复杂型宁乡式赤铁矿床采矿方法的设计与研究.pdf

，曼 了 2 2 冶金矿 山设计 与建设 1 9 9 2年 第 5期 ≯／ ] 复杂型-7乡式赤铁矿床采矿 方法的设计与 究 湖南省冶金规划 设计 院 窆重量 【 提要，丈中介绍宁雪式赤铁矿床复杂的地质} 暂 遣条件 ． 按埋额甜、 侦 斜 急倾斜分别进行的多种采矿方法设计和试验． 井对之概括性的作了评谜 ． 一 、矿床地质概况 宁乡式赤铁矿床在湖南无论是储量还 是 生产矿石 量均 占 9 0 以上 ， 国内龙烟 等 铁矿也属这类矿 床 矿床成因为上 泥盆 纪 或 震旦 纪浅海 相沉积 ， 矿 石类型 以赤铁 矿 为主要 矿物 ． 改之为菱铁 矿和 磁铁矿 ． 矿床 上部为酸性 富矿 ， 下部及 深部 为 自溶性 矿 。 这类矿床地质构造和赋存条件复杂 ． 矿体 薄 ， 变化大 。 断层节 理裂 隙发 育 ， 顶 板不稳 固， 易风化 冒落 。 矿体走 向长数百 米至 数千 米， 倾斜延深千米左右， 倾角一般呈缓倾斜 产 出， 局部可 从 0 ～ 9 0 。 变化 并有 。 s ” 形倒 转 ， 一般形态为波浪状 ， 迭瓦状 。 湖南湘东、 田湖等铁矿， 矿层直接顶板 为绿泥石 页岩 。 灰绿泥质钙质页岩t 不稳 固， f 2 ～7 ， 遇水风化易冒落 ； 底板为砂 岩 、 页岩 、 板岩 ． f 4 8 ， 较 为稳 固； 矿石硬 度 f 4 ～6 ， 浅部 断 裂发 育 ， 易 片帮 ． 深 都 矿石稳 固性 逐步变好 ， 矿 体一般为一 层 ， 个 别 二层 ， 矿厚 1 ． 6 ～2 m 龙 烟铁 矿 矿体 为 三 层 ， 每 层 厚度 】 ～ 1 ． 8 5 m． 层间舍有 0 ． 8 ～I ． 2 m的砂质板岩 ， 易崩 落 ， 矿 体的直接 顶板 为黑色 页岩 ， 不稳 固， f 5 ～8 ； 底 板 为小 白石 英 岩 ． 稳 固性 好 ， f 1 0 ～ 1 5 ； 矿体 f 5 ～6 ， 断层裂 隙发 育 ， 稳 固性差 二 、 采 矿方法工艺特 征 根据 宁多式矿 床复 杂的地质构造和赋 存条件 。 地 表允许崩 落 ， 矿 石无 自燃 结块 等 特点 ． 设计研 究 了适 应不 同矿 体条 件 的多 种 采 矿方法结 构和 工 艺。现按缓 倾斜 、 倾 斜 、 急 倾斜 三类 矿体 分述 于下 。 1 、 缓倾 斜矿 体 对 于 3 ～ 3 0 倾 角 以下 的缓 倾 斜 矿 体 ， 适用的 采矿方法基 本上 是 壁式 陪落法 及变形方 案 ， 和房柱式 采矿法 采矿工 艺是 浅孔 凿岩 ， 铵_桧腊 炸药 非 电导爆 系统起爆 ， 1 4 3 0 k W 电耙 运 搬 ． 综 合 作业 队 劳 动组 合 ， 后退式 分条 回采 ， 采后崩 落 顶板 ， 控制 地压 。采准在矿层下盘岩石 中掘 进运 输平 巷 ， 从运输平巷 按 6 m 间距 掘矿石 溜子 ， 并 与 切割平 巷 贯通 沿 矿 体走 向每 隔 4 0 “ - - 6 0 m． 在矿层中沿倾斜掘上 山与顶部脉内 回风平 巷连 通 ． 形成一个矿块 在矿块 中 ． 