某新建大型地下铁矿采矿方法优选探讨.pdf

S e r i a l No ． 581 S e pt e mbe r ． 2 01 7 现代矿业 M0DE RN MI NI NG 总 第 5 8 1 期 2 0 1 7 年 9月第 9期 某新建大型地下铁矿采矿方法优选探讨 宋 亮 五矿矿业控股有限公 司 摘 要针对某新建地下铁矿的开采技术条件分析 ， 通过从技术可行性 、 安全性、 经济合理性、 生产能力、 资源利用率等角度进行对比分析， 择优选择最适合该矿 山的采矿方法， 即2 5 m分段上向 扇形孔阶段 空场嗣后 充填采矿法作为矿山最主要的采矿方法。 关键词采矿方法充填生产能力技术经济 某 新 建 大 型 地 下 铁 矿 主 矿 体 厚 度 2 2 ． 4～ 8 0 ． 2 m， 平 均 厚 度 4 0 ． 2 8 m， 控 制埋 藏 深 度 9 0 9 6 8 m， 赋存标 高 一5 3～一 9 5 3 m。矿体形态呈层状 ， 走 向在 1 4线以北呈北北东 向， 1 4线 以南呈南南东 向。倾 向浅部矿段 标高 一4 0 0 m以上 向西倾 ， 倾 角在6 8 。 一 7 5 。 ， 中部矿段 标高 ⋯ 4 0 0 5 0 0 m 接 近直立， 下部 标高 一 5 0 0 m以下 向东倒转倾斜， 倾 角一般在 7 2 。 一 8 8 。 。 从矿体赋存形态和矿岩稳 固性看 ， 该矿采矿方 法选用崩落法、 空场法、 充填法均可采用 J 。 该铁矿矿石 中金属矿物主要为镜铁矿 ， 矿石品 位较低。该铁矿设计生产能力为5 0 0 万 t ／ a ， 假使采 用充填采矿法 ， 采场采矿生产效率 和生产能力受到 一 定制约 ， 同时增加了充填成本 ， 采矿制造成本随之 也相应增加。从对地表 构筑物及环境 的保护而言， 井下采空区需要及时充填处理 ； 从 生产能力 、 效率 、 企业经营效益而言 ， 比较适宜采用空场法采矿 。根 据该铁矿的地下开采技术条件 ， 水文地质条件 ， 矿山 开采建设现状， 矿山企业可持续发展需要的要求， 依 据 当前国内外新建地下大型矿山大规模化开采 的成 功经验 ， 适宜采用空场采矿嗣后充填采空区的采 矿 方法。该采矿法是将矿块划分为矿房和矿柱 ， 在 整 个矿房和矿柱 中分段或 阶段穿孔凿 岩爆破 回采 J 。 第一步采矿先采矿房 ， 待采矿形成采空 区后进行 空 区充填 ， 随后回采矿柱并充填矿柱采 空区。该采矿 法生产工序作业都是在专用的凿岩巷或凿岩硐室内 进行 ， 人员和设备都不进入采空区。矿房 回采 时矿 柱和围岩来维护矿房 回采空间 ， 矿柱 回采时利用充 宋亮 1 9 8 4 一 ， 男， 工程师， 2 4 1 0 0 0安徽省合肥市滨湖新区武 汉路 2 3 0号。 填体和围岩来维护矿柱 回采空间 ] 。 根据初步设计 ， 一4 2 5 、一 3 2 5 m水平为一期开 采主要运输水平 ， 一4 0 0 、一3 0 0 m 为无 轨 自行设 备 集中出矿作业水平 ， 主斜坡道分别与各个分段通过 联络道连接。根据采矿凿岩崩矿炮孔深度的不 同， 将空场采矿嗣后充填法分为 2 5 m分段空场嗣后充 填法与大直径深孔阶段空场嗣后充填法。 