張洪海， 路文智， 江 寧

(1.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038；2.中國(guó)華冶科工集團(tuán)有限公司安徽杜達(dá)分公司， 安徽 六安 237400；3.安徽金安礦業(yè)有限公司， 安徽 六安 237400)

1 前言

安徽金安礦業(yè)有限公司草樓鐵礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為年采選鐵礦石200萬(wàn)t，2004年7月開(kāi)工建設(shè)，2007年7月礦山主體工程竣工，并開(kāi)始試生產(chǎn)。2008年創(chuàng)造了當(dāng)年投產(chǎn)當(dāng)年達(dá)產(chǎn)的礦山建設(shè)紀(jì)錄。2010年9月，草樓鐵礦300萬(wàn)t/a擴(kuò)建工程安全設(shè)施順利通過(guò)了安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門組織的竣工驗(yàn)收。2014年12月，草樓鐵礦300萬(wàn)t/a擴(kuò)建工程獲得了全國(guó)冶金礦山行業(yè)首個(gè)魯班獎(jiǎng)。

草樓鐵礦采用豎井開(kāi)拓，共有主井、副井、南風(fēng)井、北風(fēng)井等七條豎井。中段高度60m，礦山共有-170m、-230m、-290m、-350m、-410m五個(gè)生產(chǎn)中段，其中-170m中段為回風(fēng)中段。為了便于生產(chǎn)組織，根據(jù)礦體厚度和礦體形狀的變化，將礦區(qū)分為北采區(qū)、中央采區(qū)和南采區(qū)。北采區(qū)采用階段礦房嗣后充填法采礦,出礦能力為70萬(wàn)t/a；中央采區(qū)采用大直徑深孔空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ú傻V,出礦能力為200萬(wàn)t/a;南采區(qū)采用淺孔留礦嗣后充填法采礦,出礦能力為30萬(wàn)t/a[1]。

由于原大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法的回采高度只有60m，且礦塊尺寸較小，二步回采礦柱時(shí)，出礦進(jìn)路需要穿過(guò)已經(jīng)回采礦房中的充填體，由于充填體的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性較差，需要對(duì)這部分巷道進(jìn)行特殊支護(hù)方法進(jìn)行加固。為保證中段間正常生產(chǎn)接續(xù)、減少采切工程量、提高礦石回采率、滿足300萬(wàn)t/a擴(kuò)產(chǎn)后生產(chǎn)能力要求，對(duì)大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法進(jìn)行改進(jìn)勢(shì)在必行。

2 礦床地質(zhì)概況

2.1 礦床類型

礦床成因類型：沉積變質(zhì)鐵礦床。

2.2 礦體地質(zhì)特征

根據(jù)礦體的規(guī)模、形態(tài)等局部特征，草樓鐵礦劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號(hào)三個(gè)礦體，Ⅰ、Ⅲ號(hào)為含礦巖層段頂、底部小礦體，Ⅱ號(hào)礦體為含礦巖層段中部主礦體。三個(gè)礦體的層間距離為6.27～15.66m，分布較集中，含礦巖段呈向東突出的寬緩弧形。

Ⅰ號(hào)礦體分布于0～7線和15線，為含礦巖層段頂部小礦體，呈薄層狀產(chǎn)出?？刂频V體長(zhǎng)度400m，埋深位置-200～-320m，寬70～200m，平均135m。礦體在0～7線之間厚度變化較小，11線尖滅，平均假厚度10.50m。

Ⅱ號(hào)礦體分布于16～23線，為含礦巖層段中部主礦體，礦體呈層—似層狀產(chǎn)出。其中心(0～19線)較厚，但0線、7線夾石層較多。0線以南走向?yàn)槟夏衔鳎?～7線總體近南北向，7線以北為北北西。走向兩端隨礦體變薄夾石層尖滅，復(fù)合為單層?？刂崎L(zhǎng)度2 400m，向南延深至24線(ZK241孔)變薄(假厚度6.86m)，有尖滅趨勢(shì)。埋深在-100m至-480m之間，寬90～410m，平均210m,礦體厚度在0～19線之間較厚，且?jiàn)A石率逐漸降低。0線以南和19線以北，厚度變化呈急促變薄和尖滅趨勢(shì)，平均假厚度52.29m。傾向西，傾向上延伸較穩(wěn)定，傾角30°～70°，平均斜深280m。

Ⅲ號(hào)礦體分布于0～8線，為含礦巖層段底部小礦體，呈單層產(chǎn)出，控制長(zhǎng)度400m,埋深位置在-130m至-225m之間，寬130～180m,平均假厚度10.89m，走向上厚度變化不大，傾向上易尖滅。