往往又掘上 山进路 ， 分矿块为矿房 ， 壁式 陷 落法 的 矿房 沿走 向宽 度 8 m左 右 ， 房 柱 法 的矿房 1 8 2 4 r n ， 一般情 况 ， 矿房顶柱及 间 柱 2 m。 底柱 2 ． 5 ～3 m。 1 壁式进 路与宽工作面 回采的壁式 陷落法 壁式 进路与宽工作面 回采的 不同之点 是 ； 炮眼的排列 、 支护方式和适应 的地 质条 件不 同 ． 前者适应顶板稳定性较差 的地段 ， 后者 应用于顶 板较 完整、 较稳 固地 段 。 壁式 ● J 维普资讯 ● 1 9 9 2年第 5 期 冶金矿山设计与建设 2 3 进 路的 炮眼一 般沿进 路前 进方 向打 限， 而 宽工作 面回采方 案则沿矿体整个工作面横 向打水 平 炮眼 ， 炮孔 数量 多 ， 生 产率较 高。 在支护 方 式上 ， 前 者 采用沿 走 向的一 粱三 柱 术棚 ， 顶 梁用长 2 ． 2 ～2 ． 4 m、 直 径 2 0 O ～ 2 4 0 mm松 圆术锯成 两半使 用 ， 立柱 用直径 1 5 0 ram的 松 圆木 ， 遇 顶板 破碎处在顶 梁上 用木 板 皮 、 竹 蔑 搭 封 顶 ． 棚 子 问距 0 ． 8～ 1 m， 立柱 密 度 1 ～ 1 ． 2根 ／ m ； 宽 工作 面 采 用“ 打顶 戴帽” 的术支 护形 式 ， 木 帽 为半 圆 松 术 ， 长 0 ． 6 m， 立 柱 直径 大 于 1 8 0 ram， 沿 矿体倾 向架设 ， 立柱排 距 1 ． 6 ～ 1 ． 8 m， 柱 同 距为 0 ． 8 ～ l m， 主柱密度 0 ． 4 ～0 ． 5根／ m。 。 矿房采 完后 ， 回收 立柱 ， 陷 落顶 板 ， 一般 采 用 22 m 一 排房 间矿 柱 进 行 切 顶 见 图 I 。 圈 l 宽工作面回采的壁式陷落法 l 脉外运输平巷I 2一矿石消子， 3 切害 I 平巷{ { 一回风平巷 ； 5切顶 矿柱 ， 6 - - 采 区盎路 ， 7 一 电机 I 8 -- 回柱 绞车 ， 9 - ．- 术 支护 2 分段壁式进路及短壁式进路回采的 般为 6 ～l o re． 放顶距 4 ～6 m， 控顶区 2 ～ 陷落法 分段壁式 回采方 案的采切工程是 在矿 层下盘 岩石 中掘进 穿脉 运输平 巷 ， 再 沿倾 斜根据 矿层 的起伏 变化 ， 在 向斜轴部 布置 电耙道 ， 在 向斜两 翼或背 斜 的轴部布 置 回 风巷 ， 滑 走 向 每隔 3 5 m 开 凿 一 条 切 割 上 山 ． 每两条切割上 山布置一排 矿石 溜子 。 在 矿 体和 围岩非 常风化破 碎的条件下 ， 采 用 长壁 支护 困难 ， 还 因耙道 和进 路 冒顶而无 法采矿 ， 则用短壁进路 回采 ， 即垂直 长壁再 掘短进路 沿倾 向从上向下逐层 回采 。 3 密集支柱切顶和房柱 壁式崩落法 本法 主 要在龙 烟 铁矿 使 用 见 图 2 。 当用密集 支柱切 顶 时， 壁 式采场悬 顶距 一 2 ． 4 m。密集支柱 用直径 1 6 0 ram 以上 的大 松木切顶 。 在龙烟铁矿黄 田矿区 ． 采 用逆 向 推进 的房柱壁式崩 落法 ， 矿块 斜长 5 0 m， 走 向宽 1 5 m左 右 。