草楼铁矿首采区采矿方法综合评价.pdf

S e ri e s N o ． 3 7 1 Ma v 2 0 07 金 属 矿 山 METAL MI NE 总 第3 7 1 期 2 0 0 7 年 第 5期 草楼铁矿首采区采矿方 法综合评价 王玉斌 中 台 集团华冶资源开发有限责任公司 摘要介绍了草楼铁矿初步设计推荐的采矿方法和该矿拟采用的采矿方法， 对垂直矿体走向的分段矿房和 V C R法进行了经济技术比较， 在安全性、 采矿成本 、 采切工程、 采场准备速度和回收率方面后者明显优越于前者； 在 凿岩、 装药 、 爆破和出矿方面 V C R法存在着尚需进一步解决的问题。建议选择 V C R法回采。同时就存在的主要问 题提 出了改进建议 。 关键词 分段矿房 法 阶段 空场法V C R法评 价 Co mpr e he ns i v e Ev a l ua t i o n o f M i n i ng M e t ho d f o r Fi r s t - t o- Be - M i ne d Ar e a i n Ca o l o u I r o n M i ne W a n g Yu b i n H u a y e R e s o u r c e E x p l o i t a t i o n C o ． ， L t d Ab s t r a c t T h e p a p e r d e s c rib e s t h e mi n i n g me t h o d r e c o mme n d e d i n t h e p r e l i mi n a r y d e s i g n f o r C a o l o u I r o n Mi n e a n d t h e o n e t h e mi n e p l a n s t o u s e，a n d c o mp a r e s t h e s u b l e v e l c h a mb e r mi n i n g t h a t i s v e r t i c a l t o t h e o r e b o d y s t r i k e a n d VC R v e rt i c a l c r a t e r r e t r e a t m e t h o d f r o m b o t h t e c h n o l o g y a n d e c o n o m i c s ．I t i s f o u n d t h a t th e l a t t e r i s s u p e r i o r t o t h e f o r m e r i n s a f e t y ，mi n i n g c o s t ，mi n i n g e n g i n e e ri n g a n d s t o p e p r e p a r a t i o n b u t h a s s o me p r o b l e ms t o b e s o l v e d i n d ri l l i n g，e x p l o s i v e l o a d i n g，b l a s t i n g a n d o r e d r a wi n g ．VC R me t h o d i s p r o p o s e d t o b e a d o p t e d，wi t h s u g g e s t i o n ma d e o n i t s i mp r o v e me n t ． Ke y wo r d s S u b l e v e l c h a mb e r me t h o d，S t a g e o pe n s t o p i n g，VC R mi n i n g me t h o d，Ev a l u a t i o n 1 矿山概况 草楼铁矿位于安徽省霍邱县境内， 属于沉积变 质型矿床 ， 近南北走 向， 沿走向长度为 2 0 0 0 m。矿 体倾 向西 ， 倾角为 4 5 。 ～5 O 。 。矿体平均假厚度为 5 3 m， 最大为 9 3 m。矿石平均品位为 3 0 ． 4 2 ％。 