和睦山铁矿诱导冒落采矿方法.pdf

Se r i a l N0 ． 54 2 J u n e ． 2 01 4 现代矿业 M0D ERN MI NI NG 总 第 5 4 2期 2 0 1 4 年 6月第 6期 和睦山铁矿诱导冒落采矿方法 陈宪龙 徐志宏 1 ． 马钢姑山矿业公司； 2 ． 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司； 3 ． 金属矿山安全与健康国家重点实验室 摘要结合和睦山铁矿矿体赋存条件及松软破碎 的特性 ， 提 出了上、 下工作面协 同推进的诱 导冒落采矿方法。结果表明， 该方法能够对和睦山铁矿的破碎倾斜难采矿体进行正常开采， 取得了 良好 回采指标， 实现 了安全高效开采。 关键词松软破碎矿体诱导 冒落开采强度回采指标 马钢 集团 姑 山矿业公 司和睦山铁矿床 因破 碎难采， 已停产多年。该矿床的矿体倾角为 5 0 。 左 右 ， 厚度为 55 0 m， 上盘 围岩 中等稳 固到稳 固， 矿 体与下盘近矿围岩破碎 ， 不稳固到极不稳 固， 属于倾 斜破碎难采铁矿体。采用无底柱分段崩落法开采 ， 由于采准工程难以形成， 出现了生产效率低下、 矿石 损失贫化大等问题 _3 _ 。因此 ， 有必要对该类矿体的 安全高效开采方法进行研究 。 1 诱导 冒落采矿方 法 1 ． 1 诱导 冒落技术方案 实现对破碎倾斜中厚到厚矿体的安全高效回采 的措施主要有 ①减小采准系数； ②在卸压状态下开 掘主体采准工程。由于矿岩松软破碎 ， 采准巷道掘 进、 支护、 回采等环节 困难较大 ， 只有减小采准 系数 才能提高开采效率。但由于矿体倾角较小， 单纯通 过增大采场结构参数来减小采准系数 ， 需要增 大矿 体下盘损失 ， 将大幅度降低矿石 回采率。为了既减 小采准系数又不降低矿石回采率， 需要在下盘侧布 置足够量的采准工程 ， 减小矿体内的采准工程 ， 利用 下盘侧采准工程的回采空间诱导上盘侧矿体 自然冒 落 ， 并通过下盘采准工程充分 回收上盘侧 冒落矿石。 上盘侧矿石 冒落变成散体后 ， 为其下矿岩卸压 ， 降低 巷道掘进与支护的难度 ， 使采准工程的利用率得 以 提高。基于以上分析， 提出了上、 下工作面协同推进 的诱导 冒落采矿方法 ， 该方法实施方案见图 1 。 1 ． 2 诱导冒落布置方式 在图 i中， 一1 0 0 m中段的混合矿体与 一2 0 0 m 中段 的磁铁矿体同时开采 ， 首采分段分别为 一 5 0 m 陈宪龙 1 9 6 7 一 ， 男 ， 副矿 长 ， 高级 工程师 ， 2 4 3 1 8 1安徽省 马鞍 山市 当涂县太 白镇 。 、＼ _ ． 口 _ ． ． ． ＼ ， ＼ ． 、 一I 1 2 ． 5 ＼ 一 1 2 5 ． ． 。 F e HM 、 一 1 3 7 5m 、 ～ 、 一l 5 0m Fe M 一 ‘ { 1 ‘， ‘～ ＼ 一 l 1 1c～ ， c’ ＼＼ ＼ ＼ ． 641 2 641 3 图 1 双工作面 回采诱导 冒落采矿方法实施方案 分段和 一1 5 0 m分段 ， 利用这 2个分段 回采提供 的 空间， 诱导其上矿体 自然 冒落 。其 中 一5 0 m分段 的 沿脉进路 ， 回采后形成堑沟受矿条件 ， 所接受的冒落 矿石从下盘侧出矿横穿放出。混合矿的临界冒落跨 度值不超过 1 8 m， 因此， 一 5 0 m分段沿脉进路的回 采宽度不小于 1 8 m即可诱导其上混合矿体 冒落。 一 1 5 0 m分段的回采宽度远大于该层混合矿体 及其上盘围岩的临界 冒落跨度 ， 均可诱导其 上矿岩 自然 冒落 ， 但上盘围岩稳固滞后于矿石冒落 ， 且 当冒 落高度发展 到 一1 0 0 m中段后 ， 冒落线将沿矿体 向 上发展 ， 使 一1 0 0 r n中段的矿体先于 围岩变成散体 并沉陷下移 。 一1 0 0 I T I 中段采用“ 沿脉进路 平底 出矿” 的采场结构 ， 有利于合理利用矿岩 冒落 的时 间与空间 ， 在节省大量采准工程量的同时， 避免 了下 部采空区冒落对上部 回采工作面的陷落威胁。 在实际采准施工中发现 ， 和睦 山铁矿下盘近矿 围岩不稳固， 为了保障出矿横穿的稳定性 ， 需要采取 高强度的支护措施 。此外 ， 在 一5 0 m水平有 1条分 段空场法的回风巷， 该回风巷大部分位于沿脉回采 巷 道 与 分 段 出 矿 巷 道 的 中 间。