回采时 ， 术支 护 排距 2 ～ 3 m， 问柱 1 ～2 m， 矿房 中留 3 3 m 的矿柱 ， 矿柱间 距 6 ～8 m。 矿 房 回采结束 后 ． 回收术 柱 ． 崩落顶 板 ． 必要 时可 崩掉 矿房 矿柱 ， 强 制落顶 l 或 者 留下一排 2 ． 5 2 ． 5 m矿柱 切 顶 。这种房 柱式布置与长壁式控 顶结 合运 用． 效果 良好 。 4 摩擦锚杆护顶 的壁式 陷落法 这一方法在湘 东铁 矿完成 了试验 。摩 擦 锚 杆 实 际 上 是 一 根 纵 向 开 缝 1 4 ～ 1 8 ram 的高强度钢管 ， 被强制打入 比其外 维普资讯 墙盒矿山设计与建设 1 9 9 2 年第 5 期 圈 2 房柱壁式崩落法 l l l _ 安 全 口l 溜井 l 3 运 输平巷 } { 一 回风平 巷 5电耙 l 6 ～双立 柱 l 7 一下 层矿悼 l 8 ～ 采场矿 柱 径小 2 ． 5 ～3 ram 的钻 孔 中， 构成 锚 杆周 围 压应力球 ． 形成 压缩带 ， 加 固顶板 试验 采 场 离 地 表 I 5 m， 顶 板 有 r条 断 层 ， 风化 严 重 ， 矿 岩 破 碎 矿 体 平 均 厚 1 ． 9 3 m， 倾 角 2 5 ， 矿 岩 硬 度 f 6． 矿 房 宽 8 m， 采 幅 约 2 ． 1 3 m， 倾斜长 3 3 m， 矿房面积 2 6 , m ， 矿石 量 1 7 0 0 t 。 支护顶板 用 1 x 1 m 呈梅 花形 布置 的锚杆 ， 锚杆长 I ． 8 m， 在采场 内共布置 I 6 8 根 锚杆。 经测 定 ， 采场顶 板下沉量 1 7 ram， 采 场 顶 板 基 本 完整 ， 柔性 增 加 ， 来 压 周期 推 迟 ， 节约坑木 5 O ， 安 全条件 良好 。 5 摩擦锚杆 护顶 的房 柱法 田谢 铁矿 深部房柱法 矿块试 用摩擦锚 杆护顶取得 了成效 。矿块长 6 0 6 7 m． 宽度 1 8 2 4 m， 采幅 】 ． 8 m， 矿石和顶底板围岩较 坚硬 稳定 ， f 8 ～ 1 0 ， 对 顶扳 采用摩 擦锚杆 支 护 ， 锚杆 长 1 ． 5 m． 呈 J ． 2 X1 ． 2 m 梅花形 排列 在 采场 内 留 2X 2 m矿 柱 ， 排 距 8 一 l o re， 柱距 3 ～4 m。 采后空场让 其 自然崩落 ， 用锚杆 护顶计 节 约坑木 8 O ‰ 贫化 损 失下 降 5 ～ l 0 ％ 2 、 倾斜矿体 对于 4 O ～ 5 0 。 的 倾 斜矿 体 ， 作业 人 员 在采场站 立不稳 ， 安 全条 件差 ． 故须对采场 结构 作些调整 如小分段 壁式法 ． 即在矿块 中部增掘腰巷 ， 将矿块 分 为两部分 回采 ， 因 斜 长缩短相 应地 作业安 全些 。又 如将进路 布置成 2 5 。 ～3 O 。 伪倾 斜作业面 见图 3 ． 这 样即可 用壁 式 法 的工 艺进 行 回采 ， 又 保证 了作业安全 1 壁式 留矿 法 这种方法 实质 上是 留矿法 回采 加壁式 法 的木支护 。在采场 下部 安装 简易放 矿漏 斗 ． 自下而上 浅眼崩矿后 ， 放 出其 中 l ／ 3的 矿石 ， 其余矿 石留在采场 内 人 员站 在 留矿 堆上 作 业 ， 因有 密集 的支 撑 ． 