眼前山铁矿露天转井下采矿方法研究.pdf

S e r i e s No ． 3 8 3 Ma y 2 0 0 8 金 属 矿 山 METAL MI NE 总 第3 8 3期 2 0 0 8 年第 5期 眼前 山铁矿露天转井下采矿方 法研 究 马旭峰 徐 帅 刘显峰 1 ．鞍钢集团矿业公司； 2 ．东北大学 摘要结合鞍钢集团鞍山矿业公司眼前山铁矿露天转井下生产的需要 ， 根据眼前山铁矿的矿体赋存条件和 矿岩特性 ， 提出了眼前山铁矿露天转地下生产中应该注意的覆盖层厚度及挂帮资源回收的 2个主要问题， 并对可 能采用的3种地下开采的采矿方法 元底柱分段崩落法 、 V C R法和 自然崩落法 进行了分析和探讨 ， 对眼前山铁矿 露天转地下生产具有一定的指导意义。 关键词 露天转地下 覆盖层厚度挂帮资源 Re s e a r c h o n M i ni n g M e t ho d o f Ya nq i a ns h a n I r o n M i n e i n T r a n s i t i o n f r o m Op e nP i t t o Un d e r g r o u n d M i n i n g Ma X u f e n g X u S h u a i L i u Xi a n n g 1 ． A n e e l G r o u p s Mi n i n g C o ． ； 2 ．N o r t h e a s t e r n U n i v e r s i t y A b s t r a c t I n l i g h t o f t h e d e ma n d o f t h e p r o d u c t i o n t r a n s i t i o n f r o m o p e n p i t t o u n d e r g r o u n d m i n i n g a t Y a n q i a n s h a n I r o n Mi n e，An S t e e l Gr o u p g An s h a n Mi n i n g Co， a n d i t s o r e b o d y o c c u r r e n c e c o n d i t i o n s a n d o r er o c k c h a r a c t e ris t i c s ，t h e a u t h o r s p o i n t s o ut t wo ma i n i s s ue s t h a t s h o u l d be pa i d a t t e nt i o n t o i n t h e p r o d uc t i o n d uring t h e t r a ns i t i o n pe rio d，n a me l y，t he o ve r l y i n g l a y e r t h i c k n e s s a n d t h e r e c o v e r y o f wa l l h a n g i n g r e s o u r c e ，a n d a n a l y z e a n d d i s c u s s t h r e e p o s s i b l e u n d e r g r o u n d mi n i n g me t h o d s ，w h i c h C an b e o f s o me g u i d a n c e s i g n i fi c a n c e t o the p r o d u c t i o n d u rin g the t r a n s i t i o n ． Ke y wo r d s T r a n s i t i o n f r o m o p e n p i t t o u n d e r g r o u n d mi n i n g ，Ov e r l y i n g l a y e r t h i c k n e s s ，W a l l h a n g i n g r e s o u r c e 眼前山铁矿初期设计 年产 铁矿石 为 3 0 0万 t ， 1 9 8 6年编制的 眼前山铁矿 2 5 0万 t ／ a 规模深部开 采初步设计 确定生产规模为2 5 0 万 t ／ a， 剥岩量为 9 0 0万t ／ a 。