现 场 条 件 使 得 33 m m m m m m O0O0OO 总第 5 4 2期 现代矿业 2 0 1 4年 6月第 6期 一 5 0 m水平无法形成“ 沿脉进路 平底 出矿 ” 的采 场结构 ， 只能采用穿脉进路诱 导冒落矿石。 一 6 0 m 分段施工 中发现下盘 围岩的稳 固性较差 ， 由于矿山 建设 的迫切需要 ， 一 6 0 m分段也采用 了穿脉进路的 回采方案 。到 一7 0 m分段采准时 ， 一1 5 0 IT I 采空区 已经冒透地表 ， 为了便于探测 冒落空区边界 ， 一 7 0 m 分段及以下分段， 均采用了穿脉进路回采方案。因 此 ， 实际实施的双工作 面回采方案中 ， 上、 下工作面 均采用了垂直走 向布置回采进路的形式 ， 见图 2 。 一 5 0m -6 0m 一 1 O 0m ＼＼ 监测巷 J _ 二 _ 、， ， ．F e I - I N 、 一 1 5 0m ～ I 1 ‘ 1 ～1＼ ＼ l ＼＼ 64l 2 64l 图 2双工作面协同推进诱导 冒落法实施方案 图 2方案的技术原理为 合理利用矿岩 冒落的 时间与空间条件 ， 采用少量的底部崩落 回采工程诱 导上部矿岩 自然 冒落 ， 大量节省破碎矿体的采 准工 程量 ， 同时通过协调出矿控制上盘围岩的冒落形式 ， 通过监测 冒落进程与协同开采措施 ， 消除下部采空 区冒落对上部回采工作面的陷落威胁， 以便安全高 效地采出矿石。 相对于图 1方案 ， 图 2方案的主要缺点在于， 上 位工作面采准工程一部分位 于矿体 内， 在下位工作 面的回采过程中， 采动地压有可能 引起这些矿体 内 的采准工程发生围岩变形、 位移、 冒落 ， 甚至在下位 采空区冒落过程中， 可能引起矿体 内采准工程 发生 陷落 。 2 诱导 冒落安全技术 2 ． 1 下位工作面快速回采 下位工作面不仅要诱导上部矿体快速 冒落 ， 而 且需要诱导上盘围岩安全 冒落形成覆盖层。在顶板 冒落废石充满采空 区之后 ， 下位工作对上位工作 面 的空区危害 自然消失 。因此 ， 应加 快 回采 一1 5 0 m 分段， 尽早达到上盘围岩的持续冒落面积， 对于保障 双工作面回采安全意义重大。为此 ， 一方面利用风 井提碴 ， 大规模掘进 一1 5 0 m分段 的回采进路 ； 另一 方面将 一 2 0 0 m中段的环形运输系统改为下盘沿脉 运输系统 ， 加快溜井施工进度 ， 为铲运机 向溜井卸矿 3 4 创造条件。 一 1 5 0 m分段采用 Y G Z - 9 0型凿岩机配雪撬式 台架凿岩 ， 炮孔排距为 2 ． 0 m。由于巷道顶板破碎 ， 一 般不打顶部炮孔， 仅在炮排的两侧各打 2～3个边 部炮孔 ， 爆破后诱导顶部矿石 自然 冒落。为 了防止 炮孔被掉块堵塞 ， 每次只打 1～ 3排炮孔 。从矿体 中 间向两翼阶梯状退采， 每次爆破 1 排炮孑 L ， 崩矿步距 为 2 ． 0 m。 一 1 5 0 m分段每个步距的出矿量不超过 负担矿 量。由于上盘围岩稳固滞后于矿体 冒落 ， 同时冒落 的矿石沿上盘面下移后堆于采空区， 对上盘 面形成 支撑条件 ， 进一步阻碍上盘围岩的冒落进程。因此 ， 需及时 回采 一1 6 2 ． 5 m分段的上盘侧矿石 ， 诱导上 盘围岩快速 冒落。 为了加 快 一1 6 2 ． 5 m 分 段 的 采 准 速 度 ， 从 一 1 5 0 m分段向下打斜井联通 1 6 2 ． 5 m分段， 利用 该分段 斜 井 出碴 ， 加 快 一1 6 2 ． 5 m 的采 准 进程 。 一 1 6 2 ． 5 m分段投入 回采不 足 1个月 ， 下位工作面 的采空区即冒透地表。 2 ． 2上位工作面安全监测 为了保障上位工作面生产安全 ， 在 一1 0 0 m水 平设置了监测系统， 除了利用东 、 西 2条探矿巷道的 未冒落部分进行下位采空 区冒落边界观测之外 ， 又 施工了 1 条监测巷道， 用于监测下位采空 区引起 的 岩体位移、 冒落进程 与 冒落边 界。监 测巷道与 一 5 0 m分段的采准工程同时施工 ， 在其底板上布置 了 8个测点 测点间距为 6 m ， 其中 8 测点为测量 基点 ， 其他 7个测点的标桩上安置带返光片的花杆 ， 采用全站仪在巷道口测量其位置坐标值。监测巷道 的投影位置见图 3 。 