急倾斜地下铁矿采矿方法的选择.pdf

Se r i a l No． 5 53 Mfd y ． 2 01 5 现代矿业 MODERN MI NI NG 总 第5 5 3 期 2 0 1 5 年 5月第 5期 急倾斜地下铁矿采矿方法的选择 水 施振跃 王清标 温小康 张 聪 1 ． 山东科技 大学矿业与安全工程 学院； 2 ． 山东科技大学资源与土木工程 系 摘要 随着我 国铁矿储量的不断开采 ， 易采资源越来越 少， 面临大量急倾斜矿床 的开采 ， 必 须对其采矿方法进行探讨选择。通过对卧虎山铁矿急倾斜铁矿地质矿带的分析 ， 确定 了上 向水平 分层 干式 充填法、 浅孔 留矿采矿法 采后充填 两种采矿工艺。 关键词 急倾斜矿体浅孔留矿充填法 目前 ， 我 国有很大 比例的急倾斜矿床等待开发。 急倾斜矿床采矿方法的选择面临着很多需要解决的 问题， 比如 地表沉陷问题、 尾矿处理问题等社会和技 术热点问题 。以卧虎山铁矿地下开采为例 ， 通过对矿 床地质和矿带条件的分析 ， 并考虑“ 三下” 生产地面沉 降问题， 选择上向水平分层 干式 充填法、 浅孔留矿 采矿法 采后充填 两种采矿工艺 ， 都能够处理尾矿堆 积， 有效的控制地表沉降， 保证安全生产， 创造了巨大 的环境和经济效益 ， 值得推广。 1 矿 区地质 韩旺铁矿区域 内构造以断裂居多 ， 地层走 向和 断裂带及岩浆岩分布均呈北西 向， 以韩 旺一石桥 的 北西断裂为界 ， 以北 区域裸露 的古老结晶为基底 ， 南 区域为古生界沉积覆盖层 ， 该矿就形成于断裂北侧 基底的变质岩系 中， 火山沉积形成变质矿床。矿床 的层位稳定 ， 其顶板和底 板岩石为片麻岩。含铁岩 系主要集中于片麻岩、 含铁角闪石英 片岩 和含铁石 英角闪片岩 ， 铁矿层为富铁部分 。矿床由一个大矿 带组成， 各个矿带出现多层分枝复合、 尖灭再现现 象。矿床的内部结构相对复杂 ， 除特定 的成矿地质 条件外 ， 也受到伟 晶花 岗岩的顺层镶嵌 ， 更有晚期脉 岩的侵入， 造成矿体结构十分复杂， 各剖面间的矿层 很难相互对应。 2 矿 带特征 该矿带的显著特征是矿体与顶板和底板围岩间 呈整合连接， 分界明显。单层矿发育较薄、 多夹层、 矿体内部结构相对复杂。矿体一半为多层带状， 排 列紧密 ， 断 层 上、 下 盘 的地 层 产 状 相 近。矿 带 沿 国家自然科学基金 编号 4 1 3 7 2 2 8 9 。 施振跃 1 9 8 9 一 ， 男， 硕士研究生， 2 7 1 0 0 0山东省泰安市泰山区 岱宗 大街 2 2 3号 。 N ws E向展布 ， 总体走 向 3 3 0 。 ， 倾 向 S W， 倾角为 3 0 。 ～ 6 0 。 ， 平均 5 0 。 ， 矿床发育为急倾斜 ， 在走 向和倾 向上皆出现小 幅度的波状弯曲。矿带长l 8 0 0多 m， 厚度集 中在 2 1 5 0 m， 最大时达N5 7 ． 7 4 r n ， 平均厚 度 3 2 m。单矿层的厚度一般为 2～2 5 r n 。矿体顶部 裸露于地表 ， 最大出露标高 3 1 2 In， 扩大 区的控制标 高为 1 0 0～一 3 0 0 In， 厚度变化 2 2 ． 7 4 ％， 矿体厚度具 上厚下薄的特点， 但控制深度范围内矿体未尖灭， 仍 具向下延伸趋势。见表 1 。 3 采矿方法选择 根据该矿床矿体赋存条件和地表地形条件， 为 预防上盘地表塌落 ， 以及在多矿层 、 多夹层的条件下 减少回采作业中的矿石损失贫化， 采矿方法选择要 考虑到各矿层要素在空间分布上复杂多变 的特点 ， 及夹层在矿层 中的分布状态 ； 部分 “ 三下 ” 资源开采 时， 必须考虑地面下沉问题。为满足矿山 1 0 0万 t ／ a 的生产能力的需要 ， 设计选择以下两种方法 上向水 平分层 干 式 充 填法 ； 浅孔 留矿 采矿 法 采 后 充 填 。 3 ． 1 上向水平分层 干式 充填法 3 ． 1 ． 