大冶铁矿缓倾斜挂帮矿开采方法的研究(1).pdf

S e r i e sNo 3 0 8 Fe b r u a r y 2 0 0 2 垒 茸 山 M r lAL MI 总 第 3 0 8 期 2 0 0 2 年第 2期 大冶铁矿 缓倾斜挂帮矿开采方 法的研 究 马建军 叶义华 周惠新光正国黄勇 武汉科技 走学 武钢走冶铁矿 摘要根据大冶铁矿采用无底拄分段崩落法开采的情况， 就其挂帮矿倾角缓、 一端与露天坑相连的赋存特 性， 提出采用联合开采的方法 挂帮矿的主体部分采用改进型分段空场法， 靠近露天坑部分采用无底拄分段崩落法 开采。使矿山现行的无底柱分段崩落法作业习惯 l 管理操作经验和原有的机械设备能得到充分利用， 提高了矿石 回收率． 增强了生产的安全性。同时对改进型分段空场法在该矿进行了实施。 关t词缓 倾斜矿 体挂帮矿联合开采分段空场法 S t u d y o n t h e Mi n i n g Me tho d f o r S l i g h t l y Di p p e d Ha n g i n g wa ] ] Or e a t Da y e I r o n M i n e Ma J i a n i L I F t Y eYi h LI a Z h o uHu i x i n g G u a n gZ h e Ft g g u o Hu a n gY o n g Wu h a n U n i v e r s i t yo f＆ a n d T e c h n o g 3 , D a y e I r o n Mi n e o fWu h a n S t e e l C o Alh s l r e t B a s e d o n t h e s u b l e v d c a n g mini n g a t Da y e I r o n I V l J n e a n d i n c o n s i d e r a t io n o f t h e n l o d e o - t ll T e n e e c h a r a c t e r i s t i c s o f s r n a l I i n c l i n a ti o n a n dmn ne c t i o nwi t ht h e o p e n p i t a t。 n e e n d， a c o mb i n e dmi n i n gme t h o dwa s r e mr a me n d e d w h i c h u s e d i mp r o v e d s u b l e v e l o p e n - s t o p i n g f o r t h e n p a r t o f t h e hr 】 g i n g w a 1 【 O r e a n d s u b l e v e l c a v i n g f o r t h e p a r t o f o r e c l o s e t o t h e o p e n p i t As a r e s u l t ， t h e c u r r e n t s u b l e v e l c a v i n g o p e r a t i o n p r a c t i c e ， t h e l o a n a g - 7 1 e i 1 t a n d o p e r a ti on e x p e n c a n d t h e e x is t i n g me c h a n i c a l e q u i p me n t h a v e b e e n f u l l y u t i l i z e d， t h e o t e e x t r a c ti on r a t i o i mp r o v e d a