某礦山采礦方法優(yōu)化選擇和應(yīng)用

安東亮，丁文俊,，靳西傳

（1.云南德成規(guī)劃設(shè)計有限公司；2.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院）

隨著礦山開采的智能化，自動化，機(jī)械化不斷發(fā)展，礦業(yè)之間的競爭日趨激烈，因此采礦方法的選擇顯得尤為重要，許多學(xué)者也對此進(jìn)行深入的研究[1，2]，并取得了極大的進(jìn)展和突破。以某鐵礦為例，該礦體賦存條件復(fù)雜多變，對于礦石采出品位要求很高，平均品位要求大于35%，而礦石地質(zhì)品位僅有38.85%。礦山原使用淺孔落礦的房柱法開采，難以適應(yīng)傾斜、急傾斜～中厚、厚礦體賦存條件，存在生產(chǎn)效率低，工作強(qiáng)度大等突出問題，急需對采礦方法和工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

1 礦山概況

某鐵礦體為傾斜～急傾斜礦體，采用平硐+斜井（輔助斜坡道）開拓，礦體沿走向長約1100m，傾向延伸較深。礦體復(fù)雜多變，平均傾角約62°；礦體平均厚度約為20.26m左右。礦石穩(wěn)固，圍巖中等穩(wěn)固，埋藏深（≥570m），品位低（38.85%），為復(fù)雜難采貧鐵礦床，雖然目前對傾斜、急傾斜～中厚、厚礦體的研究很多，且取得了許多顯著的成果，但仍然無法滿足復(fù)雜難礦體的開采需求。

2 開采存在的問題

初步設(shè)計和變更設(shè)計中，先后選用了淺孔留礦法、房柱采礦法、無底部結(jié)構(gòu)分段空場法、階段礦房法，有（無）底柱階段崩落法、無底柱分段崩落法等?，F(xiàn)用點(diǎn)柱式房柱法+階段礦房法，采用淺孔鑿巖，鏟運(yùn)機(jī)出礦。由于礦體復(fù)雜難采，原有采礦方法均存在生產(chǎn)效率低、勞動強(qiáng)度大等問題，隨著開采深度的增大，地壓顯現(xiàn)較為明顯，急需研究開發(fā)低損失貧化、低成本、低風(fēng)險、高效率的采礦方法和工藝。

3 采礦方法選擇

3.1 采礦方法初選

急傾斜（>50°）厚（15m～50m）礦體可能采用的采礦方法為：分段礦房法、分段崩落法和上向分層充填法；傾斜厚和極厚（>50m）礦體可能采用的采礦方法為：分段礦房法、分段崩落法和上向分層充填法。

急傾斜中厚（5m～15m）礦體可能采用的采礦方法為：留礦法、留礦采礦嗣后充填法、分段礦房法（分段空場嗣后充填）、上向分層充填法和無底柱分段崩落法；傾斜中厚礦體可能采用的采礦方法為：有底柱分段崩落法、上向分層充填法。

急傾斜薄礦體（<5m）可能采用的采礦方法為：留礦法，分段、階段礦房法。

基于礦床地質(zhì)條件和開采技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，結(jié)合設(shè)計規(guī)范，以及礦山采礦方法的應(yīng)用情況，適合的采礦方法為無底柱分段崩落法、分段礦房法和淺孔留礦法，具體細(xì)分為：

（1）傾斜～急傾斜厚礦體：根據(jù)礦體產(chǎn)狀統(tǒng)計和巖體穩(wěn)定性分級，主要為傾斜～急傾斜厚礦體，礦石穩(wěn)固，上、下盤圍巖較穩(wěn)固，適宜采用無底柱分段崩落法或分段礦房法。

（2）傾斜～急傾斜中厚礦體,礦石穩(wěn)固，上、下盤圍巖較穩(wěn)固，適宜采用分段礦房法：先空后崩，在空場下回采礦房，用崩落法回采礦柱；局部上盤巖石不穩(wěn)固區(qū)域等采用沿走向布置進(jìn)路的無底柱分段崩落法。

3.2 采礦方法的優(yōu)選

（1）礦體復(fù)雜多變，單一的采礦方法難以滿足需求。根據(jù)礦體不同礦床地質(zhì)條件和開采技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，選用不同的采礦方法。

（2）礦體平均傾角約62°，平均厚度約20.26m，礦石穩(wěn)固、上、下盤圍巖較穩(wěn)固，階段采礦礦石損失貧化大。宜采取分段采礦：分段鑿巖、分段出礦。

