某铁矿中厚及以上缓倾斜矿体采矿方法研究.pdf

S e rie s No ， 4 3 4 Au g us t 201 2 垒 底 矽 山 METAL MI NE 总 第4 3 4期 2 0 1 2 年第 8期 某铁矿 中厚及以上缓倾斜矿体采矿方 法研 究 崔曙忠 新疆地矿局 第一地质 大队 摘要通过对某铁矿缓倾斜中厚及以上矿体采矿方法的研究 ， 优化现有采矿工艺， 进行采矿方法对比并最 终选择垂直走向布置的中深孔凿岩的阶段凿岩阶段空场法 ， 对该方法参数及施工工艺进行了描述和总结。 关键词缓倾斜 中厚矿体采矿 方法 中深孔阶段 空场 法施 工工艺 S t u dy o n M i ni ng M e t ho ds f o r Th i c k a n d M o r e t ha n S l o w I nc l i n e d Or e Bo dy i n a n I r o n M i n e Cu i S hu z h o n g F i r s t G e o l o g i c a l T e a m o f X i n j i a n g B u r e a u of G e o l o g y a n d Mi n e r a l R e s o u r c e s Abs t r ac t Th i s a r t i c l e t hr o u g h t o a g e n t l y i n c l i n e d me d i um t h i c k o r e bo dy mi ni n g me t h o d r e s e a r c h，o p t i mi z e t h e e x i s t i n g mi n i n g t e c h n o l o g y ，mi n i n g me t h o d c o n t r a s t a n d fi n a l l y c h o o s e t h e v e r t i c a l l a y o u t o f t h e s t a g e o f d e e p h o l e d r i l l i n g d r i l l i n g p h a s e s p a c e me t h o d ，t h e me t h o d p a r a me t e r s a n d c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o gy a r e d e s c r i b e d a n d s u mma riz e d ． Ke y wo r d s Ge n tl y i n c l i n e d me d i u m t h i c k o r e b o d y ， Mi n i n g me t h o d， De e p h o l e ， S t a g e o p e n s t o p e me t h o d， C o n s t ruc t i o n t e c hn o l og y 缓倾斜 中厚矿体 的开采一直是 国内外的采矿难 题。这类矿体在我 国占有相当的比例 ， 在铁矿储量 中占 1 8 ％ ， 有色金属 占 5 ％ 一 9 ％。据对 国内缓倾斜 中厚矿体矿 山的统计 ， 房柱采矿法 占 5 0 ％， 底盘漏 斗采矿法 占 3 5 ％ ， 其余 的主要 为分层充填法和 电耙 留矿法。而国外这类矿体则 主要采用房柱法 ， 其 比 例达 6 1 ％ ， 另外采用充填 法的 占 2 3 ％ ， 其余 的主要 用爆力运矿采矿法 。 