張　奇　徐祥熙　陳　哲

(1.山東金嶺礦業(yè)股份有限公司；2.山東省黃島出入境檢驗(yàn)檢疫局)

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金嶺鐵礦中厚緩傾斜礦床開采方案優(yōu)化

張奇1徐祥熙1陳哲2

(1.山東金嶺礦業(yè)股份有限公司；2.山東省黃島出入境檢驗(yàn)檢疫局)

摘要金嶺鐵礦一直沿用的采礦方法為分段鑿巖階段礦房法，盡管工藝成熟但存在礦石回采率偏低的問(wèn)題。為此，在現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)工藝流程的基礎(chǔ)上，對(duì)新探礦體的采礦工藝進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，采用嗣后充填無(wú)礦柱連續(xù)采礦法進(jìn)行回采。將礦體劃分為幾個(gè)礦塊，調(diào)整鑿巖切割巷道、出礦進(jìn)路和脈外聯(lián)絡(luò)巷道的布置方式，采用后退式連續(xù)開采的方式回采礦塊。實(shí)踐結(jié)果表明：優(yōu)化后的采礦方案提高了礦石回采率，降低了萬(wàn)噸采掘比，達(dá)到了降本增效的目的，提高了經(jīng)濟(jì)效益，此外，采用全尾砂膠結(jié)充填，減少了尾礦存量，有效控制了地壓，社會(huì)效益顯著。

關(guān)鍵詞緩傾斜中厚礦體嗣后充填無(wú)礦柱連續(xù)采礦法回采率全尾砂膠結(jié)充填

金嶺鐵礦召口礦區(qū)北金召北礦床08#礦體為新探礦體，捕虜體成礦，賦存于奧陶系馬家溝組石灰?guī)r與燕山期閃長(zhǎng)巖及矽卡巖的接觸帶上，為熱液接觸交代矽卡巖型磁鐵礦床。礦巖接觸界線清楚，產(chǎn)狀受接觸帶控制，礦體緩傾斜，平均厚度8 m，最厚達(dá)18 m，礦體部分地段煌斑巖脈發(fā)育，圍巖為結(jié)晶灰?guī)r和矽卡巖。區(qū)內(nèi)主要含水層為奧陶系馬家溝組灰?guī)r，含水類型為巖溶裂隙水，該處灰?guī)r含水層從局部看，地下水靜儲(chǔ)量不大，補(bǔ)給來(lái)源不充分，補(bǔ)給量相對(duì)較小。本研究在分析該礦原設(shè)計(jì)開采方案存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，對(duì)08#礦體的開采工藝進(jìn)行優(yōu)化。

1原設(shè)計(jì)開采方案

金嶺鐵礦主要使用的采礦方法為分段鑿巖階段礦房法，階段高度60～70 m，分段高度18～20 m，階段采用脈外下盤設(shè)備井與脈外下盤分段聯(lián)絡(luò)道的聯(lián)合采準(zhǔn)系統(tǒng)，在礦體端部布置回風(fēng)天井，礦房底部采用塹溝結(jié)構(gòu)，垂直走向布置礦房，沿穿脈巷道掘進(jìn)出礦巷道與塹溝連接，一般分為2～3個(gè)分段，礦房寬度20～30 m，礦柱寬度10～14 m。根據(jù)礦體圍巖結(jié)構(gòu)，先房后柱，礦柱采用深孔爆破方式回收，礦柱回采條件差，回采率低且貧化率大。使用KQJ-100B型潛孔鉆機(jī)鉆鑿φ100 mm深孔，底部階段水平布置平底結(jié)構(gòu)，使用鏟運(yùn)機(jī)出礦。北金召北礦床08#礦體屬于緩傾斜中厚礦體，設(shè)計(jì)回采率66%，萬(wàn)噸采掘比64 m/萬(wàn)t，設(shè)計(jì)回采率低，嚴(yán)重影響了礦山的經(jīng)濟(jì)效益，迫切需要改進(jìn)采礦方案。

2開采方案優(yōu)化

2.1方案優(yōu)化要點(diǎn)

根據(jù)08#礦體的形態(tài)和產(chǎn)狀，結(jié)合現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)工藝，將房柱二步回采改為嗣后充填無(wú)礦柱連續(xù)回采(圖1)，優(yōu)化設(shè)計(jì)的要點(diǎn)主要有：

