郭志勇 朱國(guó)濤 李金龍

(五礦邯邢礦業(yè)安徽開(kāi)發(fā)礦業(yè)有限公司)

霍邱厚大第四系下鐵礦床采礦方法的探討

郭志勇 朱國(guó)濤 李金龍

(五礦邯邢礦業(yè)安徽開(kāi)發(fā)礦業(yè)有限公司)

霍邱鐵礦床上部覆蓋第四系松散巖層中含流砂、礫石含水層，地表為良田和村莊，不允許塌陷，礦體屬低品位急傾斜緩傾斜中厚以上礦體，需保護(hù)第四系不被破壞。對(duì)該類礦體進(jìn)行了采礦方法的探討，取得了較好的效果。

厚大第四系 中厚礦體 安全開(kāi)采

霍邱鐵礦是一個(gè)大型全隱伏沉積變質(zhì)鐵礦床，南北走向約40 km，東西寬3～6 km，主要有重興集、吳集、李樓、周油坊、范橋、草樓、李老莊、張莊、周集、陶壩、劉寺、付老莊、劉塘坊、李營(yíng)子班臺(tái)子、張家夏樓等大-中型礦床組成，已經(jīng)探明資源儲(chǔ)量25億t以上。礦石礦物主要為磁鐵礦、鏡鐵礦為主。鐵礦石品位較低，一般25%～35%。礦體形態(tài)多為似層狀、透鏡狀。延伸比較穩(wěn)定，埋深大多在100.3～702.5 m，礦體一般厚度小于40 m，部分40～90 m。礦體上方第四系覆蓋層厚度45～402 m。

霍邱鐵礦田第四系分布廣，厚度大，其流砂層孔隙承壓水水頭高，富水性較強(qiáng)。地表多為農(nóng)田、村莊、池塘溝渠。要求地表不沉降或塌陷，或少許移動(dòng)。吳集、李樓、張莊、周集等礦床礦體傾角45°～75°，為傾斜～急傾斜礦體。以李樓鐵礦為例，探討急傾斜礦體采礦方法的選擇；范橋、劉塘坊、付老莊、張家夏樓等礦床礦體傾角15°～30°，為緩傾斜礦體，以張家夏樓鐵礦為例，探討緩傾斜礦體采礦方法的選擇。

1 開(kāi)采技術(shù)條件[1]

1.1 李樓鐵礦開(kāi)采技術(shù)條件

李樓鐵礦是霍邱鐵礦田的重要大型礦床，共8個(gè)礦體，主礦體為Ⅰ#礦體，走向近南北，長(zhǎng)3.4 km，賦存標(biāo)高-52～-862 m，平均厚度48.2 m，傾角為65°～85°。礦體形態(tài)為似層狀、透鏡狀，厚度較大，構(gòu)造簡(jiǎn)單，基本無(wú)夾巖。礦石礦物成分主要為鏡鐵礦，次為磁鐵礦、赤鐵礦；脈石礦物主要成分為石英，次為閃石、云母類。鐵礦石平均品位TFe 34.08%，探明資源儲(chǔ)量2.76億t。礦石主要類型為沉積變質(zhì)石英鏡鐵礦石，f=7，穩(wěn)固。礦體頂板圍巖主要為片巖、角閃巖，裂隙不發(fā)育，f=3，穩(wěn)固性較差；底板圍巖主要為白云石大理巖，f=6～7，穩(wěn)固。礦體上覆第四系松散巖層，厚度33～130 m。

李樓鐵礦床埋藏于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面及地下水位以下，主要含水層為第四系松散巖組、青白口系裂隙含水巖組、周集組風(fēng)化帶裂隙含水巖組和含礦帶及礦體頂?shù)装搴M。分布厚度為71～80 m的第四系亞黏土，能起到一定的隔水作用，地表水與地下水水力聯(lián)系較弱，水文地質(zhì)條件屬中等偏復(fù)雜。第四系隔水層不被破壞的情況下，預(yù)計(jì)井下正常生產(chǎn)過(guò)程中，涌水量10 635 m3/d，最大涌水量17 696 m3/d。

1.2 張家夏樓鐵礦開(kāi)采技術(shù)條件

張家夏樓鐵礦為一層主礦體和零星礦體，主礦體走向呈NW、NNW，賦存標(biāo)高-180～-600 m，平均厚度25.36 m。傾角30°左右。礦體形態(tài)呈似層狀、透鏡狀分布。礦物主要為磁鐵礦、次赤褐鐵礦。平均品位為TFe=27.89%，探明資源儲(chǔ)量為0.31億t。礦體頂?shù)装鍑鷰r主要是黑云角閃片麻巖，基本穩(wěn)固。礦石主要類型為沉積變質(zhì)石英磁鐵礦，基本穩(wěn)固。礦體上覆第四系松散巖層，厚度180～210 m，埋藏于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面及地下水位以下。主要含水層為第四系流砂含水層、古風(fēng)化帶含水層。分布厚度為43 m第四系亞黏土能起到一定的隔水作用，地表水與地下水水力聯(lián)系較弱，水文地質(zhì)條件屬中等礦床。第四系隔水層不被破壞的情況下，預(yù)計(jì)井下正常生產(chǎn)過(guò)程中，涌水量1 179 m3/d，最大涌水量7 779 m3/d。