1 矿 山简介 某铁矿位于新疆 东部戈壁的鄯善县南 山矿区 ， 位于塔里木板块的边缘， 阿其克库都克大断裂的北 侧 ， 为一个 中型矿床 ， 产于安 山质晶屑凝灰岩与安山 质细凝灰岩 互层 中， 共圈出了 V 1 、 V 2 、 V 3等 3个 矿体 ， 由大大小小近 3 0个矿体组成 ， 矿体地表为氧 化矿 ， 原生矿均 由磁铁矿组成 ， 矿体赋存情况 复杂 ， 呈似层状 、 透镜状 、 脉状及不规则 的小透镜状产 出。 整个矿区矿体厚度不均 ， 真厚度 2～ 2 0 I n不等 ， 平均 倾角 1 3 。一 2 8 。 ， 矿石品位 3 8 ％ 一 4 2 ％。设计 规模年 产磁铁矿石 5 0万 t 。 2 开采现状及存在的问题 现有开拓方式为竖井 一斜体联合开拓 ， 中段高 度 2 0 m， 矿体局部结构面发育 ， 顶板较 为破 碎。主 要采矿方法为房柱法和浅孔留矿法。薄矿体采用房 柱法采矿 ， 沿走 向布置。真厚度 8～1 0 1 1 1以上的中 厚及厚大矿体采用 了垂直走 向布置浅孔 留矿采矿 法。薄矿体采用普通房柱法 ， 在 日常生产 中较为适 宜。中厚以上矿体采用留矿法时采用采场垂直矿体 走 向布置 ， 在矿体上下盘分别开掘运输平巷和通风 上山， 将矿体沿走 向划分成矿房与矿柱 ， 设计矿块参 数为 阶段高度 2 0 i n 矿体较缓 ， 矿块长度 为矿体 水平厚度 ， 矿块宽设计为 2 0 i n ， 其 中矿房宽 1 4 IT I ， 矿 柱宽 6 m， 底柱高 6 In， 顶柱 4 m， 见图 1 。 现有采矿方法存在 的问题 对 于厚度超 过 8～ 1 0 11 1 的 中厚及 以上矿体 ， 在采用 留矿法开采时 ， 缺 点 日益明显 。用浅孔留矿法开采厚大矿体时不但单 个矿块生产效率低 ， 一个矿房的采准 回采周期需 6 ～ 8个月 ， 且采场暴露空间大， 由于结构面发育， 顶 板较破碎 ， 工人作业时直接暴露在大面积空区内， 安 全风险很 高， 且现场管理及 生产组织难度非 常大。 因此 ， 尽快改变现有 的生产工艺显得迫在眉睫。针 对上述问题 ， 经研究 ， 结合 已形成 的生产系统 ， 尝试 在矿体厚大块段进行采矿方法 的优化变更 ， 以最终 能 形成 最适合矿 山的最优采 矿工艺。 基于 以上 原 崔曙忠 1 9 7 9 一 ， 男 ， 工程师 ， 8 2 8 2 0 4新疆鄯善县连木沁。 总 第 4 3 4期 金 畿 砖 2 0 1 2年 第 8期 图 1垂直走向布 置的留矿 法 1 一下盘脉外 中段运输平巷 ； 2 一上盘脉 内中段平巷； 3 一矿房放矿运输平巷 ； 4 一下盘穿巷脉外平巷 ； 5 一 下盘脉内上 山； 6 一上盘脉内上山； 7 一放矿漏斗； 8 一联络巷； 9 一底柱； 1 O 一矿柱； 1 1 --矿房 ； 1 2 一采空区； 1 3 一顶柱 因， 考虑在矿 山进行采矿方法试验 ， 以确定采矿方法 将 目标放在 V一6号矿体 1 6号采场进行试验研究 。 的合理性及进行参数优化。 在采矿方法选择上， 首先满足在保障安全的前提下， 3 采矿方法优化方案 做到采矿工效高、 采切比低， 施工工艺相对简单， 在 针对该矿体赋存条件 ， 由于现有开拓系统已形 原有中段高度不变的前提下进行采矿工艺的优化试 成 ， 如因改变采矿方法对现开拓系统进行大的变更 ， 验。 投入较大且对原开拓系统形 成的工程量造成浪费 ， 又重新形成系统的周期较长， 给企业 的生产经营带 来不利影响 ， 只能考虑在对现有系统不做大 的变动 的前提下进行采矿工艺优化 ， 因此在进行采矿方法 选择上受到较大局限性。经综合研究 ， 对 于三大类 采矿方法 ， 一不适宜成本高、 工艺复杂 的充填法 ， 二 也不适合因矿体较复杂而贫化损失较大的崩落法， 而仅能在空场法范围内选择。