弓长岭铁矿薄矿体开采技术研究.pdf

Se r i e s No ． 4 02 De c e mb e r 2 0 O9 金 鬣 METAL MI NE 总 第4 0 2期 2 0 0 9 年第 1 2期 弓长岭铁矿 薄矿体开采技 术研 究 任凤玉 任美霖 郑海峰 陈晓云 1 ． 东北大学 ； 2 ． 弓长岭矿 业公 司 摘要针对弓长岭井下矿薄矿体条件， 提出了以中深孔落矿 、 端部控制出矿为特征的空场 一崩落组合法开 采方案 ， 并经过工业试验解决了工艺参数确定方法 ， 形成了一种实用新型采矿方法， 较好地解决了弓长岭井下矿急 倾斜薄矿体安全高效开采的技术难题。 关键词 急倾斜薄矿体采矿方法采场结构参数 Re s e a r c h o n M i n i n g Te c hn ol o g y o f Th i n Or e - bo dy f o r Go n g c ha n g l i ng I r o n M i ne Re n Fe n g y u Re n Me i l i n Zh e n g Ha i f e n g Ch e n Xi a o y u n 1 ． No r t h e a s t e r n U n i v e r s i t y， 2 ． G o n g c h a n g l i n g Mi n i n g C o m p a n y Abs t r a c t I n v i e w o f t h e c o n d i t i o n o f Go ng c ha n g l i n g u n de r g r o un d t hi n o r e b o d i e s ，f o r A n e w mi n i ng me t h o d c o ns i s ． t i n g o f t h e s t o p i n g a n d c a r v i n g w i t h c h a r a c t e r i s t i c s o f d r a w i n g o r e s i n me d i u m l e n Oh a n d c o n t r o l l i n g o r e s i n t h e e n d w a s f o r me d ． A f t e r i n d u s t ri a l t e s t s ， s o me p r o c e s s p a r a me t e r s w e r e d e t e r mi n e d， p r o v i d i n g a n e ffi c i e n t a n d s a f e mi n i n g me t h o d for t h e s t e e p a n d t h i n o r e b o d i e s for Ga n g c h a n g l i n g u n d e r gro u n d mi n e ． Ke ywo r ds S t e e p＆ t hi n o r e bo dy， Mi n i ng me t ho d， S t o pe s t r u c t ur a l p a r a me t e r s 弓长岭井下矿为沉 积变质磁铁矿床 ， 上含铁带 包含 4 ， 5 ， 6 等 3层矿体 ， 每层矿体 的产状 比较稳 定 ， 倾角 6 5 。 ～ 8 5 。 ， 厚度一般 2～ 3 0 m， 上 、 下盘围岩 不稳定到中等稳定。对于厚度 8 m以上的矿体 ， 应 用改进的无底柱分段崩落法开采 ， 取得 了较好 的技 术经济指标。但对于厚度 2～8 I n的薄矿体或小矿 体 ， 多年来一直未找到适宜的采矿方法 ， 应用无底柱 分段崩落法开采时， 或因矿体倾角不足 ， 或因没有覆 岩放矿条件 ， 矿石损失过大 ； 应 用浅孔 留矿法开 采 时 ， 因矿岩稳 固性差 ， 生产 中安全条件差 、 生产效 率 低与矿石损失大。为此 ， 需要研发适合于这些薄矿 体的新型采矿方法 ， 以实现低贫损高效率开采 的生 产 目标。 弓长岭铁矿的薄矿体是多层位矿体 中的一层 ， 绝大多数位于无底柱分段崩落法采区内， 或者与无 底柱分段崩落法采 区相连， 具有 良好的分段 回采条 件。