高海拔深部铁矿开采工艺技术研究.pdf

分类号⋯⋯⋯⋯⋯⋯． UD C ⋯⋯⋯⋯⋯⋯．． 密级⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 编号⋯⋯⋯⋯⋯⋯一 十豹大学 C E N T R A LS O U T HU N I V E R S I T Y 硕士学文 研究生姓名 导师姓名及 专业技术职务 中南大学 2 0 1 2 年4 月 分类号 U DC 硕士学位论文 高海拔深部铁矿开采工艺技术研究 S t u d yo nI r o nO r eM i n i n gT e c h n o l o g yi nd e e p u n d e r g r o u n da th i g ha l t i t u d ea r e a s 作者姓名 学科专业 学院 系、所 指导教师 论文答辩日期 刘晓玲 采矿工程 资源与安全工程学院 王新民 教授、博导 中南大学 二零一二年四月 一夸一一，牛四月 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名 当查塾 皇 日期塑 兰年上月翌日 学位论文版权使用授权书。 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名自盟导师签名皇丝酋丛日期塑 兰年上月筮日 中南大学硕士学位论文摘要 摘要 为了实现白石崖M 1 8 矿床的安全规模化开采，改变对矿产资源的浪费 现状，落实国家资源可持续发展的方针，本文在现场调研的基础上，以已 有理论研究为支撑，对M 1 8 矿床进行安全高效开采工艺研究。针对M 1 8 矿体的地质条件，论文利用综合评判方法选出最适合的采矿方法，对该方 法进行单体设计；研究覆盖层形成理论，确定适合的形成方法，优化选取 方法的采场参数，确定最优结构参数；并对回采中的地压活动进行分析管 理。本文主要研究内容如下 1 对白石崖M 1 8 矿床现场调研，熟悉矿山地质条件和开采技术条件， 获取矿岩的各种参数，收集后续工作所需资料。 2 对矿体进行分类，初步选出三种可行的采矿方法，对三种方案进 行设计，计算出各方案的主要技术经济参数，包括采矿综合成本、生产能 力、千吨采切比、矿石回收率、贫化率；将上述参数及安全程度作为评价 指标，引入层次分析法确定各指标的权重，再用密切值法根据权重和经济 参数选择出最优的采矿方案，确定无底柱分段崩落法为本矿山的采矿方法。 3 形成覆盖层是无底柱分段崩落法开采的一个重要工作，对形成覆 盖层的方法进行探讨，综合其他矿山的应用情况，选择适合M 1 8 矿体的形 成方式，确定用分段凿岩阶段矿房法回采 2 9 8 0 m 中段矿体，然后崩落矿岩 形成覆盖岩层，为下部开采提供条件。 4 参考资料设定5 种不同的矿房宽度和矿柱宽度，运用M I D A S 模 拟软件，建立模型，模拟用分段凿岩阶段矿房法同时回采4 个矿房时，顶 板和围岩的位移、应力分布情况；分析模拟结果，确定最优的矿房宽度和 矿柱宽度组合，使采场最为稳定。对这种参数下分段凿岩阶段矿房法的回 采方案进行设计，内容包括采准切割、凿岩、爆破、回采等工序。 5 鉴于M 1 8 矿体的实际情况，阐述地压活动的原理，列举地压活动 的影响因素、破坏形式，对无底柱分段崩落法回采时的应力分布进行分析， 最后，结合理论与实践经验，提出几种有效控制地压活动的措施，为安全 回采提供帮助。 关键词无底柱分段崩落法，分段凿岩阶段矿房法，覆盖层，地压，铁 矿，密切值法 中南大学硕士学位论文A B S T R A C T A BS T R A C T B a i s h iY aM 18h a sa l w a y sb e e np l a n l e s si nm i n i n g ．I no r d e rt oc h a n g et h i s n o n s c a l es i t u a t i o n ，r e d u c et h ew a s t eo fm i n i n gr e s o u r c e s ，a n ds t i c kt ot h ep o l i c y o fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fn a t u r a lr e s o u r c e s ，t h es a f ea n de f f i c i e n te x p l o i t i o n m i n i n gt e c h n o l o g yw a ss t u d i e d ，o nt h eb a s i so fs i t es u r v e ya n de x i s t i n g t h e o r e t i c a ls t u d i e s ．O na c c o u n to ft h eg e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，t h em o s ts u i t a b l e m i n i n gm e t h o dw a sc h o s e ，u s i n gt h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d ．