白云鄂博东矿挂帮矿体的回收.pdf

Serial No．571 November． 2016 现代矿业 MODEＲN MINING 总 第571 期 2016年 11 月第 11 期 周志刚 1984 ， 男， 工程师， 014010 内蒙古包头市。 白云鄂博东矿挂帮矿体的回收 周志刚 1， 2 洪国敏 2 牟英杰 2 郝全明 1 1． 内蒙古科技大学矿业研究院; 2． 包钢集团矿山研究院 摘要白云鄂博铁矿东矿露天开采结束后， 在露天开采境界周边遗留有挂帮矿， 约占东矿开 采总储量的 13， 分析了该挂帮矿体回收开采方案， 对该挂帮矿开采生产能力及如何充分利用东 矿现有的露天开拓运输系统和生产设备、 采矿方法等进行了探讨。 关键词挂帮矿体开拓运输采矿方法 白云鄂博铁矿是包钢的主要铁矿石和稀土矿原 料基地， 是我国大型露天铁矿之一。该矿于 1957 年 开始建设， 至今已开采近 60 a， 累计采出矿石 3 亿多 t， 为国家工业发展做出了巨大的贡献。目 前， 白云鄂博铁矿东矿矿石规模为 500 万 t/a， 开拓 运输方式为汽车- 破碎- 胶带联合运输。随着矿山开 采的逐年推进， 东矿采场已经进入深部开采， 露天境 界内的可采矿量已经不多， 经论证按采场 300 万 t/a 的生产能力， 东矿服务年限为 7 a， 稳产4 a。为延长 矿山服务年限， 经勘查， 在东矿露天境界的下盘 1 594 ～1 230 m 赋存有挂帮矿， 其中大部分位于 1 404 ～1 230 m， 经计算挂帮矿量约 2 558 万 t。为 此， 利用东矿现有露天开拓运输系统和生产设备， 在 露天转地下开采准备工作完成之前， 回收这部分挂 帮矿资源。 1地质概况 1． 1地质特征 东矿段是一个完整的东西向向斜构造， 两翼为 白云岩， 轴部为富钾板岩。矿体严格受构造控制， 北 翼构成东矿矿体， 南翼为东介勒格勒矿体， 东矿矿体 长轴走向 N70E， 西段矿体西部走向 N60E， 东部走 向近于东西向， 东段矿体南部走向 N75E， 北部走向 N65E， 在矿体的东北角分叉， 部分走向 N65W。矿 体倾斜一般上盘较陡， 下盘较缓， 倾角为 50 ～60， 局部有较缓或较陡的变化。 1． 2矿岩物理力学性质 根据 包钢白云鄂博铁矿东矿深部开采边坡稳 定性研究报告 中对围岩物理力学性质的测试， 东 矿主要岩 矿 石物理力学性质见表 1。 表 1主要岩 矿 石的物理力学性质 岩性 容重 / kN/m3 抗压 强度 /MPa 抗拉 强度 /MPa 弹性模量 / 104MPa 泊松 比 内聚 力 /MPa 内摩 擦角 / 白云岩26．5150．50．544．40．240．51240．0 长石板岩25．595．050．574．20．250．50741．5 云母片岩25．765．910．444．20．250．44433．0 铁矿石33．4150．50．684．50．22－42．0 断层泥25．5－－0．080．3－－ 2挂帮矿体回收生产能力验证 按采矿手册推荐的计算公式， 按下降速度验证 各分段生产能力 A VSr 1 － ρ 1 － β E ， 式中， A 为分段生产能力， 万 t/a; V 为回采工作面下 降速度， 取 26 m/a; S 为回采分段矿量面积， 根据分 段矿量选取， 万 m2; r 为矿石体积密度， 取 3． 34 t/m3; ρ 为矿石损失率， 取 25; β 为废石混入率， 取 20; E 为地质影响系数， 取 0． 9。 挂帮矿体采用强化开采， 两个分段同时回采， 安 排一个阶段生产， 基建采准和生产采准具有一定超 前量， 利用地下开采的方法将这部分矿石采出， 经过 计算， 可以形成 200 万 t/a 矿石的生产能力。 3开拓系统 3． 1开拓方案选取 根据包钢集团矿山研究院白云鄂博铁矿东矿 采场深部矿体开采方案研究 报告， 挂帮矿体采用 平硐溜井开拓方案。 3． 1． 1平硐开拓 根据平硐与矿体的相对位置不同可分为 上盘 穿脉平硐开拓; 下盘穿脉平硐开拓; 沿脉平硐开拓。 以下盘穿脉平硐开拓法 图 1 为例对平硐开拓主要 组成系统进行简要说明。当矿脉和坡面的倾斜方向 32 相反时， 由下盘掘进平硐穿过矿脉开拓矿床。平硐 开拓出矿系统 平硐以上各中段采下的矿石， 一般用 矿车中转， 经由溜矿井下放到平硐水平， 再由矿车经 主运输平硐运出地表。