n d t h e p r o d u c t i o n s a f e t y i n c r e a s e d Th e i mp l ma e n t a t i o n o f t h e i mp r o v e d s u b [ e v e l o p e n - s t o p i n g a t t h e mi n e i s d e s c r i b e d K日 1 _ 0 S l i g h t l y d i p p e d o r e b o d y ， Ha n g i n g wa l l o r e ， C c b i n e d mi mn g， S u b l e v e l o p e n s t o p i n g 武钢大冶铁矿铁门坎矿体分南北采区开采。北 区矿体厚度大， 倾角陡， 采用无底柱分段崩落法开 采， 这是该矿地采一直沿用的主体采矿方法。南区 一 3 6 n q 以上大部分矿体早已采用露天方式开采完 毕 ， 剩下一些挂帮矿现转为地下开采。挂帮矿为缓 倾斜矿体， 平均倾角 3 0 。 ， 仍采用崩落法开采会造成 矿石的极大损失， 存在明显的不合理。但一个矿山 若并存多种采矿方法又会给生产管理和原有设备的 利用带来诸多问题 ， 因此急需研究确定一种合理的 采矿方法和建立实用的施工管理制度。 1 开采技术条件 铁门坎南采 区露天坑边坡上的挂帮矿呈东西走 向， 东端与露天坑相接 ， 向西延伸尖灭 ， 平均长度 8 O n q ， 倾向N E ， 平均倾角 3 O 。 ， 平均厚度 8 m， 设计标高 1 2 m～ 一 3 6 m水平之间矿体地质储量2 4 ． 5 万 t ， 平均品位 5 2 ． 4 5 ％。矿体上盘围岩为闪长岩及其经 变质作用而形成的蚀变闪长岩和矽卡岩， 下盘一般 为大理岩， 均属稳固岩类。矿石的稳 固性因矿石类 型和矿石结构的不同而各有差异 ， 块状富铁磁铁矿 - l 0 - 及富铁混合矿属稳 固矿石， 但蜂 窝状与松散铁矿石 则很不稳固。浸染状贫铁磁铁矿和贫铁混合矿， 硬 度变化大， 属较稳固矿石。开采矿段矿岩的主要物 理力学特性见表 1 。 表 1 矿岩的踟理 力学特性 矿 岩 名 称 嚣 翳 稳 固 性 矿 F e 1 、 4 1 5 0 ．4 ～6 3 8 F 自一 F 平 1 4 7 1 2 ～ 1 4 1 6 0 3 0 ～4 1 稳固 、 一 △3 2 4 ． 大理岩 2 ． 7 5 0 ． 0 4 7 6 --8 1 7 0 3 0 --3 5 稳固 昙 闪 长 岩 2 7 5 0 7 1 9 10 -- 1 4 l _7 0 3 0 -- 4 5中 等 稳 固 矽卡岩 2 7 5 1 0 4 2 1 0 1 4 1 ． 7 0 中 等稳固 2 采矿方法的确定 由于铁 门坎南采区挂帮矿倾角缓， 不能采用崩 落法， 用充填法成本高， 只能采用空场法开采。为了 使矿山现行的无底柱分段崩落法作业习惯、 管理操 马建军， 武汉科技大学理工学院， 副教授， 博士生， 4 3 0 0 8 1 湖北省武 汉市青山区建设一路。 维普资讯 马建军等 大冶铁矿缓倾斜挂帮矿开采方法的研究 2 0 0 2 年第2 期 作经验和原有的机械设备能得到充分利用 ， 同时又 必须考虑回采矿体一端与露天坑相接的事实。因此 经多方案比较后确定 挂帮矿的主体采用改进型分 段空场法、 靠近露天坑的剩余部分采用无底柱分段 崩落法的联合开采方法。其具体作法是 在分段空 场法 回采 中， 采用 回采 进路与 切割 天 斜井联合拉槽 、 双排 孔侧 向爆 破抛掷 出矿 、 不设中间分段凿岩平巷、 不设专门的矿柱回采和放 顶工程 ， 利用通风穿脉巷道和可钻下向孔 的设备完 成矿柱回采和放顶工作。矿房回采和所用设备， 除 了崩矿 、 出矿是在宽场中进行外 ， 其他均与无底柱分 段崩落法相同。 