I t s m i n i n gp r o c e s sw a sd e s i g n e d ．O v e r b u r d e nf o r m a t i o nt h e o r yw a sa n a l y z e dt o d e t e r m i n et h ea p p r o p r i a t ew a yi nt h i sc a s e ．T h es t o p ep a r a m e t e r so ft h es e l e c t e d m e t h o dw e r e o p t i m i z e d t o g a i n t h e o p t i m a l s t r u c t u r e p a r a m e t e r s ．T h e u n d e r g r o u n dp r e s s u r ea c t i v i t i e sw e r ea n a l y z e da n dm a n a g e d ．T h em a i nc o n t e n t s o ft l l i sa r t i c l ea r ea sf o l l o w s 1 F i n i s ht h es i t ei n v e s t i g a t i o no fB a i s h iY aM 1 8O r e ，b ef a m i l i a rw i t ht h e m i n eg e o l o g i c a lc i r c u m s t a n c ea n dm i n i n gt e c h n o l o g yc o n d i t i o n s ，o b t a i nv a r i o u s p a r a m e t e r so f t h eo r e ，a n dc o l l e c ta l lt h er e q u i r e di n f o r m a t i o n ． 2 C l a s s i f yt h eo r eb o d y , a n de l e c tt h r e ev i a b l em i n i n gm e t h o d si n i t i a l l y ． D e s i g nt h et h r e ep r o g r a m s ，a n dc a l c u l a t et h em a i nt e c h n i c a la n de c o n o m i c p a r a m e t e r st ot h e s ep r o g r a m s ，i n c l u d i n gt h eo v e r a l lc o s to fm i n i n g ，p r o d u c t i o n c a p a c i t y , t h er a t i oo fp r e p a r a t i o nt oc u t ，o r er e c o v e r yr a t e ，d i l u t i o nr a t e ．P u tt h e a b o v ep a r a m e t e r sa n dt h ed e g r e eo fs a f e t ya se v a l u a t i o ni n d e x ，a n da p p l yt h e a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s st od e t e r m i n et h ei n d e xw e i g h t s ．T h e nu s et h e o s c u l a t i n gv a l u em e t h o dt oc a c u l a t et h eo p t i m a lm i n i n gp r o g r a m ．T h eS u b l e v e l c a v i n gm i n i n gm e t h o di st h ef i n a ls c h e m e ． 3 T h ef o r m a t i o no ft h eo v e r b u r d e ni s a ni m p o r t a n tw o r ko fS u b l e v e l c a v i n gm i n i n g ．D i s c u s st h ew a y t of o r mc o v e r i n gl a y e r , a n ds e l e c ts u i t a b l em o d e o fM 18 o r e b o d y , c o n s o l i d a t i n go t h e rm i n i n ga p p l i c a t i o n s ．U s eS u b l e v e ls t a g e o r e r o o mm e t h o dt or e c o v e r y2 9 8 0 ms t a g eo ft h eo r eb o d y , a n dt h e nc a v i n go r e a n dr o c kt ob et h ec o v e r i n gl a y e r , i m p r o v i n gc o n d i t i o n sf o rt h el o w e rp a r to ft h e m i n i n g ． 