浅谈田兴铁矿矿石资源合理开发利用.pdf

浅谈田兴铁矿矿石资源合理开发利用 翟会超, 闫满志 河北钢铁集团矿业有限公司田兴铁矿, 河北 唐山市 ０ ６ ３ ０ ０ ０ 摘 要 针对田兴铁矿水文地质条件复杂的实际情况, 分析采取诸如注浆堵水、 超前探水、 隔水顶柱、 帷幕注浆截水等治水方法, 将地下涌水封堵在外, 保障矿石资源的安全回收。 研究从采场稳定性分析、 爆破震动作用等问题着手, 研究未来采场合理布局和降震防水爆 破技术, 提出了采治结合的建议, 以保证资源的充分回收。另外, 从尾矿回收、 充填利用、 建材原料三方面阐述了尾矿变废为宝的综合利用方式。 关键词 大水矿床； 资源开发利用； 防治水； 采矿方法 随着我国采矿技术的不断进步, 矿石产量也有 较快的增加 [１ ] , 特别是在改革开放以后, 中国经济 快速增长, 采矿工业得到突飞猛进的发展, 采矿技术 水平迅速提高[ ２ ]。然而, 随着国民经济发展对资源 的不断消耗, 在国内开采条件好、 品位高的矿床已基 本投入开采, 而上部有水体 流砂 、 建筑物、 主要运 输干线 统称“ 三下” 的矿体, 以及低品位矿石、 残 留矿体、 深部复杂难采矿床也逐步被开发利用[ ３ -４ ]。 田兴铁矿矿体总长度约 １ ０ｋ ｍ , 东西宽约 ３ ｋ ｍ , 矿体厚度 １ ４ １ ８ ５ｍ , 倾角 ３ ０ ６ ０ 。设计矿石年产 量高达 １ ５ ０ ０ 万 ｔ , 是目前世界在建最大充填法开采 地下铁矿山。 矿区附近地表河流均属滦河水系, 主要有滦河、 新河、 狗尿河。含水层主要由第四系孔隙水含水层 和基岩裂隙含水层 带 组成。 矿区水文地质条件复杂, 从基建工程所揭露的 水文地质条件表明, 地下水给矿山基建和未来铁矿 石开采带来巨大压力, 在竖井、 平巷和斜坡道掘砌施 工作业中, 较多的采用了工作面预注浆 包括“ 止浆 垫” 、 “ 岩帽” 、 “ 止浆墙” 、 地表预注浆、 表土层冷冻 法开掘、 射孔注浆等先进注浆治水技术, 取得了预期 效果。但治水后井下工作面涌水量依然较大, 这都 成为约束地下矿建设和矿体开采的主要影响因素。 如何实现大水环境下矿体安全高效开采、 保证矿石 资源合理开发利用成为矿山未来发展的主要问题。 １ 矿石资源的回收 １ .１ 地下水安全治理 田兴铁矿矿山水文地质条件复杂, 地下涌水对 矿石安全高效开发有极大不良影响。为使地下铁矿 石资源能够得到安全合理回收, 需对地下水进行 治理。 大水矿床在基建和资源回收生产过程中, 采取 的防治水技术主要包括河道改道、 疏水放水、 注浆堵 水、 超前探水、 隔水顶柱、 帷幕注浆截水等 [５ -１ ４ ] 。文 献[ ５ ]详细介绍了俄罗斯北乌拉尔铝土矿作为岩溶 大水矿床代表的防治水途径。通过河道铺底与改道 使得矿区排水系数有 ３ ２ｍ ３/ｔ 降至 １ ８ｍ３/ｔ , 后又经 过矿区边缘群孔疏水和井下打钻放水, 再次降低了 矿区总排水量且确保了矿井安全, 给我国大水矿床 治水工作以借鉴； 文献 [ ６ ] 针对高阳铁矿赋存条件, 应用矿床水体下开采理论与数值计算法, 预计裂隙 带厚度, 提出留设安全保护矿岩柱、 帷幕注浆堵水、 放水降压和注浆堵水相结合、 超前探水等防治水措 施, 有效遏制了矿区水患对井下矿石资源回收的负 面影响。另外, 姜梨园铁矿大水环境下矿石开采采 取隔水护顶矿层充填采矿法, 通过对爆破参数和工 艺的试验与应用, 成功改善了爆破效果, 而且有效地 保护了隔水护顶矿层。 田兴铁矿矿床经大地震后地质条件异常复杂, 又有滦河、 新河、 狗尿河 ３ 条水系通过, 地下水分布 规律的掌控就显得相当困难。 首先, 应建立补全矿山水文地质勘探资料, 全面 准确掌握矿山地下水、 裂隙带、 破碎带、 断层等不良 地质因素的分布位置和规律, 使之成为研究治水 法和矿体开采法的有利依。 其次, 治水工作要有针对性、 科学性。根矿体 实际分布位置和断层、 裂隙带的分布情况, 在矿床外 Ｉ Ｓ Ｓ Ｎ１ ６ ７ １－２ ９ ０ ０ Ｃ Ｎ４ ３－１ ３ ４ ７ /Ｔ Ｄ 采矿技术 第 １ ４ 卷 第 ３ 期 Ｍ ｉ ｎ ｉｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌｏ ｇ ｙ , Ｖ ｏ ｌ .１ ４ , Ｎ ｏ .３ ２ ０ １ ４ 年 ５ 月 Ｍ ａ ｙ ２ ０ １ ４ 围依据断层、 裂隙导水通道及相对地下水涌水量的 不同特点采取“ 封” 、 “ 隔” 、 “ 截” 等治水方法, 将地 下水最大限度地阻隔在矿床之外, 如采取帷幕注浆 方法。