高效缓倾斜中厚矿体采矿方法研究.pdf

ISSN 1671-2900 采矿技术 第 20 卷 第 3 期 2020 年 5 月 CN 43-1347/TD Mining Technology，Vol.20，No.3 May 2020 高效缓倾斜中厚矿体采矿方法研究 李新成，于 振，周士霖，李晓斌，王 振 中冶沈勘秦皇岛工程设计研究总院有限公司， 河北 秦皇岛市 06001 摘 要以阿根廷 MSG 铁矿为研究对象，针对缓倾斜中厚矿体的高效开采问题，提出了 分段空场嗣后充填采矿法和上向水平分层充填采矿法两种方案。通过对生产能力、技术 经济指标、安全性等方面进行对比，证明该矿更加适合分段空场嗣后充填采矿法，可为 国内类似矿山的开采提供了一定的借鉴意义。 关键词缓倾斜中厚矿体;充填采矿法;生产能力 0 引 言 在矿山领域， 倾角为 5～30、厚度为 4～15 m 的矿体称为缓倾斜中厚矿体[1]。此类矿体，倾角较 缓，崩落的矿石不能依靠自身重力全部放矿，需要 采用其它措施辅助放矿[2-3]。 对缓倾斜矿体的开采，目前国内主要采用房柱 法、分层充填法、电耙留矿法等。国外主要采用房 柱法、分段空场法、充填采矿法等[4-5]。其中房柱法 在国内外矿山占比较大，约为 60，其它采矿方法 占比较小。 本文依据阿根廷 MSG 铁矿矿床开采条件，采 用多因素进行采矿方法对比，得到了适合该矿的开 采方法。 现场实际应用后， 取得了良好的经济效益。 1 矿床开采技术条件 阿根廷 MSG 铁矿位于阿根廷中部里奥内格罗 省，矿区周边地势平坦，矿体赋存较单一、稳定， 但构造复杂， 节理发育区域集中、 出现局部小断层， 但不影响矿体的整体稳定性。 矿体总体走向近南北、倾向东，倾角 2645。 N6 溜井附近，矿体受断层影响，走向变为北北东。 S3S4 溜井间，矿体受构造影响，走向变为近东西 向，倾向南，倾角约为 28。该矿体在平面上略呈 “S”型。矿体褶曲多变，构造断层密集。矿体顶 板为中生代石英斑岩和石灰岩，底板为下古生代砂 岩。矿体平均厚度约为 9 m。矿石体重 4.2 t/m3，硬 度系数 f1012。岩石体重 2.7 t/m3，硬度系数 f 68。矿石与岩石松散系数均为 1.6。 2 采矿方法 2.1 分段空场嗣后充填采矿法 采场沿矿体走向布置，矿块长 200 m，每个矿 块布置一条穿脉斜溜井。阶段高度 70 m，每个阶段 划分 3 个分段，分段高度为 24 m/23 m。生产过程 中，根据矿体赋存条件适当调整采场参数。分段间 留设隔离矿柱，厚 4 m，矿块间柱宽 8 m，矿块中 间位置留设 6 m 间柱。分段空场嗣后充填采矿法如 图 1 所示。 矿山生产中，每个矿块由矿块中间的间柱分隔 图 1 分段空场嗣后充填采矿法 李新成，等高效缓倾斜中厚矿体采矿方法研究 9 成两个独立的小矿块。小矿块可按顺序从矿块间柱 开始后退回采，根据选用的采矿方法特点，每个小 矿块均适合上下两个分段同时作业，上一分段与下 一分段须保持一定安全距离[6-7]。 采准切割工程量见 表 1。 2.2 上向水平分层充填采矿法 上向水平分层充填采矿法将矿块划分成矿房 和矿柱。首先回采矿房，再继续回采矿柱。回采矿 房时， 自下向上水平分层进行， 随工作面向上推进， 逐步充填采空区，并预留上采的工作空间。上向水 平分层充填采矿法如图 2 所示。 矿山生产中，每个矿块由矿块中间的间柱分隔 成两个独立的小矿块。小矿块可按顺序从矿块间柱 开始后退回采，每一分层回采结束后进行充填。第 一分层回采高度 4 m，充填高度 2 m，预留 2 m 空 顶，以利于下一分层回采时通风出矿。