平硐开拓出岩系统 上部中 段的岩石可经专设的岩石溜井下放至主运输平硐运 出地面， 或平硐以上各中段均有地表出口时， 从各中 段直接排往地表。 图 1平硐开拓法示意 3． 1． 2东矿挂帮矿体开拓 挂帮矿体采用阶段开采， 1 230 m 水平为阶段运 输水平， 1 404 m 水平以上挂帮矿量较少， 不予开采。 布置 2 条矿石溜井、 1 条回风天井、 1 条进风天井和 1 条废石溜井。 1 平硐。平硐设在 1 230 m 水平， 位于东矿露 天境界底。平硐内采用汽车运输， 矿车在平硐溜井 下矿口装矿后沿平硐公路运出硐口， 矿石运至东矿 采场南帮矿石倒装台， 岩石运至 1 502 m 水平岩石 胶带破碎站， 破碎后经由岩石胶带运往Ⅲ排土场。 挂帮矿体生产规模为 200 万 t/a 时， 利用 3 台现有 露天汽车即可满足运输要求。 2 斜坡道。斜坡道硐口设在露天采场下盘 1 404 m 标高回头弯道处， 坡度按照 15 设计， 挂帮 矿体基建期掘进至 1 305 m 水平， 作为无轨设备进 入采场的通道和基建采准施工， 伴随开采水平的下 降， 逐分段向下延深， 并与采场通风天井一起作为挂 帮矿体开采新风通道。 3 回风井。回风井的设置充分考虑了在深部 矿体开采时继续利用， 且离挂帮矿体最近的位置。 同时， 为了施工安全起见， 考虑利用风井施 工 1 230 m 平硐。 1 230 m 运输平硐为单线车道， 汽车直接在溜井 下矿口装矿， 并在硐口设置信号源。 挂帮矿体通风系统为单翼对角式通风， 采场进 风天井、 斜坡道、 1 230 m 平硐进风， 风井回风和采场 天井回风。采用主扇抽出式通风， 主扇布置在风井 地表工业场地风机机站。 采场进风天井布置在挂帮矿体开采错动界线以 外， 内设梯子间， 上口标高 1 650 m， 下口标高 1 230 m， 并作为采场第二安全出口。采场回风天井 布置在矿体端部。 挂帮矿体开采的地下涌水经平硐自流到露天采 场集水坑， 然后利用原露天采场排水系统抽排至地 表泵站， 用于地表公路运输洒水降尘。 挂帮矿体采用无底柱分段崩落法开采， 分段高 度 15 m， 最上两个分段 60， 75 m 分段 合并为一个 分段， 作为放顶分段， 形成矿石覆盖层。1 404 m 水 平以上挂帮矿体矿量较少， 不开采。 3． 2岩石错动界限圈定 挂帮矿体开采岩石错动角如表 2 所示。以此为 依据圈定岩石错动界线， 并考虑相关开拓工程的布 置。 表 2采区深部开采岩石错动角 分区错动角/ 崩落带与错动带宽度/m 下盘区6030 上盘区6230 3． 3挂帮矿体端部矿柱 挂帮矿体端部外为露天采场， 必须保留矿柱以 防止崩落的矿石落入露天采场内， 同时为回采挤压 爆破创造条件， 以改善爆破效果。考虑到挂帮矿体 开采后该部位边坡会滑坡， 位于底部分段的矿体端 部会有覆盖层， 因此， 底部分段可以不留端部矿柱。 本次方案考虑对 1 404 ～1 260 m 分段留端部矿柱， 1 245 m 分段不留端部矿柱。实际生产中可以根据 回采分段端部覆盖层情况， 决定底部几个分段是否 需要保留矿柱。 3． 4运输平硐布置 挂帮矿体矿石运输可以考虑利用矿山现有露天 运输汽车。运输平硐布置在 1 230 m 水平矿体下盘 脉外岩石中， 后期作为 1 230 m 水平矿体开采时的 分段下盘联络道。 42 总第 571 期现代矿业2016 年 11 月第 11 期 考虑到挂帮矿体开采过程中露天采场西端部边 坡会产生滑坡， 为安全起见， 运输平硐硐口布置在露 天采场北帮边坡最大滑坡覆盖位置以外。 3． 5矿岩溜井布置 挂帮矿体开采时采用 2 个分段同时回采， 为了 卸矿安全， 布置 2 条矿石溜井和 1 条废石溜井， 1 条 矿石溜井服务 1 个分段， 避免两个分段同时向 1 条 矿石溜井卸矿。 3． 6斜坡道布置 挂帮矿体斜坡道只承担挂帮矿体开采服务， 服 务到 1 245 m 水平以上。根据斜坡道的功能， 斜坡 道分为三段区域 ①一段， 1 404 ～1 350 m， 承担采场 进风设备下井任务， 以及基建开拓、 采准出渣通道; ②二段， 1 350 ～ 1 290 m， 承担设备下井任务; ③三 段， 1 290 ～1 230 m， 满足深部矿体开采设备从1 230 m 平硐进入到1 260， 1 245 m 分段， 以强化开采挂帮 矿体。 