大青溝鐵礦淺埋緩傾斜礦體安全開采方法研究

鄭建明

（吉林化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院，吉林吉林 132022）

0 引言

礦山開采對(duì)于環(huán)境的影響較大，尤其是露天開采對(duì)地表會(huì)造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞，露天開采直接對(duì)地形地貌造成巨大破壞。地下開采可以最大坑內(nèi)減小對(duì)地表的破壞性影響，但不同采礦方法其影響也有區(qū)別，如充填法開采對(duì)地表的破壞就比較小，幾乎不會(huì)對(duì)地表造成影響；采用空?qǐng)龇ㄩ_采時(shí)，尤其是對(duì)采空區(qū)不進(jìn)行充填處理時(shí)，勢(shì)必對(duì)地表造成影響，一般情況下會(huì)造成巖石移動(dòng)，開采厚大礦體時(shí)還可能造成塌陷，尤其是緩傾斜的厚大礦體。采用崩落法開采時(shí)，就一定會(huì)造成地表塌陷，其對(duì)地貌的破壞性不亞于露天開采。

為此，對(duì)于近地表礦體而言，除了要考慮未來對(duì)于環(huán)境的影響，還需要考慮如何實(shí)現(xiàn)安全開采。

1 礦床特征

大青溝鐵礦共發(fā)現(xiàn)三條礦體，均為磁鐵礦體。其中Ⅰ號(hào)礦體規(guī)模最大，Ⅰ-1和Ⅱ號(hào)礦體規(guī)模很小，礦體地表控制長(zhǎng)度為320m，礦體深部控制長(zhǎng)度為430m，控制斜深35～50m，礦體的規(guī)模屬于小型（沿走向長(zhǎng)度小于500m）。礦體控制最低標(biāo)高為996m，最高標(biāo)高為1105.5m?？傮w走向近北西方向，礦體形態(tài)為似層狀。礦體有分枝復(fù)合現(xiàn)象。礦體均向南西傾斜，傾向225°～295°，傾角在32°～40°之間變化，最大為51°。礦體厚度在0.83～7.21m之間變化，平均厚度為4.48m，厚度變化系數(shù)為Vm=60.4%，在礦體形態(tài)復(fù)雜程度方面屬于厚度變化中等（Vm=50%～100%）。礦床平均品位為29.02%，最高品位為34.35%，最低品位為20.15%，品位變化系數(shù)（單樣計(jì)算）Vc=11.9%，有用組份分布達(dá)到均勻程度（Vc＜50%）。估算資源/儲(chǔ)量（122b+333）為433.24千t。

Ⅰ-1號(hào)礦體控制及推斷長(zhǎng)130m，礦體傾向延深較小，推斷斜深23m，產(chǎn)狀基本同Ⅰ號(hào)礦體。TFe平均品位為32.03%。估算333資源量為17.09千t。

Ⅱ號(hào)礦體由地表單工程控制，推斷礦體長(zhǎng)100m，推斷礦體傾斜延深50m。單槽控制厚度1.93m。TFe平均品位在27.15%～32.8%之間變化，平均品位30.92%。走向?yàn)楸蔽?，傾向南西245°左右，傾角36°，礦體為似層狀。估算333資源量為18.27千t。

2 開發(fā)方案簡(jiǎn)述

設(shè)計(jì)為地下開采，開采標(biāo)高為1080～996m，經(jīng)過評(píng)審備案的I號(hào)礦體。根據(jù)采礦許可證生產(chǎn)規(guī)模、礦床賦存條件和開采技術(shù)條件，礦山建設(shè)規(guī)模為6×104t/a，礦山服務(wù)年限為6.2年，最終產(chǎn)品為鐵礦石。開采方式為地下開采，采礦方法為留礦全面法和干式充填法。

礦床采用斜坡道開拓，中段選用無軌汽車運(yùn)輸?shù)V巖石，機(jī)械抽出式通風(fēng)，對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)。

斜坡道位于礦區(qū)東南側(cè)，坑口標(biāo)高1060m，凈斷面9.86m2，斜坡道內(nèi)直線段每隔30～50m設(shè)躲避硐，曲線段每隔10～15m設(shè)躲避硐，躲避硐規(guī)格1m×1m×1.9m?；仫L(fēng)平硐硐口標(biāo)高1080m，凈斷面5.44m2。

坑內(nèi)運(yùn)輸設(shè)備選用UQ-8礦用卡車，線路曲線半徑為20m（卡車最小轉(zhuǎn)彎半徑8m），礦石、廢石運(yùn)至地表后，在坑口堆場(chǎng)臨時(shí)堆存。

采用循環(huán)煙氣焙燒的方法，可以提高鉬錸的收率，也提高產(chǎn)品質(zhì)量，還可以獲得高濃度的SO2煙氣直接送去制硫酸，這是可以解釋清楚的。例如這一爐輝鉬礦需要5次循環(huán)煙氣焙燒才能完成，那么前4次獲得的SO2煙氣都是高濃度的，只有最后一次才是低濃度的SO2煙氣，這5次煙氣混合起來肯定可以用于制硫酸。如果是2～3臺(tái)以上的焙燒爐，錯(cuò)開作業(yè)，通過混合罐調(diào)節(jié)，就可以連續(xù)用于制硫酸。所以采用循環(huán)煙氣焙燒鉬精礦，是提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高鉬錸回收率約100%、還可以用自己的焙燒煙氣制硫酸的很好方案。