对靠近露天坑那部分矿体， 由于露天坑形成已 久 ， 其地质现状不 明， 用分段空场法开采有跨塌甚至 无法形成空场的可能 ， 安全性差 ， 因此采用简化无底 柱分段崩落法开采。即 沿矿体下盘打 1 条凿岩回 采巷道 ， 边探边打 ， 靠近露天边帮时钻凿较为密集的 炮孔， 以露天边坡为 自由面， 按回采所需的切割断 面， 将这部分露天边坡松动崩落， 形成松软的覆盖岩 层 ， 再逐步往后退采。由于矿体倾角缓 ， 其损失 、 贫 化大， 设计时采取在满足安全条件下 ， 尽量增大分段 空场法矿房布置， 减小无底柱分段崩落法开采的剩 余矿体， 因此相对损失量不大， 绝对损失小， 而安全 性大为增强。 在开采顺序上每个分层主矿体先采 ， 靠近露天 坑部分剩余矿体后采， 采完随即封闭该分层， 见图 1 所示 。无底柱分段崩落法是该矿的主体采 矿方法 ， 对靠近露天边坡的仍按该法进行， 这里将改进型分 段空场法的应用作一介绍 图 l 0m水平联台开采示意 l 一分段空塌法采塌； 2 一 无底柱分段崩落法采场 3 改进型分段空场法设计与巷道布置_ 2 _2 3 ． 1 分段高度及回采顺序 南采区 l 2 m～ 一5 0 17 1 划为 1个阶段 ， 阶段 高 6 217 1 ， 阶段运输水平设在 一5 0m， 共分为 5个分 段， 从l 2 m～ 一3 6 17 1 分 4 个分段， 分段高 1 2 17 1 在各分段分别布置矿房和矿柱 ， 进行独立凿岩与 出 矿。按先采矿房， 后采矿柱的顺序进行回采和采空 区处 理。在矿柱 的回采 中， 按间柱一顶柱一放 顶 的起爆顺序一次爆破完成。 3 ． 2 采场布置与构成要素 矿房沿矿体走向布置， 矿房长为 5 0 17 1 ， 宽为矿 体 的水平厚度 ； 问柱宽 8 m， 顶柱厚 5 m。在现场施 工中， 根据矿体与围岩稳固条件， 适当增大或减小矿 房和矿柱尺寸 ， 以提高矿石 回收率或增强安全性 。 本设计采区各分段矿房数 不多， 出矿任务不重 ， 因 此， 仅在下盘围岩中布置 1 个矿石溜井。 3 ． 3 采准切割工程 3 ． 3 ． 1 工程布置 1 沿矿体走向， 在下盘围岩 中掘进分段运输 平巷， 使采场与各分段巷道相通 ； 2 在矿体下盘矿岩交界处 ， 沿矿岩边界掘进 堑沟凿岩巷道 ； 3 在分段运输平巷与堑沟凿岩平巷之间的矿 房位置 ， 沿矿房长度方 向， 每隔 1 0 17 1 掘进 1条垂直 走向的出矿进路 ， 取 3 ％ o 上坡 ， 使运输平巷与堑沟平 巷相通 。铲运机在此装矿后 ， 下坡运行经分段运输 平巷至溜井卸矿 ， 每个矿房设 4条进路； 4 在与某条出矿进路相对应的堑沟凿岩巷道 里 ， 打切割天 斜 井， 利用出矿进路拉切割槽 ； 5 在采场的间柱中心布置穿脉巷道， 与矿体 上盘的各分段通风回路及回风天井相通 ； 6 人员 、 设备、 材料 、 新鲜风流经设备井 ， 到达 上下各分段； 污风经穿脉巷道通向各回风天井， 排出 地表 。 3 ． 3 ． 2 采切工程量及采切系数【 1 按采矿方法标准图计算采切工程量， 标准 矿块长 宽 高为 5 0mX1 0m6 O1 7 1 ， 改进型分段 空场 矿房 法矿块采切工程量计算见表 2 。 裹 2 改进型分段矿房法采准工程■计算 井巷名称蠢 蔷 蔷 董 苎 兰 三 堡 维普资讯 总第 3 0 8期 金 属 矿 山 2 0 0 2年第 2期 2 采切系数计算 A． 按采切巷道进尺计算千吨采切 比。 K 采 切工 程 量 m ／ 采 出矿 石 量 k t 1 1 1 5 ／ [ 1 1 1 0 ． 7 5 1 0 ． 2 4 ] l 0 8 0 m／ k t B 按采准巷道体积计算千吨采切比。 K 采切 工程 量 m3 ／ 采 出 矿石 量 k t 1 1 8 4 0 ／ 1 1 1 0 ． 