馬毅敏 周文略

(中鋼礦業(yè)開發(fā)有限公司)

目前國內(nèi)的急傾斜厚大鞍山式鐵礦以貧礦為主，而且多數(shù)開采條件復(fù)雜。由于此類礦體形態(tài)變化大、巖石夾層多、被厚大第四系地層覆蓋等特點(diǎn)，使礦山企業(yè)普遍生產(chǎn)效率低，開采成本居高不下。為改變這一不利局面，需要開發(fā)一種安全高效、低成本的采礦方法，提高此類礦床的開采價值。

1 開采技術(shù)條件

位于山東省汶上縣的李官集鐵礦屬沉積變質(zhì)型低品位磁鐵礦礦床，平均地質(zhì)品位25.4%，急傾斜中厚至厚大礦體，具有巖石夾層多，礦體和夾層厚度變化大的特點(diǎn)。主礦體控制走向長1 365 m，最大厚度100 m，傾角75°，礦體被F2－1斷層切錯，被分割為南、北2段。含礦巖層為條帶狀磁鐵角閃石英巖，頂?shù)装鍨楹谠谱兞r，礦體與圍巖分界線不明，礦巖中等穩(wěn)固。礦體上部被厚45～70 m的第四系地層覆蓋，地表不允許塌落。

礦山采用地下開采，設(shè)計年采選原礦120萬t，主井、副井、設(shè)備材料井和出風(fēng)井4條豎井構(gòu)成礦山對角式開拓系統(tǒng)，已形成－120 m總回風(fēng)水平和－320 m運(yùn)輸水平，主要采用充填法開采。

2 采礦方法研究

2.1 采礦方法分析

根據(jù)礦體的開采技術(shù)條件，考慮盡快實(shí)現(xiàn)達(dá)產(chǎn)的要求，初步提出2種采礦方案，即方案1:大直徑深孔崩礦嗣后充填采礦法;方案2:點(diǎn)柱式全礦床上向高分層連續(xù)充填采礦法。方案1屬于急傾斜厚大礦體較常規(guī)的采礦工藝，生產(chǎn)能力較大，但是掘進(jìn)工程量大，采場準(zhǔn)備時間長，二步采要求充填體強(qiáng)度高。方案2是根據(jù)傳統(tǒng)的上向分層充填采礦工藝，在保證采場安全的前提下，增大分段和分層高度，減少充填循環(huán)次數(shù)，并對采準(zhǔn)、切割工程布置、爆破落礦、充填方式等進(jìn)行了優(yōu)化和創(chuàng)新。2方案的預(yù)期技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。

表1 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)比較

對2個方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析對比，結(jié)果見表2。

表2 采礦方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

綜合以上2種方案的分析結(jié)果，充分考慮到礦體探礦不足和品位較低的條件，決定利用適當(dāng)?shù)膿p失率換取生產(chǎn)效率，最終選擇采準(zhǔn)工程量小、采礦靈活和成本低的點(diǎn)柱式大分段上向高分層連續(xù)充填采礦法即方案2。

2.2 采礦技術(shù)方案

采場沿礦體走向布置，寬為礦體水平厚度，采場長度60～100 m，具體根據(jù)礦體厚度調(diào)整。采場間留連續(xù)間柱，采場內(nèi)留點(diǎn)柱。在脈外上盤布置采準(zhǔn)工程，利用材料斜井(開段斜井)連通每分段沿脈巷，分段高度22.5 m，分段運(yùn)輸巷通過上坡和下坡出礦聯(lián)絡(luò)道與采場連通。回采自采場底部拉底巷向兩端推進(jìn)到采場間柱，分層回采高度7.5～8 m，充填后留1.5～2 m空頂，作為下一層的作業(yè)空間。全礦床除1個主運(yùn)輸巷外，不設(shè)其他階(中)段運(yùn)輸巷，不留頂柱，自下而上逐層連續(xù)推進(jìn)開采。脈內(nèi)和脈外均可設(shè)置順路溜井，采用淺孔鑿巖，無軌設(shè)備出礦。通過采場回風(fēng)充填井輸送尾砂進(jìn)行充填，一分層充填完畢后，通過壓頂墊底方式抬高采場出礦聯(lián)道，以充填體作為工作平臺，在點(diǎn)柱支撐的頂板下進(jìn)行第二分層的回采作業(yè)，詳見圖1。