4 S e tf i v ed i f f e r e n tw i d t ho ft h es t o p ea n dp i l l a rw i d t hr e f e r r i n gt os i m i l a r m i n e ．U s et h es i m u l a t i o ns o f t w a r eM I D A St ob u i l dt h em o d e l ，s i m u l a t et h e d i s p l a c e m e n ta n ds t r e s sd i s t r i b u t i o no fs t o p er o o fa n dw a l lr o c k ，w h e nm i n i n g w i t hs e g m e n t d r i l l i n gs t a g es t o p em e t h o dr e c o v e r y4s t o p e sm e a n w h i l e ．A n a l i z e t h e8 1 m u l a t i o nr e s u l t st od e t e r m i n et h eo p t i m a lw i d t ho f t h es t o p ea n dp i l l a r w l d t ht om a k et h es t o p es t a b l e ．D e s i g nt h em i n 堍p r o g r a mw i t hs u b p a r a 脚h d r i l l i n gs t a g es t o p eo ft h i s p a r a m e t e r , i n c l u d i n gm i n i n gp r ‘翟撕n g ，c u t t i n g ， d r i l l i n g ，b l a s t i n g ，m i n i n ga n do t h e rp r o c e s s ． 5 P r e s e n tt h ep r i n c i p l eo fg r o u n dp r e s s u r e ，a n dc i t e t h ei n f l u e n c i n g 士a c t o r sa l l df a i l u r em o d e so f t h ep r e s s u r ea c t i v i t y ．A n a l y z et h es t r e s sd i s 饿b u t i o n 1 nt h eS u b l e v e l c a v i n gm i n i n g p r o c e s s ．F i n a l l y , c o m b i n i n gt h et h e o r ya n d p r a c t l c e ，p r 叩o s es e v e r a le f f e c t i v em e a s u r e st oc o n t r o lt h ep r e s s u r e a c t i v i t y , p r o v i d i n gh e l pf o rs a f er ecovery．’’ K e yW o r d s S u b l e v e lc a v i n gm i n i n gm e t h o d ，S e c t i o n a l d r i l l i n gs t a g es t o p e m e t h o d ，c o v e r i n gl a y e r , u n d e r g r o u n dp r e s s u r e ， i r o n o r e ， O s c u l a t i n gv a l u e 中南大学硕士学位论文目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯Ⅳ 第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 研究背景、目的与意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 铁矿研究现状及发展前景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．2 ．1 铁矿石发展现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．2 铁矿开采方法应用现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．2 ．3 铁矿可持续发展建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3 无底柱分段崩落法研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 ．