黃建新

（首鋼礦業(yè)公司，河北唐山064404）

復(fù)雜礦體賦存條件下采切工程布置的探索

黃建新

（首鋼礦業(yè)公司，河北唐山064404）

無(wú)底柱分段崩落法是目前應(yīng)用最普遍的鐵礦地下開采方法，在應(yīng)用過程中，各礦山企業(yè)都想法通過各種途徑來(lái)提升開采過程中的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。然而，對(duì)于開采賦存條件復(fù)雜的礦體，想提升回采率、貧化率、采切比等一些技術(shù)指標(biāo)更是非常難。通過深入研究二馬掛幫礦65m、50m分段采切工程布置形式，選取脈外平巷加沿脈進(jìn)路的布置方案，達(dá)到按照要求形成覆蓋層，既節(jié)省施工費(fèi)用又提高礦石回采率的目的，對(duì)礦體傾角較緩，礦體厚度小、多層狀等一些賦存條件較復(fù)雜的礦體具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

無(wú)底柱分段崩落法；掛幫礦；沿脈進(jìn)路；采切工程

無(wú)底柱分段崩落采礦法在地下鐵礦開采中應(yīng)用最為廣泛，20世紀(jì)60年代引入我國(guó)，1968年在大廟鐵礦、弓長(zhǎng)嶺鐵礦試驗(yàn)成功。由于采準(zhǔn)和回采工藝簡(jiǎn)單，且可以標(biāo)準(zhǔn)化，便于采用高效的機(jī)械化設(shè)備，目前我國(guó)約80%的地下鐵礦山使用［1］。近年來(lái)隨著采場(chǎng)出礦方式的變革和發(fā)展，其貧化率高的難題得到了相應(yīng)的解決。但針對(duì)同一礦體，采用不同形式的采準(zhǔn)和切割工程的布置方案，采準(zhǔn)系數(shù)差別范圍4～10m/kt，同時(shí)礦石回采率、貧化率等指標(biāo)也大不相同，因此選擇合適的采切工程布置形式尤其重要。

對(duì)于礦體傾角較緩、礦體厚度小、多層狀等一些賦存條件較復(fù)雜的礦體，礦石回采率、貧化率指標(biāo)的控制沒有較好的解決方案。針對(duì)具體的礦體賦存條件，需采取不同的措施。本文通過分析二馬掛幫礦體賦存條件和開采方案的難點(diǎn)問題，以65m、50m分段礦體為例，深入開展采切工程布置研究、探索工作，優(yōu)化工程布置方案，達(dá)到既節(jié)省施工費(fèi)用，高效回采的目的，選取適合該類型礦體的采切工程布置方案，為后期深部工程開采以及同類型礦體開采提供指導(dǎo)性意義。

1 地質(zhì)概況

二馬區(qū)域礦床屬火山沉積變質(zhì)型，礦脈在地表有局部出露。二馬礦體總計(jì)43條（層），全長(zhǎng)約3 200m，寬近1 000m，整體表現(xiàn)為多個(gè)層狀、似層狀和透鏡狀的礦體，總體產(chǎn)狀為走向30°～40°，傾向NW，傾角淺部陡，為60°～70°，中部陡緩為40°～55°，深部變陡為55°～60°；礦體薄厚不均，平均厚度17.74m。無(wú)論沿走向還是傾斜方向礦體均有分枝復(fù)合、尖滅再現(xiàn)、波狀起伏等現(xiàn)象。礦石品位低、礦體數(shù)量多、分布范圍廣、單個(gè)礦體規(guī)模小，屬于國(guó)內(nèi)典型的傾斜難采厚度不大貧鐵礦體。

中央部位－92m標(biāo)高以上的淺部礦體大多已通過露天方式采出，并于2003年開采結(jié)束。露天生產(chǎn)期間，采坑南北兩端開采至設(shè)計(jì)水平后，作為內(nèi)部排土場(chǎng)使用，目前南端地表標(biāo)高基本在170m。礦體分布情況詳見圖1。

圖1 二馬區(qū)域礦體剖面示意圖Fig.1 Schematic diagram of Erma section

2 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)二馬礦體賦存條件，二馬采區(qū)采用分期、分區(qū)開采，按照開采順序可分為掛幫礦開采和主體工程開采兩個(gè)開采階段，采用無(wú)底柱分段崩落法開采。

由于F1斷層影響，掛幫礦設(shè)計(jì)分為南區(qū)和北區(qū)開采。南區(qū)開采F1斷層以南至S1100線之間礦體，北區(qū)開采F1斷層以北至N1000線礦體，開采標(biāo)高65～－40m水平。南區(qū)掛幫礦設(shè)計(jì)采用斜坡道開拓，分段高度15m，礦體厚度＞20m，回采進(jìn)路垂直礦體走向布置，回采進(jìn)路間距20m；礦體厚度＜20 m，回采進(jìn)路礦體沿走向布置。每間隔200m布置一條礦石溜井和通風(fēng)天井，各分段采出礦石經(jīng)溜井下放至－40m中段集中裝車［2］。