7 5 1 0 ． 2 4 l 1 1 4 ． 7 0 ／ k t 。 可见 ， 所设计的改进型分段空场法的采切 比和 千吨采切比较普通无底柱分段崩落法大， 较典型分 段空场法小 见表 3所示 矿庸同杀与切制拉糟示意 围 2 改进型分段空场法标准矿块采矿方法示意 4回采工艺I 4． 1 切割槽的形成 采用切割天井与出矿进路联合拉槽方法， 即 在 堑沟凿岩巷道与某条进路相连接的位置 在实际应 用中， 选择矿体较宽处 ， 先打 1 条切割天井， 然后在 出矿进路中， 凿上向切割扇形炮孔， 严格控制装药长 度 ， 使其不得超过矿岩边界， 以切割天井为自由面逐 排爆破 ， 形成切割槽。 4 ． 2 矿房回采 在堑沟凿岩巷道内钻凿与矿体走向垂直的上向 扇形 中深孔， 以切割槽为 自由面 ， 采用双排孔侧 向爆 破抛掷出矿的回采方式， 向矿房两侧后退式回采。 沿整个阶段高度 自上而下 ， 分段回采。且必须上分 段采完后， 才能进行下一分段的回采， 不能上下分段 平行作业 ， 以防上分段的爆破崩落矿岩击穿或破坏 下分段 的顶柱， 危及下分段的作业安全。 4 ． 2 ． 1 凿岩爆破 回采工作包括凿岩 、 爆破 、 装运 3项内容 凿岩 在堑沟凿岩平巷中进行 ， 采用 C T C一1 4 1型单臂凿 岩台车配 YG Z一9 0型凿岩机打 上向垂直扇形 中深 1 2 孔， 二次扩孔成 幅5 m m， 在凿岩中应严格按崩落孔 和抛掷孔的不同设计参数施工； 采用 B Q F一1 0 0型 风动装药器装填炸药， 导爆管、 导爆索、 火雷管复式 起爆系统 L G机装运矿岩分别卸人矿岩溜井 ， 溜 放至 一5 0 m阶段运输水平 4 ． 2 ． 2 爆破参数设计 回采中深孔 采用上 向扇形布置 ， 孔 径 8 5 n m， 上盘边孔角 5 5 。 ， 下盘沿矿岩边界线打眼 ， 最小抵抗 线和炮孔排距均为 1 ． 8 m， 崩矿步距 3 ． 6 m， 即每次 爆两排， 崩落孔孔底距 2 ． 0 m， 抛掷孔孔底距 1 ． 6 m， 采出矿石块度在0 ～4 5 0 m m， 大块率5 ％左右， 炸药 单耗 1 ． 8 k g ／ m 3 。严格控制爆破扇形排面内各炮孔 的起爆顺序 ， 先爆上盘边孔 ， 再起爆排面中心处的炮 孔， 最后起爆下盘侧向抛掷边孔； 且先爆前排， 再爆 后排 ， 以增强下盘矿石向堑沟 中心抛掷和堆集。 4 ． 2 ． 3 回采管理 1 凿岩、 爆破严格按设计工艺要求进行， 坚持 炮孔凿岩记录和验收 、 补孔制度 。挂帮矿为边角矿 体， 矿岩赋存变化大， 回采爆破凿岩也起到探矿的作 用， 因此需要严格记录矿岩变化 ， 及时调整设计 ， 加 强爆破质量管理 ， 提高回采效率 。 2 采场爆 破后 ， 使用 J K一5 51 N O． 5 或 J K J 2 2 1 1 局 扇将污风抽 至回风天井。为减 少粉 尘， 可在出矿前往爆堆上洒水。 3 相邻上下分段相同位置不能平行作业， 上 分段回采起码要超前下分段 1 个封闭矿房的距离 。 4 施工中， 应根据矿岩稳定性酌情增减矿房 和矿柱尺寸， 以提高矿石回收率或增强施工安全性。 4 ． 3 间柱与顶柱回采【 4 - 由于间柱中间有穿脉巷道通过， 在穿脉巷道通 过处， 间柱被分为上下两部分， 因此其凿岩位置分别 在本分段的穿脉平巷与堑沟凿岩巷道的交汇处和在 上分段的穿脉巷道 中， 钻 凿上 向垂 直扇形 中深孔。 待矿房回采结束后， 将其一侧的问柱一次装药爆破 崩落。 顶柱回采 ， 确定在上分段矿体问柱位置的穿脉 巷道内， 采用回转式凿岩机打两排 一3 0 。 ～ 2 1 0 。 前倾 大扇形孔， 在上分段回采时就先行打好炮孔， 封堵孔 口。待本分段 采完后再从 通风天井上到上分 段穿 脉， 进行装药爆破回采顶柱。