4 主要研究内容和技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 第二章矿山基本概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 ．1 自然地理、经济状况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 2 ．2 矿区地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 2 ．2 ．1 地层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．2 ．2 岩浆岩⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 2 ．2 ．3 区域构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 2 ．2 ．4 区域矿产⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 2 。2 ．5 区域地球物理特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11 2 ．3 矿床开采技术条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 l 2 ．3 ．1 水文地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．3 ．2 矿床地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．3 ．3 矿体⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．3 ．4 矿岩物理力学性质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．18 2 ．3 ．5 矿区供水水源评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 第三章采矿方法优化选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．1 矿体分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．2 采矿方法初选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．2 ．1 采矿方法初选原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 3 ．2 ．2 初选采矿方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 4 3 ．3 采矿方法优化选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31 3 ．3 ．1 层次分析法确定指标权重⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 3 ．3 ．2 密切值法确定优劣⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 3 ．4 无底柱分段崩落法单体设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 第四章覆盖层的形成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 4 ．1 理想条件下形成覆盖岩层的方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 4 ．2 白石崖M 1 8 覆盖层的形成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 4 ．2 ．1 总体落顶方案的研究和确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 4 ．2 ．2 覆盖层厚度的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 4 ．2 ．3 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 4 ．3 分段凿岩阶段空场法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 I V 中南大学硕士学位论文目录 4 ．4 采场结构参数优化研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 4 ．4 ．1M I D A S 软件简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 4 ．4 ．2 基本假设及矿岩力学参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 9 4 ．4 ．