该矿主要是开采 一1 7 0 i n～ 一4 1 0 in水平 1 6 2 3勘探线之间 的 Ⅱ号矿体 ，开采范 围内的资源量 3 3 2 3 3 3级 为 7 3 0 5万 t 。 该矿水文地质条件属中等偏复杂型。矿床地表 水体规模较小 ， 对矿山开采影响不大 ； 坑 内涌水主要 来源于第 四系岩溶 ， 孔隙充水 以静储量水为主， 开采 初期坑内涌水量较大 ， 随着开采将 日趋减少。 矿体顶部有 1 2 2～ 2 2 2 n l 厚的第四系亚粘土层、 亚粘土和砂砾混合层 以及变质 氧化矿形成 的风化 壳 ， 疏松破碎 ， 容易塌陷。 初步设计采用地下开采 ， 竖井开拓 ， 中央对角抽 出式通风， 井下集 中排水。设计规模为 2 0 0万 t ／ a 。 2首采区概况 草楼铁矿首采 区位于 一2 3 0 in中段 1 1 1 9线， 主要是开采 1 11 9线 一1 7 0 in水平 ～一2 3 0 in水平 之间的 Ⅱ号矿体。该 区段长约 4 0 0 m，地质储量为 6 8 5万 t ， 平均品位为 T F e 3 0 ％ ， 矿体厚度为4 3～1 1 9 in ， 矿体倾角为 3 4 。 ～ 5 5 。 。矿体中部7 1 5 线之间 有夹石 ， 夹石厚度 2 ． 8～ 9 ． 2 m。 首采区上部第 四系 出露地表 ， 平 均厚度为 1 6 8 In， 其覆盖的浅部矿体为氧化矿石 ， 经风化作用疏松 破碎 ， 容易塌落。氧化矿厚度为 1 5～ 4 6 ． 8 In， 平均 厚度 为 2 9 ． 4 In。氧 化 矿 以 下 为原 生 磁 铁 矿体 ， f8～1 0 ， 坚硬致密， 平均 R Q D值为 8 6 ％， 矿体 完整 ， 矿体质量中等 ， 工程地质条件中等。 矿体上盘围岩主要为混合 岩段 和片麻岩段 ， ／ 4～ 8， 岩石 以块状 一短柱状 为主， 裂隙一般不发 育 ， 局部 比较发育。岩石质量为中等以上 ， 岩体 中等 完整至完整 ， 工程地质条件中等。 矿体 下盘主要为岩性片麻岩 、 混合岩及斜长角 闪岩 ， f 4～8 ， 岩性以短柱状为主 ， 裂隙不发育。岩 体质量中等， 岩体比较完整， 工程地质条件中等。 王玉斌 1 9 6 3 一 ， 男 ， 中冶集 团华冶资源开 发有限责任公 司开发部 ， 经理， 副总工程师， 硕士， 高级工程师， 0 5 6 0 3 4河北省邯郸市光明 北大街 l 2号华 冶资源公 司。 维普资讯 王玉斌 草楼铁矿首采区采矿方法综合评价 2 0 0 7年第 5期 为防止在采矿生产过程 中矿体上部的软弱岩层 塌落 ， 初步设计考虑在软弱岩层下部 留5 0 m厚 的原 生磁铁矿作为永久顶柱。这样 ， 既保护矿体上覆软 弱岩层不会塌落 ， 也不会破坏上覆第 四系岩层的水 力联系。 3 初步设计推荐的采矿方法 根据草楼铁矿矿床的赋存条件和开采技术条 件 ， 初步设计推荐了 3种 采矿方法 。一是垂直矿体 走 向的分段矿房法 ， 适用于厚度大于 2 0 m的矿体的 回采 ； 二是沿矿体走向的分段矿房法 ， 适用于厚度介 于 6～ 2 0 m的矿体的回采 ； 三是浅孔留矿法 ， 适用于 厚度小于 6 m 的矿体的回采。3种采矿方法的比重 分别为 9 2 ％、 7 ％和 1 ％ 。 显而易见 ， 对于首采区而言 ， 初步设计推荐采用 垂直矿体走向的分段矿房法 回采。 初步设计推荐的垂直矿体走 向的分段矿房法 ， 其矿块沿矿体走向布置， 矿块长 1 0 0 m， 宽等 于矿体 水平厚度 ， 高等于阶段高 6 0 m。每个矿块分为 3个 矿房和 3个矿柱 ， 矿房宽 2 5 m 有 一个矿房宽度为 2 6 m ， 间柱宽 8 m。矿房垂直矿体走 向布置 ， 即分 段凿岩巷道垂直矿体走 向布置 ， 顶底柱高 1 4 m， 矿 房内设 4个分段 ， 分段 高度 1 1 ． 5 m， 采用铲运机 出 矿的底部结构 ， 矿房采用 Y G Z一9 0型钻机凿岩 ， 中 深孔落矿 ， 用铲运机出矿 ， 振动放矿机放矿 。 该采矿方法可 以仅 回采矿房 ， 嗣后采用全尾砂 充填采空区， 不 回采矿 柱； 也可先采矿房 ， 嗣后用尾 砂胶结充填采空区， 再 回收矿柱 ， 提 高矿石 回收率 。 