1 9 9 9年编制的 眼前山铁矿采场西南帮 分期开采及规模调整方案设计 ， 确定生产规模年 采剥总量为6 0 0 万 t ， 其中矿石为 2 0 0万 t 。眼前山 铁矿现采场上 口长为 1 4 1 0 i n ， 宽为 5 7 0 7 1 0 m， 封 闭圈标高为 9 3 m，目前开采最低标高为 一 1 4 7 m， 台阶高为 1 2 m， 台阶坡面角为 6 5 。 ， 6 9 m水平以下开 始实行 3并段 ， 已形成多个并段组合台阶， 安全平 台 宽为 1 0 m， 现有工作平台 5个， 即上盘 一1 4 7 m、 一 1 3 5 IT I 、 一1 2 3 m水平 ； 下盘 一6 3 m、一 5 1 I n水平 ， 主要出矿水平为 一1 2 3 m和 一 1 3 5 IT I 水平 。截止 2 0 0 7年底 ， 眼前 山铁矿共计完成采剥 总量为 3 ． 7亿 t ， 其中铁矿石为 9 5 1 5万 t 。目前 ， 该矿区境界内的 矿石仅可开采 3年左右 以 一 1 8 3 n l 为最终境界 ， 为了矿 山的可持续发展 ， 先后 开展 了多次优化研究 工作 ， 现已展开露天转地下的初步研究设计工作 。 1 矿床地质 眼前山铁矿位于鞍山复 向斜北部的胡家庙子向 斜东南翼， 区域出露地层以震旦系变质岩系为主， 并 有震旦系、 寒武系及第四系， 同时还有不同时期的火 成岩侵入。该矿区与齐大山、 王家堡子、 胡家庙子及 关宝山等铁矿床构成了一条走向东西、 长约 1 4 k m的 狭长铁矿带。眼前 山采 区内出露 3层 矿层， 划分为 1 、 2 、 3 矿体。1 矿体赋存于鞍山群中部， 下部为薄 层千枚岩和混合岩 ， 上部为千枚岩及 2 、 3 薄层矿体， 总体呈直立的单斜构造， 主要由磁铁石英岩型铁矿体 和夹有各种片岩、 脉岩及少量的富铁矿组成。3 个矿 体彼此间平行分布， 均呈直立单斜构造， 走向为2 7 0 。 一 3 0 0 。 ， 倾向为北东， 倾角一般为7 0 。 一 9 0 。 。1 矿体 长为1 7 4 7 m， 厚为7 5 2 2 5 IT I ； 2 矿体长为 3 6 4 m ， 厚 为5 1 4 m； 3 矿体长为 1 0 2 0 m ， 厚为2 1 4 1 5 m 。 本矿体 向东延伸至谷首峪村 ， 长约 1 k m， 然后 自然尖 马旭峰 1 9 6 O 一 ， 男 ， 鞍 钢集 团矿业 公司科技部 ， 部 长 ， 高级工程 师 ， 1 1 4 0 0 1辽宁省鞍 山市 3 7 维普资讯 总第 3 8 3期 金 属 矿 山 2 0 0 8年第5期 灭。西端以断层与关门山铁矿接触。 2 眼前山铁矿露天转地下应注意的主要问题 1 露天转地下开采覆盖层的安全结构与合理 厚度研究。覆盖层 主要有 3个功能 ①减缓地面降 雨直接灌人井下。当大气降雨时， 汇集到露天坑内 的降水将灌人井下， 使井下水量急剧增加， 甚至造成 淹井事故。覆盖层对径流洪峰的渗入起到一定的削 峰和延时作用。②防止地面冷空气进入工作面 ， 在 冬季 ， 由于隔离层 的存在 ， 可阻挡冷空气 的直接入 侵， 避免井下温度过低使巷道结冰而导致设备无法 正常工作 。③形成独立空间便于通风管理 。由于覆 盖层 的存在 ， 使得井下开采与外界有一个相对独立 的密闭环境 ， 可以形成井下有效 的风路， 避免风量的 外泄导致通风成本的上升。 国内已经实现露天转地下开采矿 山的覆盖层 ， 一 般多采用崩落露天边坡和堆置回填物的方法来形 成。从经济上考虑， 无论是哪种方法都要投入不少 人力物力， 所以覆盖层太厚会造成浪费。板石沟铁 矿 、 保国铁矿等均用回填物来形成 ， 保国铁矿把排土 场 中的低品位矿石经过大块磁选后再回填露天坑来 形成覆盖层 ， 做到了既充分回收矿产资源 ， 又满足露 天转井下开采 的需要 ， 带来 了巨大的经济效益和社 会效益 。 2 充分 回收露天开采过程 中残 留的资源。受 露天开采的极限深度 的限制 ， 在开采 范围内的境界 外矿体通常只作为残留矿柱而永久性损失。