某小型地下铁矿采矿方法选择.pdf

S e fi a l N o ． 5 7 8 J u n e ． 2 01 7 现代矿业 M0DERN MI NI NG 总 第5 7 8期 2 0 1 7 年 6月第 6期 采矿 工 程 某小型地下铁矿采矿方法选择 刘贞表 常 剑 1 ． 中钢集团马鞍 山矿 山研究院有限公司； 2 ． 金属矿 山安全与健康国家重点实验 室 摘要采矿方法对矿山生产规模、 矿石损 失率、 贫化率、 劳动效率、 成本及安全等有很 重要的 影响。通过对某小型地下铁矿影响采矿方法选择的主要 因素分析并对 多种采矿 方法进行比选 ， 最 终选择 了矿 山最适用的分段采矿法， 并论述了分段采矿 法的采场布置、 采准、 切割、 回采等工艺， 取 得了较好的技术经济指标， 对其他类似小型地下矿山具有一定的参考价值。 关键词 小型地下铁矿采矿方法比选分段采矿法 S e l e c t i o n o f t h e M i n i n g M e t ho d o f a Sm a l l Un de r g r o un d I r o n M i ne L i u Z h e n b i a o ’ C h a n g J i a n ， 1 ． S i n o s t e e l Ma a n s h a n I n s t i t u t e o f Mi n i n g R e s e a r c h C o ． ， L t d ． ； 2 ． S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f S a f e t y a n d H e a l t h f o r M e t a l Mi n e s Abs t r a c t T he i n flu e n c e o f mi n i n g me t h o d t o t h e f a c t o r s o f mi n i n g p r o d u c t i o n s c a l e， o r e l o s s r a t i o， d i l ut i o n r a t e， l a b o r e ffi c i e n c y， p r o d uc t i o n c o s t a n d s afe t y i s i mpo r t a n t ． Ta k i n g a s ma l l u n d e r g r o u n d i r o n mi n e a s t he s t u d y e x a mp l e， t he a f f e c t i n g f a c t o r s o f t h e s e l e c t i o n o f mi n i n g me t h o d a r e a n a l y z e d， a n d t h e o p t i mi z a t i o n s e l e c t i o n o f mi n i n g me t h o d o f t h e mi n e i s c o n d u c t e d， t h e mo s t o n e t h a t i s s u i t a b l e for t h e mi n e i s o b t a i n e d fin a l l y．Be s i de s t h a t ， t h e p r o c e s s o f s t o pe l a y o u t ， s t o p e p r e pa r a t i o n， c u t t i ng， s t o p i n g o f s u b l e v e l mi n i n g me t h o d a r e d i s c u s s e d i n d e t a i l ， a n d t h e i d e a l e c o n o mi c al t e c h n i c a l i n d i c a t o r s a r e o b t a i n e