為提前開展掛幫礦和深部礦體采切工程等參數(shù)研究實(shí)驗(yàn)，65m和50m分段擬單獨(dú)開采，各分段礦石直接經(jīng)斜坡道運(yùn)輸至地表。該段礦體南北長(zhǎng)420 m，礦體水平厚度10～24m，平均厚度約為18m，礦體傾角約49°。設(shè)計(jì)在礦體下盤布置分段平巷，垂直礦體走向布置回采進(jìn)路，進(jìn)路間距20m，參數(shù)4.5m×3.8m。每個(gè)進(jìn)路末端布置一條切割天井，采用中深孔拉槽法施工切割井形成首次回采爆破補(bǔ)充空間，采用后退式回采。65m和50m分段工程量3 590m、5.20萬(wàn)m3，采切比6.3m/kt，詳見表1，工程布置及中深孔穿孔設(shè)計(jì)詳見圖2、3、4。

表1 初步設(shè)計(jì)方案65m、50m分段工程量表Table 1 The preliminary design scheme of 65m，50msegment engineering scale

圖2 初步設(shè)計(jì)65m分段工程布置示意圖Fig.2 Preliminary design of the 65msubsection of project layout

圖3 初步設(shè)計(jì)50m分段工程布置示意圖Fig.3 Preliminary design of the 50msubsection of project layout

3 設(shè)計(jì)方案存在不足

結(jié)合二馬礦體賦存條件及開采技術(shù)要求，對(duì)設(shè)計(jì)方案從建設(shè)工程量、施工難易程度及采礦技術(shù)指標(biāo)等方面進(jìn)行分析，存在以下不足：

圖4 初步設(shè)計(jì)中深孔布置示意圖Fig.4 Schematic diagram of the preliminary design of deep hole

1）基建工程長(zhǎng)度3 590m、工程量5.20萬(wàn)m3，采切比6.3m/kt，存在基建工程量大、基建工期長(zhǎng)，采切比不合適等現(xiàn)象。

2）由于礦體厚度10～24m，厚度變化較大，且傾角相對(duì)較緩，垂直礦體布置回采進(jìn)路，直接導(dǎo)致上盤廢石大量混入，下盤礦體過度殘留，礦石回采率低、貧化率高，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不合理現(xiàn)象。

3）在每個(gè)進(jìn)路端部設(shè)計(jì)切割井，切割井?dāng)?shù)量較多，并均處于礦巖交界部位，施工難度大，拉槽效果將直接影響爆破質(zhì)量，且容易導(dǎo)致“懸頂”等現(xiàn)象發(fā)生，存在生產(chǎn)不均衡等不利因素。

總而言之，在希臘文化成熟之際，與羅馬文化實(shí)現(xiàn)了融合，在發(fā)揚(yáng)希臘文明的同時(shí)也賦予了其濃厚的宗教意味。經(jīng)過世世代代傳承，成為全世界的文化瑰寶，影響了英語(yǔ)語(yǔ)言文化的形成，豐富了英語(yǔ)詞匯，賦予了文學(xué)更為深層的含義，也是許多作家創(chuàng)作的重要靈感來(lái)源。本文就對(duì)此進(jìn)行了深入探究。

4 方案優(yōu)化

經(jīng)與設(shè)計(jì)單位多次探討，認(rèn)為在實(shí)際開采過程中如不采取措施，難以達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，同時(shí)針對(duì)設(shè)計(jì)方案存在不足，結(jié)合二馬區(qū)域比較復(fù)雜的礦體群，單個(gè)礦體規(guī)模小而分散距離較大的實(shí)際情況，積極與相關(guān)科研單位共同開展研究工作，提前著手采礦方法、采切布置方案研究工作，靈活運(yùn)用結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝控制，選取適合該難采礦體的方法，提升回采率、貧化率等相關(guān)采礦技術(shù)指標(biāo)，降低采礦成本。

4.1 原則

1）深入分析該類型礦體賦存條件，合理選取采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高礦石回采率，降低貧化率。

2）合理布置采切工程，減少基建工程量，降低基建投資，達(dá)到低成本、高效率、盡早出礦的目的。

4.2 方案選擇

二馬采區(qū)掛幫礦屬于傾斜厚度不大的礦體，僅有局部為厚礦體。改進(jìn)崩落法采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，使崩落體、殘留體與放出體三者形態(tài)基本相符，靈活設(shè)置回采進(jìn)路的位置以適應(yīng)散體流動(dòng)規(guī)律，嚴(yán)格控制下盤礦體殘留量；并可根據(jù)礦石可冒性條件，采用強(qiáng)制崩落與誘導(dǎo)冒落相結(jié)合的方法，提高開采效率，盡可能多采出礦石，同時(shí)使掘采比及礦石回收率達(dá)到最優(yōu)［3］。

