邱海濤，秦國(guó)保，吳榮高，丁航行

(1.南京梅山冶金發(fā)展有限公司礦業(yè)分公司， 江蘇南京 210041;2.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院， 遼寧沈陽(yáng) 110819)

0 引言

梅山鐵礦是較早應(yīng)用無(wú)底柱分段崩落法的礦山之一。近些年的實(shí)踐表明，加大無(wú)底柱分段崩落法采場(chǎng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，不僅可增大開采強(qiáng)度與生產(chǎn)效率，而且可降低采礦成本與改善安全生產(chǎn)條件。因此，隨著采礦設(shè)備的發(fā)展，無(wú)底柱分段法的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)在不斷增大，已成為目前無(wú)底柱分段法的主要發(fā)展趨勢(shì)［1］。

梅山鐵礦在大采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)方面，做了大量的研究工作［2，3］。作為國(guó)家“十五”攻關(guān)項(xiàng)目，梅山鐵礦在原有的15 m×15 m結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大間距結(jié)構(gòu)參數(shù)的改進(jìn)，根據(jù)梅山鐵礦的工業(yè)放出體參數(shù)，確定其在分段高度為15 m時(shí)的合理進(jìn)路間距為20 m。進(jìn)入到二期延伸作業(yè)水平，新的采礦階段將采用18 m×20 m(分段高度×進(jìn)路間距)的采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)，而且礦巖性狀發(fā)生了較為明顯的變化。因此，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)優(yōu)化鑿巖爆破參數(shù)，使之與新的結(jié)構(gòu)參數(shù)相匹配十分必要。

1 采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)底柱分段崩落采礦法的發(fā)源于瑞典Kiruna鐵礦，也是目前應(yīng)用大結(jié)構(gòu)參數(shù)開采最成功的礦山［4］。該礦的礦體走向長(zhǎng)4 km，平均厚80 m，平均傾角70°。進(jìn)入1990年代末，分段高度增到28.5～30 m(見表1)。目前該礦正在試驗(yàn)分段高度30 m，進(jìn)路間距37 m的雙進(jìn)路采場(chǎng)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)參數(shù)的增加，大幅度地提高了采礦強(qiáng)度，降低了采準(zhǔn)工程量和采礦成本。

表1 Kiruna鐵礦參數(shù)改進(jìn)歷程

隨著大結(jié)構(gòu)參數(shù)在Kiruna等國(guó)外鐵礦成功應(yīng)用，國(guó)內(nèi)很多礦山也相繼開展了研究應(yīng)用工作。梅山鐵礦采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)逐步從10 m×10 m，改進(jìn)到15 m×20 m，一次崩礦量達(dá)到了2500 t，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益［2］。大紅山鐵礦采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)20 m×20 m，一期生產(chǎn)能力達(dá)到了400萬(wàn)t/a，為了一、二期生產(chǎn)銜接，目前正在開展30 m×20 m大結(jié)構(gòu)參數(shù)試驗(yàn)研究［5］。北洺河鐵礦采用大結(jié)構(gòu)參數(shù)無(wú)底柱分段崩落法后，采準(zhǔn)系數(shù)由原來(lái)的3.6 m/kt減小到2.07 m/kt，節(jié)約了大量的采準(zhǔn)工程量，提高了產(chǎn)能。可見，無(wú)底柱分段崩落法加大采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)后，其生產(chǎn)效率與生產(chǎn)能力都得到大幅增加，已成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

2 工業(yè)試驗(yàn)方案

梅山鐵礦在二期開采設(shè)計(jì)中，將分段高度由15 m增大到18 m。同時(shí)，隨著采深的增加，散體流動(dòng)特性也發(fā)生了明顯變化。為降低大結(jié)構(gòu)參數(shù)開采的礦石損失貧化，急需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)，并據(jù)此優(yōu)化鑿巖爆破參數(shù)。

梅山鐵礦目前生產(chǎn)用的鑿巖爆破參數(shù)為:孔徑89 mm，鑿巖中心2個(gè)，排距2.2 m，炮孔長(zhǎng)度145 m，裝藥量 900 kg，崩礦量 2500 t，炸藥單耗 0.36 kg/t。該參數(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中取得了較好效果。由于試驗(yàn)增大了分段高度，崩礦步距也需要相應(yīng)的增大。同時(shí)增大炮孔直徑到105 mm進(jìn)行驗(yàn)證，觀察爆破效果?；谝陨峡紤]，設(shè)計(jì)了表2所示的7組鑿巖參數(shù)試驗(yàn)方案。