d b y t h e p r a c t i c e o f t h e mi ni n g a r e a ． T he a b o v e d i s c u s s i o n r e s u l t s c a n p r o v i d e s o me r e f e r e n c e for t he o t he r s i mi l a r u n de r g r o u nd mi n e s ． Ke y wor ds S mall u nd e r g r o un d i r o n mi n e，Op t i mi z a t i o n s e l e c t i o n o f mi n i n g me t h o d，S u b l e v e l mi n i n g me t h o d 我国铁矿石资源总量相对丰富， 但可供开发利 用的资源短缺。铁矿石资源总体呈现以下特征 品 位较低， 截至 2 0 1 6年底， 我国铁矿石平均品位为 3 1 ． 3 0 ％ ， 远低于巴西 、 俄 罗斯 、 印度等 国家 ， 也低于 世界铁矿石品位平均水平 ； 贫矿多 ， 富矿少 ， 贫矿资 源储量 占总储量的 8 0 ％ ； 中小型矿多 ， 大型、 特大型 矿少 ； 矿石类型复杂 ， 难利用的铁矿多。根据 国土资 源部 关于调整部分矿种矿山生产建设规模标准的 通知 国土资发 [ 2 0 0 4 ] 2 0 8号 ， 铁矿 地下开采 生产建设规模小于 3 0万 t ／ a属于小型地下铁矿 。 我国小 型地下铁矿数量众多 ， 由于规模小 ， 技术 刘贞表 1 9 8 3 一 ， 男 ， 工程 师， 2 4 3 0 0 0安徽 省马鞍 山市经 济技术 开发 区西塘路 6 6 6号。 水平 、 管理水平不高 ， 盈利能力低 ， 所 以采矿方法 的 选择尤为重要， 其合理、 正确与否将直接关系到企业 的经济效益。影响采矿方法选择的因素有很多 ， 如 矿体赋存条件、 开采技术条件等， 对于小型地下铁 矿， 还应综合考虑矿山企业 的技术水平 、 管理水平、 采矿成本等因素。本文结合具体矿 山实例 ， 对影响 采矿方法选择的主要 因素逐项分析研究 ， 从而确定 最适应矿山实际的采矿方法。 1 矿 山资源储 量及开采规模 某矿山保有 1 2 2 b 3 3 1 3 3 23 3 3 类铁矿石 量 1 5 1 ． 4 8万 t ， 矿石品位 T F e为 4 0 ． 2 4 ％。其中， 1 2 2 b类为 3 ． 1 5万 t ， T F e 为 3 5 ． 6 8 ％； 3 3 1 类为4 5 ． 5 7 万 t ， T F e为 4 0 ． 3 2 ％ ； 3 3 2类 为 2 1 ． 1 9万 t ， T F e为 4 2 ． 1 3 ％ ； 3 3 3类为 8 1 ． 5 7万 t ， T F e为 3 9 ． 9 0 ％； 伴 生 53 总第 5 7 8期 现代矿业 2 0 1 7年 6月第 6期 WO 3 金属量 为 1 0 6 6 ． 3 3 t ， 平均 品位为 0 ． 0 8 2 ％ ； 伴 生 A g 金属量为 7 9 5 8 ． 4 5 k g ， 平均 品位为 6 ． 1 2 g ／ t ； 伴生硫元素量为 5 ． 3 7万 t ， 平均品位为4 ． 1 0 ％。矿 山开采规模为 1 O万 t ／ a ， 服务年限为 1 3 a 。 2 影响采矿方法选择的主要因素分析 2 ． 1 矿体赋存条件 矿体赋存条件各要 素中， 矿体倾角主要影响矿 石在采场 内的运搬方式 急倾斜矿体 可利用矿石 自 重运搬； 缓倾斜矿体可采用电耙运搬； 倾角小于 1 0 。 的矿体可采用无轨设备运搬。矿体厚度主要影响落 矿方法的选择和矿块的布置方式。矿体赋存条件对 采矿方法选择 的影响见表 1 _ 1 J 。 本矿山主矿体为 I 矿体 ， 平面上呈带状延伸， 由西向东侧伏。矿体呈透镜状、 脉状， 走 向 S E E ， 倾 向 N N E， 倾角为 3 0 。一5 0 。 ， 属倾斜 矿体。矿体走 向 长度为 6 6 0 ． 