和睦山鐵礦最終水平開采技術(shù)研究

朱文龍 李國(guó)平

（安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)姑山礦業(yè)有限公司）

和睦山鐵礦后和睦山礦段應(yīng)用無(wú)底柱崩落與誘導(dǎo)冒落相結(jié)合的采礦方法［1-4］，目前已回采至-275，-287.5 m分段，采準(zhǔn)工作已基本施工完畢。由于后和睦山礦段自-250 m分段以下東、西端部礦體逐漸萎縮，上盤礦體傾角逐漸增大且中間礦體紅礦增多，礦體的賦存狀態(tài)更加復(fù)雜，對(duì)礦石回采有一定影響。特別是-300 m分段是最后一個(gè)回采分段，礦體位于和睦山鐵礦-300 m水平運(yùn)輸大巷（實(shí)際標(biāo)高-296 m）附近，最終水平的回采有一定難度。

針對(duì)后和睦山礦段最終水平的礦石回采，對(duì)-300 m分段礦體賦存狀態(tài)、地壓活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究，確定合理的開采方案，確保開采工作安全高效。

1 礦體賦存狀況研究

和睦山鐵礦早期地質(zhì)資料不夠充分，部分勘探數(shù)據(jù)無(wú)法準(zhǔn)確反映后和睦山礦段礦體的變化情況。歸集、分析后和睦山礦段已采分段的回采情況與礦體賦存狀態(tài)［5-7］，在現(xiàn)有地質(zhì)資料的基礎(chǔ)之上，結(jié)合實(shí)際回采情況，修正后和睦山礦段的勘探剖面圖（圖1）。

根據(jù)修正后的地質(zhì)剖面圖，后和睦山礦段-250 m以下礦體的賦存狀況主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

（1）后和睦山-250 m及其以下水平位于16~17勘探線，上盤局部礦體呈現(xiàn)凸出體形狀，增加了采準(zhǔn)布置及礦石回采難度。

（2）根據(jù)17~18勘探線剖面圖，后和睦山-250 m及其以下水平上盤礦體傾角逐漸增大，且赤鐵礦侵入較多，導(dǎo)致中部可利用礦體逐漸縮小。目前已揭露最大礦體厚度為-250 m分段63 m，-262.5 m分段48 m，-275 m分段35 m，-287.5 m分段27 m。

（3）后和睦山-250 m以下東、西端部礦體逐漸尖滅，無(wú)法垂直礦體走向布置進(jìn)路，極大程度降底端部礦體的礦石回收率。

綜合分析修正后的地質(zhì)剖面圖，根據(jù)后和睦山礦段-250 m以下礦體的賦存特點(diǎn)，圈定-300 m分段礦體界限，為-300 m水平礦段開采提供指導(dǎo)。

2 上、下盤地壓分布規(guī)律研究

2.1 上盤地壓分布規(guī)律

后和睦山礦體頂板圍巖向上依次為周沖村組灰?guī)r、泥灰?guī)r、黃馬青組砂、頁(yè)巖。-250 m水平以下靠近上盤礦體逐漸過(guò)渡為赤鐵礦，近礦圍巖主要是閃長(zhǎng)玢巖，遠(yuǎn)礦圍巖主要是完整的閃長(zhǎng)巖。根據(jù)和睦山鐵礦地質(zhì)資料，上盤礦巖的物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

后和睦山礦段-250 m水平以下礦體傾角為50°~65°，屬傾斜礦體，隨著采深的不斷增加，上盤圍巖將呈現(xiàn)出一個(gè)倒三角形狀的楔形體［8-10］，簡(jiǎn)化后其形態(tài)如圖2所示。

考慮后和睦山礦段已回采至-300 m水平，忽略上部采空區(qū)散體的支撐作用，楔形體作用于后和睦山最終水平上盤礦巖單位長(zhǎng)度的附加力ΔT可表示為

式中，H為巷道頂板埋深，300 m；γ為上覆巖層容重，26.05 kN/m3；α為礦體上盤傾角，58°；λ為應(yīng)力集中系數(shù)，0.1。

美國(guó)對(duì)相關(guān)國(guó)家進(jìn)口伊朗石油的“豁免”變相解救了伊朗。美國(guó)國(guó)務(wù)卿蓬佩奧宣布，美國(guó)給予8個(gè)國(guó)家伊朗制裁豁免權(quán)，允許他們繼續(xù)進(jìn)口伊朗石油。由此，伊朗在制裁期間的石油出口量預(yù)計(jì)能夠達(dá)到100萬(wàn)桶/日。這樣的出口量于伊朗而言，把日子過(guò)下去是毫無(wú)問(wèn)題的。