尾砂充填体与矿柱或胶结充 填体一起支撑 上覆岩 体 ， 保持上覆岩层和地表不会塌落 。 4 草楼铁矿拟采用的采矿方法 2 0 0 5年经过对中深孔、 深孔多种布置形式反复 对 比研究 ， 公司提 出采用阶段下向深孔凿岩 、 阶段爆 破 、 阶段 出矿的空场嗣后充填采矿 法 以下简称 阶 段空场法 ， 即 V C R法 进行 回采。 该种采矿方法的回采工作分 2步进行 ， 即先采 矿房 ， 胶结充填矿房后 ， 再 回采矿柱。矿柱 的采准 、 切割和 回采工艺与矿房的相 同。 矿块垂直走 向布置 ， 矿块 分为矿房 和矿柱 。矿 块长为矿体厚度 ， 宽为 3 0 m， 高为阶段高 6 0 m， 底部 结构高为 1 5 m。矿房长为矿体厚度 ， 宽为 1 5 m， 高 为阶段高6 0 m。矿柱尺寸与矿房的相同。 矿房采准工程包括凿岩硐室 、 出矿平巷 、 底部受 矿平巷和出矿进 路。采场 底部结构 为平底堑 沟形 式 。矿房切割工程包括切割平巷 、 拉底切割天井 、 拉 底切割槽和拉底工程。切割工程施工 时， 通过底部 受矿平巷施工切割平巷 ， 通过切割平巷施工拉底切 割天井 。然后 ， 在切割平巷 内和底部受 矿平巷 内用 Y G Z一9 0型凿岩机钻凿上 向扇形 炮孔。再 以拉底 切割天井为 自由面爆破形成拉底切割槽 ， 由采场 中 央拉底切割槽 开始 ， 向上 、 下盘后退爆破形成切割 层 ， 完成拉底工程施工 。回采工艺如下。 1 凿岩。采用深孔钻机在矿房顶部的凿岩硐 室内钻凿下向倾斜平行深孔。 2 装药 。采用多孔粒状铵 油炸 药， 钻 孔直径 为 西1 6 5 m m 时采 用人 工 间 隔装 药 ； 钻孔 直 径 为 西1 0 0 m m 时采用 B Q F一1 0 0装药器连续装药结构。 3 爆破 。采用非 电导爆 管复式起爆 系统起 爆 ， 钻孔直径为 西1 6 5 mm时采用 V C R法切槽 ， 侧向 爆破 ； 钻孔直径为 西1 0 0 m m 时采用连续装药结构 ， 炮孔全长敷设导爆索， 孔间、 排间微差爆破， 采用挤 压爆破侧向崩矿。 4 出矿。爆下的矿石采用铲运机集 中在采场 底部出矿 ， 采用无轨或有轨运输。 5 充填。矿房矿石 出完后 ， 采用集 中全尾砂 胶结充填， 充填料借助重力沿充填料管道 自流输送 到采场 ， 多点下料 ， 分次充填 ， 以利充填接顶 。 5 两种采矿方法比较 1 矿房 回采安 全性。阶段法 的矿房宽度 为 1 5 m， 分段法的为 2 5 m。在矿房 回采时， 阶段法的 顶板 、 上盘和下盘 围岩 的暴露面积都 比分段法小。 假如矿体水平厚度 8 0 m， 倾角 5 O 。 ， 矿体厚度在 走 向和倾 向上没有变化 ， 则阶段法 比分段法顶板 、 上 盘和下盘 围岩 的暴露面积少 4 0 ％ ， 即在矿房 回采过 程中， 阶段法安全系数是分段法 的 1 ． 8倍 。 2 采切 比。阶段法 的采切 比为 3 6 3 m ／ 万 t ， 分段法 的采切 比为 5 3 7 m ／ 万 t ， 阶段法每采万 t 矿 石 比分段法少施工采切工程 1 7 4 m 。 3 采切工程施工难度 。阶段法 的采切工程集 中在 一1 7 0 m和 一 2 3 0 m水平 ， 2水平之间有采区斜 坡道相通 ， 采切工程施工时可以利用无轨设备 ， 施工 难度小 、 效率高 。而分段法 的采切工程分散在各个 分段 ， 除 一 2 3 0 m运输水平和 出矿水平可以利用无 轨设备外， 其他分段必须采用传统的施工工艺施工， 加上分段法 的竖 向工程 比较多 ， 从而造成 分段法 的 施工难度大 、 效率低。 4 采场准备速 度。因为阶段法 的采切 比小 ， ． ． 维普资讯 总第 3 7 1 期 金 鬣 2 0 0 7年第5期 施工效率又高， 所以其采场准备速度要比分段法快 得多 。采用采场准备速度 比较快的采矿方法对于早 日达到 2 0 0万 t ／ a的生产规模是非常有利的。 5 凿岩工作。阶段法采用深孔钻机钻凿下向 倾斜平行深孔， 施工难度比较大， 炮孔角度不易保 证。而分段法采用 中深孔钻机钻凿上向扇形炮孔 ， 施工工艺非常成熟。 6 装药工作。