因此确定选择合适的 块段进行采矿方法试验 ， 以确定合理的采矿方法 ， 即 针对本矿实 际情况 ， 考虑采用垂直走 向布置 的 中深孔凿岩的阶段空场法 。因中段高为 2 0 m， 且矿 体较为厚大， 考虑改变凿岩方式为中深孔凿岩 ， 但中 深孔凿岩爆破的最有效高度在 1 2～1 5 r n ， 而现中段 高度为 2 0 l q ／ ， 若增加分段 ， 则采准工程量大大增加。 如何能确保安全又能 以较低成本达到 回采 目的， 是 此次研究 的重点工作 。经综合考量 ， 最终形成设计 方案如图 2所示。 巷 图2 垂直走向布置的中深孔凿岩的阶段空场法 1 矿块结构参数 。该段矿体水平厚度 8 8 m， 真厚度 2 0 1T I ， 倾角 1 7 。 。矿块宽度 1 8 m， 其中矿房净 崔曙忠 某铁矿 中厚及 以上缓倾斜矿体采矿方法研究 2 0 1 2年第 8期 宽 1 2 1 T I ， 矿柱 6 m。中段高度 2 0 IT I ， 矿块垂直走 向 布置 ， 采用无底柱方式布置。 2 采准切割工作 。按施工穿脉运输巷一运输 巷两侧出矿 口一穿脉运输巷两侧凿岩巷道一切割天 井一上水平凿岩巷一沿切割天井施工中深孔进行拉 切割槽准备一上水平凿岩巷道内施工垂直扇形孔一 在上水平凿岩道下方施工漏斗并劈漏一装药拉切割 槽一凿本中段水平各排 中深孔的先后顺序进行采准 工程布置。在中段水平上切割槽朝顶板方 向， 由垂 直矿体走 向的穿脉运输巷两侧的凿岩巷道沿垂直走 向施工垂直扇形孔 ； 切割槽朝底板方 向由下盘上水 平分层凿岩巷道 向底板 方 向掘进垂 直走 向凿岩巷 道 ， 施工垂直扇形 孔 ， 拉槽前 先施工切 割槽下方漏 斗 ， 在漏斗形成的爆堆上装药 以切割天井为 自由面 沿走 向拉槽 。 3 回采工作。针对此类矿 体赋存条件 ， 将采 场分为两部分 处理 。以 4 m宽 切割槽 为界 见 图 2 ， 靠近矿体下盘部分为在上水平凿岩巷道 内垂直 矿体走 向施工垂直扇形孔 ， 垂直矿体走 向向下盘后 退式崩落 ， 采用漏斗放矿 斗颈较短 ， 可二次破碎 的方式； 靠近上盘部分以本水平穿脉运输巷两侧布 置凿岩巷 ， 垂直矿体走 向凿垂直扇形孔 ， 前进式向上 盘崩落 ， 穿脉运输巷顶部 由中深孔直接形成桃形矿 柱 ， 凿岩巷道形成堑沟后 ， 由本水平出矿 口出矿 ．凿 岩采用 Y G Z一 9 0中深孔凿岩机配 T J一 2 5台架 在上 水平凿岩道 内施工上 向垂直扇形孔爆破。爆破方式 采用孔内导爆管 、 孔外导爆索 的毫秒微差起爆网路 ， 使用 2号岩石硝铵炸药 ， B Q F一1 0 0型装药器装药 ， 装药密度 0 ． 8～1 ． 1 k g ／ d m 。实际取 0 ． 9 k d m ， 钻 孔直径为 6 2 m m， 装药系数取 0 ． 7 。出矿方式为铲 运机 出矿 。 4 爆破参数的选择 。从设计上保证安全要求 及爆破的可靠性， 降低大块率、 提高回采率、 降低贫 化率 。为尽可能控制爆破后 的矿石块度 ， 采用小排 距 、 大孔底 距 的方案 ， 取排距 1 ． 8 n l ， 孔底距取 2 ． 5 m。采用联合起爆法 ， 为保证起爆 的稳定性 ， 本次爆 破采用连续装药 ， 孔内导爆管雷管起爆 ， 孔外导爆索 传爆 ， 毫秒延期导爆管分段引爆 。网络连接时 ， 所有 雷管均为双发连接， 以保证传爆过程的可靠。为使 孔内爆轰稳定， 在孔内全孔加设导爆索。整个网络 使用双发导爆管雷管起爆。每次起爆 3排炮 孔 ， 每 排扇形孔采用簇联 网络 ， 即将 每排孔 的导爆管 的末 端用胶 布捆绑 在主导爆索上 ， 接 触长度应 大于 4 0 e m。