后续各分层 回采高度 4 m，充填高度 4 m，始终保有 2 m 空间， 以利于下分层的作业。两矿块间柱位置留设通风充 填井，矿块中间间柱两侧分别布置通风泄水井[8-9]。 采准切割工程量见表 2。 表 1 分段空场嗣后充填采矿法采准切割工程量 长度/m 工程量/m3 工程名称 数量 掘进断面/m2 单长 总长 矿石 岩石 合计 沿脉运输巷道 1 25.40 200.00 200.00 0 5080.00 5080.00 脉内出矿巷道 6 16.56 97.00 582.00 9637.92 0 9637.92 溜井 1 7.10 74.00 74.00 99.40 426.00 525.40 溜井联络道 3 16.56 74.00 480.24 745.20 1225.44 通风充填天井 1 4.00 136.00 136.00 0 544.00 544.00 通风天井联络道3 6.10 38.00 114.00 64.05 631.35 695.40 凿岩巷道 3 16.56 200.00 600.00 0 9936.00 9936.00 装矿进路 36 16.56 17.00 612.00 3255.03 6879.69 10134.72 切割天井 6 6.00 13.27 79.62 352.80 124.92 477.72 合计 2471.62 13889.4424367.16 38256.60 图 2 上向水平分层充填采矿法 表 2 上向水平分层充填采矿法采准切割工程量 长度/m 工程量/m3 工程名称 数量 掘进断面/m2 单长 总长 矿石 岩石 合计 沿脉运输巷道 2 16.56 200.00 400.00 0 6624.00 6624.00 穿脉运输巷道 2 16.56 91.00 182.00 0 3013.92 3013.92 分段联络道 4 16.56 268.00 0 4438.08 4438.08 溜井 2 7.10 26.63 53.26 0 378.15 378.15 溜井联络道 4 16.56 12.00 48.00 0 794.88 794.88 通风充填井 1 6.25 144.00 144.00 0 900.00 900.00 通风泄水井 4 6.25 4.00 16.00 100.00 0 100.00 通风泄水巷道 4 4.65 95.75 383.00 0 1780.95 1780.95 堑沟拉底巷道 4 16.56 113.85 455.40 7541.42 0 7541.42 合计 1949.66 7641.42 17929.98 25571.40 采 矿 技 术 2020,203 10 3 采矿方法比较分析 以阿根廷 MSG 铁矿某矿块为例，选取分段空 场嗣后充填采矿法和上向水平分层充填采矿法分别 对矿块进行采矿作业， 得到的技术经济指标见表 3。 表 3 技术经济指标 采矿方法 采切比/ m∙kt−1 矿块生产能力/ 万 t∙a−1 采矿成本/ 元∙t−1 分段空场嗣后充填采矿法 2.03 37 111 上向水平分层充填法 1.55 30 114 3.1 生产能力 如图 1 所示，分段空场嗣后充填采矿法在脉内 布置各分段出矿巷道，在各装矿进路装矿，各分段 均需要布置凿岩巷道。如图 2 所示，上向水平分层 充填采矿法在中段水平布置堑沟拉底巷道。分段空 场嗣后充填采矿法的采切比为 2.03 m/kt，上向水平 分层充填采矿法的采切比为 1.55 m/kt。 虽然分段空场嗣后充填采矿法在脉内布置大 量出矿巷道，增加了前期的采切成本，但这些巷道 的布置不仅起到了提前探矿的作用，也实现了提前 出矿，为后期矿房回采提供便利条件。 