中段劃分為1080m、1060m、1030m和996m四個(gè)中段，其中1080m為回風(fēng)中段，風(fēng)機(jī)設(shè)置于1080m平硐內(nèi)。

采用機(jī)械排水，在996m中段斜坡道聯(lián)絡(luò)道附近分別設(shè)水倉和泵站，水倉容積為200m3，坑內(nèi)涌水排至斜坡道1060m中段分岔處的高位水池。

3 開采順序合理性分析

設(shè)計(jì)礦床自上而下分中段開采，中段內(nèi)采用自遠(yuǎn)而近后退式開采。多中段作業(yè)時(shí)，上中段作業(yè)面應(yīng)位于下中段作業(yè)面錯(cuò)動(dòng)界限20m外。

新鮮風(fēng)流由斜坡道進(jìn)入，經(jīng)過生產(chǎn)中段運(yùn)輸巷道→礦塊運(yùn)人行通風(fēng)天井進(jìn)入采場(chǎng)，污風(fēng)由另一側(cè)礦塊人行天井進(jìn)入上中段回風(fēng)巷道，經(jīng)過端部回風(fēng)井→回風(fēng)平硐，排至地表。在中段運(yùn)輸巷道端部設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)門，即可調(diào)節(jié)生產(chǎn)中段的入風(fēng)量，另通過在合適位置設(shè)置普通風(fēng)門，可以保證新風(fēng)和污風(fēng)不會(huì)混流。結(jié)合目前省內(nèi)金屬非金屬礦山的開拓方式及回采方式進(jìn)行類比分析，設(shè)計(jì)開采順序合理可靠，能夠滿足安全生產(chǎn)的需要。

4 采場(chǎng)支護(hù)方式及支護(hù)參數(shù)

采場(chǎng)一般不需支護(hù)，對(duì)局部不穩(wěn)固地段，可采用錨桿或錨網(wǎng)支護(hù)，以確保采場(chǎng)（鑿巖巷）穩(wěn)固與安全。由于工程地質(zhì)巖組為軟質(zhì)巖-堅(jiān)硬巖薄層狀結(jié)構(gòu)，巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，礦山實(shí)際生產(chǎn)時(shí)根據(jù)采場(chǎng)頂板穩(wěn)固程度進(jìn)行支護(hù)。選用的分段空?qǐng)龇ǖV塊內(nèi)自上而下開采，頂板不穩(wěn)固時(shí)，回采分層（段）結(jié)束后及時(shí)對(duì)頂板進(jìn)行錨桿或錨網(wǎng)支護(hù)。

5 回采工藝

5.1 留礦全面法

主要有下盤脈外運(yùn)輸巷道、穿脈巷道，礦塊天井（上山）、聯(lián)絡(luò)道、切割平巷、漏斗、裝礦巷道等。設(shè)計(jì)礦塊沿礦體走向布置，在水平距礦體下盤6～8m遠(yuǎn)處，掘進(jìn)脈外運(yùn)輸巷道。每隔40～50m從脈外運(yùn)輸巷道向礦體打穿脈巷道，穿脈超出礦體上盤2m為宜。在礦房?jī)蓚?cè)間柱內(nèi)沿礦體下盤掘進(jìn)礦塊天井（上山），斷面尺寸1.8m×1.5m，與上中段連通。在間柱中每隔3m掘進(jìn)一條長(zhǎng)約2m，斷面尺寸1.8m×1.5m的聯(lián)絡(luò)道連通采場(chǎng)。沿脈外運(yùn)輸巷道每隔6～8m設(shè)裝礦巷道及漏斗。

回采工作從切割平巷開始，在礦堆上鑿巖自下而上推進(jìn)，每個(gè)礦塊采用1臺(tái)YSP-45型鑿巖機(jī)淺孔落礦，炮孔呈“之”型布置，孔深1.8～2.0m，排距0.6～0.8m，孔距0.8～1.0m，爆破采用2#巖石乳化炸藥，毫秒導(dǎo)爆管雷管起爆。采場(chǎng)內(nèi)采用人工平場(chǎng)，電耙扒礦，礦石經(jīng)漏斗下溜至裝礦巷道，然后由扒渣機(jī)裝入礦用卡車。每次放出礦量，要保證下一采礦作業(yè)循環(huán)安全操作所需高度，高度不大于2m。隨回采工作面推進(jìn)電耙向上部聯(lián)絡(luò)道內(nèi)上移。礦房回采結(jié)束后利用電耙進(jìn)行大量放礦，隨礦堆高度的下降下移電耙。