凿岩爆破基本参数见表 1 。 表 1 凿岩爆破参数 5 空区处理及矿柱 回采。为最大程度 回收矿 石 ， 不考虑预留顶柱 ， 顶柱随采场 中深孔落孔一同采 下。在矿房回采完毕后考虑将矿壁 回收成点柱 ， 矿 壁采用沿走向凿岩巷道以相临已采矿房为补偿空间 回收后形成 点柱作为永久损失 。由于矿体倾 角较 缓 ， 对于采空区的风险而言 ， 主要风险在于一旦出现 大面积空区垮塌会形成空气冲击波对作业人员和场 所形成危险， 因此待矿块 回采完毕后 ， 采用封闭空区 的方式进行处理采空区。在穿脉运输巷 口采用施工 隔离墙的方式 ， 穿脉运输巷 口施工 2层混凝 土隔离 墙 ， 且在 2层隔离墙 内以废渣进行充填以避免空气 冲击波带来的危 险。一方面隔离采空区， 另一方面 确保通风系统不因采空区漏风造成通风短路 。 6 技术经济指标。采场地质矿量 1 1 1 4 2 0 t ， 设计采矿量 9 7 4 8 3 ． 4 t ， 采切工程量 4 7 0 m， 回采率 8 7 ． 5 ％ ， 千吨采切比4 ． 8 m／ k t 。 4 试验成果及技术经济指标对 比 对于中厚 以上矿体采用垂直走 向布置的中深孔 凿岩的阶段空场法 ， 该方法作业条件安全可靠 ， 施工 操作简单 ， 采切比较低 ， 回采率高 ， 成本较低 ， 且施工 人员避免了前期采用留矿法时直接暴露在大面积的 采场空间下 ， 安全性得到了很大的提高 ， 且大大降低 了工人的劳动强度。采用垂直走向布置的中深孔凿 岩的阶段空场法和原先留矿法经济技术指标对比见 表 2 。 表 2 阶段空场法和 留矿法技术经济指标对 比 指标 ／ t ／ d 卷 指标矿 能 力 ， ⋯ ⋯ 一 矿 石 采 矿采 准 、 回采 矿 直 贫 化 率损 失 率采 周 期接 成 本 ／ ％ ／ ％ ／ 月 ／ 元／ t 2 3 总第4 3 4期 垒 取 砖 2 0 1 2年第 8期 从表 2看出， 虽然垂直走向布置 的中深孔凿岩 的阶段空场法贫化损失率较浅孔 留矿法大 ， 但采切 比与采矿成本与其相差无几 ， 矿块 的出矿能力却较 其提高了2倍。生产能力的大小与企业效益密切相 关 ， 效率的提高意味着矿山其他成本摊销的降低 ， 为 企业的高效发展奠定了基础。 5 结论 1 优化方案取得了较好的技术经济成果。此 种方法将矿块分成 了两个部分 进行 中深孔爆破 回 收， 以切割槽为界线 ， 靠近矿体上盘在本水平施工采 准工程 ， 靠近矿体下盘的矿体施工上水平采准工程 进行凿岩爆破 ， 通过这种方式 ， 使靠近矿体上盘的矿 体回采下后使用堑沟的放 矿方式 ， 而位于矿体下盘 附近的回采下的矿石采用了底部漏斗的方式进行放 矿 。一个矿块采用了二种放矿方式 ， 一方面采场生 产效率较高， 另一方面基本解决了中段高 2 0 t n 而 中 深孔最大凿岩深度无法达到 的困境 ， 达到 了不改变 现有开拓系统而进行采矿方法优化的 目的。 2 较好地解决 了因矿体倾 角较 缓 ， 爆破 回采 下的矿石无法 自溜而大量堆积于底板造成 的采场采 下损失 ， 较好地保证了回采率的要求。 3 通过该矿块 的采切及 回采试验表 明， 该 方 法没有对原有开拓系统进行变更 ， 适应性较强 ， 与原 开拓系统能够很好地结合。 4 采用放 矿漏 斗放 矿时， 偶尔会 出现漏斗卡 堵的情况 ， 对漏斗上部卡堵处理较 困难 。主要原 因 ” “十“ ”“ ” 在于在爆破参数选择 时， 最小抵抗线及孔底距选择 偏大从而造成爆破后的块度过大 ； 另外 由于中段高 度较高 ， 在采用中深孔施工时， 采场边角部位有部分 矿石不能成功落下 ， 造成 了一定的损失。 