同时 ， 矿山多年应用无底柱分段崩落法采矿， 积 累了较为丰富的无底柱分段崩落法生产经验 ， 其简 单 、 高效 的生产工艺 ， 已在全矿深受欢迎 。因此 ， 我 们根据散体流动特性与岩体 冒落特性的研究结果 ， 提出并实施 了以中深孔落矿 、 端部控制 出矿为特征 的空场 一崩落组合法开采方案 ， 较好地解决 了弓长 ． 44 ． 岭铁矿薄矿体安全高效开采 的技术难题 ] 。 1 矿岩条件 与采矿 法要求 弓长岭井下矿上含铁带矿石 ， 主要为块状磁铁 石英岩 、 条带状磁铁石英岩与致密块状磁铁富矿 3 种 自然类型， 其 中磁铁石英岩一般硬度较大 ， 节理裂 隙中等发育， 从稳固到中等稳固 ； 磁铁富矿一般节理 裂隙极为发育 ， 稳定性很差。上盘基岩 主要为云母 透闪石英岩、 石英岩、 滑石片岩及混合岩 ； 下盘基石 为钠长片岩、 斜长角闪岩等， 上、 下盘基岩一般中等 稳固。在富矿体的下盘广泛分布一层绿泥岩 ， 允许 暴露面积与暴露时间很小 ， 极不稳固。此外 ， 矿区断 裂构造发育 ， 尤其沿 F e 6上盘分布的走 向逆断层 ， 附 近蚀变岩发育 ， 岩体节理裂隙发育 ， 有些地段矿体直 接与断层接触 ， 矿岩稳定性均差 ， 尤其断裂带内挤压 破碎明显 ， 巷道容易塌落。 分析得出 ， 对于上 、 下盘均含不稳岩层 的急倾斜 薄矿体而言， 其一 ， 需 要采用巷道式 作业的采矿方 法 ， 减小工作面的暴露面积， 以适应围岩较小的 自稳 能力 ； 其二， 需要降低采准系数 ， 减小采准工程量 ， 以 任凤玉 1 9 5 6 一 ， 男 ， 东北大学 资源与 土木工 程学 院， 教授 ， 博 士研 究生导师， 1 1 0 0 0 4辽宁省沈阳市和平区东北大学2 6 5 信箱。 任凤玉等 弓长岭铁矿薄矿体开采技术研究 2 0 0 9年第 1 2期 提高开采效率 ； 其三 ， 需要充分考虑崩落矿石的下盘 残留问题 ， 形成合理的放矿条件， 并采用合理的放矿 方式。 为满足上述要求， 需要立足于沿脉巷道端部出 矿的采矿方法， 以便将凿岩、 通风、 出矿等功能集 中 于一条巷道内， 以此减小采准工程量 。此外 ， 由实验 得出， 弓长岭井下矿崩落矿石的放出体形态如图 1 所示， 在垂直进路 方向上 ， 放 出体上部较窄下部较 宽 ， 表明散体流动带 的宽度受 出矿 口尺寸与边壁 的 影响较大。对于薄矿体而言， 如果应用崩落法开采 ， 崩落矿岩在放出过程中， 将同时受到上 、 下盘边壁的 影响 ， 其中上盘边壁对覆盖层废石具有导流作用， 下 盘边壁对崩落矿石具有阻尼作用 ， 由此导致下盘侧 形成较大的残留矿量体。为减小下盘残 留损失 ， 最 好的办法是形成空场放矿条件 ， 即崩落矿石在没有 废石覆盖条件下， 按放 出角 自由流出放矿 口。实验 测得 ， 弓长岭井下矿的矿石放出角约 4 6 。 ， 远小于矿 体倾角 6 0 。 以上 ， 因此空场放矿的下盘残留量可 视 为零 【 J 图 l 弓长 岭铁矿崩落矿石放出体的实验形态 2 开采方案 按上述原则 ， 结合矿体赋存条件 ， 设计了图 2所 示的空场 一 崩落组合法开采方案。这一方案的要点 是， 全部采用无底柱分段崩落法的生产工艺 ， 只是第 一 分段进路控制炮孔深度， 留下适宜厚度的顶柱， 形 成空场放矿条件。该顶柱 或上盘围岩 冒落前 ， 下 面分段在一直空场条件下 放矿， 放出无贫化矿石。 在顶柱 或上盘 围岩 冒落后 ， 形成覆岩放矿条件 ， 按分段崩落法设计与回采下一个分段， 充分回收采 场内存留矿量。 图2中， 合理 的顶柱厚度 以及空场出矿的分段 数 ， 取决于矿岩的稳固性。对顶柱厚度的基本要求 是， 能够形成空场 ， 最好在上盘围岩临近冒落时 自然 冒落， 使冒落矿量堆积于采场残留矿量之上， 成为分 段崩落法的可回收矿量 ； 对空场 出矿分段数的要求 是， 回采暴露的上盘围岩面积， 略大于其临界冒落面 积， 能够诱导上盘围岩自然冒落， 同时又不使其过早 冒落 ， 以便最大限度地降低下盘残留量 。 图 2 空场崩落组合法采场结构 示意 为增大空场 出矿的分段数 ， 薄矿体最好滞后相 邻主矿体开采 ， 以保证所有空场 出矿分段同时回采。 在 弓长岭井下矿条件下 ， 对 于有绿泥岩伴随的磁铁 富矿， 设置 1 个空场出矿分段 即可。