留設(shè)礦柱不予回收，空區(qū)進(jìn)行嗣后充填，并封閉處理。

5.2 干式充填法

當(dāng)?shù)V體品位較高時(shí)，礦塊底部采用鋼筋混凝土假底，鋼筋網(wǎng)主筋采用直徑16mm的螺紋鋼，副筋采用直徑12mm的螺紋鋼，鋼筋網(wǎng)度為200mm×200mm，與錨桿焊接。混凝土澆筑厚度一般不小于500～800mm，礦體厚度大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加厚，同時(shí)鋼筋網(wǎng)加層。錨桿錨固端，應(yīng)打入堅(jiān)硬巖層內(nèi)，并根據(jù)拉力試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，調(diào)整錨桿錨固深度。鋼筋混凝土假底垂直礦體方向，根據(jù)礦體上、下盤圍巖穩(wěn)固情況，嵌入礦體上、下盤圍巖內(nèi)500～1000mm。做假底之前，在底部鋪500mm以上碎石爆破緩沖墊層。

在礦體下盤10m外掘進(jìn)脈外運(yùn)輸巷道，一般不支護(hù)、不穩(wěn)固區(qū)段采用噴混凝土或鋼支架支護(hù)。在脈外運(yùn)輸巷道內(nèi)，每隔40～50m，垂直礦體走向掘進(jìn)穿脈巷道控制礦體，穿脈巷道穿過礦體1m左右為宜，一般不支護(hù)、不穩(wěn)固區(qū)段采用錨桿或錨網(wǎng)支護(hù)。在穿脈巷道內(nèi)，靠近礦體掘進(jìn)人行通風(fēng)天井，與上中段穿脈巷道連接。另在脈外運(yùn)輸巷道，每隔10～15m布置1條進(jìn)路與礦體連通，其中靠近礦房?jī)蓚?cè)的進(jìn)路作裝礦進(jìn)路，位于中間的進(jìn)路作為下中段充填進(jìn)路。在裝礦進(jìn)路端部，設(shè)溜礦井與礦體頂板根部連接，溜井可根據(jù)采用礦體厚度（礦石量大?。O(shè)置一條或兩條，設(shè)置一條時(shí)與上部充填井錯(cuò)開5m以上，溜礦井全部采用采用鋼結(jié)構(gòu)，用厚3mm鋼板圍成，鋼溜井直徑800mm。在每個(gè)溜井底部設(shè)有木漏斗。另在拉底空間中部掘進(jìn)下盤充填井與上中段充填進(jìn)路連接。當(dāng)?shù)V體傾角較小時(shí)，在拉底空間中部向下盤掘進(jìn)充填聯(lián)絡(luò)道使充填井傾角達(dá)到50°，然后與上中段充填進(jìn)路連接。

切割工程包括切割平巷，在采場(chǎng)天井礦房底部掘進(jìn)一條切割平巷與溜礦井相通，利用溜礦井出礦，將底部擴(kuò)大至礦房邊界，拉底結(jié)束后，在拉底巷道上鋪一層廢膠墊。

回采工作包括鑿巖、爆破、通風(fēng)、撬頂、出礦、充填及平場(chǎng)等工序。回采工作切割平巷開始，自下而上分層回采，由采場(chǎng)一側(cè)向另一側(cè)推進(jìn)。設(shè)計(jì)分層高度1.8～2m，采用YSP-45鑿巖機(jī)淺孔落礦，炮孔呈“之”型或梅花形布置，排間距為0.6～0.8m，孔間距0.8～1.0m。

由于礦石較破碎，設(shè)計(jì)采場(chǎng)采用光面爆破，2#巖石乳化炸藥，人工裝藥，毫秒導(dǎo)崩落礦石塊度大于350mm視為大塊，在采場(chǎng)內(nèi)二次爆破破碎。在落礦前，為減少礦石損失、貧化，在廢石上鋪一層廢膠墊。

回采與充填工作交替進(jìn)行，每采完一層礦石由溜井全部放出，清理后即可進(jìn)行充填工作。充填料來自坑內(nèi)所產(chǎn)廢石，充填后作業(yè)面凈高保持安全的作業(yè)空間。

礦山在生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)圍巖穩(wěn)固情況適當(dāng)調(diào)整礦房結(jié)構(gòu)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)頂板或兩幫不穩(wěn)固時(shí)，可采用臨時(shí)木柱（或鋼柱）支護(hù)，以保證采場(chǎng)作業(yè)人員不受冒頂片幫威脅。

礦房頂、底、間柱均不予回收，連接空區(qū)的巷道必須全部采用漿砌石或漿砌磚封閉處理并留設(shè)泄水孔，處理完畢的空區(qū)及撤柱后的巷道嚴(yán)禁人員進(jìn)入，可以有效控制巖移及地壓，安全性好，對(duì)后續(xù)開采無影響。

6 結(jié)論

（1）采用的采礦方法能夠滿足礦山生產(chǎn)規(guī)模要求。

（2）采用的嗣后充填與干式充填工藝滿足安全生產(chǎn)與地表巖移控制要求。

（3）為類似礦山提供了借鑒。