基于以上原則及開采技術(shù)要求，提出以下兩種優(yōu)化方案，一是脈外分段平巷加沿礦體走向布置回采進(jìn)路。在礦體下盤布置一條分段平巷，然后每隔40～60m垂直走向進(jìn)行礦體勘探工作，根據(jù)勘探后礦體形態(tài)，在礦體下盤沿走向布置一條回采進(jìn)路，利用分段平巷運(yùn)輸；二是在礦體下盤僅沿礦體走向布置一條回采進(jìn)路，由里向外逐步回采。經(jīng)初步對(duì)兩個(gè)方案進(jìn)行分析，方案二存在作業(yè)安全系數(shù)低，作業(yè)環(huán)境較差，生產(chǎn)能力低，生產(chǎn)期較長(zhǎng)等不利因素，擬選取方案一，現(xiàn)對(duì)該方案開展深入研究。

通過現(xiàn)場(chǎng)巖體結(jié)構(gòu)面調(diào)查與巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度測(cè)定，確定出礦巖穩(wěn)定性與可冒性級(jí)別，采用強(qiáng)制崩落與誘導(dǎo)冒落相結(jié)合的方法，在上盤巖石部位不穿孔的情況下，依然能夠保證順利形成覆蓋層，同時(shí)減少上盤部位穿孔量，適當(dāng)控制放礦橢球體形態(tài)［4］。

按照設(shè)計(jì)要求保留原有分段平巷，在礦體下盤分段平巷與礦體之間，沿礦體走向布置回采進(jìn)路。根據(jù)礦體厚度、傾角的變化，參照橢球體放礦理論，分析崩落體、殘留體與放出體三者之間的關(guān)系。如回采進(jìn)路過于靠近礦體布置，則導(dǎo)致下盤大量殘留礦體，礦石回采率偏低；如回采進(jìn)路過于遠(yuǎn)離礦體布置，可能導(dǎo)致，下盤大量巖石混入，貧化率加大［5－6］?？梢?，選取合適的回采進(jìn)路位置是提升回采率、貧化率等技術(shù)指標(biāo)的先決要素?，F(xiàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)礦體（厚度18 m、傾角49°）中，回采進(jìn)路中心線距離礦體0m、2m、4m和6m情況下的回采率和貧化率指標(biāo)進(jìn)行分析。分析得出，當(dāng)回采進(jìn)路中心線在距離礦體2m時(shí)，礦石回采率最高（65m分段74.01%，50m分段80.16%）貧化率最低（65m分段27.91%，50m分段23.78%）［7］，詳見表2和圖5、6。

表2 不同回采進(jìn)路布置位置時(shí)采礦指標(biāo)情況表Table 2 Index of mining in different stoping drift layout position

圖5 布置回采進(jìn)路中心線距離礦體0m、2m時(shí)放礦體形態(tài)示意圖Fig.5 The arrangement of distance of center line of ore body stoping drift 0m、2m

圖6 布置回采進(jìn)路中心線距離礦體4m、6m時(shí)放礦體形態(tài)示意圖Fig.6 The arrangement of distance of center line of ore body stoping drift 4m、6m

4.2.1 工程量

在滿足回采出礦及生產(chǎn)探礦需要的前提下，將鑿巖巷間距由20m增加至40～50m，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化開采，減少聯(lián)絡(luò)巷長(zhǎng)度和工程量。依靠?jī)?yōu)化中深孔邊孔角和孔深以及扇形布置參數(shù)，保證礦體全厚度實(shí)現(xiàn)崩落。優(yōu)化后總工程2 510m、工程量4.01萬(wàn)m3，采切比3.0m/kt，詳細(xì)如表3所示。

表3 優(yōu)化后方案65m、50m分段工程量表Table 3 After the optimization scheme of 65m，50msegment engineering scale

4.2.2 建設(shè)工期及生產(chǎn)規(guī)模

基建井巷工程主要包括分段平巷、回采進(jìn)路、聯(lián)絡(luò)巷及切割巷，井巷工程長(zhǎng)度2 510m。中深孔穿孔量共12.5萬(wàn)m。

在同一分段內(nèi)，鑿巖巷及多條回采進(jìn)路具備同時(shí)回采出礦條件，達(dá)到2臺(tái)鏟運(yùn)機(jī)同時(shí)作業(yè)的條件，作業(yè)條件好、生產(chǎn)穩(wěn)定性高，自開工建設(shè)至開采結(jié)束共18個(gè)月，其中開工6個(gè)月后，生產(chǎn)能力可達(dá)30萬(wàn)t/a。