故 作业 安 全 。 当采场 回采完 毕 ， 放 出全部 矿石 ， 小部 分 留 在底 板上 的矿 石 ， 人员可 进 入采 场将 矿 石 扒出 ， 故 回采率 高 ， 贫 化低 空场让其 自然 垮落 。 2 锚杆 护顶法 为节约坑 木而 以锚杆 替 代支 护 采场 顶 板。 锚杆可用砂浆警 } 千 ， 也可用摩擦式缝管 锚杆 ， 可用在 伪倾 斜采 矿法 中， 也 可用在壁 式留矿法和用在 采场 留规则 矿柱的 房柱法 中 锚杆护顶 已在湘东铁矿多个 矿块 试用 ， 均 有效 果。 3 、 急倾 斜矿体 倾角大 于 5 5 ～6 0 。 的急倾 斜矿体 应用 的采矿方法实例如下 。 I 砂 浆锚 杆护顶 的留矿 法 湘东铁矿 4号采 场顶 板为绿 泥岩及泥 维普资讯 1 9 9 2 年第 s 期 情金矿山设计与建设 圈 3 伪 俺斜 采矿 法 1。 曲侦察 I 进路{ 2 - - 目风巷l 术支柱l 4 - - 切剥平巷I 5 --滴井j 6 - - 运输平巷 质 砂页岩 ， 风化 严重 ， 撅 破碎 ， 底板 绿泥 石 2 柔性 掩护支架法 页岩及粗粒 砂岩 ， 风化破碎 呈细块 ． 又因矿 支 架用废 旧钢轨 弯成 “ 八” 字形 状 ， 接 体倒转， 断层横贯 采场中部， 加剧 了复杂 头加夹板连成一整体， 上放柴棍 ， 形成柔性 性 ， 与它相邻的采场， 就因围岩破碎当圄采 复盖在矿体上部 ， 随着 回采从上 向下进行 ， 到矿房高度 2 ／ 3时， 矿体两帮严重冒落， 使 支架跟随下落， 阻挡废石混入。湘东 3 6 O 一 采幅增 宽到 3 m左 右 ， 横 撑无 法施工 ， 被迫 d号采场 倾角 5 2 。 ～6 5 。 ， 矿 厚 2 ． 2 ～2 ． 6 m． 中断 回采 ， 使上 部 l 0多米高 的矿石全部损 矿岩松软破碎 ， f 3 ～6 ， 试用回采之初 ， 在 失 ， 放 矿 时顶 板又 冒落 ， 大 量废 石混入 ， 又 矿 体 内掘 凿斜 巷地 沟 ， 上 面覆 盖柔 性掩 护 使 部 分矿 石 损 失 在 采 场 内， 总损 失 率 在 支 架 ， 回采中掩护 支 架 形成 2 5 。 ～2 7 。 的伪 5 O 以上 。 倾工作 面 见 图 d 。当工作 面推进到 采区 试 用矿 块 的锚 杆 采用卷 扬废钢 丝绳 ， 收尾边界时 ， 逐 渐回收支架 ， 减少工 作面长 经 拆股 、 除 油 ， 分成 1 0 ram 大小 股 ， 破 断 度将矿块采完 。 该支 架可以复用 ， 约 可少 消 拉力每根 7 t 以上 ， 长度 I ． 4 ～1 ． 5 m 使用 耗坑术 5 0 ． 但要求矿体规整 ， 以便支架 时 ． 可直接 插入注满砂浆 的孔 内。 注浆 罐为 顺利下移。 自制 超 轻 型牛 角 形罐 ， 重 I 5 k g ， 便 于 天井 3 摩 擦锚 杆护顶的留矿法 中运 搬 。锚杆眼深 I ． 5 m， 方 向与顶板垂直 在湘东铁 矿用摩擦锚杆护顶采 了多个 或斜 交 ， 间距 1 I m， 梅花形布置 。整个采 矿块 。矿块 暴露面积 7 0 0 9 8 0 m 。