上向水平分层充填采矿法在回采过程中需按 照各分层顺序逐层自下而上进行回采作业。各分层 回采结束后，在回采工作面进行充填作业，充填体 充分凝结后，才能进行上一分层的回采作业。由于 充填回采工艺较为复杂，充填准备及充填体养护时 间较长，致使采场作业效率较低。 分段空场嗣后充填采矿法，由于各分段之间存 在隔离矿柱，回采作业时，相邻两分段在保持足够 安全距离的条件下可同时进行回采作业，分段回采 结束后，可同时进行上一分段充填工作和下一分段 回采作业，回采工艺简单，充填能力及充填效率较 高，作业效率较高。 通过比较该矿块两种采矿方法可知，分段空场 嗣后充填采矿法矿块生产能力可以达到 37 万 t/a， 而上向水平分层充填采矿法仅为 30 万 t/a。 3.2 经济指标 由表 3 可知，分段空场嗣后充填采矿法采矿成 本为 111 元/t，上向水平分层充填采矿法采矿成本 为 114 元/t。结合两种采矿方法的矿块生产能力， 按目前铁矿石售价 300 元/t 计算，分段空场嗣后充 填采矿法每矿块每年创造利润 9100 万元，上向水 平分层充填采矿法每矿块每年创造利润 7400 万元。 综合比较单个矿块，分段空场嗣后充填采矿法 比上向水平分层充填采矿法每矿块每年多创造利 润 1700 万元。 3.3 安全性评价 上向水平分层充填采矿法在开采过程中，矿房 暴露面积较大，通风效果不好，容易产生大规模地 压活动，给采场作业面造成破坏。回采过程中，爆 破、铲装、运输等工作均在空区内作业，存在潜在 的安全隐患。 分段空场嗣后充填采矿法在回采过程中，爆 破、铲装、运输等工作均在装矿进路内进行作业， 通风效果较好，作业环境较为安全，避免了顶板冒 落给作业人员带来伤害，作业安全性较强。 4 结 论 目前，阿根廷 MSG 铁矿为生产矿山，矿岩稳 定性较好，采用分段空场嗣后充填采矿法。 （1）分段空场嗣后充填采矿法在脉内布置大 量出矿巷道，实现了提前出矿，该采矿方法的矿块 生产能力比上向水平分层充填采矿法多 7 万 t/a， 提 高了矿山生产能力。 （2）针对单个矿块，分段空场嗣后充填采矿 法要比上向水平分层充填采矿法多创造利润 1700 万元。 （3）分段空场嗣后充填采矿法在装矿进路进 行铲装作业，作业安全性较强。 （4）介于国内分段空场嗣后充填采矿法应用 较少，对国内类似缓倾斜中厚矿体的开采提供了一 定的借鉴意义。 参考文献 [1] 潘庆军.某磷矿缓倾斜中厚矿体无轨机械化采矿技术研究[J].矿业 研究与开发,2019,39733-36. [2] 赵长政,王贻明,徐 恒,等.某锡矿缓倾斜中厚矿体的分段空场嗣 后充填采矿法[J].金属矿山,20171. [3] 王振昌,刘青灵,张元庆,等.缓倾斜中厚矿体高效开采新方案[J].有 色金属,20177. [4] 刘 哲,金晓刚,刘培正,等.缓倾斜中厚至厚矿体采矿方法探讨[J]. 现代矿业,20144. [5] 赵永峰,张雄天,马红福,等.缓倾斜中厚矿体高效采矿方法研究[J]. 金属矿山,20166. [6] 邢志强.张家夏楼铁矿缓倾斜、 倾斜中厚至厚大矿体开采方案设计 [J].现代矿业,201811. [7] 彭立正,司书波,曹书沧.大段高深孔落矿采矿技术[J].矿业研究与 开发,20191. [8] 张 雯,连民杰,任凤玉,等.点柱式上向水平分层充填采矿法充填 体作用机理及点柱形状优化研究[J].采矿与安全工程学报,2017 3. [9] 焦志慧,闫广亮.上向水平分层进路充填采矿法在杜达铅锌矿的应 用[J].现代矿业,20173. 收稿日期2019-09-20 作者简介李新成1980，男，高级工程师，主要从事采 矿工程的研究，Email LXC_0821。