理想的試驗(yàn)條件是，每個(gè)方案在一條進(jìn)路里進(jìn)行試驗(yàn)，以達(dá)到互不影響的目的。而由于現(xiàn)場(chǎng)條件不具備，只能選擇盡可能大的試驗(yàn)采場(chǎng)，最終試驗(yàn)采場(chǎng)設(shè)計(jì)在－303 m水平4－5L聯(lián)巷S1～S5進(jìn)路。每條進(jìn)路試驗(yàn)2～3個(gè)方案，各試驗(yàn)參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)分布如圖1所示。圖中①～⑦區(qū)域分別對(duì)應(yīng)方案1～7試驗(yàn)區(qū)域。

表2 各方案鑿巖爆破參數(shù)匯總

圖1 試驗(yàn)地點(diǎn)

3 試驗(yàn)方案實(shí)施

由于目前生產(chǎn)階段分段高度為15 m，給試驗(yàn)帶來(lái)一定困難。需要在－303 m水平4－5L聯(lián)巷S1～S5進(jìn)路原有工程基礎(chǔ)上，重新進(jìn)行采準(zhǔn)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)礦塊聯(lián)絡(luò)道、進(jìn)路平面布置以及進(jìn)路間距與－303 m水平一致，不過(guò)巷道整體標(biāo)高下降3 m。試驗(yàn)礦塊具體采準(zhǔn)工程布置如圖2所示，考慮到后期－303 m水平5L南部拉槽的施工安全，試驗(yàn)礦塊S1～S5每條進(jìn)路均設(shè)計(jì)與聯(lián)巷5L不貫通。進(jìn)路斷面規(guī)格采用(寬 × 高)5.5 m ×3.8 m 和6.0 m ×3.8 m 兩種尺寸，1/5三心拱;聯(lián)絡(luò)道斷面規(guī)格為5.0 m ×3.8 m，1/5三心拱。為了便于人員和設(shè)備進(jìn)入試驗(yàn)礦塊，設(shè)計(jì)了T1－T2和T4－T3兩條斜坡道。

圖2 試驗(yàn)礦塊采準(zhǔn)工程布置

截止至2012年7月上旬，基建車間已基本完成試驗(yàn)礦塊區(qū)域內(nèi)的采準(zhǔn)掘進(jìn)，各進(jìn)路具體情況見表3。由表3可知，試驗(yàn)礦塊S1～S5進(jìn)路可以布置采礦中、大孔的巷道約為300 m，以平均2.4 m的中孔排距計(jì)算，大約可以布置120排。另考慮到進(jìn)路第一排炮孔布置及施工，剩余貫通距離不宜超過(guò)1.5 m，應(yīng)對(duì)貫通處進(jìn)行處理，以減少貫通距離，保證后期的鑿巖施工。

表3 S1－S5進(jìn)路掘進(jìn)情況

目前切割槽已基本形成，各進(jìn)路具備回采條件。在下一步的回采試驗(yàn)中，將全程進(jìn)行跟蹤調(diào)查，對(duì)回采效果給予評(píng)價(jià)，從而優(yōu)選出合理方案。

4 結(jié)論

(1)加大無(wú)底柱分段崩落法的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，能夠顯著提升礦山企業(yè)生產(chǎn)效率與生產(chǎn)能力。隨著采礦設(shè)備的發(fā)展進(jìn)步，加大采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)已成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

(2)梅山鐵礦將由原有的15 m×20 m采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)增加到18 m×20 m，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)優(yōu)化鑿巖爆破參數(shù)，使之與新的結(jié)構(gòu)參數(shù)相匹配十分必要。

(3)經(jīng)過(guò)綜合考慮，設(shè)計(jì)了7組試驗(yàn)方案，并選擇－303 m水平4－5L聯(lián)巷S1～S5進(jìn)路作為試驗(yàn)礦塊，目前采準(zhǔn)工作已完畢，試驗(yàn)礦塊的回采驗(yàn)證工作正逐步開展，預(yù)期能夠取得較好的試驗(yàn)效果。

［1］丁航行，任鳳玉.大結(jié)構(gòu)參數(shù)無(wú)底柱分段崩落法的發(fā)展及設(shè)備需求［J］.中國(guó)礦業(yè)，2012，21(10):109-111.

［2］范慶霞.梅山鐵礦采用大型大間距采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的探討［J］.礦業(yè)工程，2004，2(2):25-28.

［3］俞勝健.梅山鐵礦工業(yè)放出體試驗(yàn)研究［J］.冶金礦山設(shè)計(jì)與建設(shè)，2000(01):3-6.

［4］MARTINEZ M A，NEWMAN A M.A solution approach for optimizing long－ and short－ term production scheduling at LKAB＇s Kiruna mine［J］.European Journal of Operational Research，2011，211(1):184-197.

［5］余正方.大紅山鐵礦二期大參數(shù)放礦試驗(yàn)［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2014(2):14-16.