图 3 1 0 0 i n水平监测巷道在 一1 5 1 1 i n分段的水平投影 1 ～ 8 一 一l O O m水平各测点标号 ； 5 ～ 2 0 一 一1 5 0 m分段进路标号 陈 宪龙徐 志 宏 和 睦 山铁矿 诱 导 冒落采矿 方 法 2 0 1 4年 6月第 6期 由监测巷道测得空区冒落线沿上盘面扩延的顶 部宽度不超过 7 m。利用该数据， 将切割巷道布置 于距离上盘边界 7 m 以上的位置 ， 并确定 当采准工 程掘进至距离上盘边界 1 5 m时， 采用钻孔探测有无 空区出露， 并建立定时定点的观测制度。 上位工作面监控 回采至 一 6 0 m分段时 ， 出现了 下位工作面采空区冒落引起的塌落坑， 由于预防措 施得 当， 该塌陷坑未能影响生产。此后 一 7 0 m分段 继续采取监控 回采 ， 生产顺利进行 。到 一 8 0 m分段 采准时 ， 上 、 下 2工作面的地表塌陷区已经完整地联 成一体， 采空区内充填了散体， 上位工作面已经不具 备发生陷落危害的空 间条件 ， 因此取消了进路前端 的探测工程 ， 回采进路掘进到见空区散体为止。从 此进入诱导冒落法的正常回采阶段 。 3 结语 上 、 下工作面协 同推进的诱导 冒落采矿法 ， 合理 地利用 了矿岩 冒落 的时间与空间条件 ， 采用少量 的 底部崩落回采工程诱导上部矿岩 自然 冒落 ， 大量节 省了破碎矿体 的采准工程量 ； 通过协调 出矿控制上 盘围岩 自然 冒落 ， 监测矿石 冒落进程与协 同开采措 施 ， 消除了下部采空区冒落对上部回采工作面的陷 落威胁 ； 通过采用卸压方法和适应围岩变形特点的 掘支措施， 提高了采准工程的稳固性， 由此解决了采 准工程难 以形成、 生产效率低下和安全条件差的技 术难题 ， 使和睦山铁矿 的破碎倾斜难采矿体实现了 正常开采 。 参考文献 [ 1 ] 采矿手册 编辑委员会． 采矿手册 第 1 卷[ M] ． 北京 冶金工 业 出版 社 ． 1 9 8 8． [ 2 ] 陈宪龙 ， 徐志宏 ， 肖福龙 ． 姑 山矿 业公 司后 和睦 山矿 段 开采 方 案研究[ J ] ． 金属矿山， 2 0 1 3 7 3 8 4 0 ， 4 4 ． [ 3 ] 王新建．自然崩 落法 出矿方式的选择 [ J ] ． 中国矿山工程， 2 0 0 6 ， 3 5 1 9 1 1 ． 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 2 - 2 1 上接第 3 O页 3 ． 3 ． 2 凿岩爆破 凿岩选用 C T J - 7 0 0 ． 2双机凿岩 台车， 配 Y G Z - 7 0 钻机 2台， 打水平炮孔 ， 钻头直径为 5 0 mm， 采用导 爆管雷管 ， 起爆器起爆 ， 硝氨粒状炸药爆破 ， 人工装 药。爆破通风后撬毛排险， 排除顶帮浮石， 在不稳固 地段时采用锚杆加 固， 在支护的同时对爆落矿堆洒 水除尘。 3 ． 3 ． 3 矿山搬运与采场充填 矿石运搬选 用 4 m 。电动铲运 机 ， 平均运距 为 1 5 0 m， 效率为 8 0 0 t ／ 台班， 三班作业。采场充填前 最大采高为 6 m， 每次采用尾砂充填采高 3 ． 5 m， 再 用灰砂比为 1 6的胶结充填料浇面厚为 0 ． 5 m ， 养 护后即可进行采矿作业 。 4 结语 针对磁铁矿和硫铁矿复合共生矿床 ， 根据各个 矿体的特点 ， 分别选出了较优 的采矿方法 ， 再跟据开 拓系统参数， 将2种采矿方法互适应性的选取结构 参数 ， 制定出合理的采矿方案， 从而达到了矿物资源 综合利用 ， 合理开采的目的。 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 2 ． 1 9 上接第 3 2页 爆索传爆 以响应整个爆破网络。 4 结语 通过采矿工艺的综合应用， 使得综合回采率达 到了9 2 ． 3 8 ％ ， 综合贫化率控制在 1 5 ％以内， 大块率 控制在 1 0 ％以内， 有效地解决 了上部覆盖岩 的压覆 及废石过早混入的问题 ， 为类似工程地质条件的矿 山爆破参数的选择提供 了参考依据 ， 为矿体平均厚 度在中厚以下且局部厚大的中小型贵金属矿山的采 矿方法 、 凿岩方式的选择提供 了经验。 收稿 日期 2 0 1 4 -01 - 2 1 35