5 矿山将进一步考虑底部结构 的优化及爆破 参数的校核 ， 使该方案更完善可靠 。 参考文献 [ 1 ] 采矿手册 编辑委员会 ．采矿手册[ M] ． 北京 冶金工业出 版社 ， 1 9 9 6 ． [ 2 ] 周 昌达 ．井巷工程 [ M] ．北京 冶金工业 出版社 ， 1 9 7 8 ． [ 3 ] 宁恩渐 ．采掘机械[ M] ．北京 冶金工业 出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 4] 解世俊 ．金属 矿床 地下 开采 [ M] ．北京 冶金 工业 出版 社 ， 1 9 8 6 ． [ 5 ] 采矿设计手册 编委会 ．采矿设计手册 [ M] ．北京 中国建 筑工业出版社 ， 1 9 8 8 ． [ 6 ] 龚 浩源． 缓倾 斜 中厚矿 体 开采 新 方 案 [ J ] ． 世 界采 矿快 报 ， 2 0 0 0， 1 6 8 2 5 7 _ 2 5 9 ． [ 7] 阳雨平 ， 吴爱 祥． 浅析 国 内缓 倾斜 中厚 矿体 回采现 状及 进展 [ J ] ． 黄金 ， 2 0 0 2 ， 2 3 1 1 4 - 1 7 ． [ 8 ] 尹升华， 吴爱祥 。 缓倾斜中厚矿体采矿方法现状及发展趋势 [ J ] ．金属矿山 ， 2 0 0 7 1 2 1 0 1 3 ． [ 9 ] 潘长 甲． 关 于缓倾斜厚大矿体采矿方法的探讨 [ J ] ． 金属 矿 山， 2 0 0 1 4 1 9 _ 2 1 ． [ 1 0 ]黄胜生． 国内外 缓倾斜 中厚 矿体采 矿方法现状 [ J ] ． 矿业 研究 与开发 ， 2 0 0 1 ， 2 1 4 2 1 _2 4 ． [ 1 1 ]胡际平． 国外缓倾抖中厚矿体采矿方法的新发展[ J ] ． 化工矿 山技术 ， 1 9 8 9， 1 8 1 7 - 1 0 ． 收稿 日期2 0 1 2 - 0 6 - 1 7 上接第 2 0页 矿法 ， 安全回采了大部分间柱矿石 ， 为矿 山赢得了较 大的经济效益。 2 生产后期的矿柱 回收成为了延长矿山服务 年限以及保障生产能力的重要手段 ， 同时提高 了非 再生资源的回收率 ， 有较大的社会效益。 3 矿柱 回收虽然具有较大 的社会经济效益 ， 但由于矿房的回采 ， 矿柱地压分布变得异常复杂， 空 区形态也较为复杂 ， 回采时安全尤为重要 ， 因此矿柱 的回收必须加强施工管理 ， 把安全生产作为第一工 作要求 ， 要合理确定 回收顺序 ， 以实现安全、 高效、 高 回收率地 回采矿柱 。 ” ”””“ “” ”” 参考文献 [ 1 ] 刘胜光， 郭广军， 等．山东焦家金矿残矿回收技术的研究[ J ] ． 黄金科学技术 ， 2 0 1 0 ， 1 8 1 8 O 一 8 2 ． [ 2 ] 杨彪 ， 罗周全 ， 等 ．凡 口铅锌矿残矿 回收技术研究[ J ] 矿业 工程研究 ， 2 0 0 9， 2 4 4 1 8 -2 0 ． [ 3 ] 潘 思贵 ．平果铝土 矿残矿 成 因及 残矿 回收实残 [ J ] ．金属 矿 山 ， 2 0 0 5 9 1 4 8 - 1 5 1 ． [ 4 ] 吴贤振， 冯锐， 等．武山铜矿下向进路充填采矿法采场顶板 爆破震动效应研究[ J ] ． 黄金 ， 2 0 0 9 ， 3 0 1 2 6 - 2 8 ． [ 5 ] 林友， 况世华， 等 ．上向分层进路充填采矿法在木利锑矿的 应用[ J ] ．昆明冶金 高等专科学校学报 ， 2 0 1 1 ， 2 7 5 7 - 9 ． [ 6 ] 采矿设计手册 编委会 ．采 矿设计 手册 [ M] ．北 京 中国建 筑工业出版社 ， 1 9 8 9 ． 收稿 日期2 0 1 2 -0 5 - 2 7