三個(gè)礦體呈層～似層狀整合產(chǎn)出，傾向270°，平均傾角40°～52°。

2.3 工程、水文地質(zhì)

礦石頂、底板圍巖以黑云角閃斜長(zhǎng)片麻巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖為主，其次為斜長(zhǎng)角閃巖、混合巖，f系數(shù)8～10，RQD值81%～91%。礦巖質(zhì)量中等，巖體局部軟弱破碎，穩(wěn)固性差。

地下涌水量較小，水文地質(zhì)簡(jiǎn)單。

3 原采礦工藝

原大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法的回采高度只有60m，礦塊寬度為30m。采礦方法如圖1所示。

1—下盤運(yùn)輸巷；2—上盤運(yùn)輸巷；3—受礦平巷；4—出礦平巷；5—出礦進(jìn)路；6—拉底補(bǔ)償區(qū)；7—下盤回風(fēng)巷；8—鑿巖硐室；9—上盤回風(fēng)巷

3.1 礦塊布置及構(gòu)成要素

礦塊垂直礦體走向布置，每個(gè)礦塊有一個(gè)礦房和一個(gè)礦柱組成。礦塊長(zhǎng)為礦體厚度，寬30m(礦房、礦柱寬均為15m)，階段高60m。底部結(jié)構(gòu)高15m，大直徑孔深45m。

3.2 采切工程布置

(1)采準(zhǔn)工程。每個(gè)中段自礦體的下盤施工1條采準(zhǔn)斜坡道，通過(guò)鑿巖水平聯(lián)絡(luò)道及出礦水平聯(lián)絡(luò)道連通鑿巖水平上、下盤回風(fēng)巷和出礦水平上、下盤運(yùn)輸巷。由鑿巖水平鑿巖聯(lián)絡(luò)道聯(lián)通鑿巖硐室。在出礦水平的礦柱及礦房底部先施工受礦平巷和出礦平巷，再根據(jù)受礦平巷、出礦平巷所揭露的礦體形態(tài)布置出礦進(jìn)路[2]。

(2)切割工程。在礦房中部布置切割平巷，然后施工切割天井，采用中深孔拉槽。切割槽形成后，在受礦平巷中施工扇形中深孔并進(jìn)行爆破作業(yè)，形成底部結(jié)構(gòu)及礦石回采時(shí)的補(bǔ)償空間。

3.3 回采工藝

(1)采場(chǎng)落礦。在鑿巖硐室內(nèi)采用潛孔鉆機(jī)施工φ165mm下向大直徑深孔，深孔網(wǎng)度為3.0m×3.0m；為減少礦石損失，靠近上盤位置適當(dāng)布置幾排傾斜孔。

深孔施工完成后即可開(kāi)始回采爆破作業(yè)。采用人工間隔裝藥，炸藥為多孔粒狀銨油炸藥，采用非電導(dǎo)爆管系統(tǒng)起爆；采用孔間、排間微差擠壓側(cè)向崩礦。

(2)采場(chǎng)出礦。爆下的礦石采用ST1030鏟運(yùn)機(jī)鏟裝到采區(qū)溜井。為了減弱爆破作業(yè)對(duì)采場(chǎng)底部結(jié)構(gòu)的破壞，并且為下次爆破預(yù)留所需的補(bǔ)償空間，每次爆破后的出礦量約為落礦量的40%。

4 原采礦方法存在的問(wèn)題

(1)回采高度小，出礦水平底部結(jié)構(gòu)三角礦柱占比大，導(dǎo)致采礦回收率降低。

(2)二步回采礦柱時(shí)，需要在礦房充填體內(nèi)掘進(jìn)出礦巷道及部分出礦進(jìn)路，建設(shè)成本、維護(hù)費(fèi)用較高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。

(3)采切工程量大，采準(zhǔn)工程準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)。

5 改進(jìn)后的采礦方法

在總結(jié)原大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)中央采區(qū)的礦體賦存特點(diǎn)，為減少采切工程量，提高礦石回收率，對(duì)大直徑深孔高階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法開(kāi)展工業(yè)性試驗(yàn)，并推廣應(yīng)用。采礦方法如圖2所示。

1—下盤運(yùn)輸巷；2—上盤運(yùn)輸巷；3—受礦平巷；4—出礦平巷；5—出礦進(jìn)路；6—拉底補(bǔ)償區(qū)；7—下盤回風(fēng)巷；8—鑿巖硐室；9—上盤回風(fēng)巷