由于稳 固性很 差， 预计顶板与上盘围岩滞后 回采工作 面 5～1 0 m 的距离即将冒落。而对于稳固性较好的分枝盲矿体 与独立薄矿体 ， 一般设置 2～3个空场出矿分段比较 适宜， 下一分段 回采滞后上一分段的距离 ， 以满足作 业安全为准 ， 一般可取 5～ 7 m。以较短时间形成较 大回采面积 ， 既有利于增大上盘围岩的 自稳面积 ， 也 有利于控制上盘围岩的冒落形式 ， 使其按零星 冒落 方式冒落。空场崩落组合法的最下一个分段 ， 是崩 落回收分段 ， 该分段覆岩下放矿 ， 适 当迟滞 回采时 间， 有利于形成完整的覆盖层。为此 ， 最好在空场出 矿分段 回采结束后 ， 再 回采崩落回收分段 。 对空场出矿 的分段 ， 沿脉回采进路布置在矿体 里 ， 以增大掘进带矿量。对于覆岩下放矿的回收分 段 ， 需要视矿体倾角条件， 按崩落体、 残留体总体形 态与放出体形态相符原理 ， 设计沿脉 回采进路的位 置 ， 以保证采场存 留矿量得到充分回收 图 3 。 ／ U f a分段高度 1 5 r n 时 h分段 高度l 2 mft , 图 3空场崩落组合法沿脉 回采进路位置示意 下转第 1 2 5页 高振兴等 基于突变理论的尾矿库安全评价 2 0 0 9年第 1 2期 [ 8 ] 于碉， 徐杨 ， 郭江炜 ， 等． 应用突变理论评价矿山安全管理 状况[ J ] ． 矿业安全与环保， 2 0 0 8 ， 3 5 6 8 3 5 ． [ 9 ] 都兴富． 突变理论在经济领 域的应用 下册 [ Mj ．成都 电子 科技大学 出版社 ， 1 9 9 4 ． [ 1 O ] 佟春生． 系统工程 的理论与方法 概论 [ M] ． 北京 国防工业 出 ”一” - 一 “ 一一 上接第 4 5页 图 2与图 3所示的空场崩落法组合方案 ， 目前 已在弓长岭铁矿大量投入工业试验。分 析得出， 这 种空场崩落组合法新方案 ， 能够较好地适应弓长岭 薄矿体的产状特性 与矿岩稳 固特性 ， 其 生产工 艺 巷道掘进 、 凿岩爆破与出矿等 与现用无底柱分段 崩落法完全相同， 只是采场结构与出矿控制， 需满足 确保空区围岩冒落安全 的要求 。由于上、 下盘围岩 都容易冒落， 我们采用控制回采面积与出矿 口散体 隔离等措施 ， 来保障空区冒落安全。 空场崩落组合法方案的矿石 回采指标， 取决于 空场出矿分段数的多少。而空场出矿分段数 ， 取决 于上、 下盘围岩的稳定性 ， 稳定性越好 ， 空场出矿的 分段数越多， 矿石回采指标越好。反之 ， 上盘围岩的 稳固性越差 ， 空场出矿的分段数越少， 矿石 回采指标 越差 。但依据散体流动特性通过几何分析得出， 即使只有一个分段空场出矿 ， 当采场结构参数合理 时， 矿石回采率也可达到 7 0 ％ 以上。当有 3个分段 空场出矿时， 矿石 回采率 可达 9 0 ％以上 ， 矿石总贫 化率可控制在 1 0 ％以下。 3 结语 1 弓长岭井下矿薄矿体产状稳定 ， 具有 良好 的高效开采条件 ， 且绝大多数位于无底柱分段崩落 法采区， 为回采方便 ， 应立足中深孔落矿与铲运机出 版社 ， 2 0 0 5 ． [ 1 1 ] 吴中如 ， 朱伯芳． 三峡水工建筑物安全监控与反馈设计 [ M] 北京 中国水利水电出版社 ， 1 9 9 9 ． 收 稿 日期2 0 0 9 1 0 1 2 “● 一“ 一 * 一 ” 一一 _ 一 一 矿技术构建高效采矿方法 。 2 本文设计的空场崩落组合法新方案 ， 能够 较好地适应弓长岭薄矿体的产状特性 ， 通过 回采面 积控制与出矿口散体隔离等， 完全可以保障空区冒 落安 全 。 3 空场崩落组合法方案的空场出矿分段数 ， 取决于上盘围岩的稳定性 ， 稳定性越好 ， 空场出矿的 分段数越多 ， 矿石回采指标越好。 4 在弓长岭井下矿条件下 ， 空场崩落组合法 适用于开采水平厚度 2～ 8 m的薄矿体。矿体厚度 越小 ， 对凿岩精度的要求越高。为此， 应加强炮孔质 量管理， 以使厚度较小矿体的每一 回采步距也都实 现有效爆破。 参考文献 [ 1 ] 任风玉 ， 袁 国强 ， 等 ， 弓长岭井下矿采场结构 的研究 J ．金属 矿山， 2 0 0 6 9 8 6 - 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