当采用 露天转地下开采方式进行开采时 ， 在什么时候 以及 采取怎样的回收方法来 回收残 留矿体 ， 也是露天转 地下生产过程中需要迫切解决的问题 。弓长岭露天 矿 、 保 国铁矿等采用平硐 、 竖井等一些井巷工程已将 这些残留的资源全部 回收。 3 眼前山铁矿露天转地下的采矿方法研究 如前述眼前 山铁矿 3个矿体彼此间平行分布， 均呈直立单斜构造 ， 且矿体长大 分别为长 1 7 4 7 m、 厚 7 5～ 2 2 5 m； 长 3 6 4 m， 厚 51 4 m； 长 1 0 2 0 m， 厚 2 1～ 4 1 5 m。本矿 体 向东延伸 至谷首 峪村 ， 长约 1 k m， 然后 自然尖灭。西端 以断层与关 门山铁 矿接 触。眼前山铁矿矿床的赋存特点为采用强度高 、 能 力大的采矿方法提供了有利条件 ， 其 中中冶北方工 程技术有限公司推荐采用无底柱分段崩落法 ， 北京 矿冶研究总院进行了充填法的研究。无底柱分段崩 落法、 嗣后充填法应是可行和合理的， 但针对矿床赋 存的具体情况 ， 应充分吸取 国内外成功的经验 ， 采用 38 生产能力更大 、 更环保 、 更节能的采矿方法， 并开展 相应的研究工作， 其中 V C R法、 自然崩落法等应在 首选 之列 。 3 ． 1 无底柱分段崩落法 无底柱分段崩落采矿法在我国地下矿山采出的 矿石量 占地下矿采出矿石量 的 3 5 ％ ， 并且还有增大 的趋势。高中段、 大间距、 高分段无底柱分段崩落法 采矿理论是国家“ 十五” 攻关项 目， 是大间距集中化 无底柱采矿新工艺研究的理论基础和核心。在这方 面 已提出了新的放矿理论 ， 推导出了大 间距 无底柱 分段崩落法的数学模型 ， 奠定 了大间距无底柱分段 崩落法的基础。再参照梅山和小官庄等铁矿的应用 效果 表 1 ， 可以认为， 这种方法对于眼前山铁矿这 种急倾斜厚大矿体来说， 具有很好的适用性， 是眼前 山铁矿露天转井下的重点选择的采矿方法之一。 表 1 梅山铁矿小官庄铁矿高分段大间距无底柱 分段崩落法的技 术经 济指标 ⋯称 ／ m ／ I t 蕊 ／ - t／ a／ t／ m2 a ／ t／ ／ t／a 矿 山 名 称 生 产 率 生 产 能 力 _ ／万 t ] 1 人 aj ⋯ 梅 山铁 矿 1 4． 3 6 2． 7 2 61 l 7 5 3 7 ． 4 7 尘宣 堡 垄丝 3 ． 2 大直径深孔球状药包后退式崩落采矿法 V C R 法 2 0世纪 8 0年 代， V C R法首先在我 国凡 口铅锌 矿试验成功。该法与传统的采矿方法相比， 具有采 场结构简单 、 生产能力大 、 机械化程度高 ， 作业安全 等优点。但是 ， 我国地下矿山在使用该法 的过程 中， 由于大部分矿床为 中厚矿体 ， 倾 角较小 ， 采用 V C R 法容易造成矿石的损失和贫化 ， 且 V C R法需要使用 成本较高的高威力炸药和价格昂贵的高精度深孔钻 机 ， 致使采矿成本较高 ， 目前只有铜陵有色公司安庆 铜矿已经在使用该法 。 安庆铜矿矿体属急倾斜矿体， 矿体厚度为 5～ 7 0 m， 矿体厚大区域达 1 0 0 m左右 ； 矿体上盘为石灰 岩 ， 下盘为矽卡岩 、 闪长岩 ， 矿石类型有磁铁矿含铜 、 单铁矿 、 矽卡岩含铜 3种 ， 矿石 、 围岩 f ≥1 0 ， 均属中 等稳固以上的岩层 。采用大直径深孔采矿法双阶段 连续回采 ， 回采阶段高度达 1 2 0 m。采场垂直矿体 走 向布置 ， 分矿房 、 矿柱 2步骤 回采 ， 矿房、 矿柱宽度 均为 1 5 m， 长度为矿体厚度 ， 高度为 1 2 0 In； 采场布 置上 、 下两层凿岩硐室 ， 采用 S i mb a一2 6 1型潜孑 L 钻 机分段凿岩， 炮孔直径 1 6 5 m m。采场底部布置堑沟 式拉底 、 双侧进路 出矿的底部结构 ， 采用 S T一 5 C型 维普资讯 马旭峰等 眼前山铁矿露天转井下采矿方法研究 2 0 0 8年第5期 铲运机出矿， 嗣后一次充填； 矿房为 1 步骤回采采 场， 实行尾砂胶结充填 ； 矿柱为 2步骤 回采采场 ， 年生产能力达 1 2 0 万 t 。V C R法在安庆铜矿的成功 使用 ， 实现 了低成本 、 高效 、 强化开采 的采矿方式 ， 为 矿山企业创建了较大的经济效益和社会效益。