高阳铁矿采矿方法优化研究.pdf

I S SN 1 6712 9 0o CN 4 3 1 3 47 ／TD 采矿技术第8卷第2期 Mi n i n g T e c h n o l o g y ，Vo 1 ． 8， No ． 2 2 0 0 8年 3月 Ma r ． 2 0 08 高 阳 铁 矿 采 矿 方 法 优 化 研 究 李庆倩 ， 郭景柱 邯邢冶金矿山管理局高阳铁矿， 山东 淄博市2 5 5 4 3 3 摘 要 复杂大水矿床给安全高效低成本开采带来了技术难题。介绍了大水复杂矿床高 阳铁矿 的采矿方法优化和应用。该矿采用多层位矿体盘 区一体化分层 回采胶结充填采矿 法回采 ， 取得 了采场 出矿能力过 1 0 0 0 t ， 贫化率 8 ％ 的良好效果， 为类似矿体 的开采提供 了 借 鉴 范例 。 关键词 盘区一体化 ； 分段 充填 ； 大水矿床 ； 采矿方法 我国开采技术条件较好的资源已接近枯竭， 加 快复杂矿床资源的勘探和开发已成必然发展趋势。 大水矿床是指水文地质条件复杂 ， 矿坑涌水量每 日 数万立方米 以上 的矿床。这类矿床 在我 国分布广 泛 ， 在这些大水矿床 中， 有 的因水量大 、 效益差 而被 迫关闭或缓建， 有的因防治水难度大而迟迟得不到 开发 ， 也有的因采矿方法选择 或管理不 当而导致 淹 井事故。因此， 进行复杂大水矿床的研究势在必行。 l 高 阳铁矿 的开采技术条件 高阳铁矿位于山东省淄博市， 为接触交代矽卡 岩型磁铁矿床， 总地质储量 D级 2 0 4万 t ， 矿体地 质品位平均为 5 2 ． 9 2％。矿体走向长 4 5 0 1 1 1 ， 宽 2 0 0 I n ， 埋深 2 4 0～ 3 1 0 i n ， 矿体平均厚度 1 0 i n左右 ， 呈透 镜状产出 ， 走 向 N E， 倾向 N W， 倾角 0 。 ～ 5 。 。矿体形 态极不规则 ， 分支 一复合 一分支现象普遍 。 矿体顶板 主要为角岩 ， 其次为矽卡岩和蚀变闪 长岩 ， 矿体底板为石灰岩 。矿岩硬度 系数 矿石 7～ 8， 角岩 1 0， 闪长岩 7 ， 石灰岩 5～6 。矿体及顶底板 围岩的稳固性较好。矿岩均较坚硬 ， 矿块裂隙发育 ， 充填固结较好 ， 但局部破碎。 矿区地层由老到新依次为 中奥 陶系、 石炭 系、 二迭系 、 第 四系。矿体位于石炭系 中期。中奥 陶系 富水性强 ， 导水性好 ， 水量丰沛 ； 第 四系富含孔隙水 ， 是矿床开采的上部水体。矿山曾发生过淹井事故。 2 开采现状与开采技术难点 2 ． 1 矿 山开采 现状 基金项 目 “ 十一五” 国家科技支撑计划项 目 2 0 0 6 B AB 0 2 A O 1 矿山主要开拓、 运输、 通风、 排水系统等已经形 成， 尾砂胶结充填系统正在建设。 矿 山采用主副井开拓 ， 主井采用罐笼井提升， 主 要用于提升矿石、 人员、 材料及设备等， 年提升矿石 1 5万 t ， 岩石 3万 t 。主井仅在 一2 8 5 I n中段开马头 门； 副井仅在 一 2 4 5 In中段开马头门。为了便于行 人、 通风、 设备运输， 在矿体下盘布置一条斜井。矿 山仅有 一 2 4 5 I n 、 一 2 8 5 I n 两个中段， 其中一 2 4 5 I n 中 段为回风 、 充 填中段 ；一2 8 5 I n中段 为生产 、 主运输 中段 ， 采用有轨运输 。