1 采矿方法方案技术分析 通过对上述 2种采矿方法 的论述及方案设计 ， 根据该铁矿一期建设井 下开采技术条件 、 已有工程 现状 ， 对 2 5 m分段上 向扇形孔阶段空场嗣后充填法 方案 I 、 大直径深孔 阶段侧 向崩矿嗣后充 填法 方案 Ⅱ 进行技术分析， 其优缺点比较见表 1 。 通过对 2 5 m分段上 向扇形孔 阶段空场 嗣后充 填法和大直径深孔 阶段侧向崩矿嗣后充填法的技术 分析得出。 1 ． 1生产能力 2 5 m分段上 向扇形孔 阶段空场嗣后 充填法和 大直径深孔阶段侧 向崩矿嗣后充填法都是适合矿岩 中等稳固以上 、 急倾斜的厚大矿体 的采矿方法 ， 采用 该方法有采场生产 能力 大 ， 效率 高， 安全高效 的特 点。 1 ． 2 凿岩 2 5 m分段上 向扇形孔阶段空场嗣后充填 法炮 孔凿岩深度 2 5 m左右 ， 设备凿岩效率高 ， 损耗小 ， 施 工操作简单； 大直径深孑 L 阶段侧向崩矿嗣后充填法 炮孔深度 5 0 m， 设备凿岩效率低 ， 损耗大， 操作要求 严格。 1 ． 3采场爆破 2 5 m分段上向扇形孔 阶段 空场 嗣后充填采矿 法 ， 采场一次爆破炮孔一般为1～3 排 ， 分段爆单次 总第5 8 1期 现代矿业 2 0 1 7年 9月第 9期 ①采用中深f L 4 , -f L 径爆破对充填体的损害比大直径深孔爆 破小 ， 而且机动灵 活 ； ② 单次爆 破工艺 简单 ， 易于处 理推墙 、 2 5 m 分 悬顶等爆 破问题 ； 与大孔相 比， 爆破震动小 ， 对地 表建筑构筑 段上向扇 物影响较小； ③凿岩深度 3 0 m以内， 设备凿岩效率高， 设备 形 孔阶段 凿岩效率可达 1 0 0 m ／ 台班 ， 凿孔 效率较 容易保证 ， 满 足工序 空 场嗣 后 转换要求 ； ④不需 要增加太 多辅助和措 施工 程的情 况下 ， 采 充 填 法 场准备时间短 ， 投 产快 ； ⑤分段 凿岩 ， 分段 高度为 2 5 IT I ， 对矿 方案 I 体倾角厚度适应性好 ， 采场端部废石混入少； ⑥以分段作为 回采单元 ， 施工组织灵活 ， 同时矿山熟悉 中深孔 作业 的组织 管理 ， 有利于组织 大规模生产平稳 _ 4 J 。 ①大直径深孔 多排单孔爆破 ， 效率高 ， 采场生 产能力大 ， 下 向 ⋯．⋯ 孔装药效率高 ； ② 阶段 凿岩 ， 阶段崩矿 ， 分段工 程量少 ， 采场 l二 采准切割工 程量少， 采 切比 小， 中 段达产时间短； ③工艺技术 P ～J l 竺 成熟， 已 在国内 外许多矿山使 用， 已 形成系统的技术和经验； 竺 竺 多 排 孔 阶 段 一 次 爆 破 ， 可 减 少 采 场 爆 破 次 数 ， 提 高 出 矿 效 率 ； ④ 空 区 充 填 时， 挡 墙 工 程 量小， 充 填 体过 挡 墙后 可 适当 加 快 “ 充填速度 ， 组织简单 ， 充填时 间短 ； ⑤ 采准切 割工程 在脉 内， 副产矿石多 ， 可产出大量副产矿石_ 6 J 。 ①采用上向孔分排爆破， 采场爆破规模小， 次数多， 效率低， 采 场底部集中出矿受其影响大； ②凿岩需在各分段凿岩巷道内进 行 ， 需设置多个凿岩分段， 分段采准工程及辅助掘进工程量大， 采切比较高； ③上向炮孑 L 深度深在2 5 m左右， 人工装药劳动强 度大， 装药效率低； ④充填时各分段需要修筑挡墙， 挡墙修筑工 程 量大， 施工强度大 ； 充填 工序组织较 繁琐 ， 采 场充填 时间长 ； ⑤凿 岩炮孔为扇形布置 ， 如操作不 当易凿到相邻 矿柱或充填体 内， 回采爆破时难以保证采场帮壁整齐； ⑥脉外采准工程多， 副产矿石少， 基建与试生产期间采掘压力大 J 。 ①炮孔孔深5 0 m， 控制爆破技术要求严格， 爆破震动大， 多地表 及相邻充填体影 响大 ； ②大直径深孔爆破 ， 单 孔药量大 ， 边孔爆 破与小孑 L 径中深孔爆破相比对充填体有一定影响； ③炮孔深度 超过 5 0 m， 凿岩效率低 ， 设备凿岩台效为 3 5～ 4 0 m ／台班 ， 同时 钻头损耗较大； ④阶段凿岩， 凿岩深度为5 0 m， 对矿体倾角及厚 度要求严格。矿体厚度小于 1 6 m时， 采场难以实现高效生产； 矿体倾角低于5 0 。 时， 回采贫化、 损失率增高， 同时需增加凿岩 硐室长度才能使炮孔控制采场下部矿体。与分段法相比， 采场 两端废石混入率高 J 。 爆破量较小 ， 完成较大的落矿作业需要组织多次爆 破 ， 上 向扇形孔装药 ， 工人劳动强度大 ， 效率低 ； 大直 径深孑 L 阶段侧 向崩矿嗣后充填法采用大直径深孑 L 侧 向崩矿， 采用多排孔阶段一次爆破， 可减少采场爆破 次数， 提高出矿效率， 下向孔装药， 施工简单， 效率 高。 I ． 4采场 准备 时 间与采切 比方面 大直径 深 孔 阶段 侧 向崩 矿 嗣后 充 填 法 按 照 5 0 1 3 1 段高， 可设 一 4 0 0、 一 3 5 0 、 一3 0 0 IT I 共 3个分段 ， 凿岩集 中在 一3 5 0 、 一3 0 0 1 T 1 分段凿岩硐室 内进行 ， 采准工程多在矿体 内， 采切 比小 ， 采 场投产时间 1 1 个月 ； 2 5 IT 1 分段上 向扇形孔 阶段空场嗣后充填法凿 岩分别设有 一 4 0 0 、 ～ 3 7 5 、 一3 5 0 、 一3 2 5 1 T I 共 4个 凿 岩分段 ， 分段采准工程及辅助措施工程量大 ， 且多在 脉外 ， 采切比高 ， 采场投产时间 1 3个月。 1 ． 5 生产组织管理 大直径深孔阶段侧向崩矿嗣后充填法采矿工艺 技术成熟 ， 在 国内外许多充填矿山得到应用 ， 如安庆 冬瓜山铜矿 、 霍邱草楼铁矿、 澳大利亚芒特艾矿 ， 已 形成系统的技术和经验 ； 但该法对建设方而言为新 的采矿方法 ， 工人熟练程度低 ， 生产组织管理经验为 零。而 2 5 m分段上向扇形孔阶段空场嗣后充填法 ， 以各分段为回采单元 ， 使用中深孔 台车凿岩， 凿孔效 率较容易保证 ， 施工组织灵活且满足工序转换要求 ， 该矿山工人及 管理人员熟悉 中深孔作业 的组织管 理 ， 有利于组织大规模生产 。 98 1 ． 6 采矿贫化损失 大直径深孑 L 阶段侧 向崩矿嗣后充填采矿法凿岩 深度达 5 0 1T I ， 对矿体倾角较小的矿段其端部废石混 入率高 ； 2 5 i n分段上向扇形孔阶段空场嗣后充填法 凿岩深度 2 5 I n ， 矿体适应性好 ， 采场爆破废石混入 率低。 1 ． 7 采场充填 大直径深孔阶段侧 向崩矿嗣后充填采矿法分别 在下部两个凿岩分段凿岩巷靠近矿体下盘端部设置 2堵封堵 挡墙 ， 充填作业时料浆超过充填挡墙 最高 点经过初凝后 ， 可一次性充填至上一个挡墙位置 ， 采 场充填组织简单、 效率高； 2 5 in 分段上向扇形孔阶 段空场嗣后充填法需要分别在 4个凿岩分段的凿岩 巷端部设置充填封堵墙 ， 充填封堵墙工程大、 施工强 度高 、 造价高昂， 同时充填作业时充填料浆抵达各个 分段挡墙位置时不宜过快 ， 采场充填施工组织复杂 、 时间长。 