眼前 山铁矿的矿体赋存条件与之类似， 也属于急倾斜厚 大矿体， 故 V C R法也应是眼前山铁矿露天转井下的 可选用 的采矿方法之一 。 3 ． 3 自然崩落法 自然崩落法是一种技术含量高、 低成本、 高效率 的地下采矿方法， 生产工艺先进， 具有一定规模效益， 但同时又是一种优缺点都非常明显的方法。其基本 特征是 在矿块拉底水平 ， 进行一定面积 的拉底形成 矿石 冒落的自由面 ， 用巷道、 深孔割帮 ， 削弱矿块与周 围矿石及围岩的联系， 使矿块内的矿石在其 自 重的作 用下， 随着矿石的放出而逐渐诱导其自然冒落， 直至 整个矿块崩落完结， 在覆盖岩石下放出矿石。 图 1 漏斗底部结构 自然 崩落法 图 2 平底结构 自然崩 落法 由于自然崩落法对矿岩物理性质要求较高， 在 应用时对矿体开采技术条件的要求相当严格， 需要 很高的生产管理水平 ， 特别是该法一经使用 ， 难于改 为其他采矿方法 ， 我国应用得不多 ， 目前仅铜矿峪矿 在使用。国外大 型地下矿 山产量 的 8 0 ％是 由该 法 生产的。 铜矿峪矿系大型斑岩铜矿床 ， 为火山 一气液成 因的沉积变质铜矿床。矿区围岩为绢云母石英片 岩、 绢云母石英岩、 石英绿泥石片岩及含矿岩石非含 矿部分， 含矿岩石为变质花岗闪长斑岩和基性侵入 体。走向为北东 ， 倾 向为北西 ， 倾角为 4 0 。 ～5 0 。 ， 呈 似层状或透镜状产出。岩体质量分级结果 可崩性 差的2 类区占3 2 ． 4 ％， 可崩性中等和较好的3 、 4类 区占6 7 ． 6 ％， 可崩性综合评价结果是中等偏易， 只 需少量割帮。铜矿峪矿 自 然崩落法自1 9 9 9 年 1 0月 投产至 2 0 0 0年 6月， 拉底 面积为 1 0 4 6 6 4 m ， 历时 1 年零 8个月 ， 平均每年拉底 面积为 9 8 1 2 ． 4 m ， 截止 2 0 0 2年 6月末 ， 采场累计出矿量为 2 4 0 9 5 6 5 5 t ， 占 回采矿量的 9 9 ． 5 ％， 出矿品位为 0 ． 4 9 8 ％ ， 金属量为 1 1 9 9 2 5． 4 t J 。自然崩落法在铜矿峪矿山应用情况 还是非常成功的。它的成功应用对眼前山铁矿露天 转井下采矿方法 的选择是具有很大的借鉴 意义 的， 故自然崩落法也应是眼前山铁矿露天转井下的可选 用的采矿方法之一。 4结论 1 无底柱分段崩落法由于其使用较广， 且鞍 钢矿业公 司弓长岭铁矿 已经使用 ， 故眼前山铁 矿在 实施此种采矿方法 的过程 中操作 比较 容易， 有大量 经验可以借鉴。但该法 的采切工程量 比较大 ， 故应 结合眼前山铁矿的条件 ， 着重研究大中段、 高分段、 大间距的无底柱分段崩落法。 2 大直径深孔球状药包后退式崩落采矿法 V C R法 实施的关键就是购买高精度的深孔凿岩 设备 ， 该法实施过程 中对矿 山技术人员的操作水平 和技术水平要求较高， 尤其是在球状药包分段爆破 的实施水平。值得注意的是在该法的推广应用中， 又出现了炮孔全段侧崩爆破的变形 V C R法， 可以取 得令人满意的效果。 3 自 然崩落法在铜矿峪的使用， 打破了该方 法要求矿石不稳固的传统概念， 据称矿石可达到厂 1 0～1 2 ， 但要求节理裂 隙比较发育 ， R Q D在 7 7 ％ 以下。故眼前山铁矿若采用 自 然崩落法还应做好岩 石力学特别是岩石可崩性的研究工作。 参考文献 [ 1 ] 潘鹏飞， 梁峥祥， 洪大华 ． 眼前山铁矿露天转地下开采的可行 性研究 [ J ] ．矿业工程 ， 2 0 0 5 1 0 8 一 l 0 ． [ 2] 董卫军 ， 吉兆宁 ．鞍钢眼前山铁矿三期开采方式 优化研究 [ J ] ．采矿技术 ， 2 0 0 6 9 1 8 2 1 8 3 ． [ 3 ] 胡萌 ．安庆铜矿大直径深孔爆破防冲技术的研究与应用 [ J ] ．矿业快报 ， 2 0 0 5 1 1 6 1 7 ． [ 4 ] 李樟鹤 ． 高阶段大直径深孔爆破技术在安庆铜矿的应用[ J ] ． 金属矿山 ， 2 0 0 2 2 2 5 - 2 7 ． [ 5 ] 姚海斌 ． 铜矿峪矿自然崩落法副层设计浅析[ J ] ． 有色矿山， 2 0 0 4 3 1 - 3 收 稿 日期2 0 0 8 - 0 3 2 9 3 9 维普资讯