（3）對采出礦石品位要求高，貧化率控制在9%左右，以空場法為主、先空后崩，用空場法回采礦房、崩落法回采礦柱和處理采空區(qū)。

對采礦方法的分析：

（1）淺孔留礦法：適用于薄礦體，礦脈傾角以急傾斜為宜，其優(yōu)點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝簡單，可借助礦石本身重量放礦，采準(zhǔn)工程量小，管理方便等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)：但工人工作區(qū)域的暴露面積大，安全條件差，礦柱礦量損失貧化大，擠壓礦石量大，影響資金周轉(zhuǎn)。

（2）分段礦房法：適用于中等穩(wěn)固以上傾斜和急傾斜厚礦體，其優(yōu)點(diǎn)是：回采方式為分段回采，可以使用無軌裝運(yùn)設(shè)備，提高效率，分段礦房法應(yīng)用時靈活性大，回采強(qiáng)度高，分段礦房采完后，可以立即回采礦柱和處理采空區(qū)，提高了礦柱的礦石回采率，為下一分段的回采建立了有利條件；缺點(diǎn)：在采準(zhǔn)時工作量大，每個分段都需要運(yùn)輸平巷、切割巷道、鑿巖平巷等。

（3）無底柱分段崩落法，適用于急傾斜厚礦體，礦體厚度≥15m～20m時，垂直走向布置進(jìn)路。優(yōu)點(diǎn)：分段采礦，分段沒有底部結(jié)構(gòu)，鑿巖爆破、出礦等工作全部在巷道內(nèi)進(jìn)行，機(jī)械化程度高、安全條件好，生產(chǎn)能力大、成本低、管理簡單。缺點(diǎn)：損失貧化大，貧化率約12%。

鐵礦多為傾斜～急傾斜厚礦體，平均厚度24.69m，鐵品位38.85%，價值較低，礦石穩(wěn)固，上下盤圍巖較穩(wěn)固，礦體埋藏深度570m；地表允許崩落，入選品位要求達(dá)到35%以上，貧化率控制在9%以下，適合采用無底柱分段崩落法。

針對礦體傾角在24°～89°之間，平均傾角約62°；礦體厚度在1.05m～53.64m之間，平均厚度約為20.26m左右。礦體從緩傾斜～傾斜～急傾斜，其上部殘留在下部回采的條件極好，在多個分段回收后，形成較厚的礦石廢石混合層，可以很大的緩解損失貧化大的問題，礦石穩(wěn)固，圍巖較穩(wěn)固，圍巖允許崩落，沒有能淹沒井下的地表水以及地下水，礦石允許貧化，基本滿足無底柱分段崩落法適用條件。

4 無底柱分段崩落法采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

4.1 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)和采準(zhǔn)布置

（1）階段高度取50～60m。

（2）礦塊尺寸及溜井間距。一般以一個溜井所服務(wù)的范圍作為一個礦塊，礦塊長度等于相鄰溜井間的距離。溜井間距主要根據(jù)裝運(yùn)設(shè)備的類型而定，使用鏟運(yùn)機(jī)出礦，50m～100m。

（3）分段高度的確定，根據(jù)鑿巖設(shè)備、礦體賦存條件及礦石損失貧化等因素確定,主要受鑿巖設(shè)備能力的限制。分段高度大，可以減少采準(zhǔn)工作量，但分段高度的增加受鑿巖技術(shù)、礦體賦存條件以及礦石損失貧化等因素的限制。當(dāng)階段高度為50m時，分段高度10m或12.5m，進(jìn)路間距8m～10m；階段高度60m時，分段高度10m～12m，進(jìn)路間距8m～12m。

（4）回采巷道,當(dāng)分段高度確定后，便可根據(jù)放礦理論，使其損失貧化最佳的原則來確定進(jìn)路間距。分段高度h=10m時，進(jìn)路間距L=8m～10m；分段高度h=12.5m時，進(jìn)路間距L=10～12.5m?；夭上锏啦贾檬欠窈侠?，將直接影響損失貧化值。上下分段回采巷道應(yīng)交錯布置，使回采空間呈菱形，以便將上分段回采巷道內(nèi)的礦石盡量回收。

4.2 采準(zhǔn)切割

無底柱分段崩落法階段運(yùn)輸平巷、斜坡道、溜井，布置在下盤巖石中。礦塊的劃分及溜井布置：此法一般以一個放礦溜井所服務(wù)的范圍劃分為一個礦塊，使用電動鏟運(yùn)機(jī)裝礦（有效運(yùn)距100m～150m），考慮回采巷道長度，溜井間距50m～100m。