圖7 優(yōu)化后65m分段工程布置示意圖Fig.7 The optimized 65msublevel engineering

圖8 優(yōu)化后50m分段工程布置示意圖Fig.8 The optimized 50msublevel engineering

圖9 沿礦體走向布置進(jìn)路中深孔布置優(yōu)化示意圖Fig.9 The layout optimization along the ore body in medium－deep hole

4.3 方案比較

現(xiàn)對(duì)兩個(gè)采切工程布置方案從工程量、生產(chǎn)能力、技術(shù)狀況及技術(shù)指標(biāo)等方面進(jìn)行綜合分析、論證，以便選擇合適的布置方案。初步設(shè)計(jì)為礦體上盤切割井拉槽，由于切割井?dāng)?shù)量較多，并均處于礦巖交界部位，施工難度大，若無(wú)法成井，則切割槽不能按設(shè)計(jì)拉開，則容易出現(xiàn)“懸頂”等現(xiàn)象，將直接影響回采工作的正常開采。優(yōu)化后，將拉槽方式改為礦體上、下盤切割井和切割平巷聯(lián)合拉槽，減少了切割井?dāng)?shù)量，改善了爆破拉槽效果，同時(shí)降低了施工難度。

方案優(yōu)化后，回采進(jìn)路沿走向布置，縮短回采進(jìn)路長(zhǎng)度，減少切割天井?dāng)?shù)量，減少基建工程，同時(shí)合理布置回采進(jìn)路，減少上盤巖石混入和下盤殘留礦體，較設(shè)計(jì)提高礦石回采率11%，降低貧化率8%。詳細(xì)指標(biāo)見表4。

表4 兩個(gè)方案采礦指標(biāo)分析表Table 4 Mining indexes in two schemes

5 結(jié)論

通過分析二馬區(qū)域復(fù)雜礦體賦存條件，深入研究采切工程、中深孔放礦體形態(tài)，合理改善礦體橢球體形態(tài)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模精細(xì)化開采，保證設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，從而大幅度降低礦石損失貧化，切實(shí)提升礦石回采率等采礦指標(biāo)，構(gòu)建適合該類型礦體的采切工程布置方案，較好地解決了不同礦體條件下的傾斜中厚礦體崩落法高效開采的技術(shù)難題。

［1］王運(yùn)敏.現(xiàn)代采礦手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2011：835－837.

［2］中冶京誠(chéng)（秦皇島）工程技術(shù)有限公司.二馬采區(qū)地下采礦工程初步設(shè)計(jì)［R］.秦皇島：中冶京誠(chéng)（秦皇島）工程技術(shù)有限公司，2013：88－91.

［3］任鳳玉.隨機(jī)介質(zhì)放礦理論及其應(yīng)用［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1994：6－28.

［4］徐永圻.采礦學(xué)［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003：224－228.

［5］劉興國(guó).崩落采礦法放礦時(shí)礦巖移動(dòng)的基本規(guī)律.有色金屬［J］.有色金屬（礦山部分），1979，31（5）：4－5.

［6］杜計(jì)平，孟憲銳.采礦學(xué)［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2009：39－53.

［7］任鳳玉，袁國(guó)強(qiáng)，陳曉云，等.弓長(zhǎng)嶺井下礦改進(jìn)采場(chǎng)結(jié)構(gòu)的研究［J］.金屬礦山，2006（9）：86－87.

Exploration of cut mining engineering layout under the occurrence condition of complex ore body

HUANG Jianxin
（Shougang Mining Co.，Tangshan Hebei 064404，China）

The most common method of underground iron mining is non－pillar sublevel caving.All the mining enterprises try their best to think about how to promote the economic and technical indicators in the process of mining.However，because of the complexity of the ore body occurrence conditions，it is quite difficult to improve the recovery rate，dilution rate，stripping ratio etc.The cut mining form project layout of hanging wall ore 65m，50 m section was applied in Erma section，which reached in accordance with the requirements of forming a capping layer by selecting the outside vein tunnel and along the drift layout scheme.In that case，it can save the construction cost and improve the recovery rate of ore.The method is very useful for the complexity of the ore body occurrence conditions where the dip angle of ore body is slow，ore body thickness of ore body is small，with multilayer and so on.

non－pillar sublevel caving；hangs helps the ore；along the drift；cutting engineering

TD853.36

Α

1671－4172（2015）02－0022－05

10.3969/j.issn.1671－4172.2015.02.006

黃建新（1982－），男，工程師，礦山工程專業(yè)，主要研究方向?yàn)椴傻V工程。