圖1 點(diǎn)柱式全礦床上向高分層連續(xù)充填采礦法

3 生產(chǎn)實(shí)踐

礦山從主運(yùn)輸水平－320 m開始自下而上連續(xù)推進(jìn)，采礦流程見圖2。目前礦體的第一分段的一分層即將采完，部分采場已開采二分層。

圖2 采礦生產(chǎn)流程

3.1 采準(zhǔn)工程布置

采場結(jié)構(gòu)參數(shù):采場平均長度為70 m，根據(jù)北京科技大學(xué)采場穩(wěn)定性研究結(jié)果，確定采場間柱寬為6 m，點(diǎn)柱尺寸5 m×5 m，間距15 m×15 m。點(diǎn)柱位置可根據(jù)巖石夾層位置進(jìn)行調(diào)整，間柱位置可由分段切割巷的4個端點(diǎn)和礦體上下盤邊界確定?；夭蛇^程要嚴(yán)格控制點(diǎn)柱尺寸，保持其上下連貫性。

采準(zhǔn)巷道布置:在－320 m主運(yùn)輸水平的川脈內(nèi)向上掘斜上山至－308 m，－308 m水平作為第一分段，布置分段沿脈巷道作為鏟運(yùn)機(jī)出礦聯(lián)絡(luò)巷及采場回風(fēng)巷道，向上每隔22.5 m高度布置分段沿脈巷道，分段巷與采場由出礦斜巷連通。每個采場設(shè)2條出礦巷道，與脈外采場溜井連通，溜井順路施工，直徑3 m。根據(jù)采場大小每個采場內(nèi)布置1～2條充填回風(fēng)井，直徑2 m。

3.2 切割、拉底工程

在一分段的上下盤布置沿脈切割巷，切割巷由切割橫巷連通，巷道斷面3 m×2.7 m(三心拱)，斷面積為7.47 m2;施工順序:縱向切割→縱向切割巷拉底→橫向切割→橫向切割巷拉底。

拉底時以切割巷為自由面進(jìn)行刷幫，高度為4 m，縱向長度到礦體邊界，橫向長度為采場寬度，拉底兩幫必須采用光面爆破。刷幫至點(diǎn)柱位置時，按照設(shè)計要求留好點(diǎn)柱，點(diǎn)柱四邊光爆，保證點(diǎn)柱形態(tài)和規(guī)格。

3.3 回采工藝

3.3.1 鑿巖爆破

每分層采礦高度7.5 m，分3步完成:一步拉底高度為4 m;拉底完成后在橫向切割巷內(nèi)挑頂形成二次采礦工作面，在工作面上鑿水平孔落礦，由上盤向下盤推進(jìn)。二步采礦高度為3 m。三步壓頂高度為0.5 m，壓頂采用控制爆破技術(shù)，周邊孔上傾角不大于2～3°，各孔均要互相平行，順直前進(jìn)并要求孔底在同一垂直面上，確保兩幫順直頂光滑，保證頂板平整并略呈拱形。一分層充填后，通過壓頂墊底方式抬高采場出礦聯(lián)道進(jìn)入采場，向上依次循環(huán)分層回采。

鑿巖使用 YT－28、7655型鉆機(jī)，鉆鑿水平淺孔，排距0.8～1 m，間距0.9 m，呈菱形布置，每米崩礦量為4 t/m。鑿巖作業(yè)每班3人配2臺鉆機(jī)，工效為300 t/(班·d)，12個班單班作業(yè)即能完成每年120萬t的產(chǎn)量。

每分層的頂板要采用光爆技術(shù)，孔距0.7 m，少裝藥或?qū)П鞅?，保持頂板光滑，爆破后無需支護(hù)。爆破采用人工裝藥使用2#巖石乳化炸藥，藥包起爆用半秒延期導(dǎo)爆管，非電起爆系統(tǒng)。具體鑿巖爆破系數(shù)見表3。

表3 鑿巖爆破系數(shù)

