區(qū)斜坡道進(jìn)入分段作業(yè)面。

4.2 一期延續(xù)與二期銜接

一期延續(xù)工程規(guī)模150萬t/a，開采范圍為3912m～3850m，服務(wù)13年，開拓采用平硐溜井開拓，運(yùn)輸水平設(shè)在3850m，回風(fēng)水平設(shè)在3912m。主要開拓工程包括：3850m運(yùn)輸平硐、3912m回風(fēng)平硐、3920m回風(fēng)平硐、東盲風(fēng)井1條、西盲風(fēng)井1條、采區(qū)進(jìn)風(fēng)井1條、采區(qū)回風(fēng)井1條、采區(qū)斜坡道1條、采區(qū)管纜井1條。一期延續(xù)屬于一期接續(xù)工程，當(dāng)二期基建完成時(shí)，一期延續(xù)結(jié)束同時(shí)轉(zhuǎn)入二期生產(chǎn)。

二期開拓工程規(guī)模450萬t/a，開拓采用平硐溜井開拓，運(yùn)輸平硐和運(yùn)輸水平設(shè)在3788m，回風(fēng)水平設(shè)在3912m，3850m設(shè)進(jìn)風(fēng)水平，3568m設(shè)倒運(yùn)平硐，設(shè)東盲風(fēng)井1條、西盲風(fēng)井1條、采區(qū)進(jìn)風(fēng)井1條、采區(qū)回風(fēng)井1條、采區(qū)斜坡道1條、采區(qū)管纜井1條。

在布置一期延續(xù)開拓工程時(shí)，盡量利用二期開拓工程，3850m運(yùn)輸平硐在二期開拓時(shí)用作進(jìn)風(fēng)平硐，3912m回風(fēng)平硐在二期開拓時(shí)作為回風(fēng)平硐，3920m回風(fēng)平硐在二期開拓時(shí)仍作為回風(fēng)平硐，東盲風(fēng)井在二期開拓時(shí)作為回風(fēng)井，西盲風(fēng)井在二期開拓時(shí)作為回風(fēng)井。上述一期延續(xù)工程與二期有共用時(shí)，按同時(shí)滿足兩期開拓要求設(shè)計(jì)。