在 一 2 4 5 I n和 一 2 8 5 I n中段之 间， 形成 了 一2 7 0 I n 、 一2 6 0 I n两个 分段 。在每个盘 区下盘 已布置有溜矿井 ， 上盘布置有充填回风井。 矿山在建设过程中对矿体形态和防治水进行过 探索和研究， 目前仍在进一步开展探矿、 探水和防治 水工作 。 2 ． 2 矿 山开采技术难点 高阳铁矿是典型的复杂大水矿床。其矿体上部 有河流流过 ， 存在第 四系砂砾石空隙含水层 ， 矿体下 部及周围存在奥 陶系灰岩岩溶 含水层 ， 矿体 2 0～ 2 1 线之间有条近乎垂直于矿体走向的破碎带。其开采 难点可归纳为 1 第 四系含水层 与矿体 间有数 十米 的隔水 层 ， 开采时要严格控制顶板岩体位移 ， 保护隔水层 ； 2 破碎带穿过矿体 ， 在开采扰动下 ， 极易成为 导水通道 ； 3 采矿与治水和谐开展 ， 治水为 了安全采矿 ， 采矿又必须保护治水工程 ； 4 矿体与夹石形态极其复杂 ， 互相穿插 ， 给采 维普资讯 8 采矿技术 矿方法选择带来难度 ； 5 矿体下盘部分角岩十分坚韧， 其凿岩成本 是矿 山其他矿岩的2 0倍左右。 3 多层位矿体盘 区一体化分层回采胶结充 填采矿法 3 ． 1 采矿方法选择 高阳铁矿采矿方法前期的研究结论是采用浅孔 房柱嗣后充填采矿法和有底柱分段空场嗣后充填采 矿法。在基建期 间， 对矿床进行 了详细的钻探 和坑 探 ， 并进行 了采矿方法试验 ， 发现矿体极不规整 ， 分 支复合现象严重。浅孔房柱嗣后充填采矿法 的矿房 宽 8 I n ， 矿柱宽 6 m， 采用装岩机出矿 ， 切割工程量极 大 ， 贫化损失率高， 成本较高。当采用有底柱分段空 场嗣后充填采矿法时， 贫化损失率比前者还高。在 矿体形态复杂， 涌水规律不清等情况下 ， 进行采矿方 法优化研究十分必要 。 根据矿床开采技术条件 和工程现状 ， 供选择的 采矿方法有 上向水平分层充填采矿法 、 点柱上 向水 平分层充填采矿法 、 多层位矿体盘区一体化分层 回 采胶结充填采矿法等。 上向水平分层充填采矿法， 先将矿体按一定尺 寸划分为盘区， 盘区内分矿房 、 矿柱 ， 先采矿房 ， 再采 矿柱， 工作面向上分层推进， 每层又以采、 出、 充形式 循环作业。点柱上向水平分层充填采矿法在阶段上 将矿体分成几个规则 的盘 区 ， 以盘 区为采 矿单元。 采矿工艺类似于全面采矿法， 自盘区巷道一侧开始 垂直盘区巷道向另一侧全面回采 ， 回采作业在暴露 的顶板下进行 ， 为了支撑 回采空问的顶板 ， 空场 内按 一 定的问距留有不能回收的规则的点式矿柱。工作 面向上分层推进， 每层又以采、 出、 充形式循环作业。 多层位矿体盘区一体化分层回采胶结充填采矿法在 已划分的盘 区内不再划分 矿房 、 矿柱 ， 而是总体考 虑 ， 一步骤回采 ， 视矿体顶板暴露面积确定点柱的留 设 ， 分层 回采 ， 分段充填 ， 充分利用 已有的溜井 、 开段 斜井等 ， 对于边角矿体 ， 可不留点柱 ， 对于厚度较小 的矿段 ， 可不按分段高度直接采完后充填接顶 。 