王長貴，楊依鋒，馮浩楠

(河北邯邢礦冶設(shè)計院有限公司， 河北邯鄲市 056006)

0 引言

大廣山鐵礦位于湖北省大冶市陳貴鎮(zhèn)，屬于地方集體經(jīng)營礦山。礦山由16個大小不等的礦體組成，礦體分布在南北長約480 m，東西寬約350 m的范圍內(nèi)，賦存標高為+40～－523.0 m，礦區(qū)探明磁鐵礦儲量C+D級1880.69萬t，平均品位53.52%，屬高爐富礦。

在1960～1970年代，±0.000 m以上靠近地表礦體采用露天開采，早已閉坑。由于礦區(qū)存在地下溶洞及地下水較大，加之上世紀后期鐵礦石市場低迷，地下礦山一直處于停建狀態(tài)。直到1990年代后期開始地下礦山正規(guī)建設(shè)，截止目前礦山已開采至－350 m中段，生產(chǎn)了近20 a。礦山在建設(shè)生產(chǎn)過程中，多家設(shè)計院參與了設(shè)計，采礦方法進行幾次變更，由淺孔留礦法、分段礦房法變更到無底柱分段崩落法，再到充填采礦法。在大水地下礦山建設(shè)和采礦生產(chǎn)中取得了一定經(jīng)驗，在此簡單介紹，以供類似礦山借鑒。

1 礦巖條件

大廣山鐵礦為高－中溫矽卡巖型礦床。礦體頂板主要為矽卡巖或閃長巖;矽卡巖裂隙發(fā)育，遇水易水化變散;閃長巖節(jié)理發(fā)育，穩(wěn)定性差。礦體底板主要為矽卡巖或大理巖;大理巖內(nèi)節(jié)理較少，但－114 m水平以上溶洞發(fā)育，易發(fā)生注水事件或塌陷、沉降等不良地質(zhì)災(zāi)害，巖石硬度系數(shù)f=4～6。礦石主要是磁鐵礦，硬度系數(shù)f=6～14，較穩(wěn)固。礦床東及東北方向有地表水體經(jīng)過，是地下水主要補給來源。

2 開拓工程

由于礦體走向長度短，下盤有溶洞，－350 m以上開拓工程采用南端側(cè)翼雙斜井提升，深部開拓增加了南端側(cè)翼罐籠提升豎井。另外，該礦地下涌水量大，有補給水源，屬于大水礦山，地下采用分區(qū)、分段截排水方式。在礦床的主要補水來源之一的東北方向設(shè)計了斜井+平巷截排水系統(tǒng)，在－75 m水平設(shè)計了截水巷道。另外，利用－150，－250，－350 m等廢棄和生產(chǎn)中段截水、匯水，以及深部的－470 m和－523 m水平巷道截水和匯水。即利用上部生產(chǎn)或者采礦廢棄但不在錯動范圍內(nèi)的巷道截水匯集到本水平排水系統(tǒng)，直排出地表。深部分期采用最低中段匯水，再由排水系統(tǒng)直排至地表。在礦山的生產(chǎn)中，該截排水方式取得一定效果和經(jīng)驗。

3 采礦方法的選擇

地下采礦最初設(shè)計采用淺孔留礦法，但由于礦體上盤圍巖穩(wěn)定性差，矽卡巖遇水易變散，且礦體局部厚大，礦房需要垂直走向布置，淺孔留礦法不太適合，采礦方法變更為分段礦房法。分段礦房法作業(yè)人員在鑿巖巷道內(nèi)作業(yè)，避免了工人暴露在淺孔采場大面積空區(qū)之下，但該采礦方法礦石回采率較低(約61%)。為提高礦石回收率，并且回收上部礦柱，在二期生產(chǎn)中將采礦方法變更為無底柱分段崩法，礦石回采率提高到80%，貧化率20%，使用效果較好。在深部延深設(shè)計中，由于湖北省政府安監(jiān)部門在2012年10月開始推廣充填采礦法，－350 m以下采用充填法回采，充填法礦石回采率95.5%，貧化率8%，尾砂充填采空區(qū)，地表塌陷區(qū)不再擴大。

根據(jù)大廣山鐵礦礦體賦存特點和礦巖條件，為保障采礦的安全，水平厚度大于10 m的礦體采用下向分層水平進路膠結(jié)充填采礦法;厚度小于10 m的礦體和上盤穩(wěn)固地段礦體，采用上向水平分層充填采礦法。

3.1 下向分層水平進路充填膠結(jié)采礦法

礦塊沿礦體走向布置，長50 m，寬為礦體厚度，階段高度40 m。采用巷道回采，其寬×高為4 m×3.3 m，巷道傾斜5°，回采巷道間隔開采，逆傾斜掘進，順傾斜充填。上下相鄰分層的回采巷道互相交錯布置，以防止下部回采時上部膠結(jié)充填體脫落，如圖1所示。

采用淺孔落礦，電動鏟運機出礦?；夭蛇M路采用YT－27鑿巖機鑿孔，炮眼深度2.4 m，根據(jù)進路頂板和兩幫介質(zhì)的不同，通常布置40～45個炮孔。采用楔形掏槽。爆破采用2號乳化炸藥，進行連續(xù)裝藥，半秒差非電導(dǎo)爆管雷管起爆。WJD－1電動鏟運機出礦，將礦石鏟至脈外采場溜井，溜放至本中段的運輸巷，通過溜井底部振動放礦機裝入礦車，通過本中段有軌運輸運至提升井，提升至地表。