2 采礦方法

2.1 采礦方法的選擇原則[2]

(1)地表村莊民宅、農(nóng)田、池塘等需要保護(hù)，地表不允許塌陷。

(2)礦體上部為破碎古風(fēng)化帶，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石破碎極不穩(wěn)固，裂隙滲水漏水現(xiàn)象嚴(yán)重，工程地質(zhì)條件較差。開(kāi)采后應(yīng)預(yù)留10～20 m厚水平保安礦柱。不能破壞頂板穩(wěn)固性，防止破碎風(fēng)化帶裂隙水滲水補(bǔ)給。

(3)回采鑿巖爆破、出礦、運(yùn)搬等作業(yè)盡量在巷道進(jìn)行，使用無(wú)軌設(shè)備，要求采切工程與無(wú)軌設(shè)備相適應(yīng)。

(4)將尾礦砂充填井下采空區(qū)，地表不允許塌陷和沉降，減少尾礦占用農(nóng)田筑壩，建設(shè)無(wú)廢或少?gòu)U

綠色礦山。

(5)礦體厚度一般中厚以上礦體，礦石品位較低，為了獲得盈利空間，采選規(guī)模較大，一般200～500萬(wàn)t/a。

(6)霍邱鐵礦第四系厚度較大，礦體埋藏較深，傳統(tǒng)開(kāi)采順序自上而下開(kāi)采不適應(yīng)，采用自下而上開(kāi)采順序，對(duì)保護(hù)地表構(gòu)筑物、第四系含水層有利，礦體開(kāi)采不需預(yù)留頂柱，上下中段不留間柱。上部中段作業(yè)在下部中段充填體之上，接頂更容易保證，充填體整體性、穩(wěn)定性更好。

2.2 李樓鐵礦

2.2.1 -425 m高分段鑿巖空?qǐng)霾傻V嗣后充填法

-425 m高分段鑿巖空?qǐng)霾傻V嗣后充填法見(jiàn)圖1。

圖1 李樓鐵礦-425 m中段典型采礦方案

2.2.2 采場(chǎng)布置與結(jié)構(gòu)參數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)礦塊長(zhǎng)100 m，高100 m，分3個(gè)礦房和3個(gè)礦柱。礦房、礦柱分兩步驟回采，一步采礦房，二步采礦柱，采場(chǎng)間不留間柱。采場(chǎng)垂直礦體走向布置，礦房礦柱寬均為20 m，長(zhǎng)為礦體水平厚度，高100 m。分段高25 m，分3個(gè)分段鑿巖，即-400 m分段為出礦水平，-375,-350,-325 m 分段為鑿巖水平，-300 m為充填水平。

-400 m分段下盤沿脈平巷、出礦平巷、出礦進(jìn)路、受礦巷斷面尺寸均為4.2 m×3.8 m，下盤沿脈平巷布置距礦體20～25 m處，采用平底塹溝底部結(jié)構(gòu)。出礦平巷與出礦進(jìn)路夾角為45°，第一步驟礦房回采時(shí)，采場(chǎng)雙邊出礦；第二步驟礦柱回采時(shí)單邊出礦。-375 m分段下盤平巷、鑿巖硐室，-350 m分段下盤平巷、鑿巖硐室，-325 m分段下盤平巷、鑿巖硐室，-300 m分段下盤平巷、充填巷等斷面尺寸均為4.2 m×3.8 m，下盤平巷布置距礦體約25 m處。

2.2.3 回采工作

采用25 m高分段向上垂直鑿巖扇形深孔，simba1354型液壓移動(dòng)鑿巖臺(tái)車鑿巖，孔徑76 mm，孔深31 m。根據(jù)寬孔底距、小抵抗線的原則和爆破漏斗試驗(yàn)結(jié)果，孔網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化為排距1.6～1.8 m，孔底距2.6～2.9 m，邊孔角40°～50°，上下分段孔間距0.5 m。采用炸藥混裝車和BQF-100型裝藥器裝藥，多孔粒狀銨油炸藥，非電微差雷管孔底起爆技術(shù)，孔底加起爆彈，適度加大前排與后排微差時(shí)間。分段爆破回采上分段超前下分段，形成下向梯形當(dāng)頭面。二步驟回采礦柱不能同時(shí)在充填體兩側(cè)回采，隔一采一。崩礦步距為2～3排，即3.2～ 5.4 m，必要時(shí)可為4～5排。每米炮孔崩礦量8～10 t，采場(chǎng)每次崩礦量1 800 t，炸藥單耗0.45 kg/t。

