铁矿厚矿体阶段凿岩阶段矿房法试验研究.pdf

6 2 0 0 8年第 2期 铁矿厚矿体 阶段凿岩 阶段矿房法试验研 究 全桂光 双鸭山市建龙矿业有限公 司， 双鸭山 1 5 5 1 2 6 摘要 对于厚矿体矿岩稳定性差的矿区由浅孔留矿法开采， 通过试验改用阶段凿岩阶段矿房法开采， 取得很 好效果 ， 出矿量由 1 0 0～1 5 0 Vd 提高到4 0 0 ～5 0 0 V d 。 关键词 阶段凿岩； 阶段矿房； 采矿方法 1 概述 双鸭山铁矿 为沉积变质型磁铁矿 床， 北 区矿 体呈层状产出， 厚度 3～3 0 m， 倾角 7 0 。 ～9 0 。 ， 设计 用浅孔 留矿法 开采 ， 沿走 向布 置矿块 ， 阶段 高度 5 0 m， 矿块长度 5 0 m， 矿房长 4 2 m， 间距 8 m。由于矿 岩比较破碎 ， 允许暴露面积小 ， 用浅孔 留矿法开采 厚度较大矿体时 ， 在矿房 中间留沿脉矿柱 ， 造成较 大的矿石损失 。同时 ， 由于落矿凿岩作业在采场 内进行 ， 安全 隐患 大。为此 ， 从 2 0 0 6年 9月开始 ， 对厚矿体进行 阶段凿岩阶段矿房法工业试验。 目 前试验采场 已经采 出矿石 4万 多吨， 取得 了较好 的试验效果。 2 试 验采场条件与 回采方案 试验采场为 1 7 0中段北翼 1 8 矿房 ， 下盘围岩 为大理岩及片麻岩， 上盘 围岩为石英岩 ， 矿体为磁 铁石英岩， 有部分花 岗岩侵入体 。从采准巷道揭 露情 况来看 ， 矿岩比较破碎 ， 稳定性多属于 I I I 、 Ⅳ 级 见表 1 ， 上下盘 围岩稳定性差且不稳定 ， 矿体 总体稳定性差 ， 局部中等稳定。 表 1 试验采场矿岩稳定性 分级 岩体结构 点荷载强度 抗压强度 岩体基本质 代表 岩石 定性级别 稳定性特点 类型 ／ I 5 0 ／ M P a 量指标／ Q 上盘 围岩 碎裂结构 3 ． 1 ～ 5 、 4 5 4～8 6 3 7 7 ～4 6 0 Ⅲ 稳定性差 矿体 碎裂结构 4 ． O～6 、 6 6 5～9 7 4 1 0 ～5 4 Ⅲ、 Ⅱ 中等稳定 下盘 围岩 碎裂结构 2 ． 3～3 ． 3 4 3～5 6 2 9 4 ～3 3 3 Ⅳ 不稳定 试验采场矿体厚度 2 5 ． 7 m， 倾角 8 5 o ， 平均 品位 2 7 ． 4 9 ％， 地质储量 2 1 ． 4 4万吨， 金属量为 5 ． 8 7 万 吨。 采用阶段凿岩阶段矿房法开采 ， 在出矿水平布置两 条电耙道， 斗穿间距 6 m， 在距阶段水平 9 m高位置布 置两条凿岩巷道 ， 断面尺寸 2 ． 8 m X 2 ． 8 m。 采用 Q Z J I O O B型潜孔 钻机凿 岩， 炮孔直径 5 ～1 0 5 m m， 正排炮孔排距 2 ． 2 m ， 切割槽炮孔排 距 1 ． 5 m。炮 孔密 集 系数 为 0 ． 81 ． 2 ， 最 大孔 深 3 6 m。采用人工装药 ， 孔 口微差起爆 。先爆破切割 槽炮孔形成切割槽 ， 然后从切割槽 向两侧 逐排爆 收稿 日期 2 0 0 8一 O 1 0 8 破正排炮孔 。 设计回采顺序 矿房 采空 后马上 回采 矿柱 。 用垂直扇形深孔崩落间柱， 用水平扇形孔崩落顶 柱。间柱与顶底柱同用毫秒非 电导爆雷管分段起 爆 ， 先起爆间柱 ， 后起爆顶底柱 。 3 试验效果 1 8 采场于 2 0 0 7年 1 0月爆破切割槽 ， 1 1 月开 始进入正 排爆破 回采 阶段 ， 且 已采 出矿石 2 ． 2万 吨。