3 建立三维模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 0 4 ．4 ．4 模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯6 3 第五章无底柱分段崩落法地压管理及矿山三维模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 5 ．1 无底柱分段崩落法地压控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 5 ．1 ．1 研究地压管理的意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 5 ．1 ．2 地压活动的影响因素及破坏形式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 5 ．1 ．3 无底柱分段崩落法巷道围岩的应力分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 3 5 ．1 ．4 地压控制措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 6 5 ．2 矿山三维模型展示⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 8 第六章全文总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯81 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 2 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一8 7 攻读学位期间主要的研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 8 V 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 1 ．1 研究背景、目的与意义 第一章绪论 青海西旺实业 集团 有限公司是一个以有色、黑色、非金属矿产品的采选、冶炼 为主，集冶金材料、机电产品、化工产品销售及房地产开发为一体的跨地区、跨行业的 集团化公司。其子公司青海西旺矿业开发有限公司 简称西旺矿业 自2 0 0 0 年1 0 月成 立以来，致力于矿产资源整合和开发利用，企业规模发展迅速，迄今已建成年产6 0 万 t 铁矿石及多金属矿石的采选能力。首采区 近期开发 主要集中于M l l 、M 1 4 、M 2 、 M I O 等矿体，这些矿体具有埋深浅、矿体形态较完整、厚度大、矿石品位中等、开发 周期短、成本低、开采难度小等特点，但是储量有限，服务年限较短。二期工程开发有 M 3 、M 1 3 、M 1 、M 1 6 、M 9 等异常矿体，目前矿产资源规模有限，有待进一步随市场 变化而定。 为保证稳定的生产能力，矿山决定开发M 1 8 异常矿体。M 1 8 异常矿体保有储量为 5 8 0 万t ，矿体平均厚度为2 1 ．6 m ，设计年生产能力为4 5 万t ，开拓方式为竖井开拓，是 目前白石崖地区乃至都兰地区同类铁矿中较大的富铁矿资源基地，矿体规模大，连续性 好，厚度大，矿石品位高，且远景资源量可观。但是M 1 8 矿体具有如下特点 1 矿床位于青海省，属于高原地区，自然环境恶劣。区内海拔标高3 l O O m - - 一 3 5 0 0 m ，最高标高3 7 1 7 ．8 m ，所在地区属典型的大陆性气候，干燥、少雨、多风、缺氧、 寒冷，地区间差异大，垂直变化明显。年平均降水1 6 ．7 - - 一4 8 7 ．7 毫米，年平均气温．5 ．6 ～ 5 ．2 ℃，年平均日较差1 6 ℃以上。 2 矿床埋藏较深，为4 2 0 m - - 一4 5 0 m ，开采难度大，开采周期长，基建成本高， 投产较慢。地压较大，地温较高，难以控制管理，井下作业困难，工人工作环境差。 3 矿床浅部 距地表1 9 0 m 已进行开采，但是由于上盘围岩破碎，导致生产停 滞，对于深部4 2 0 m 开采要预防可能出现岩爆现象，引起巷道崩塌等事故，所以选择采 矿方法的时候要考虑顶板暴露面积不宜过大。 4 西旺矿业集团之前开采的矿山多为小型矿山，采矿方法多为浅孔留矿法，工 艺简单，工人较为熟悉。而M 1 8 为大型矿床，矿体厚度大，倾角4 0 “ - - 5 0 。，浅孔留矿 法不适用，其他方法矿山不熟悉，施工效率降低。 因此，在生产之前，进行科学的规划，选择安全高效的采矿方法及经济合理、技术 可行、安全性高的采场结构参数，以较低的开采成本最大限度地回收宝贵的矿产资源， 是亟需解决的问题。研究成果对实现西旺矿业公司生产规模化、矿山安全高效开采、资 源经济可持续发展具有重要意义。 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 1 ．2 铁矿研究现状及发展前景 1 ．2 ．1 铁矿石发展现状 铁是世界上发现最早，利用最广，消耗量最大的金属，铁的用量约为金属消耗总量 的9 5 ％，为国民经济的发展起到重要的支撑作用【l 】。铁矿石作为钢铁生产的第一资源， 需求量很大，在我国国民生产和生活中被广泛应用，对我国经济的发展起着极其关键的 作用。