2.2.4 采 礦

配置Boomer281型液壓鑿巖臺(tái)車，ACY-3L安全高效柴油鏟運(yùn)機(jī)，斗容3 m3，20 t MT2010井下卡車運(yùn)渣。

分段爆破集中在-400 m水平平底塹溝，鑿巖分段爆破進(jìn)行少量松動(dòng)出礦。-400 m水平大量出礦采用LH514E電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)，斗容6 m3，運(yùn)至采場(chǎng)溜井，溜井安裝雙臺(tái)板FZC4514振動(dòng)放礦機(jī)放礦。采場(chǎng)底部殘礦回收由ACY-3L遙控鏟運(yùn)機(jī)輔助出礦，保證作業(yè)人員安全，每個(gè)采場(chǎng)多回收殘礦石 9 000 t。-425 m水平由20 t電機(jī)車牽引10 m3底側(cè)卸式有軌礦車運(yùn)輸至卸礦坑，采用C-140型顎式破碎機(jī)在破碎硐室進(jìn)行粗碎，通過(guò)皮帶運(yùn)輸至礦倉(cāng)，由主井箕斗提升至地表。

2.2.5 通 風(fēng)

選用Ⅳ級(jí)級(jí)站機(jī)械通風(fēng)，新鮮風(fēng)流由Ⅰ級(jí)機(jī)站副井石門巷送至-425 m水平穿脈，由Ⅱ級(jí)機(jī)站為各分段供新鮮風(fēng)流沖洗工作面，污風(fēng)由Ⅲ級(jí)機(jī)站回風(fēng)至-250 m水平回風(fēng)巷，在南北風(fēng)井配置Ⅳ級(jí)機(jī)站將污風(fēng)抽出地表。

2.2.6 充 填

采用全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)，既有效降低運(yùn)營(yíng)成本，充填體強(qiáng)度也能滿足二步驟安全回采礦柱要求[6]。濃度10%的全尾砂經(jīng)泵加壓輸送至充填站立式沙倉(cāng)自然沉降，階梯排水，約1 h后形成60%濃度尾砂進(jìn)行壓氣造漿。全尾砂料漿供給攪拌機(jī)，散裝水泥通過(guò)吹灰管卸入水泥倉(cāng)，由水泥倉(cāng)向攪拌機(jī)供水泥膠結(jié)劑。選用雙臥軸攪拌機(jī)+高速活化攪拌機(jī)兩段連續(xù)攪拌，全尾砂和水泥膠結(jié)劑攪拌均勻，制備成濃度為70%～72%全尾砂充填料漿，通過(guò)地表充填下料孔自流輸送至井下-160 m水平，經(jīng)φ110 mm鋼管至-300 m 充填水平，換普通φ110 mm塑料管至采空區(qū)。

采場(chǎng)礦石出完后，對(duì)進(jìn)路、各分層鑿巖巷澆筑雙層鋼筋厚600 mm擋墻。擋墻位置需距采空區(qū)邊界4 m以上，擋墻預(yù)留口，方便對(duì)擋墻里側(cè)素噴 50 mm 密封，擋墻底部每上1 m布置2個(gè)臨時(shí)脫水管兼觀察管，在采場(chǎng)內(nèi)敷設(shè)2條適當(dāng)直徑的波紋脫水塑料管，排出滲水。在采場(chǎng)頂部多點(diǎn)下料充填，保證充填料充分接頂。充填作業(yè)開(kāi)始時(shí)，一次充填高度控制在1 m以內(nèi)，保證充填擋墻的穩(wěn)定，待充填體凝固后方可繼續(xù)充填。充填面超過(guò)充填擋墻最高點(diǎn)后，一次充填高度可1.5～2 m，以充填體表面無(wú)積水為原則。充填體頂部和底部強(qiáng)度要求相對(duì)較高，充填料按照不同部位可采用配比1∶4、1∶6、1∶8，平均灰砂比1∶5，強(qiáng)度達(dá)到2.15 MPa以上，滿足二步驟礦柱安全高效回采的要求，二步采采場(chǎng)充填可采用較低配比的尾砂膠結(jié)充填。