综上所述， 这2种采矿方法优缺点都很明显， 从 技术角度分析很难确定采用哪一种采矿方法更加合 理 。 2 采矿方法方案经济分析 对 2 5 I T 1 分段上 向扇形孔 阶段空场嗣后充填法 方案 I 、 大直径深孔阶段侧向崩矿嗣后充填法 方案 Ⅱ 进行经济分析 ， 以 一 4 0 0 IT I 中段做为比较 ， 其经济指标 比较见表 2 。 通过对 2 5 m分段上向扇形孔阶段空场嗣后充 填法和大直径高阶段侧向崩矿嗣后充填法 的经济分 宋亮 某新建 大型地下铁矿采矿方法优选探讨 2 0 1 7年 9月第 9期 方案选 本 采 位 ⋯ ／ Y Y 属 t 量 c 选 ％ 量 年 ⋯ 人 析得出如下结论 。 1 资源利用程度。2 5 m高分段上向扇形孔阶 段空场嗣后充填法比大直径深孔阶段侧向崩矿嗣后 充填法综合贫化低， 回收率相当， 每年精矿产量多 2 5 00 t 。 2 经营成本 。大直径深孔阶段侧 向崩矿嗣后 充填法吨矿采矿成本 比 2 5 m分段上向扇形孔 阶段 空场嗣后充填法低 1 ． O 8元 ， 每年经营成本低 5 7 4万 元 ， 整个 中段 回采结束后 ， 总经 营成本低 7 0 9 4万 元。 3 销售收入与利润。2 5 m分段上 向扇形孔 阶 段空场嗣后充填法年销售收入比大直径深孔 阶段侧 向崩矿 嗣后充填法 2 0 3万元 ， 中段矿石销售收入多 2 5 1 3万元 ， 但年利润少 3 7 0万元 ， 整个 中段 回采结 束后利润少 4 5 8 1 万元。 4 投资收益率、 投资利润率及净现值。大直 径深孔阶段侧 向崩矿嗣后充填法稍微优于 2 5 IT 1 分 段上 向扇形孔 阶段空场嗣后充填法 。 3 结论 根据分析， 该铁矿设计生产规模为 5 0 0万 t／ a ， 矿山基建时间短、 基建工程量大， 投产、 达产规模大， 这就要求投产期间的采矿试验方案必须具备开采强 度大、 采矿方法成熟可靠、 采准施工高效的特点， 以 满足矿山建设、 生产要求， 实现投产及达产目标。为 此 ， 在达产期间选择施工组织灵活 ， 工艺流程熟悉的 2 5 m分段上 向扇形孔 阶段空场嗣后充填法进行 ， 利 于公司平稳组织大规模生产与建设。 大直径深孔阶段侧 向崩矿嗣后充填法在开采厚 大矿体 中具有矿房生产能力大、 具备实现强采 、 强充 生产目标等特点。而矿体条件与工程现状同样适应 采用大直径深孔阶段侧 向崩矿嗣后充填法 回采 ， 因 此 ， 在矿山达产后 ， 应择时开展大直径深孑 L 阶段侧 向 崩矿嗣后充填法的试验研究 ， 探讨其适用性 ， 为矿 山 开采稳产、 高产和长远发展提供支持。 参考文献 [ 1 ] 解世 俊．金 属 矿床 地 下 开采 [ M] ． 北 京 冶金 工 业 出版社 ， 1 9 7 9 1 - 2． [ 2 ] 古德 生， 等． 现代金属矿床开采科学技术 [ M] ． 北京 冶金x - ,_ lk 出版 社 ， 2 0 0 6 3 - 5 ． [ 3] 周爱民． 基 于工业生 态学的矿 山充填模 式与技 术 [ D] ． 长 沙 中南大学 ， 2 0 0 4 ． 收稿 日期 2 0 1 7 - 0 6 ． 1 5