上 向水平分层充填采矿法的矿块布置与浅孔房 柱嗣后充填采矿法一致， 分层回采、 分层充填， 回收 率高， 贫化率低， 但采切工程量大； 点柱上向水平分 层充填采矿法和多层位矿体盘区一体化分层 回采胶 结充填采矿法以盘区为单元 ， 整体回采 ， 采切工程量 小 ， 并且整个盘 区一步骤 回采 ， 能利用无轨 出矿设 备 ， 生产效率 高， 但点柱永久损失， 损失率略高。点 柱上向水平分层充填采矿法分层回采 ， 分层充填 ， 工 序复杂 ， 若利用矿山已有的脉外溜矿井 ， 联络巷必须 穿过坚韧角岩， 施工困难 ； 后者分层 回采， 分段集 中 出矿， 分段充填， 效率高， 贫化率低， 并且能充分利用 已有的开段斜井和脉J l, f ll l 井 ， 针对矿体厚度 与大小 不一 ， 能灵活开采 ， 减少采切工程量和 回采周期。因 此 ， 多层位矿体盘区一体化分层 回采胶结充填采矿 法较适合于高阳铁矿矿体回采。 3 ． 2采切 工程布 置 中段 高度 4 0 m， 沿矿体走 向划分为开采盘 区， 盘区长为矿体东西向宽度， 盘区宽度为5 0 m， 盘区 间留盘区矿柱 1 6 m， 盘区矿房宽 3 4 m， 顶柱高 4 I T I 。 采用脉内外联合采准， 采准工程有 穿脉运输平 巷 、 溜矿井 、 回风井 、 分层 出矿 巷道 、 分层 回风联络 巷 、 回风平巷等 ； 需要增加的切割工程有 切割平巷、 切割天井 见图 1 、 图 2 。 、 一 一． 厂 。 盘区矿柱线 ＼ 一 r ／ ＼ ＼ ⋯． ＼／ 一l ／～ 5 号风并兼A行并 暑 莉 果 5 号沼 ⋯ ⋯ ＼ 图 1 5盘区 一 2 8 5 n l 水平采切工程布置 t V , S ／ ／ A／ ／ I , 1 6 1 ． 1 ＼ 盘区矿 柱线 ／ t t 一 ＼盘区矿柱 线 5 号 风 井 兼 人 行 1 l 鲥 ＼ I ／ 图 2 盘 区 一 2 7 0 n l 水平采切工程布置 下转第 8 6页 维普资讯 8 6 采矿技术 形地貌及地表植被 ， 仅仅在钻T L H 有少量泥土外排 ， 其钻面积仅为试验Ⅸ面积 的 l ％ ， 且试验结束后 较 易回填恢复 ， 没有传统开采工艺所引起 的水土流失 及生态环境破坏。 参考文献 [ 1 武强 ， 薜东 ， 连会肯 ． 矿 L 环境评价 方法综述 J ] ． 水文地 质 T 程地质 2 0 0 5 ， 3 8 4～8 8 ． f 2 ] 马傅如 ， 程声通． 环境质 瞳评价 [ M] ． 北 京 q | 圉环境科学出版 社 ． 1 9 9 0 上接第 8页 点柱 留设 点柱 的强度按 照 B i w n i a w s k i 推荐 的 公式计算 ， 点柱所承受 的载荷是其所支撑的开采空 间范围内直达地表的 上覆岩柱的重力 。采场内留点 柱尺寸为 4 1T I X 4 或 5 1 T I ， 中心问距 为 1 4 1T I X 1 0 1T I 。点柱尽量利用 围岩 ， 为达到临时支撑顶板和与 充填体永久支撑顶板的 目的， 点柱上下对应在一条 竖线上。 3 ． 3回采工 艺 自 下而上按分段回采， 每分段超采 1 ． 8 m作为 上一分段的作业空间。 1 凿 岩。采 场 中采 用 自下 而上分 层 回采 ， Y S P 4 5凿岩机配 0 1T I 1T I “ 一” 字 型钻头凿 t向孔 ， 人站在矿堆上进行凿岩工作 ， 孔 深 1 ． 5～2 1T I ， 崩下 一 层矿后， 出掉部分松散矿石。 2 爆破 。