進(jìn)路布置：各分段的回采進(jìn)路要采用菱形布置。礦體厚度小于15m～20m時，一般沿走向布置進(jìn)路?；夭蛇M(jìn)路（巷道）的規(guī)格（寬×高）：3.2～3.6m×2.8～3m。

無底柱分段崩落法的采準(zhǔn)比一般為6～8m/kt，由于進(jìn)路斷面大，采準(zhǔn)副產(chǎn)礦石所占的比重為10%～20%。

4.3 回采工作

無底柱分段崩落法的回采進(jìn)路是按垂直走向布置的，回采一般由上盤往下盤方向推進(jìn)。在一個礦塊內(nèi)，一般由1～2個分段做采準(zhǔn)，1～2個分段進(jìn)行鑿巖，1～2個分段進(jìn)行崩礦。上分段超前下分段的距離大于20m以上。為了減少貧化，在同一分段各進(jìn)路的回采應(yīng)極可能在一條直線上，

(1)落礦。鑿巖采用鉆架配YGZ-90中深孔鑿巖機(jī)，上向扇形布置，炮孔直徑50mm～60mm，最小抵抗線1.5m～1.6m，排距1.5m～1.6m，孔底距1.5m～2.25m，炮孔密集系數(shù)1.0～1.5，邊孔角一般為50°～60°。裝藥系數(shù)0.55～0.7，取0.7，一次炸藥消耗量為0.2～0.4kg/m3。扇形深孔堵塞長度（0.4～0.8）W=0.6～1.2m。相鄰炮孔采用交錯不同的堵塞長度，以避免孔口附近炸藥過分集中。采用擠壓崩礦，松散系數(shù)≥1.1～1.3，每次爆破1～2排。

（2）出礦。選用1.5和2.0m3電動鏟運(yùn)機(jī)出礦，采場崩落礦石經(jīng)鏟運(yùn)機(jī)沿分段聯(lián)絡(luò)道（鏟運(yùn)機(jī)出礦道）運(yùn)至采場溜井，溜井溜放至中段運(yùn)輸平巷經(jīng)振動放礦機(jī)裝入礦車中。每臺出礦設(shè)備一般服務(wù)3～5條進(jìn)路。礦石在覆巖條件下放出，礦石與廢石多面接觸，每個步距都要發(fā)生一次貧化，貧化率較大，出礦時要注意全斷面均勻鏟裝礦石。

（3）礦塊通風(fēng)。配備一臺主扇位于1630m平硐口的K40-4-Nol5(A)礦用節(jié)能通風(fēng)機(jī)，兩臺輔扇分別安裝在北部1533m分層以及1527m分層8～9#線之間安裝輔助扇風(fēng)機(jī)，使沿脈平巷形成較強(qiáng)的貫通風(fēng)流。新鮮風(fēng)流從下盤分段聯(lián)絡(luò)平巷，經(jīng)分段穿脈進(jìn)入分段鑿巖道，污風(fēng)經(jīng)局扇獨(dú)頭通風(fēng)排至分段聯(lián)絡(luò)平巷下風(fēng)流方向，經(jīng)分段聯(lián)絡(luò)平巷回至端部回風(fēng)井。

（4）覆蓋層。無底柱分段崩落法是在覆蓋巖（礦）石下進(jìn)行放礦，因此，足夠厚度的覆蓋層是無底柱分段崩落法進(jìn)行采礦的必要條件?；夭晒ぷ髅娴纳戏綉?yīng)有大于分段高度的覆蓋巖層以保證回采工作的安全若上盤不能自行冒落或冒落的巖石量達(dá)不到所規(guī)定的厚度應(yīng)及時進(jìn)行強(qiáng)制放頂使覆蓋巖層厚度達(dá)到分段高度的二倍左右。覆蓋層形成，根據(jù)上盤圍巖穩(wěn)固程度，優(yōu)先考慮自然崩落，盲礦體或局部穩(wěn)固區(qū)段再考慮強(qiáng)制崩落。覆蓋層觀測，為了掌握頂板圍巖冒落條件和規(guī)律，冒落高度、覆蓋層厚度，空區(qū)情況等，采用鉆孔等對頂板圍巖進(jìn)行觀測。

5 結(jié)語

通過對某鐵礦開采中存在的問題，通過分析和生產(chǎn)實(shí)際等情況確定采用無底柱分段崩落法，并在此基礎(chǔ)上確定了該方法的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)，針對礦石的損失貧化問題，還需進(jìn)一步研究優(yōu)化。