阶段法每层爆破装药前都要对 炮孔深度进行实测并对孔底进行堵塞 ， 非常繁琐。 7 爆破工作 。阶段法是加拿大人发明的一种 比较先进的采矿方法 ， 适用于矿体和围岩 比较稳 固 的中厚以上的急倾斜矿体的回采。我国的凡 口铅锌 矿使用过， 取得了比较好的效果。 该矿 的工程技术人员初次接触这种采矿方法 ， 在生产实践中将有一个 比较长的学习、 消化过程 。 当钻孔直径取 1 0 0 m m 时 ， 如 果采 用挤压爆 破侧向崩矿来回采的话， 恐怕爆破效果难以保证。 8 出矿工作。阶段法 采用平底堑沟底 部结 构， 出矿直接在 一2 3 0 m运 输水 平进行 。如果采用 有轨运输， 铲运机和矿车难以配合使用， 况且铲运机 和矿车会互相影响， 降低出矿和运矿效率； 如果采用 无轨运输， 卡车会给井下带来严重的污染， 同时会大 幅度增加运输成本和道路维护成本 。 9 矿柱回收。阶段法矿柱可以 回采， 采矿 回 收率比较高。分段法间柱和底柱回收比较困难， 采 矿回收率 比较低 。 1 0 矿房顶板 。阶段法在施工凿岩硐室时 ， 矿 房顶板就已经切开 ， 矿房顶板 比较平整。分段法在 矿房采矿爆破时， 矿房顶板才与矿房矿体相分离， 矿 房顶板很不平整。如果最上一个分段的个别炮孔超 深， 对顶板的稳固会产生比较大的负面影响。 1 1 爆破规模 。阶段法矿房采矿爆破时， 由下 往上分层爆破 ， 一次爆破的规模 比较小 ， 对矿房顶板 的稳 固影响不大。而分段法矿 房采矿爆破 时 ， 随着 补偿空间的增加， 一次爆破 的规模会逐步加大 ， 对矿 房顶板的稳固影响 比较大 。 6 采矿方法评价 阶段空场法与分段矿房法相比， 在采矿生产 的 安全性 、 采矿成本 、 采切工程施工难度 、 采场准备速 度以及采矿回收率等方面都具有比较明显的优势， 笔者认为草楼铁矿 首采区应该采用 阶段空场 法 回 采。但是 ， 阶段空场法在凿岩 、 装药 、 爆破 、 出矿等工 艺方面还存在一些问题 ， 需要在今后 的采矿生产实 践 中加以解决。 7 存在的问题及建议 1 凿岩硐室掘进时应采 用光 面爆破 ， 以减少 对矿房顶板的破坏 ， 保持其 自身稳定能力。 2 原方案凿岩硐室长为矿体水平厚度 ， 宽为 1 6 m， 高为 3 ． 2 m。假如矿体水平厚度为 8 0 m， 则矿 房顶板暴露面积达 1 2 8 0 m 。为了保持矿房顶板的 稳定 ， 建议在凿岩硐室中部沿矿房长轴方 向留设 2 m宽的连续临时间柱。矿房凿岩时用浅孔凿岩机在 临时间柱上钻凿浅孔 ， 临时间柱与矿房最后一次爆 破 同时装药 、 同时起爆 。 3 随着凿岩硐室掘进的进行 ， 对凿岩硐室顶 板即矿房顶板不太稳 固的地段建议进行支护 ， 支护 方式可以考虑采用喷锚网联合支护或长锚索支护。 草楼铁矿 一2 3 0 m 中段采 矿的安全工作 是重 中之 重， 建议对该中段各矿块的矿房和矿柱顶板全部采 用喷锚网联合支护或长锚索支护方式进行支护。 4 随着 一1 7 0 m水平开拓工程 的施工 ， 应在 一 1 7 0 1 1 1 水平钻凿上向探水孔和工程地质孔 。如果 发现含水层 ， 应该及 时疏干。如 果原生磁铁 矿的厚 度或中等稳 固以上的岩层厚度不足 5 0 m时， 应立即 修改矿块布置方案 ， 重新考虑永久顶柱问题 。 5 建议选择先进的深孔凿岩设备， 保证深孔 的施工速度和施工质量 。 6 建议到国内或 国外采用 V C R法采矿的矿 山考察学习 ， 抓紧时间掌握 V C R法爆破的原理和具 体施 工工 艺 。 7 出矿设备和运输设备配合问题需要进一步 研究解决。 8 考虑到草楼铁矿上部有软弱岩层存在 ， 为 保证矿山作业人员的绝对安全， 防止恶性事故的发 生， 一 2 3 0 m中段每次中深孔或深孔爆破都必须安 排在交接班时间进行 ， 井下全部人员必须 在爆破前 撤至地表安全地带。 9 禁止将拉底层矿石出空 。拉底结束及拉底 层补偿空间满足矿房爆破的要求后 ， 要及 时组织矿 房回采爆破 ， 避免采场拉底层顶板 长期大 面积暴露 导致发生安全事故。 1 0 矿房或矿柱回采结束后 ， 要及时对采空区 进行充填 ， 接顶质量必须满足设计要求。 收稿 日期2 0 0 7 - 0 3 - 0 4 维普资讯