这种施工方法减少了 专门的顶柱 回采巷道工 程 ， 简化 了工艺， 节省 了成 本 下转第 3 1页 维普资讯 梅光军等 赤铁矿与含铁硅酸盐矿物浮选分 离的应用研究 2 0 0 2年第 2期 复合捕收剂 S L M作为铁正浮选捕收轧 闭 路浮选 数质量瀛程 图如图 1 所示 所获得的铁精矿品位为 6 1 ． 4 2 ％， K 2 0N a 2 0含量 只有 0 ． 2 7 ％， 铁 回收率 6 9 ． 0 2 ％。这一分选指标达到并超过了以氟硅酸盐 为抑制荆 的浮选效果。获得的铁精矿在铁品位与回 收率不降低的情况下， 其中有害杂质 N a 2 0、 K O的 含量降低， 将会给高炉冶炼及后续作业带来可观的 经济效益。 4 小结 1 文中提出了旨在降低 N a 2 0、 K 2 O等有害杂 质的赤铁矿弱酸性正浮选新工艺， 分别以氟硅酸盐、 聚合硅酸胶体作为含铁硅酸盐的抑制剂， 均取得了 较满意的分选效果 ； 2 天然无毒、 来源广泛的聚合硅酸胶体完全 可以替代有毒且价贵的氟硅酸盐等含 氟抑制剂， 有 利于环境保护 。 3 以聚合硅酸胶体组合抑制剂进行硅铁分离 闭路浮选试验， 所获得的铁精矿品位为 6 1 ． 4 2 ％， K 2 0N a 2 0 含量 只 有 0 ． 2 7 ％， 铁 作 业 回收率 6 9 ． 0 2 ％， 这一分选指标达到并超过 了以氟硅酸盐为 抑制剂的浮选效果。 参考文赫 1 刘风国 ． 包钢采选工艺钾 、 钠工艺矿物学研究及埠低钾、 钠途径 的探讨 矿 山， 1 9 9 7 3 2 l ～ 3 0 收稿 日 期 2 0 0 1 一 l 1 1 3 上接第 1 2页 4 ． 4 放顶工艺 利用穿脉巷道， 在上盘围岩中开凿放顶凿岩硐 室， 打前倾下压束状炮孔， 待一侧间柱、 顶柱回采崩 落后， 爆落上盘围岩 放顶 ， 实现采空区处理。 间柱、 顶柱回采和放顶工序应在一次爆破 内完 成， 但时间顺序上应保证先阃柱后顶柱， 最后放顶， 使采下矿石处在充填废石之下， 以保证最大可能地 回收矿石， 这种顺序通常采用延时起爆系统来控制。 5 采塌通风与顶板管理 回采工作面通 风 新鲜风流 由行人设备天井进 入各分段工作面， 污风 由回风井或放顶通路天井通 向上水平， 直至地表。 各分段矿房回采过程中， 利用间柱与各分段顶 柱对围岩及矿房顶板进行支撑。矿房回采完毕， 一 次爆破崩落问柱和顶柱， 然后进行强制放顶崩落顶 板围岩． 随后在崩落的覆盖岩层条件下进行放矿． 并 利用崩落围岩作为空场的充填料和缓冲层管理顶 板 ， 充填高度应超过矿体厚度， 不得小于 1 0 m， 每次 的放顶工程量按此要求进行设计和施工。 6 结论 联合开采已在铁门坎南采区挂帮矿回采中得到 了应用， 并取得了良好的技术经济综合指标， 见表 3 。将这些指标与铁门坎采用崩落法的北区 其矿体 的倾角陡平均大于 6 5 。 、 厚度大平均大于 2 5 m 和 回采条件相对优越的分段空场法典型应用 实例比较 见表 3 ， 可见联合开采获得的主要技术 经济指标近于条件好的北区和典型分段空场法的平 均指标。 裹 3 主要经济技术指标对 比 因此， 主体部分采用改进型分段空场法、 靠近露 天坑采用无底柱分段崩落法的联合方法开采南区缓 倾斜挂帮矿是成功的， 达到了预期目标， 是缓倾斜难 采矿体开采方法的一种探索。 参考文赫 1 马建军 ， 黄宝， 江兵等 ． 分段空场法翻向爆破抛掷出矿技术 的研究 ． 金属矿山． 2 0 0 1 4 5 ～9 2 罗绍裘主编 ． 分段采矿法矿床开采卷 下 ． 北京 中国建筑工 业 出版社， 1 9 8 7 3 陈中经主编 ． 矿床地下开采北京 冶金工生出版杜． 1 9 9 1 4 周祟仁等编矿柱回采与空区处理 ． 北京 冶金工业出版社， 1 98 9 收辐 日期 2 0 0 1 - 0 9 1 5 3 1 维普资讯