經(jīng)計(jì)算，ΔT=73.26 MPa。在上述計(jì)算的附加力作用下，若后和睦山礦段-300 m分段上盤沿脈運(yùn)輸巷道布置于近礦圍巖位置，巷道開挖之后都會(huì)發(fā)生變形，由于上盤礦體赤鐵礦與粉狀磁鐵礦界限無(wú)法明確圈定。且上盤運(yùn)輸巷道需保留至該分段礦石回采結(jié)束，因此，上盤運(yùn)輸巷道需在遠(yuǎn)礦圍巖位置進(jìn)行開拓。結(jié)合后和睦山礦段-200 m以上分段外脈巷道的變形狀況及施工經(jīng)驗(yàn)，上盤運(yùn)輸巷道需布置于上盤礦體界限外5.0~8.0 m。

2.2 下盤地壓分布規(guī)律

后和睦山礦體底板圍巖依次為灰?guī)r、大理巖、閃長(zhǎng)巖，底板以下有一層半堅(jiān)硬為主、少量軟弱的巖層，其厚度為5.83~6.2 m，該層以下即為新鮮、堅(jiān)硬、完整的閃長(zhǎng)巖，屬堅(jiān)硬、穩(wěn)定級(jí)。下盤近礦圍巖蝕變閃長(zhǎng)玢巖，內(nèi)含蒙脫石等黏土類礦物，遇水易崩解，遠(yuǎn)礦圍巖主要是完整閃長(zhǎng)巖。根據(jù)和睦山鐵礦地質(zhì)資料，下盤礦巖的物理力學(xué)性質(zhì)見表2。

?

后和睦山礦段深部沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的構(gòu)造應(yīng)力跡象，可認(rèn)為開拓工程主要受重力場(chǎng)作用。以后和睦山礦段埋深300 m巷道為例，下盤圍巖主要為頁(yè)巖、灰?guī)r，容重為28.1 kN/m3。在重力場(chǎng)作用下，巷道表層圍巖的受力狀態(tài)見圖3［11-12］。

頂板圍巖主要受到水平壓力T的作用，兩幫圍巖主要受到垂直壓力R的作用。根據(jù)力系平衡原理，可得關(guān)系式

整理得

式中，T為巷道頂板圍巖所受水平壓應(yīng)力，kN/m2；R為巷道兩幫圍巖所受垂直壓應(yīng)力，kN/m2；h為巷道高度，3.5 m；l為巷道寬度的一半，2.0 m；q為垂直壓應(yīng)力，q=γH，其中，γ為上覆巖層容重，28.1 kN/m3；H為巷道頂板埋深，300 m。

經(jīng)計(jì)算，R=16.86 MPa，T=4.82 MPa。

兩幫的垂直壓應(yīng)力已經(jīng)超過(guò)后和睦山礦段-300 m分段下盤近礦圍巖的平均抗壓強(qiáng)度，因此后和睦山礦段最終水平靠近下盤的沿脈巷道應(yīng)布置在遠(yuǎn)礦圍巖區(qū)域，結(jié)合回采經(jīng)驗(yàn)，下盤運(yùn)輸巷道需布置于下盤礦體界限外8.0~12 m。

3 最終水平開采方案

后和睦山礦段最終水平采礦方法沿用無(wú)底柱分段崩落法［13-15］，階段高度為12.5 m，沿脈運(yùn)輸巷道為4.0 m×3.5 m（寬×高）的三心拱形，回采進(jìn)路為3.7 m×3.5 m（寬×高）的三心拱形，回采進(jìn)路垂直礦體走向布置。采用無(wú)軌電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行出礦，經(jīng)過(guò)格篩倒入主溜井。