(1)提高回采率。采用不留礦柱連續(xù)回采的方式回采礦體，利用膠結(jié)充填體支撐采空區(qū)頂板控制地壓，可有效降低礦柱損失，提高礦體的回采率。

(2)確保較高的采礦效率。以礦塊為獨(dú)立回采充填單元，調(diào)整回采順序，待充填體達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，連續(xù)回采相鄰的礦房[1]。采場(chǎng)生產(chǎn)能力大，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，且礦石損失貧化低。各礦塊之間強(qiáng)化與協(xié)調(diào)落礦、出礦、運(yùn)礦三大工序，使其具有相對(duì)獨(dú)立的作業(yè)條件，各工序可在不同礦塊平行連續(xù)進(jìn)行，組成連續(xù)的開采作業(yè)系統(tǒng)[2]。

(3)優(yōu)化巷道布置，降低采準(zhǔn)比。每個(gè)礦塊作為一個(gè)獨(dú)立的作業(yè)單元，采準(zhǔn)工程布置以減少工程量為目標(biāo)，僅保留所需的基本工程，共用出礦巷道、脈外聯(lián)絡(luò)巷道和溜井系統(tǒng)。出礦巷道貫穿于整個(gè)礦塊，供礦塊內(nèi)所有礦房出礦使用，礦房由礦塊的一端依次向后回采，逐步退入聯(lián)絡(luò)道內(nèi)。增加公共巷道的布置，可有效降低礦塊內(nèi)采準(zhǔn)工程的采掘比。

(4)充分利用已有生產(chǎn)系統(tǒng)，無(wú)需另外增加生產(chǎn)系統(tǒng)。采礦工藝流程和設(shè)備與原有的空?qǐng)霾傻V法類似，易于作業(yè)人員熟練掌握生產(chǎn)流程，不影響安全生產(chǎn)。

2.2方案內(nèi)容2.2.1礦房布置參數(shù)

在礦體中間位置保留12m的保安礦柱，運(yùn)輸、回風(fēng)、充填等主要工程布置于該礦柱內(nèi)。通過(guò)保安礦柱，將設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的礦體劃分為3個(gè)礦塊，并確保彼此的獨(dú)立性。礦塊內(nèi)劃分礦房，每個(gè)礦塊內(nèi)的礦房平行布置，礦房寬度15～20 m，階段高度16～20 m，礦房連續(xù)布置，由礦塊一端依次順序回采。一個(gè)礦房回采完成后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行膠結(jié)充填，充填體達(dá)到充填強(qiáng)度后，方可進(jìn)行下一個(gè)礦房的回采，出礦礦房交錯(cuò)布置，連續(xù)回采，保證出礦效率。

圖1　嗣后充填采礦法

2.2.2采準(zhǔn)布置

每個(gè)礦房?jī)?nèi)布置切割回風(fēng)上山、出礦進(jìn)路、鑿巖道等工程。作業(yè)人員主要通過(guò)設(shè)備井或聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入采區(qū)，通風(fēng)人行布置于端部并作為安全出口，出礦直接在巷道內(nèi)裝礦或通過(guò)直溜井裝礦。每間隔10 m布置一條出礦巷道貫穿整個(gè)礦塊，共用脈外聯(lián)絡(luò)道。切割上山布置于礦房一側(cè)，與充填水平貫通，采后作為采區(qū)充填口。

2.2.3礦塊回采

(1)鑿巖。鑿巖道不與出礦進(jìn)路位于同一水平，鑿巖平巷貫通后，形成施工條件后即可施工深孔，鑿巖道布置于采場(chǎng)中央，采用KQJ-100B型潛孔鉆機(jī)施工φ100 mm深孔，排間距2 m，孔底距3～3.5 m。施工深孔時(shí)，為保護(hù)充填體，應(yīng)預(yù)留2 m緩沖層，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工深孔，禁止深孔超深，保護(hù)緩沖層。

(2)爆破。以切割上山為自由面進(jìn)行拉槽爆破，形成爆破自由面后，再進(jìn)行排孔爆破。礦房回采時(shí)，一側(cè)為實(shí)體，另一側(cè)為充填體，應(yīng)對(duì)充填體進(jìn)行適當(dāng)保護(hù)。深孔爆破采用逐孔爆破，使用高精度非電導(dǎo)爆管毫秒延時(shí)起爆，嚴(yán)格控制裝藥量，減輕爆破振動(dòng)。