长期以来，铁矿石和钢材的品种、产量和质量被视为判断一个民族的工农业水平、 国防科技水平的关键指标。所以，铁矿石的供应情况直接影响钢铁工业的发展，钢铁工 业是经济稳定发展的坚实基础，象征着我国的综合国力1 2 ] 。 世界铁矿资源相当丰富，现探明铁矿储量可以保证1 0 0 年内世界对铁矿石的需求， 主要分布在巴西、澳大利亚、中国、俄罗斯、乌克兰、哈萨克斯坦、美国、印度等世界 铁矿资源大国【3 】。近几年来，随着经济的快速发展，我国已查明铁矿资源储量6 2 4 亿t 【4 J ， 未探明资源储量为2 0 0 0 亿t 。自2 0 0 4 年开始，我国每年的铁矿石产量飞速增长，每年 的增加量甚至超过了1 亿t ，经过三年的发展，我国产量再次创造了新的历史，产量达 到了7 ．0 7 亿t ，相比2 0 0 6 年增长比率为2 0 ．2 ％，产量增加1 ．1 9 亿t 。2 0 0 8 年，产量新 增到8 ．2 7 亿t ，比上年增长1 7 ％t 5 1 。经济发展带动钢铁工业飞速发展，中国钢铁产量大 幅度增长，钢铁年产量已从2 0 0 3 年的2 ．6 亿t 增加到2 0 0 9 年的8 ．8 亿t ，平均增长超过 2 0 ％。 我国铁矿资源的特点是储量丰富，但贫矿多，富矿少，平均品位以3 0 0 ／旷3 5 ％为主， 品质偏差，资源保障性较差，铁矿石产量不足以满足年产钢的需求量。因此，我国长期 依靠进口国外的优质铁矿发展国内钢铁工业，进口铁矿石量逐年攀升。我国进口铁矿石 的数量，2 0 0 2 年为1 ．1 亿t ，到2 0 0 8 年就增长到了4 ．4 亿t ，我国铁矿石消费对外依存 度从2 0 0 3 年以后就超过了5 0 ％t 6 1 。随着进口铁矿石数量的增加，世界铁矿石价格也快 速上升。2 0 0 4 年时F O B 的价格攀升了18 ％，0 5 年在此基础上再次上涨7 1 ％，0 6 年市 场价继续攀升1 9 ％，0 7 年上涨9 ．5 ％，0 8 年度上涨9 6 ．5 ％ 如表1 - 1 ，0 8 年的上涨幅 度刷新了之前的涨幅纪录。铁矿石的平均进口价格，2 0 0 2 年约为2 3 美元／t ，到0 8 年就 增长达到约1 3 1 美元／t 如图1 - 1 。国际上铁矿石市场价格的一路高涨，同时国内铁矿 石从国外进口数量只增不减，这样的局势严重影响了国家矿业和钢铁产业的正常运转， 极大影响整个国家民族经济的健康发展【7 8 J 。 表1 ．1 国际铁矿石价格波动情况 较上年的波动百分比 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 2 6 ．6 2 露愿 一 ’一一⋯⋯t ⋯⋯⋯“一_ ⋯一，。⋯～，⋯ ⋯⋯⋯一≯。一一。，。～t t 2 0 0 02 0 0 12 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 72 0 0 8 j 和迸翻铁矿石价络 夔_ 元／吨 图1 - 1 我国进口铁矿石价格 为满足国民经济发展的需求，我们在进口铁矿石的同时，更应该加大我国铁矿石资 源的开采力度，增加采矿投入，给予政策支持，提高我国铁矿石的自给率，保障国民经 济的长期持续发展。 1 ．2 ．2 铁矿开采方法应用现状 一 分段空场法 分段空场法由于其开采效率高、强度大、劳动生产率高等特点被矿山广泛使用，在 铁矿、铜矿、铅锌矿、金矿等都有不少使用案例。山东金岭铁矿目前年采矿量达到1 5 0 万吨，该矿曾经相继用过全面法、浅孔留矿法、分段崩落法和分段凿岩阶段矿房法回采， 其中应用分段凿岩阶段矿房法采出的矿石量占总采出矿量的7 0 ％左右。矿体倾角1 0 。 ～7 0 。，最大厚度为5 0 m ，矿床为接触交代矽卡岩型磁铁矿，密度为4 t ／m 3 ，矿岩中等稳 固。采用分段阶段矿房法开采，矿房垂直于矿体走向布置，阶段高度4 0 ～7 0 m ，矿房长 5 0 m ，矿体厚度为矿房宽度，分段高度从初期的1 2 ～1 4 m 增加到后期的1 8 ～2 0 m ，成为 高分段开采，炮孔深度也由3 m 增大到5 m 。该法回采强度大，采矿成本低，回采作业 安全，大大提高了金岭铁矿的生产效率【9 1 。另外，分段空场法在芨岭铁矿【l0 1 、首云铁矿 【1 1 】、密云铁矿【1 2 】等矿山应用效果显著，为矿山实际解决了很多难题【1 3 】。 二 充填采矿法 充填采矿技术在国外应用较早，近几年在国内矿山广泛应用，越来越多的矿山采用 这种新技术，其具有回收率高、贫化率低、作业安全、生态环境破坏小等优点。充填技 术从干式充填、水砂充填、胶结充填到全尾砂充填、高水速凝充填，充填采矿技术取得 了很大突破【1 4 】。由于充填技术成本较高，目前采用的矿山以金矿、有色金属矿山、稀有 金属矿山为主，在铁矿的应用正在逐步加大。如司家营铁矿采用的是阶段嗣后充填法【l 5 1 ， 的 勰 ∞ 鼬 ∞ 船 始 o I l l 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 东大山铁矿采用上向分条分层废石充填采矿法【1 6 】，李楼铁矿采用了浅孔房柱嗣后充填采 矿法【1 7 】，东安铁路采用尾砂胶结充填采矿法开采等，这些矿山的应用证明充填采矿法在 技术上有其优势，在实际生产中提高了矿石回收率、充填采空区避免了地表塌陷、减少 了废石排放、合理利用了资源【l 引。 