2.3 張家夏樓鐵礦

2.3.1 下盤脈外分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法

下盤脈外分段空?qǐng)鏊煤蟪涮顦?biāo)準(zhǔn)采礦方法[5]見(jiàn)圖2。

2.3.2 采場(chǎng)布置與結(jié)構(gòu)參數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)礦塊長(zhǎng)100 m，高100 m。分2個(gè)礦房和一個(gè)間柱。采場(chǎng)沿礦體走向布置，礦房長(zhǎng)度44 m，寬為礦體的水平厚度，高為100 m，房間柱12 m。分段高度12.5 m，在采場(chǎng)高度內(nèi)分8個(gè)鑿巖出礦水平。-475 m中段為有軌運(yùn)輸水平，-450，-437.5， -425，-412.5，-400，-387.5，-375，-362.5 m 為鑿巖出礦水平。

在每個(gè)分段礦房中部布置鑿巖(集礦)巷，斷面尺寸均為3.3 m×3.7 m。鑿巖(集礦)巷與分段沿脈間每隔12 m布置一條出礦進(jìn)路，斷面尺寸均為3.0 m×3.2 m。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)礦塊布置4條礦石溜井，礦房上下盤布置進(jìn)風(fēng)井和充填回風(fēng)斜井。

2.3.3 回 采

采用simba1354液壓移動(dòng)臺(tái)車鑿向上垂直扇形中孔，孔徑76 mm，排距1.5～1.7 m，孔底距2.6～2.9 m，邊孔角50°。采用炸藥混裝車和BQF-100型裝藥器裝藥,多孔粒狀銨油炸藥，非電微差雷管孔底起爆技術(shù)，孔底加起爆彈，適度加大前排與后排微差時(shí)間。崩礦步距2～3排，即3.2～5.1 m，必要時(shí)可為4～5排。炮孔崩礦量5～7 t/m，崩礦量1 100 t/次，炸藥單耗0.45 kg/t。回采由礦房自下而上順序開(kāi)采，采礦出礦搬運(yùn)采用CYE-2電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)。

圖2 張家夏樓鐵礦分段空?qǐng)鏊煤蟪涮顦?biāo)準(zhǔn)采礦方法

2.3.4 通 風(fēng)

新鮮風(fēng)流由副井石門巷進(jìn)入-475 m水平穿脈，經(jīng)進(jìn)風(fēng)小井或分段沿脈巷進(jìn)入采場(chǎng)沖洗工作面，污風(fēng)從上部回風(fēng)充填斜井至回風(fēng)水平，最后經(jīng)南回風(fēng)井或中回風(fēng)井排出地表。

2.3.5 充 填

礦房回采結(jié)束并大量放礦后，對(duì)各分段出礦進(jìn)路砌筑封堵?lián)鯄?，用灰砂?∶6全尾砂充填采空區(qū)。采用多點(diǎn)下料多次回充，充填接頂較好。

3 結(jié) 語(yǔ)

生產(chǎn)實(shí)踐證明:高分段鑿巖嗣后充填法能解決厚大第四系下中厚以上急傾斜礦體開(kāi)采難題，采礦產(chǎn)能高、配套機(jī)械化程度高、作業(yè)安全、采礦成本低于同類礦山。下盤脈外分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘茌^好解決緩傾斜中厚以上礦體開(kāi)采難題,適合霍邱鐵礦賦存特點(diǎn)。技術(shù)經(jīng)濟(jì)能力較強(qiáng)的礦山，可以采用脈內(nèi)分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘?，遙控鏟車輔助出礦，能有效避免作業(yè)人員進(jìn)入采空區(qū)作業(yè)。與脈外分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ū容^，可省去分段出礦巷道和裝礦進(jìn)路等采準(zhǔn)工程，大大降低了采準(zhǔn)費(fèi)用。

[1] 中冶京誠(chéng)(秦皇島)工程技術(shù)公司.李樓鐵礦和吳集鐵礦(北段)聯(lián)合建設(shè)工程實(shí)施方案[R].秦皇島：中冶京誠(chéng)(秦皇島)工程技術(shù)公司，2007.

[2] 胡永泉,葉振華,趙繼銀，等．厚大第四系下緩傾斜礦體采礦方法的選擇[J]．金屬礦山(增刊),2009(11):151-154,161.

[3] 張立新．李樓鐵礦采礦方法和充填工藝探討[J]．礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā),2012(2)：1-3.

[4] 魏曉明，李長(zhǎng)洪，張立新.急傾斜厚大礦體采礦方法的選擇[J].金屬礦山,2014(4)：31-34.

[5] 劉 哲，金曉剛，劉培正.緩傾斜中厚至厚礦體采礦方法探討[J].現(xiàn)代礦業(yè),2014(4)：20-21,37.

[6] 張立新.全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)在李樓鐵礦的應(yīng)用[J].有色金屬:礦山部分,2012(3)：17-20.

2014-07-22)

郭志勇(1977—)，男，助理工程師，237462 安徽省霍邱縣經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)(白廟)。