1 构成要素 矿块分 为沿走 向和垂 直走 向两种 布置 。对 于矿体水平厚度处在 8～ 2 5 m 的单层矿 ， 以及矿层 和夹层 的总厚度小于 2 5 r n的多层矿， 矿块一般沿走 向布设 ， 标准矿块 长度为 5 0 m， 矿块宽度取决于矿 体的水平厚度， 两个矿块之间留设6 I n 间柱， 但不留 底柱和顶柱 ； 当多层矿水平总厚度超过 2 5 m、 夹 层总厚度不超过矿层 总厚度 的一半时 ， 矿块 应垂 直 走向布设 ， 矿块 纯矿体 的长度最大为 4 2 m， 最小 为 2 5 m， 矿块宽度为 3 0 r n ， 两个矿块之间留有 6 m 的间柱， 但不留底柱和顶柱。 2 3 总第 5 5 3期 现代矿业 2 0 1 5年 5月第 5期 在实际布设时， 应根据矿体厚度 的变化状况按 以上两种方式布设 ， 以保证采场顶板暴露面积控制 在 1 2 5 0 m 。两种布设形式的矿块高度均为中段高 度 5 0 6 0 m 。 3 ． 1 ． 2 采准切割 采切工序主要包括 切割平巷 、 人行通风联 络 巷、 人行通风天井、 充填天井 也用作设备通道 、 充 填联络巷 、 回风天井 、 矿石溜井、 回风联络巷 、 出矿联 络巷和穿脉平巷 卸载和存放充填料 等。 3 ． 1 ． 3回采工艺 根据垂 高 分 层 划 分 矿 房 ， 除第 一 层 高 度 为 4 ． 6 m外， 其余每层高度为 3 m， 回采工作依照分层 从下至上进行 。回采工序一般包括凿岩 、 爆破落矿 、 采场运搬、 充填平场。采用 7 6 5 5型凿岩机 ， 打近水 平浅孔 ， 2 岩石炸药爆破， 1 ． 5 m 电动铲运机将崩落 矿石从工作面转运到采场溜矿井 。 各分层资源回采完成后分层充填。利用电机车 将碎石全尾砂充填料从充填井转载到矿块上部 的充 填联络巷和穿脉平巷中， 通过充填天井 自溜到充填 工作面中， 然后使用采场电动铲机转运充填， 直至该 分层充填达到要求。分层充填高度为 3 m， 其 中干 料高度 2 ． 6 m， 胶结抹面厚度 0 ． 4 m 。 对于垂直走 向布置的矿块 ， 一般情况下矿体 中 2 4 都含有夹层 ， 以两个夹层之间的区域为单元进行充 填。区域内分层矿石回采后 ， 先崩落夹石充填分层 下部 ， 上部用碎石全尾砂充填。充填结束用铲运机 对充填体表面平整压实， 然后再进行上一分层的回 采作业 。 根据估算 ， 在多层矿中布置充填法 ， 单分层一次 最大充填量为 2 8 7 6 m ， 其 中碎石全尾砂一次最大 充填量为 1 4 3 8 m ， 可在 4 6 d内完成。回采作业 与充填作业时间的比例关系为3 1 。 3 ． 2 浅孔留矿采矿法 采后充填 3 ． 2 ． 1 构成要素 矿块沿走向布置 ， 长度为 4 8～1 0 0 m 根据矿体 的厚度来确定 ， 以采场顶板暴露面积小于1 0 0 0 m 为界 ， 矿块宽取决于矿体 的水平宽度 ， 两矿块之间留 设有 6 m间柱 ， 但不留顶柱和底柱 ， 矿块高度为阶段 高 5 06 0 m 。浅孔 留矿采矿法要求矿体 中无夹 层 、 上下盘无夹层或者夹层超过 8 m。 3 ． 2 ． 2 采准切割 采切工程主要包括 切割平巷、 人行通风天井、 人行通风联络巷、 矿 房人行通风联络 巷、 出矿联 络 巷 、 矿石溜井和回风兼充填联络巷等。 3 ． 2 ． 3回采 工艺 回采主要包括凿岩、 爆破落矿、 放 下转第6 3 页 李煊生 皇甫明柱 山西某石英型镜铁矿选矿试验 2 0 1 5年 5月第5期 5 0 0 g ／ t 时 ， 反浮选指标较好 ， 继续加大捕收剂用量 ， 铁精矿和尾矿 品位继续增加 ， 铁 回收率 大幅下 降。 分析其原 因为， 当捕收剂 R A 1 5用量增 大到一定 的程度时， 使部分细粒级铁矿物夹杂在泡沫中被浮 选出来 ， 造成铁精矿品位下降， 尾矿品位增高； 综合 考虑铁品位和铁回收率 ， 选择捕收剂用量 5 0 0 g ／ t 为 宜 。 