三 崩落法 崩落法是铁矿资源开采中应用最为广泛的一种采矿方法，有阶段崩落法、分层崩落 法、有底柱分段崩落法和无底柱分段崩落法等【l9 1 。最常用的崩落法是无底柱分段崩落法， 应用的矿山如小官庄铁矿、张家洼矿、北沼河铁矿、梅山铁矿【2 0 1 、程潮铁矿【2 1 1 、大冶 铁矿【2 2 】等。矿山在使用无底柱分段崩落法的过程中，结合矿山实际，改进采场结构参数， 从理论技术方面提高采矿方法的适用性，降低了矿石贫化率，提高了回收率。 1 ．2 ．3 铁矿可持续发展建议 我国铁矿资源量相当丰富，探明储量只是我国铁矿储量的一小部分，而现今开采的 铁矿更少，铁矿石价格走俏，铁矿需求量只增不减，我国要持续稳定发展，必定要做好 多手准备，从多方面确保铁矿资源合理利用【2 3 1 。 一 加大资源勘查力度 我国铁矿资源丰富，却仍然供不应求，探明资源储量约为6 0 0 亿吨，未探明储量有 2 0 0 0 亿吨左右。以前我国的找矿技术相对落后，在对矿床分布的控制上不够准确，控 制度太小，资源的预测上经验因素较为严重。近几年，探矿技术快速发展，探矿设备更 加先进，精度不断提高。在后续探矿过程中，我们要继续从技术、经济、人力上加强， 提高资源勘查的精确性，增加探明储量。 二 提高采矿技术 采矿技术的攻关是资源可持续发展的重要一环，开发生产能力大、效率高、回收率 高、贫化率低、成本低、生态环保的开采工艺是实现资源可持续发展的必经之路，建立 资源节约型、环境友好型的资源开发体系是唯一选择。就各种采矿方法，应用于矿山实 际，通过实际生产发现开采技术的优缺点，对缺点提出建设性方案，进行试验，得出解 决问题的方案。目前常用的采矿方法中，崩落法占据主导优势，充填法是未来采矿发展 的一个方向。然后，崩落法贫化率高，充填法成本较高，工艺复杂，我们要通过实践解 决各方案的缺点，发挥其优势，合理利用资源。 三 采用先进设备 随着经济发展，我国铁矿资源开发逐步向大型化、机械化方向发展。大型机械设备 在我国矿山普及率越来越高，机械化开采提高了劳动生产率，减少人力作业，提高了作 业安全性。机械设备的发展也趋于清洁化，由以前的柴油动力发展为现今的电力。减小 对地下空气的污染，提供更好的作业环境。 4 中南大学硕士学位论文第一章绪论 1 ．3 无底柱分段崩落法研究现状 无底柱分段崩落采矿法的典型方案最早在瑞典K i r u m a 铁矿山使用。早在1 9 5 4 年， 瑞典使用这种方法的矿山就占2 0 ％，以后逐年增加，到6 0 年代初，该方法在矿山的使 用率增长了4 0 ％。从8 0 年代起瑞典矿山加大结构参数，最典型的如瑞典基鲁纳铁矿， 其分段高度与进路间距由1 0 m 1 0 m 逐步调整为3 0 m 3 0 m E 2 4 1 。该方法在加拿大、澳大 利亚、赞比亚等地矿山被广泛采用。 无底柱分段崩落法在国内外金属矿山广泛使用，主要因为该方法具有如下优点开 采结构简单，不需留矿柱；机械化程度高，使用高效无轨凿岩装运设备，采矿强度和效 率高；开采强度大，采矿成本相对较低；无需大面积的回采工作面，暴露面积小，生产 作业安全等。我国于6 0 年代初从瑞典引进无底柱分段崩落法，由于其显著的优点，在 金属矿山得到迅速推广，特别是在铁矿山的应用更为广泛。目前应用无底柱分段崩落采 矿法采出的铁矿石量约占总量的7 0 ％左右。现在，我国许多露采金属矿山转入地下开采， 随着开采向地下深部的延伸，该采矿方法的应用更为常见。如后和睦山铁矿、小官庄铁 矿、眼前山铁矿、北溜河铁矿、梅山铁矿、大红山铁矿、程潮铁矿等。 经过几十年的发展，无底柱分段崩落法的应用日趋成熟，在结构参数方面有很大变 化，分段高度、进路间距及进路断面都逐渐增大。同时，无底柱分段崩落法的出矿设备 铲运机也由开始时的1 ．5 m 3 、2 ．0 m 3 逐步走向4 m 3 和6 m 3 等大型化设备，凿岩设备和支护 设备开始采用国外先进设备，取得很好的效果，生产效率得到很大提高。但是由于无底 柱分段崩落法是在松散岩层的覆盖下进行回采工作，矿石损失贫化率较高，这一直是国 内外专家的研究课题，主要研究方向为崩落矿岩的流动特性与移动规律。经过大量研究 取得了一定成果，包括以下三个方面随机介质放矿理论，该理论为东北大学任风玉教 授在前人的基础上运用概率论的方法研究散体的移动规律而得，该理论给出的放出体形 态与中外研究者的实验室物理模拟实验结果符合良好，解决问题有一定的理论依据和深 度，并在实际中得到了广泛的应用；椭球体放矿理论，通过假设放出体为椭球体进行研 究，也是研究较多、影响较大的放矿理论，简单实用，对指导研究与生产很有意义；物 理模拟实验研究与计算机数值模拟研究，选配与现场崩落矿岩组成和尺寸几何相似、力 学性质大体相似的矿岩颗粒，在与现场采场结构和放矿系统形状相似的模型上进行模拟 试验。对矿石损失贫化的研究取得了一定的进展，但是我们还需要做大量研究与实践， 才能适合当今矿山放矿的要求。 通过国内外的实践证明，高分段高度、大进路间距是国内外无底柱分段崩落法未来 的发展方向。增大分段高度和进路间距可以有效降低矿石损失贫化，增大每次爆破崩矿 量，提高铲装设备的效率，减少采准工程量，降低采矿成本等，使无底柱分段崩落法向 大结构参数、设备大型化和管理科学化方向发展。同时，还要从放矿理论方面进行研究， 以进一步有效降低损失贫化率。 中南大学硕士学位论文 第一章