目前虽然矿房 回采还 没有结束 ， 但 回采 作业 维普资讯 黑龙江冶金 7 基本正常 ， 阶段矿房法 的试验取得初步成功。 与浅孔 留矿法相 比， 阶段矿房法有如下优点 1 ． 回采作业安全性得到提高 。浅孔留矿法凿 岩人员需要进入空场作业 ， 由于矿岩暴露面积大 ， 矿岩稳 固性差 ， 安全隐患大； 而阶段矿房法采矿人 员不进入采 空区， 回采凿岩工作是在跨度 较小 的 巷道中进行 ， 生产安全可靠性增大。 2 ． 对于矿岩不稳 固的矿房 ， 采用浅孔 留矿法 由于顶底板暴露面积大， 暴露时间长 ， 在 回采过程 中顶底板围岩容易片落 ， 造成矿房 内存 留矿石 的 贫化增大 ； 阶段矿房法是 随着 回采作 业面 的推进 顶底板围岩逐 步暴露 ， 同时爆破落 下的矿石可以 全部出净 ， 大大减少 了矿石贫化 的机会 ， 可以有效 降低矿石贫化率。 3 ． 对于矿岩稳固性差 的中厚矿体， 一般不适合 采用浅孔留矿法。对于厚度大于 1 5 m的矿体 ， 应垂 直走 向布置矿块。但从 以往所采用的采矿方法和 矿块布置情况看 ， 为 了相对 安全地采用浅孔 留矿 法， 在矿体 中间沿走 向预 留矿柱 ， 将矿体 沿纵 向分 成两个采场进行开采 ， 大大降低了矿石回收率。采 用阶段矿房法， 可 以一次性全厚度 回采矿 房， 和浅 孔 留矿法相 比， 可以提高近 2 0 ％的回采率 。 4 ． 采矿效率得到大幅度提高。浅孔 留矿法 回 采出矿每天出矿量 为 1 0 0～1 5 0 t ， 而阶段矿房法出 矿能力可以达到 4 0 0～ 5 0 0 t ／ d 。 显而易见 ， 阶段 矿房法 比浅孔 留矿法 能够更 好地适应北区矿岩条件 ， 具备更多 的优 越性 ， 是 开 采北 区厚 大矿体更为有效的采矿方法。 4 存在 问题及改进途径 北区 1 8 矿块 阶段矿 房法 作 为实验 采 矿方 法 ， 从采切工 程施工 到 回采 出矿 ， 也 发现一 些 问 题 ， 主要体现在以下几个方面 1 由于矿岩 比较破碎 ， 切割井施工 困难。考 虑到补偿空间问题 ， 切割槽 须两次爆破形成 ， 在一 定程度上增加了施工难度。 2 Q Z J I O O B型潜孔钻机 的凿岩效率低 ， 一 般 4 0 m ／ d左右 ， 为了加快凿岩作业 ， 一个采场需布 置多 台凿岩机同时作业。 3 炮孔深度大 ， 深孔装药劳动强度 大、 效率 低 ， 装一个 3 6 m深的炮孔 ， 需要 四人约三十分钟时 问才能完成 。由于矿体破碎 ， 药卷送不到位 的情 况时而发生 ， 对爆破质量影响较大。 4 矿岩容易 冒落 ， 形不成空场。试验采场 刚 出矿 1 2 0天 、 爆破 七排炮孔 ， 顶柱就与 2 2 0 m水平 塌透了， 根本形不成空场放矿条件。 针对上述问题 ．， 可以采取如下措施 1 切割槽可以采用炮孔掏槽法形成 ， 也可以 视矿体稳固条件 ， 采用诱导 冒落法。分析得出， 北 区矿岩的持续 冒落跨度不超过 1 2 m， 因此 ， 切割槽 可用诱导 冒落法形成。即可通过 回采切割巷道 ， 形成不小 于 1 2 m跨度 的采空区 ， 诱导上部矿岩 自 然 冒落 ， 形成切割槽。 2 Q Z J I O O B型潜孔钻机更适合打深度小于 2 0 m的炮孔 ， 即适合分段 法凿岩。阶段凿 岩阶段 矿房法， 凿岩设备宜采用凿岩台车。 3 炮孔装药可以采用机械化装药 ， 有效降低 劳动强度 ， 提高装药质量。 4 可利用不能形成空场的特性， 取消间柱、 诱导 冒落顶柱， 改成沿走向连续回采的有底柱崩落法。 