為使采場回采工作連續(xù)進行，以及有效控制采場內(nèi)回采過程的地壓活動，堅持強采強充的開采方針，正常情況下采場內(nèi)有2～3條進路回采，進路回采結(jié)束后立即準備充填。從上分層充填巷道沿管路將充填混合物送入充填巷道，充填盡可能連續(xù)作業(yè)。充填體凝結(jié)達到一定強度后，其相鄰和下部礦體才能回采。凝結(jié)7 d后，側(cè)部的相鄰回采巷道便可開始回采作業(yè);15 d后，其下部的下一分層才能回采作業(yè)。為增加充填體的強度，必要時在巷道底板鋪設(shè)圓木，上部鋪設(shè)金屬網(wǎng)，用鋼絲繩把底梁固定在上一分層的底梁上。

在距礦體下盤20 m處布置分段沿脈運輸巷道，在沿脈巷道之外布置采區(qū)斜坡道，分段沿脈道與采區(qū)斜坡道通過分段聯(lián)絡(luò)道連接。每個分段高度10 m，服務(wù)3個采礦分層，分層高3.3 m，分層運輸巷道通過聯(lián)絡(luò)道與運輸巷相聯(lián)。在礦體下盤布置采場溜井，溜井直徑1.5 m。充填巷道布置在礦塊中間。

主要技術(shù)經(jīng)濟指標為:采場能力100～150 t/d，損失率4.5%，貧化率8%。

充填采用高濃度管道自流輸送工藝，－3 mm的磨棒砂和425號散裝普通硅酸鹽水泥在攪拌桶內(nèi)與水?dāng)嚢韬?，利用水平耐磨鋼管和垂直鉆孔經(jīng)過倒段溜放至充填回風(fēng)水平，再經(jīng)過預(yù)留充填井和分層充填巷下至采場。主充填系統(tǒng)及采場內(nèi)的分層道安裝永久或半永久的耐磨鋼管，采場進路內(nèi)為增強塑料管，充填工藝指標為:砂漿質(zhì)量濃度77% ～79%，灰砂比1∶4～1∶6。

3.2 上向水平分層充填采礦法

在圍巖穩(wěn)固條件相對較好，礦體厚度小于10 m的礦體，采用上向水平分層充填采礦法。礦塊分為礦房和礦柱，第一步驟回采礦房，第二步驟回采礦柱。礦柱則在采完若干礦房或全階段礦房采完后，再進行回采。礦塊沿礦體走向布置，礦房、礦柱各50 m長，寬度與水平厚度一致，中段高度40 m。回采礦房時，自下而上水平分層進行，隨工作面向上推進，逐層充填采空區(qū)，并留出繼續(xù)上采的工作空間;用充填體維護兩幫圍巖，并將其作為上采的工作平面。崩落的礦石落在充填體上，用鏟運機將礦石運至溜井。礦房回采到最上面分層時，進行接頂充填。礦房中布置兩條溜井，一條順路人行天井，一條充填天井。溜井規(guī)格 Ф1.5 m，人行井規(guī)格1.5 m ×1.5 m，充填天井?dāng)嗝鏋? m×2.4 m，充填井內(nèi)設(shè)充填管路和人行梯子等，是礦房的安全出口，溜井和行人井采用δ3鐵皮作內(nèi)模，一起澆筑在混凝土中。采用膠結(jié)充填，人工接頂。布置脈外運輸巷和溜井，充填井布置在礦塊中間，兩條出礦進路垂直礦房布置在溜井底部。淺孔爆破落礦，1 m3電動鏟運機出礦。

圖1 下向分層膠結(jié)充填采礦法

主要技術(shù)經(jīng)濟指標為:采場能力100～200 t/d，損失率4.5%，貧化率8%。

4 結(jié)論

大廣山鐵礦在地下大水礦山開拓及涌水分區(qū)分段截排方面取得了成功經(jīng)驗，值得借鑒。

隨著社會的發(fā)展，大廣山鐵礦采礦方法不斷變更。大廣山鐵礦深部設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模20萬t/a，采用充填法采礦，充填站投資280萬元，充填成本折算到每噸礦石約45～50元，每年充填費用900～1000萬元，但礦石損失率從20%降低至4.5%，多回收礦石3.1萬t，增加收入約992萬元，并減少廢石提升和地表破碎、干拋等費用約78萬元;地表不塌陷。充填采礦法礦石回收率高、貧化率低，對環(huán)境破壞、影響程度小，但由于充填成本相對較高，以前主要在貴金屬和有色金屬礦山使用。隨著社會發(fā)展、市場變化，以及政府監(jiān)管部門對安全和環(huán)境保護的要求提高，一些品位較高的鐵礦和一些地表不能拆遷、塌陷的地下礦山通過充填采礦，避免了地表拆遷征地和環(huán)境治理等費用，減小了對環(huán)境的破壞，提高了礦山企業(yè)經(jīng)濟效益，并且取得了一定的社會效益，值得推廣應(yīng)用。

［1］河北邯邢礦冶設(shè)計院有限公司.大廣山鐵礦－350 M以下接續(xù)工程初步設(shè)計［R］.邯鄲:河北邯邢礦冶設(shè)計院有限公司，2012，10.

［2］河北邯邢礦冶設(shè)計院有限公司.大廣山鐵礦－350 M以下接續(xù)工程初步設(shè)計安全專篇補充設(shè)計［R］.邯鄲:河北邯邢礦冶設(shè)計院有限公司，2013，1.

［3］《采礦設(shè)計手冊》編委會.采礦設(shè)計手冊［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1986.