每层凿岩结束后 ， 清洁炮孔 ， 采用人 工装填 2 岩石炸药 ， 毫秒微差雷管及 8 工业火雷管 配导火索， 电阻丝一次性点燃引爆。 3 出矿 。0 ． 7 5 1T I 铲运机在每分段下部的出 矿巷道进行铲装作业。首分段 的矿石由铲运机直接 装矿车 ， 上面 2个分段的矿石 由铲运机卸至脉外 采 区溜井 ， 经振动放矿机装 0 ． 7 5 1 T I 矿车运输。 4 通风。新鲜风流从分层穿脉运输平巷经采 场、 探矿切割天井 、 上分段 的穿脉运输平巷 ， 至 回风 巷 回风 。 5 采场护顶。待开采至设计 高度后 ， 为集 中 出矿和充填 ， 必须进行采场护顶。采场高度在 6 1 T I 以上的顶板均要进行锚 网支护 ， 对局部不稳 固顶板 进行锚索 锚杆 钢筋网 素喷混凝等组合支护方 式支护。 6 采场充填。每分段矿石清理完毕后 ， 进行 充填准备及充填作业， 充填管道从回风平巷进入， 下 部为普通胶结充填 ， 上面0 ． 5 m为浇面层 ， 充填至上 [ 3 ] 中国环境监测总站． 环境水质监测质量保讧 E 手册[ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 1 9 9 4 ． [ 4 ] 田刚 环境影响评价舆型实例[ M] ． 北京 化学工、 I 出版社 2 0 0 2 ． 收稿 日期 2 0 0 8 0 1 0 8 作者 简介 黄 荣 1 9 6 3一 ， 女 ， 江 西永新人 ， 工程 师 ， 主要 从事技术咨询和环境工程研究。E m a i l h r 9 0 8 1 6 3 ． c o rn ． 一 分层的巷道底板水平 ， 超采的 1 ． 8 1T I 留作下一分 段 的作业空间。 7 技术经济指标 。高阳铁矿 5盘区正在按照 采矿方案优化研究成果 ， 进行多层位矿体盘区一体 化分层 回采胶结充填采矿法开采 ， 其技术经济指标 见表 1 表 1 5盘区首分段技术经济指标 4 结 论 高阳铁矿采用多层位矿体盘区一体化分层回采 胶结充填采矿法 回采矿体 ， 采场及时进行充填 ， 最后 一 次接顶 ， 能有效控制顶板岩层移动 ， 保护隔水层 ， 控制承压水 ； 整个盘 区全面拉 开， 减少采切工程量 ， 充分利用夹石作为点柱 ， 能安全低贫损开采矿体 ， 其 采切工程能避开坚韧角岩 ， 降低成本 。存在的主要 问题是受点柱影响， 电动铲运机的出矿效率低于正 常水平。研究和总结 高阳铁矿的采矿方法 ， 对类似 矿体的开采具有极大的借鉴意义。 参考文献 [ I ] 褚洪涛 ． 我 国金属矿1 I 1 大水矿床的地下开 采采 矿方法 [ J ] ． 采 矿技术 ， 2 0 0 6， 6 3 4 9～ 5 2 ． [ 2 ] 王喜兵 复杂“ 三下” 矿山建 设及开采的实践 与探讨 [ J ] ． 矿 业 工程， 2 0 0 4， 5 1 2～1 4 ． [ 3 ] 采矿设计手册 编委会． 采矿设计手册[ M] ． 北京 中国建筑 工业出版社， 1 9 8 9 [ 4 ] 叶粤文， 孟中华． 复杂大水矿床安全开采技术研究[ J ] ． 金属 矿 山 ． 2 0 0 6 ． 1 2 7 9 ． 收 稿 日期 2 0 0 80 12 8 作 者简介 李庆倩 1 9 6 4一 ， 男， 河 南杞县人 ， 矿 长， 工程 师， 主要从事矿山采矿生产技术管理工作。 维普资讯