5.1 采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)

礦塊垂直礦體走向布置, 每個(gè)礦塊有一個(gè)礦房和一個(gè)礦柱組成。礦塊長(zhǎng)為礦體厚度,寬為36m,礦房、礦柱長(zhǎng)均為礦體厚度,寬均為18m,雙中段合并回采，回采高度為105m,底部結(jié)構(gòu)高為15m?；夭煞謨刹襟E進(jìn)行,第一步回采礦房,第二步回采礦柱。

5.2 采切工程布置

大直徑深孔高階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法主要用于回采-290～-410m中段間的礦體, 鑿巖硐室分別布置在-290m和-350m水平，-395m水平為無(wú)軌出礦水平，回采礦房時(shí)雙側(cè)出礦，回采礦柱時(shí)單側(cè)出礦。

主要采切工程：-290m和-350m上、下盤脈外回風(fēng)巷，鑿巖硐室聯(lián)絡(luò)道，鑿巖硐室，-395m水平上、下盤脈外運(yùn)輸巷，出礦平巷，出礦進(jìn)路，受礦平巷，礦、廢石溜井等。

切割、拉底工程同原采礦工藝。拉底時(shí)為提高礦石回采率，在下盤適當(dāng)多布置2～4排中深孔。

5.3 回采工藝

(1)采場(chǎng)落礦。在鑿巖硐室內(nèi)采用潛孔鉆機(jī)施工φ165mm下向大直徑深孔，深孔網(wǎng)度為2.8m×3.0m(孔距×排距)；孔深60m或30m；為減少礦石損失，靠近上盤位置適當(dāng)布置幾排傾斜孔。

深孔施工完成后即可開(kāi)始回采爆破作業(yè)，炸藥為普通乳化炸藥,采用多層球狀藥包空氣間隔裝藥，分層裝藥量為25～36kg，為提高爆破效果，相鄰炮孔藥包交錯(cuò)布置?；夭勺鳂I(yè)依次為小斷面掏槽爆破、倒梯段側(cè)向崩礦及破頂爆破。

掏槽區(qū)設(shè)在礦房中心區(qū)域，掏槽面積30～40m2，分層爆破高度2.5～3.0m。

倒梯段側(cè)向崩礦，為控制爆破震動(dòng)對(duì)地表的影響，最大單響藥量控制在600kg以內(nèi)。

破頂層高度為8～12m，采用控制破頂爆破技術(shù)，自切割槽向上、下盤方向進(jìn)行破頂爆破作業(yè)。

(2)采場(chǎng)出礦。爆下的礦石由鏟運(yùn)機(jī)鏟裝到采區(qū)溜井，經(jīng)-410m水平裝有軌礦車運(yùn)出。每次爆破后留60%的礦石暫時(shí)放在采場(chǎng)，等采場(chǎng)爆破全部結(jié)束后，再大量放出礦石。

5.4 空區(qū)充填

待采場(chǎng)礦石全部出完后,進(jìn)行充填作業(yè)。對(duì)出礦進(jìn)路、受礦平巷、切割平巷等出入口進(jìn)行封閉后，采用分次充填,分區(qū)接頂?shù)姆绞綄?duì)空區(qū)進(jìn)行全尾砂膠結(jié)充填。待相鄰礦房完成充填、且充填體養(yǎng)護(hù)28d后,再回采相鄰的礦柱,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖穩(wěn)固情況采用低灰砂比尾砂膠結(jié)或全尾砂非膠結(jié)充填采空區(qū)。

6 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較見(jiàn)表1。

表1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較表

7 結(jié)論

(1)回采高度由60m提高到105m，減少了一個(gè)底部結(jié)構(gòu)的采切工程量,減輕了采場(chǎng)頂柱及底部三角礦柱的回收壓力,提高了礦石回采率。

(2)礦塊寬度由30m調(diào)整為36m，二步驟回采礦柱時(shí),可采用單側(cè)出礦的采場(chǎng)底部結(jié)構(gòu)形式，保證出礦平巷及出礦進(jìn)路均位于未擾動(dòng)礦體內(nèi),減少了巷道施工成本和維護(hù)費(fèi)用，增加了礦柱回采的安全性。

(3)通過(guò)草樓鐵礦多個(gè)礦房的應(yīng)用，同排全孔一次爆破技術(shù)大大減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了導(dǎo)爆索的消耗量，提高了單次爆破的回采落礦量[3]。