北 区磁铁矿单体强度 4 ． 0～6 ． 6 M P a ， 上盘围岩 3 ． 1 ～5 ． 4 MP a ， 下盘围岩 2 ． 3～3 ． 3 M P a 。这就是说 ， 矿岩单体强度 比较适 中， 岩体 具有一定 的 自稳能 力 。但 因节理裂隙发育 ， 岩体 比较破碎 ， 造成矿岩 的允许暴露 面积较 小。换言之 ， 北区矿岩特性决 定了如下工程特征 当临空面跨度小时 ， 围岩具有 一 定 的稳定性 ； 当临空面跨度 大时， 围岩容易发生 持续 冒落。对 于此类矿岩条件 ， 巷道 式作业的采 矿法 ， 比空场下作业 的采矿方法 容易实现正常开 采。此外 ， 由于允许暴露面积小 ， 空场放矿条件难 以形成 ， 因此一步骤 回采 的崩落法 比二步骤 回采 的空场法更 容易控 制矿 石 的损失 贫化 。这就 是 说 ， 北 区矿岩的稳固性条件 ， 更适合于连续推进的 崩落法开采。 改为诱导顶柱 自然 冒落的沿走 向连续推进的 崩落法 ， 同时采用铲运机 出矿 的底部结 构可大幅 度提高出矿效率。 5 结 论 1 北 区厚 矿体阶段凿岩 阶段矿房法 的试 验 是成功 的， 很好地适应 了矿岩稳 固性差 、 允许暴 露 面积小 的特点 ， 取得了预期的效果 。 下转 9页 维普资讯 黑龙江冶金 9 关 ， 水温越高 ， 氧在水 中的溶解度越 低 ， 最佳 的除 氧条件是保持 0 ． 1 ～0 ． 2 M P a表压力 ， 控制除氧水 温在 1 0 2～1 0 4 o c。本厂锅炉运行操作规程上规定 的温度为 1 0 4 ％ ， 然而 目前除氧器实际运行控制的 温度是 8 0 ％， 可能还要偏低。8 0 ％时， 并不能全部 除去给水中的氧， 还有 1 ． 9 7 毫升的氧溶解在水中， 并进入锅炉 。锅炉补水平 均按 3 0吨／ e l , 时计算 ， 就有 3 0 0 0 0 1 ． 9 7 5 9 ． 1 克的氧。 氧对钢铁表面 的腐蚀是一 种 电化学腐蚀 ， 铁 和氧形成两个电极 ， 组成腐蚀 电池 ， 反应如下 FeF e 2 2 e 2 H2 0 4 e4 OH一 一 通常在其表面形成许多小型鼓包 ， 其直径 自 1 毫米至 2 0 、 3 0毫米 不等 ， 这 种腐蚀特征 为溃疡腐 蚀。鼓包表 面的颜 色 由黄褐色到砖红 色不 等 ， 次 层是黑色粉末状物 ， 将这些腐蚀产物清除后 ， 便 会 出现 因腐蚀而造成 的陷坑 。给水中的氧除了对 除 氧水箱有一些腐蚀外， 腐蚀首先发生在省煤器的 进 口端 ， 随着其含氧量 的增大 ， 腐蚀可能延伸到省 煤器 的中部和尾部 ， 直至锅 炉的下降管也将遭 到 腐蚀 ， 而在水冷壁的上升管内， 通常不会发生氧腐 蚀 ， 因为在这里 ， 氧集 中在汽泡 中， 不易到达金属 表 面 。 铁受 到溶解氧 的腐蚀后 生成 F e 2 ， 它在水 中 极容易发生下列变化 F e 2 2 O H一F e O H 2 4 F e O H 2 2 H 2 00 2 4 F e O H 3 F e O H 2 2 F e O H 3 F e 2 0 3 4 H 2 O 其 中 F e e 0 3为褐 色 ， F e O H 3为砖 红色或 黑 色 ， 由此可知鼓起部位的结垢 主要是 F Ie ’ 0 3 成份。 3 可 能的处 理方法 水泵的垂直距离 ， 水 的压力提高 ， 也就提高了水的 气化温度 ， 当压力达到一定程度 时就可以保证 在 i 0 2～1 0 4 o c的情况下 ， 给水基本不气化 ， 从而不影 响给水泵 的正常运行。 