矿体厚 场设 计锚杆 6 0 0根 ， 实际 施工 5 9 0 根 ， 试验 I ． 8 ～2 m， 倾角 6 O 。 ～7 O 。 ， 矿 岩不稳 ， f 5 ～ 成果是 坑术 消耗 减 少一 半 ， 矿 石损失 率 由 7 ， 直 接顶板 0 ． 3 ～0 ． 4 m厚 的绿 泥岩 ， 老顶 3 0 ～5 O 下 降 到 6 ， 采后 空场 维 持 了 6 为砂 质页 岩 和 泥页 岩 ． 顶 板 节 理 发 育 ． 每 个 月才开 始 冒落 ， 总之效果 良好 。 F Q 有 纵横 向节 理 2条 ． 易脱层冒落 。锚杆 维普资讯 2 6 靖垒矿山设计与鸯殴 1 9 9 2 年第 5 期 图 4 柔性 掩护 支架采 矿图 二分段 平巷 F }一 五 号上 山 ； 3 六号 上 山 I 4回风 巷 5 掩护支架I 6 一电靶F 7 三分段平巷I 8 蔼矿井 垂直顶板布置 ． 用手持式 凿岩 机打孔 ， 问距 开始 自然 冒落 。 1 l m梅 花形 排 列 ， 锚扦 长 1 ． 5 m， 测试 的 、 主要技术经济指标 锚固力有 3 ～6 l 。每个采 场安装 锚杆 3 D O ～ 依上述缓 颤斜 、 倾斜 ， 急 颅斜 三类矿体 d O 0套 ， 在采 场 中部 圉 3 ～ 4个 2 2 m 矿 所进 行 的采矿方 法试验 、 生 产 ． 获 得的主要 柱 采 场来压 时 间推迟 ， 采 空区 4 O天 后才 技术经济指标列如表 l 、 表 2 、 表 3 。 表 l 缓惯斜矿体采矿法指标表 壁式宽 分段壁式 摩擦锚杆 卑攘锚杆 名 祢 单位 壁式进路 房柱壁式 工作面 及短壁 护顶壁式 护填房柱 采场生产能力 5 O ～6 5 6 O ～9 3 3 0 ～4 0 l 1 O ～1 4 0 6 0 ～9 0 7 O ～l O O 常于面 工效 t ／ 工 班 Z ， ～ 3 5 ～7 2 ． 2 ～ 2 ． 4 6 ． 6 4 3 { ～ 6 炸药 k B ／ t 0 ． 2 0 - 2 { 0 ． 3 0 ． 3 0 ， 2 8 1 雷营 十 ， I 0 ． 3 5 0 - 9 0 ． 7 m 4 0 ． 4 3 导火 线 0 ． 7 0 - 8 1 ． 0 0 9 mj I t 00 9 0． 0 0 9 0 ． 00 9 ～ 0 ．O 1 0 ． 0 38 0 ．0 0 2 4 0 ． 0 0 44 损 失率 1 4 ～2 3 1 ～ Z 3 l 7 ～2 5 2 0 2 Z 3 - 贫化宰 7 ～l 8 5 ～l 8 l 5 ～2 5 I O ～ 2 2 6 ～ F 1 采矿直 接 成本 兀， t 4 l 8 ～ 5 ～{ ． 5 5 ～6 4 ～ 5 4 ． 1 7 ～4 - 2 使用地 点 湘东 湘 东 栅东 尤 烟黄 田 湘东 田湖 维普资讯 1 9 9 2 年第 5 期 冶金矿山设计与建设 2 7 表 2 倾斜 矿体采 矿法指 标表 名 称 单 位 壁式留矿 小分段壁式 伪倾斜壁式 率撺锚杆护顶 采场生 产能力 t ／ d 8 0 ～ 1 0 0 5 0 ～ 6 0 7 0 ～ 8 0 7 0 ～ 1 O 0 常子 面工 艘 l ， 工 班 4 ～7 4 ． 