根據(jù)后和睦山礦段-300 m分段礦體賦存狀況及上、下盤應(yīng)力分布規(guī)律，制定后和睦山礦段-300 m分段采準(zhǔn)設(shè)計(jì)及回采方案。

3.1 上盤運(yùn)輸、下盤回采

結(jié)合上盤地壓分布規(guī)律分析結(jié)果，上盤運(yùn)輸巷道需布置在遠(yuǎn)礦圍巖區(qū)域，布置于上盤礦體界限外5~8 m處（圖4）。其他采準(zhǔn)設(shè)施布置如下。

（1）采準(zhǔn)巷道。由-287.5 m平巷掘進(jìn)斜坡道至-300 m水平，然后通過(guò)3#回采進(jìn)路掘進(jìn)上盤運(yùn)輸巷道，貫通進(jìn)路后，由下盤往上盤退采。

（2）采區(qū)出礦。斜坡道開口處貫通1#主溜井，礦石由鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)至主溜井，由振動(dòng)放礦機(jī)放至-300 m礦車。

（3）采區(qū)通風(fēng)。新鮮風(fēng)流由13#進(jìn)路與-300 m運(yùn)輸巷道貫通處進(jìn)入，循環(huán)采區(qū)后由斜坡道出去。

（4）采區(qū)排水。在13#進(jìn)路與-300 m運(yùn)輸巷道貫通處設(shè)置水倉(cāng)，采區(qū)積水進(jìn)入水倉(cāng)，由水泵抽送至-300 m水溝。

3.2 下盤運(yùn)輸、上盤回采

結(jié)合下盤地壓分布規(guī)律分析結(jié)果，下盤運(yùn)輸巷道需布置在遠(yuǎn)礦圍巖區(qū)域，即下盤礦體界限外8~12 m處（圖5）。其他采準(zhǔn)設(shè)施布置如下。

（1）采準(zhǔn)巷道。由-287.5 m平巷掘進(jìn)斜坡道至-300 m水平，沿礦體外側(cè)10 m處掘進(jìn)下盤運(yùn)輸巷道，貫通進(jìn)路后，由上盤往下盤退采。

（2）采區(qū)出礦。斜坡道開口處貫通1#主溜井，礦石由鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)至主溜井，由振動(dòng)放礦機(jī)放至-300 m礦車。

（3）采區(qū)通風(fēng)。新鮮風(fēng)流由13#進(jìn)路與-300 m運(yùn)輸巷道貫通處進(jìn)入，循環(huán)采區(qū)后由斜坡道出去。

（4）采區(qū)排水。在13#進(jìn)路與-300 m運(yùn)輸巷道貫通處設(shè)置水倉(cāng)，采區(qū)積水進(jìn)入水倉(cāng)，由水泵抽送至-300 m水溝。

3.3 方案選擇

針對(duì)以上2種開采方案，通過(guò)礦石回采、出礦、通風(fēng)及排水等方面的對(duì)比分析，方案1上盤運(yùn)輸巷道位于礦體附近，受楔形地壓影響，巷道穩(wěn)定性較差且礦石難以充分回收。斜坡道與上盤運(yùn)輸巷道由進(jìn)路貫通，服務(wù)期限較長(zhǎng)，后期維護(hù)困難。方案2中下盤運(yùn)輸巷道布置在礦體外側(cè)10 m處，巷道穩(wěn)固性相對(duì)較好。由于下盤礦石相對(duì)于上盤儲(chǔ)量較多，該方案由上盤往下盤退采，可較好地回收下盤礦石。

綜上所述，結(jié)合安全、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等相關(guān)因素，最終確定下盤運(yùn)輸、上盤回采作為后和睦山礦段最終水平的回采設(shè)計(jì)方案。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)后和睦山-250 m以下礦體賦存狀況較為復(fù)雜，以及-300 m水平礦體的回采難度較大的問(wèn)題，通過(guò)修正后和睦山礦段勘探剖面圖，研究、分析后和睦山礦體上、下盤圍巖地壓的分布規(guī)律，確定下盤運(yùn)輸、上盤回采的開采方案，極大程度地保障了后和睦山礦段最終水平礦石的安全高效回采，延長(zhǎng)了后和睦山礦段的回采期限。