2 改变给水系统 的管道 ， 使从除氧器出来 的 给水 ， 再流经除氧器给水端 ， 利用 除氧器上水 的低 温性 ， 给出口水降温， 如果能降至 7 0 ～ 8 0 ％就不会 影响上水泵 的正常运行 ， 同时交 换的热量 用于加 温 ， 除氧器上水也不至于造成能源浪费。 3 因为除氧器内的压力决定水的饱 和温度 ， 如果提高水的温度有困难 ， 可以降低除氧器的运 行压力 ， 可 以在除氧器的排气管上连接一 台真空 的吸气泵 ， 进行 强行 吸气 ， 这样也 能在一 定程度 上 ， 提高除氧效果。 4 也可 以采用其 他方 法 ， 常用 的有 化学 除 氧、 钢屑除氧 和解析 除氧等。化学药剂 除氧是 向 给水加入亚硫 酸钠 或联氨 ， 使其与氧化合生成无 腐蚀性 的物质 ， 从而将水 中的溶解氧除掉。 从 2 号炉 目前运行状况看 ， 铁腐 蚀 与铁结垢 问题已经 比较严重 ， 溶解或悬浮在炉水 中的含铁 胶体和化合物 ， 虽然也能沉淀一部分 ， 但 由于很难 聚成较大的颗粒， 所以其沉降性较差， 目前炉水的 微黄色也是由此所造成的。 综上对于水冷壁管 凸鼓原 因分析及处理 ， 必 须对锅炉进行适 当的调整和控制 ， 主要是不能把 负荷提 的太高 ， 运行要尽量平稳 ， 使炉 内水循环平 稳正常 ， 为利于沉降 ， 要 适当地加大排污 ， 在条件 允许的情况下 ， 应该进行锅炉的彻底换水 ， 从而减 少长期运行所带来 的积累 ， 这样就可 以在较长期 问内减少结垢 的发生 和发展 ， 确保锅炉安全经济 运行。 1 进 一步加大除氧水箱最低水 位与锅 炉给 ◆I I ◆ I I I ◆ I I I I ◆ I I I ◆ I I I ◆I I I ◆ I I I ◆I I ◆I I I ◆ I I l l ◆I I I ◆ I I I ◆ I I I ◆ I I I ◆ I I I ◆I I ◆ ； I I ◆I I I ◆I I ◆ I I I ◆I I ◆ I I I I ◆I I I ◆ I I I I 1 I I I ◆I I ◆I I I ◆I I I I ◆ I I I ◆ I I I i ◆ I I I ◆ I I I ◆I I 1 I I ◆ I I I I ◆ I I I ◆ I I I ◆I I ◆ I I I ◆ I I I ◆I I I ◆ I I I b * - I I I I ◆ I I I ◆ 上接 7页 2 北 区矿岩 比较破碎、 单体强度适 中。当暴 露面积小时 矿岩具有一定 的稳 固性 ； 当暴露面积 大时 ， 矿岩极容易冒落。由这一特性决定 ， 北 区矿 体适合采用巷道式作业 的采矿方法 ， 且 因矿体倾 角大， 更适合采用沿走 向连续推进 的崩 落法 高效 开采。因此 ， 可将 阶段矿房法改造成有 底柱阶段 崩落法， 进一步增进采矿方法 的适应性。 3 利用北区矿岩容易 冒落 的性质 ， 可用诱导 冒落法形成 切割槽 。为提高 出矿 效率 ， 宜采用铲 运机出矿的底部结构 ， 以保证生产效率。 4 为适应铲运机高效出矿 ， 应采用高效的液 压凿岩 台车进行深孔凿岩。 5 由于围岩破碎 ， 采准工程应采用必要 的支 护措施 ， 以实现 1 0 0 ％的利用率 。 6 在 北 区条 件下 ， 阶段 崩落法适 用 于倾 角 8 5 。 以上、 厚度大于 1 5 m的矿体。其他矿体条件的 合理采矿方法有待于进一步研究。 维普资讯