3 ． 3全流程试验 在 以上条件试验 的基础上 ， 进行 阶段磨矿一强 磁一反浮选全流程试验。浮选作业采用 1粗 1精 3 扫 、 中矿按顺 序返 回的闭路 流程 ， 试 验流程见 图 2， 试验结果见表 1 0 。 表1 0 全流程闭路试验结果 ％ 由表 1 0可知， 该贫铁矿石采 用阶段磨矿一强 磁一反浮选工艺流程 ， 可获得铁 品位为 6 6 ． 1 8 ％ 、 铁 回收率为 7 6 ． 4 1 ％的铁精矿 。 4 结语 1 山西某石英型镜铁矿 中磁铁 矿含量较少 ， 但镜铁矿嵌布粒度微细 ， 大多在脉石矿物 中呈他形 晶粒状分布 ， 需细磨方能实现有用矿物和脉石矿物 堕 药剂用量单位 g ／ t O磨矿 一 0 ． 0 7 4 m m 8 0 ％ 尾 矿 图2 阶段磨矿一强磁一反浮选试验流程 的有效分离。 2 该矿石通过试验研究 ， 在最佳 的试验条件 下 ， 采用阶段磨矿一强磁一反浮选工艺流程 可获得 全铁品位为 6 6 ． 1 8 ％、 铁回收率为 7 6 ． 2 1 ％的铁精 矿 。 参考文献 [ 1 ] 刘广学， 张艳娇， 赵平， 等． 华北某贫赤铁矿选矿试验研究 [ J ] ． 金 属矿山 ， 2 0 1 2 5 8 2 ． 8 4 ． 收稿 日期 2 0 1 5 - 0 2 1 6 上接第 2 4页 矿和采后充填工序。采用 7 6 5 5型 凿岩机打近水平浅孔 ； 使用 2 岩石炸药爆破 落矿 ； 放矿活动分两步 ， 矿房内的矿石未回采完全时， 每次 落矿后放出崩落矿石 的 1 ／ 3 ， 待到矿房 内的矿石完 全回采完成后 ， 再进行大量放矿 。 采用 0 ． 7 5 m 电动铲运机运输矿石 ， 从 采场底 部经出矿进路和出矿联络巷转运到阶段溜矿井 _ 6 J 。 采空区的充填活动及其完成 时间 将掘进产生 的废石 或碎石全尾砂 充填料从掘进工作面 或充 填井装 载站 转运 到矿块 上部 的上盘 充填联 络巷 中， 直接 自溜到采空 区。废石充填料与碎 石全尾砂 充填料最好交替 回填 ， 废石连续充填高度 不应高 于 1 0 m， 采空区顶层 5 m范 围应全部使用碎石全尾砂 充填。采空 区的充填作业完成时间应当超前上中段 矿块采准工作的半年前开始。 4结语 上向水平分层 干式 充填法、 浅孔留矿采矿法 采后充填 适应于急倾斜矿床的开采 ， 尾矿填充采 空区技术 ， 解决了大量尾矿堆积问题 ， 减少了尾矿带 来 的危害 ， 节省了原料成本 ， 具有巨大的经济环保效 益 ； 有效控制了地 表沉 陷问题 ， 避免 了对地面建筑 、 河流等构筑物造成破坏 ， 危及居 民安全 ， 社会效益巨 大， 值得在同类急倾斜矿床开采中推广应用。 参考文献 [ 1 ] 刘方． 金属矿 山地 下采矿 方法选择 系统 [ D] ． 武汉 武 汉理 工大学， 2 0 1 0 ． [ 2 ] 王东华． 上 向分层 全尾砂胶 结充填 法采场结 构参数 优化研 究 [ D] ． 武汉 武汉理工大学 ， 2 0 1 2 ． [ 3 ] 李全 京． 李官集铁矿 首采矿段 采矿 方法优化研 究[ J ] ． 现代 矿 业 ， 2 0 1 0， 4 9 7 9 6 6 _ 6 8 ． [ 4 ] 宋远兵， 朱玮， 徐明生， 等． 用沙坝矿多中段开采矿区稳定性 分析[ J ] ． 现代矿业， 2 0 1 2 ， 5 2 4 1 2 l 7 - 1 8 ． [ 5 ] 田昌进 ， 何茂才 ， 孙德 民． 上 向水平分层胶 结 充填采矿 法在 某 矿山的应用[ J ] ． 有色 台 金设计与研究， 2 0 1 1 ， 3 2 1 1 _ 3 ． [ 6 ] 邱俊刚 ， 范作鹏 ， 张忠辉 ， 等． 中深孔崩落嗣后 充填采矿技术 的 应用[ J ] ． 中国矿 山工程 ， 2 0 1 2， 4 1 5 2 3 - 2 5 ． 收稿 日期 2 0 1 5 - 0 1 ． 1 5 6 3