3.3.2 出礦運(yùn)輸

采場礦石由2 m3鏟運(yùn)機(jī)經(jīng)過溜井聯(lián)巷卸入采場溜井內(nèi)，再由電機(jī)車運(yùn)輸卸入主溜井。－320 m水平井底車場采用上、下盤環(huán)形布置，采用窄軌運(yùn)輸，軌距762 mm，由10 t電機(jī)車牽引8輛4 m3單側(cè)曲軌側(cè)卸式礦車為1列，目前運(yùn)行3列可以滿足礦山生產(chǎn)能力。礦石經(jīng)過粗碎后通過主井提升到地表礦倉。

3.4 采場充填

礦山采用廢石及全尾砂充填方法。地表充填站采用立式沙倉沉淀濃縮、風(fēng)動造漿工藝，設(shè)立2套充填系統(tǒng)，系統(tǒng)制備輸送能力85 m3/h，可滿足120萬t/a的充填能力要求。掘進(jìn)廢石不出坑，倒入空區(qū)充填。全尾砂作為充填集料，硅酸鹽水泥作為充填膠結(jié)劑，攪拌制備成濃度為65% ～70%的充填料漿。

充填漿料經(jīng)充填鉆孔自流到井下－120 m水平，從鉆孔的套管下端開始敷設(shè)充填管至各分段聯(lián)巷，最后通過采場充填回風(fēng)井依次采用上分層敷設(shè)充填管自流充填下分層采空區(qū)。每層充填高度為5.5～6 m，為下一分層留1.5～2.0 m的作業(yè)空間。充填時每分層下部使用灰沙比1∶12的充填料充填，上部留1 m厚度，采用灰砂比1∶4的充填料形成澆面層，作為下一分層回采時的作業(yè)平臺。采場不設(shè)濾水井，安置小型排水泵，充填濾水由水泵抽至泄水孔，泄入－320 m水平水溝流入水倉。

3.5 通風(fēng)

采場通風(fēng)采用主通風(fēng)系統(tǒng)加局扇的方式聯(lián)合通風(fēng)，新鮮風(fēng)流從－320 m主運(yùn)輸巷經(jīng)材料斜井進(jìn)入分段平巷，然后經(jīng)采場聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入回采工作面，污風(fēng)排入采場通風(fēng)充填天井，進(jìn)入總回風(fēng)水平排出。考慮到采場內(nèi)工作面較多，每個工作面可另安裝2臺5.5 kW局扇通風(fēng)機(jī)，在距工作面15 m處安1臺，做抽出式通風(fēng)，再稍后安置局扇1臺，做壓入式通風(fēng)。

3.6 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

經(jīng)過1 a的生產(chǎn)，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)日趨穩(wěn)定，主要指標(biāo)見表4。

表4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

4 結(jié)論

(1)點(diǎn)柱式全礦床上向高分層連續(xù)充填采礦方法，采用22.5 m的大分段、7.5 m的高分層進(jìn)行連續(xù)回采、淺孔落礦、鏟運(yùn)機(jī)出礦、廢石及全尾砂充填，實(shí)現(xiàn)了急傾斜厚大貧鐵礦床的安全高效連續(xù)開采，非常適應(yīng)巖石夾層多，礦體與圍巖分界不明，礦體和夾層厚度變化大和地表不允許塌落的礦體開采。

(2)全礦床除1個主運(yùn)輸水平外，不設(shè)輔助中段運(yùn)輸水平，不留頂柱，比多中段開采節(jié)約40%以上的工程量。

(3)通過增加點(diǎn)柱，在保證采場安全的前提下增大分段和分層高度，減少采準(zhǔn)工程量，采準(zhǔn)比降低約30%以上;采場沿礦體走向布置，增大沿礦體走向一次拉開面積，形成多工作面的局面，減少充填對回采的影響，提高采、充、出工藝連續(xù)性。

(4)有效解決了兩步驟回采效率低、充填強(qiáng)度要求高的問題。采場一分層只需一步驟回采，一次采完、充填后即向上開采二分層，充填體強(qiáng)度要求低，使用灰砂比1∶12的充填料與廢石一起充填空區(qū)，大幅減少水泥用量，降低充填成本。通過實(shí)踐，灰砂比例還有降至1∶20的可能。

(5)高分層回采工藝可靈活調(diào)整回采邊界，剔除夾石和有效降低損失貧化率;采用淺孔設(shè)備鑿巖，在保證生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上又保持了采礦靈活性;無軌設(shè)備調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，可同時服務(wù)多個采場，出礦效率高，為快速達(dá)產(chǎn)提供了有利技術(shù)支撐。

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