在采场内部要根据矿床外围封水的实际效果 制定治水方法, 还要兼顾井下大规模开采下的多回 采工作面和井下排水系统的担负能力问题。同时, 可利用已有的超前探测设备 Ｔ Ｒ Ｔ ６ ０ ０ ０最大程度对 井下采场周边环境进行实地勘测, 确定裂隙、 溶洞、 地下涌水易发点的具体位置, 对采场范围内的治水 工作进行辅助研究。 １ .２ 矿体高效回收 我国金属矿山大水矿床开采过程中, 三大类采 矿方法均有所应用 [ １ ４ ] , 只是所占比例不同, 其中充 填法所占比例最高。在生产矿山中, 采用崩落采矿 法的矿山有西石门铁矿、 北洺河铁矿、 程潮铁矿和谷 家台铁矿等； 采用空场法的矿山有泗顶铅锌矿、 金岭 铁矿； 采用充填法的矿山较多, 充填法主要为上向水 平分层充填法、 空场嗣后充填法。其中, 采用上向水 平分层充填的矿山有水口山铅锌矿、 凡口铅锌矿, 采 用空场嗣后充填的矿山有张马屯铁矿和新桥硫铁 矿。从大水矿床采矿技术发展阶段看, 主要是从留 隔水矿柱的房柱法、 超前疏水的崩落法到空场嗣后 充填, 再发展到现阶段普遍采用的点柱式充填采 矿法。 依据矿体条件设计阶段空场嗣后充填法进行矿 石开采, 采用大直径深孔阶段凿岩落矿技术。该方 法能够实现矿体高效回收, 满足 ２ ０ ０ ０ 万 ｔ 年产量的 要求。 但在具体的实施中, 仍要对采场围岩的稳定性、 采场围岩对爆破震动的响应、 充填体接顶技术、 充填 体流动性和输送性等问题进行预先谋划和研究。 首先, 采场围岩稳定性关系到开采过程的安全, 是实现高效开采的前提保障。采场围岩的稳定性与 岩体、 结构面及地下水作用息息相关, 在分析田兴铁 矿围岩稳定性的问题中要综合考虑上述主要因素, 并建立相应的力学分析模型, 进行数值模拟分析, 研 究采场布局的合理性和安全性。 其次, 爆破冲击波对岩体的破坏程度及节理裂 隙的扩展有着十分复杂的影响。不良爆破会使本已 经治理好、 封堵好的裂隙通道再次打通, 或破坏隔水 矿柱将含水层地下水引入采场, 影响井下正常开采, 甚至带来巨大的生命和财产危害。在采用大直径深 孔阶段凿岩落矿时, 要兼顾井下采场周边岩层含水、 透水情况, 必要时应从起爆顺序、 段次划分、 爆破方 法等方面入手研究适合的降震防水爆破技术, 有效 避免裂隙扩展。 再次, 将治水与开采相结合起来, 形成“ 采治结 合” 的思想。在治水过程中, 要充分研究设计采场 的布局, 优化设计治水方案, 保证井下多采场工作面 同时拉开的可靠性。在回采中, 要充分利用采准、 切 割工程, 对有突水可能的位置进行及时注浆治水, 减 少或避免治水工程的开掘, 也可以出矿抵消治水所 产生的费用。或采取适当的采矿方法如分层充填、 进路充填代替隔水矿柱, 使铁矿石资源得到充分回 收利用。 ２ 尾矿的综合利用 根据已设计的年铁矿石产量, 选矿厂每年排出 的尾矿将达到 １ ０ １ ０ 万 ｔ /ａ , 尾矿比重为２ .９ １ｔ /ｍ ３ 。 排出的尾矿若不加以治理和利用, 其一会给矿 山周围环境造成污染； 二来还会占用大量土地, 增加 矿山建设生产费用； 三是造成可再回收资源的浪费； 四是潜存较高的安全隐患。所以要改变传统观念, 加强尾矿综合利用的管理, 使尾矿变废为宝。 首先, 将有再回收利用价值的尾矿进行保存, 待 选矿技术成熟以后对该部分尾矿中的有用组分进行 充分回收, 保证资源的充分利用。 其次, 田兴铁矿年待充填采空区体积达 ６ ０ ０万 ｍ ３ , 将回收价值低的尾矿作为充填材料输送到采空 区, 以维护围岩保护地表不塌陷, 同时为矿山节约充 填成本。 最后, 还可以将尾矿和开拓过程中的废石作为 建筑材料的加工原料进行处理。 ３ 结 论 田兴铁矿水文地质条件复杂, 如何实现大水环 境下矿体安全高效开采、 保证矿石资源合理开发利 用成为矿山未来发展的主要问题。今后应在补勘工 作的基础上, 在矿床外围和采场内部采取适宜的具 有针对性的治水方法, 将地下涌水封堵在外, 保障矿 石资源的安全回收。从采场稳定性分析、 爆破震动 作用等问题着手研究未来采场合理布局和避免裂隙 扩展引水入井的降震防水技术, 为保证资源的充分 回收, 给出了采治结合的建议。同时, 还从尾矿回 收、 充填利用、 建材原料三面阐述了尾矿变废为宝 的综合利用式。 ４１１ 采矿技术 ２ ０ １ ４ , １ ４ ３ 参考文献 [ １ ]周崇仁.矿柱回采与空区处理[ Ｍ].北京 冶金工业出版社, １ ９ ８ ９ . 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