(3)出礦。將礦體分為多個(gè)礦塊，每個(gè)礦塊作為一個(gè)獨(dú)立的采充單元，由礦塊一側(cè)向另一側(cè)推進(jìn)，下一步回采的采場(chǎng)緊鄰剛充填完畢的采場(chǎng)，通過(guò)多個(gè)礦塊間的交叉作業(yè)，完成礦體的連續(xù)回采。底部出礦結(jié)構(gòu)為塹溝結(jié)構(gòu)，爆破后，礦石落入塹溝內(nèi)，使用金-075鏟運(yùn)機(jī)后退式出礦。礦石通過(guò)溜井進(jìn)入中段運(yùn)輸大巷，利用架線式電機(jī)車有軌運(yùn)輸運(yùn)至礦倉(cāng)。

(4)通風(fēng)。新鮮風(fēng)流經(jīng)運(yùn)輸大巷和設(shè)備井進(jìn)入各中段工作面，污風(fēng)由端部回風(fēng)人行進(jìn)入上部回風(fēng)水平后，通過(guò)中部回風(fēng)系統(tǒng)排出地表。采場(chǎng)利用局扇加強(qiáng)通風(fēng)，局部通風(fēng)時(shí)間不少于30 min。

2.2.4采區(qū)充填

礦山采用全尾膠結(jié)充填工藝，通過(guò)自流輸送充填料漿。充填施工前，應(yīng)做好充填密閉墻的施工及濾水工作，擋墻的位置宜選擇在巖石穩(wěn)固的部位，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)?；夭蓵r(shí)，由于后采礦房出礦需在先采礦房的充填體附近進(jìn)行，為保證正常出礦及減少貧化，充填物(膠固粉∶尾砂)配比取1∶6，濃度55%。將充填體試塊(規(guī)格100 mm×100 mm×100 mm)養(yǎng)護(hù)28 d后，其抗壓強(qiáng)度最小值不小于1.5 MPa。根據(jù)國(guó)內(nèi)外礦山充填體設(shè)計(jì)強(qiáng)度與充填體高度的關(guān)系，采用歸納法進(jìn)行分析，得到了礦山實(shí)際使用的膠結(jié)充填體的強(qiáng)度與充填體高度的關(guān)系曲線，公式為

式中，H為膠結(jié)充填體的高度，m；α為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，當(dāng)充填高度小于50 m時(shí)，取600，當(dāng)充填高度大于50 m 時(shí)，取1 000；σc為膠結(jié)充填體的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，MPa。

本研究H取20 m，α取600，代入上式，計(jì)算得σc為0.87 MPa?，F(xiàn)有膠結(jié)充填試塊的礦壓強(qiáng)度(≥1.5 MPa)，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3方案技術(shù)比較

新方案實(shí)踐表明，礦石回采率提高16%，采掘比每萬(wàn)噸降低11.5 m，經(jīng)濟(jì)效益明顯。全尾砂膠結(jié)充填材料的應(yīng)用，一方面可減少尾礦存量，降低尾礦庫(kù)存放壓力，另一方面可控制地壓，有效控制地表塌陷和變形，具有較好的社會(huì)效益。

3結(jié)語(yǔ)

對(duì)于緩傾斜中厚礦體回采難度較大，采用嗣后充填無(wú)礦柱連續(xù)回采方式具有開采強(qiáng)度大、回采率高、作業(yè)效率高、采礦成本相對(duì)較低、生產(chǎn)安全等優(yōu)點(diǎn)。本研究針對(duì)金嶺鐵礦召口礦區(qū)北金召北礦床08#礦體，對(duì)該礦山原有的采礦方案進(jìn)行了優(yōu)化，取得了較好的實(shí)踐效果，可供類似礦山參考。

參考文獻(xiàn)

[1]于潤(rùn)滄.采礦工程師手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[2]吳秀良.上向進(jìn)路低強(qiáng)度膏體充填體強(qiáng)度設(shè)計(jì)研究[J].中國(guó)礦山工程，2015(4)：8-9.

(收稿日期2016-03-28)

張奇(1981—)，男，工程師，255081 山東省淄博市。