4采矿方法的选择 由于挂帮矿体赋存在采场北端帮边坡下部， 该 处边坡高约 350 m， 开采矿体标高以上边坡高达 200 m 左右， 矿体厚度较大， 采用无底柱分段崩落法 作为 1 230 m 水平以下铁矿体开采方法， 此方法安 全、 高效 ［1- 2 ］。 为了保证回采进路安全， 回采进路与露天端部 边坡垂直， 从靠近露天端部边坡处后退回采。分段 凿岩、 分段出矿， 矿石卸到矿石溜井。 结合国内矿山生产实际经验以及大间距试验数 据， 东矿挂帮矿体适合较大结构参数， 推荐采矿结构 参数为 15 m 15 m 分段高度 进路间距 。 矿体厚度大于 15 m 时采矿进路垂直矿体走向 布置， 矿体厚度小于15 m 时采矿进路沿矿体走向布 置。厚大矿体在矿体中间增设联络道， 联络道间距 50 m， 每 6 条进路 1 个矿块， 矿块平面尺寸 90 m 50 m。 采矿进路断面参数 宽 高 为 4． 0 m 4． 0 m， 只要矿体稳固性允许， 进路宽度还可以更大一些， 以 获得较好的放矿效果。 5结语 东矿采场已经进入深部开采， 露天境界内的可 采矿量已经不多， 露天开采结束后应首先开采挂帮 矿体， 然后开采 1 230 m 水平以下矿体， 以保证东矿 露天转地下开采持续生产和地下开采尽早达产。对 于东矿挂帮矿体的开采建议 ①对露天矿几个生产 水平编制生产计划， 根据矿山设备条件、 采场条件、 挂帮矿体基建时间， 综合确定露天生产最终结束时 间; ②根据露天矿生产时间安排挂帮矿体的基建周 期， 以保证挂帮矿体生产出矿能够与露天矿生产结 束有机地衔接， 实现露天开采向地下开采过渡; ③挂 帮矿体回收过程中生产安全非常重要， 爆破落矿引 起的震动和边坡变形是主要的安全隐患， 应根据实 际情况布置爆破震动和边坡变形监测系统， 以保障 生产安全。 参考文献 ［ 1］蔡路军， 马建军， 江兵， 等． 高陡边坡挂帮矿开采方法研究 ［J］． 金属矿山， 2016 1 65- 67． ［ 2］周志刚， 郝全明， 牟英杰， 等． 无底柱分段崩落法在白云鄂博铁 矿东矿的应用［J］． 现代矿业， 2015 11 31- 33． 收稿日期 2016- 08- 26 櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄 上接第 22 页 力时， 进路的受力情况及稳定性最 好。应用极限分析法和薄板理论， 根据 1407采场 实际情况， 计算得到采场进路宽度 4 ～ 6 m、 进路长 度 30 m。 参考文献 ［ 1］谷新建， 郑剑洪， 龚述清， 等． 东安锑矿深边部找矿前景分析 ［J］． 矿业工程研究， 2009， 24 2 63- 67． ［ 2］罗周全， 李畅， 刘晓明． 金属矿床可视化建模及储量计算 ［J］． 矿冶工程， 2009， 29 1 10- 14． ［ 3］李海洪． 黄沙坪矿区残矿回采技术研究［J］ ． 采矿技术， 2003， 3 1 17- 18． ［ 4］余荣炳， 万国春． 金山金矿房柱法开采的矿柱回采［J］． 矿业研 究与开发， 2003， 23 3 3- 4． ［ 5］张世雄， 曾国柱， 任高峰． 房柱法房间矿柱回采的研究［J］． 铜 业工程， 2004 4 9- 13． ［ 6］刘让， 孙宏生， 卢光远． 缓倾斜中厚矿体矿柱回采的实践 ［J］． 采矿技术， 2008 1 38- 41． ［ 7］胡慧明． 房柱法地压处理及人工矿柱结构参数研究［D］． 赣 州 江西理工大学， 2011． ［ 8］刘让． 大红山铜矿矿柱回采技术研究［D］． 昆明 昆明理工 大学， 2010． ［ 9］彭福军， 朱天平． 获各琦铜矿矿房回采方案优化比较［J］． 有色 金属 矿山部分， 2011， 63 3 6- 7． ［ 10］马永江． 用分层崩落法回收间柱［J］． 甘肃冶金， 2005， 27 3 110- 111． ［ 11］李春锋， 陈国山． 矿房与间柱同步回采的实践［J］． 黄金， 2007， 28 4 32- 34． ［ 12］柯波， 李萍． 无底柱分段崩落法在矿柱回收中的应用 ［J］． 金属矿山， 2009 2 51- 52． 收稿日期 2016- 08- 31 52 周志刚洪国敏等 白云鄂博东矿挂帮矿体的回收2016 年 11 月第 11 期