5 ～5 炸 药 k t 0 ． 2 5 0 ． 2 ～0 ． 3 0 ． 2 8 1 雷 管 十 ， I 0 ． 4 0 ． 7 0 ． 5 0 ． 4 3 导 火线 m／ t 0 ． 8 0 ． 4 ～ l 坑 木 m ／ t 0 ． 0 0 5 3 0 0 9 0 ． 0 0 5 3 0 ． 0 0 a 0 ． 0 0 2 4 ～ 0 ． 0 0 3 9 总损失 率 l 0 42 0 l 5 ～2 0 l 2 ～2 2 其中采下损失率 7 ～4 ． 3 5 2 ～4 2 ． 5 贫 化率 4 ． 9 2 4l 0 7 ～ l 8 8 ～l 2 6 ～ l 0 注 t 表 中为 湘东铁 矿试驻 敦 据 表 3 急倾斜矿体 采矿 法指标 表 名 称 单位 柔性掩护支架 砂浆蚋绳锚杆 摩擦话杆 采 场生产 能力 t t d 6 0 ～8 0 1 O 0 ～l 2 0 l 0 0 4 l 2 0 掌子 面工 艘 t ／ 工班 J ～7 7 ～ l 4 回采率 8 7 ～9 O 8 5 45 7 8 5 ～8 7 贫 化率 ％ 7 ～1 5 5 ～9 炸 药 k g ／ t 0 ． 3 5 0 ． 2 l ～0 ． 4 2 9 0 ． 3 6 ～0 ． 3 9 雷 管 十／ t 0 ． 6 0 ． 3 ～ 0 ． 4 0 ． 6 ～0 7 导 火线 m／ t 0 6 ～1 ． 2 7 1 ． 2 4 4 1 ． 4 3 坑术 m‘ ／ t 0 ． 0 0 4 ～0 ． 0 0 4 0 0 O 0 5 2 0 ． 0 0 3 9 4 0 0 4 4 采矿直接成率 元， t 3 ． 8 ～4 ． 1 5 锚杆 成奉 元 ／ 根 3 ～， I 6 ～ 7 注 表中为湘东铁矿试验数据． 牡冱 一、；日 口 I 、 宁 乡式赤 铁 矿床 ． 具有 地 质构 造 复 杂 ， 矿体形 态 变 化大 ． 矿 层薄 ， 断层多 的特 征 。 对 于这类矿床 的开采 ， 坑木消耗 高达 9 0 ～ 1 O O m ／ 万 t 矿石 。 劳动生产率 低至 l 2 5 t ／ 人 a ， 采矿 工效 2 ～ 4 , ／ 工班 ， 矿 石损 失 率 l 6 ～2 5 ． 贫 化 率 l 5 左右 ； 采掘 比高 达 5 0 0 6 0 0 m／ 万 t ， 原矿成本 l 6 ～2 0 元／ t 。从上看 出 ， 开采 宁 乡式 赤铁矿必 然企 业 效 益差 ， 而 湖南 目前 又 以这 类 矿床储 量和 矿 石 生产 量 占一 定地位 ， 故 认 真研 究其 采 矿方法具有重要意 义 。 2 、 对 复杂的宁 乡式赤铁矿 床采矿方法 所进 行 的试 验和 生 产证 实 ， 壁式 陷 落法和 房 柱法 的变形方案都 存在一 个综合配套 与 提 高过 程 ， 在保 证 安全 的基 础上 还 须研 究 工 艺上 的 最佳 参 数 ． 以进一 步改 善技 术 经 济指标 3 、 对 于宁 乡式赤 铁矿 床选 用采矿方法 时 ， 除 针对 不 同条件 选 用适 直 的采 矿方法 外 ， 还顽注意支 护形式 的综 合采用 ． 以提高 回采 率 、 降低 贫 化率 ． 减 少 生 产 成本 为 目 的 。 维普资讯