0 m， 实际控制长度 为 5 6 0 ． 0 m， 平均见 矿厚度为 1 6 ． 4 4 m， 属厚矿体。矿体沿倾向延伸， 平 均倾 向延伸 9 5 ． 0 m， 赋存标 高为 3 4 6 ． 0～一4 0 ． 0 m。由表 1 可知 ， 较适应的采矿方法有分段法 、 阶段 矿房法 、 分层崩落法 、 分段崩落法、 阶段崩落法 、 点柱 充填法 、 上 向分层充填法 、 阶段充填法。 2 ． 2 矿山开采技术条件 2 ． 2 ． 1 水文地质条件 铁矿床位于大佛堂背斜北东倾伏端 ， 高坦深断 裂带南侧， 地处溶蚀中高丘， 山体标高为 2 0 0～ 4 6 3 m， 坡度 为 2 0 。一4 O 。 。区内最低排 水基准 面 标高为 8 2 ． 5 m， 远离地 表水体 ， 自然排水条件 良 好 。 表 1 矿体赋存条件对 采矿方法选择影 响 矿区位于当地侵蚀基准 面以上 ， 地形 有利于排 水 ， 地表局部地段出露碳酸盐岩类地层 ， 部分大气降 水沿岩溶裂隙发育段下渗， 补给地下水。矿区内构 造断层不发育 ， 矿体直接顶板为寒武系下统黄柏岭 组中白云质灰岩 、 大理岩 、 碳 质页岩、 硅质页岩及泥 灰岩， 富水性极弱， 透水性差； 下伏地层为花岗岩体 隔水 。总体矿床水文地质条件简单。对采矿方法的 选择影响较小。 2 ． 2 ． 2 工程地质条件 矿 山开采技术条件各项条件中 ， 对采矿方法选 择影响最大 的是工 程地质 条件。在 工程地 质条件 中， 矿石和围岩的稳固性是关键因素， 决定着采场地 压管理方法 、 采矿方法 、 采场构成要素及落矿方法 。 矿岩稳 固性对采矿方法选择的影响见表 2 。 矿山主矿体赋存于寒武系黄柏岭组工程地质岩 组 中， 黄柏岭组 中的泥灰岩为矿体间接顶板 ， 白云质 大理岩为矿体直接顶板 ， 矽卡岩、 矽卡岩化大理岩为 5 4 表2 矿岩稳固性对采矿方法选择影响 稳 固 稳 固 中等稳 固 或不 稳固 不稳固 稳 固 不稳 固 稳 固 不稳固 空场法 崩落 法 崩落法充填法 空场 法 分段法 、 阶段矿 房法 、 阶段 自然 崩落法 下 向进路充填 法 、 分层崩落法 空场法 矿体直接底板。岩石物理力学测试表 明， 黄柏岭组 ∈ h 中泥灰岩抗压强度为 4 0 ． 3～ 7 6 ． 2 MP a ， 白云 质大理岩抗压强度为 4 6 ． 3～5 5 ． 1 MP a ， 矽卡岩 、 矽 卡岩化大理岩抗压强度为 4 4 ． 7～9 8 ． 4 MP a ， 磁铁 矿 石抗压强度为 5 8 ． 2 MP a ， 属较坚硬一 坚硬 ， 工程地 质 稳定性好。本矿 山矿石及 围岩均 为稳 固型， 由表 2 可知 ， 较适应的采矿方法为空场法 ， 可排除崩落法 。 2 ． 2 ． 3 环境地质条件 矿 区内地表植被茂盛 ， 植被覆盖率 8 0 ％左 右 ， 未见有滑坡 、 崩塌 、 泥石流等地质灾 害 ， 总体上环境 刘贞表常剑 某小型地下铁矿采矿方法选择 2 0 1 7 年 6月第6期 地质条件较好。矿床位于低 山丘陵区， 地表多为荒 山， 无重要建 构 筑物 ， 地表允许陷落 。由此可见 ， 本矿山没必要采用充填法 ， 加之本矿 山矿石品位较 低， 价值不高， 而充填法采矿成本较高， 从而影响矿 法为充填法。 3 采矿方法比选 通过以上对矿体赋存条件和开采技术条件 的分 析， 排除了崩落法和充填法， 仅余空场法中的分段采 山经济效益 ， 经济上不合理。所以， 可排除的采矿方 矿法和阶段矿房法 ， 二者 比选见表 3 。 表 3 采矿方法比选 由表 3 可知， 2 种采矿方法都较为成熟， 各有优 缺点。但考虑 到矿山规模不大 ， 技 术 、 管理能力不 强 ， 推荐采用生产能力满足矿山规模要求 、 管理工作 较简单且采矿成本较低 的分段采矿法 。 4 分段采矿法工艺 4 ． 1 矿块结构参数 矿块垂直走 向布置 ， 长 5 0 m， 宽 1 5 m左右 ， 中 段高 4 0 m， 顶柱高 6 m， 底柱高 6 m， 间柱宽 6 m， 分 段高度为 5 m， 漏斗间距为 6～ 7 m。分段采矿法示 意见图 1 。 3 厂 Ⅲ I．I 厂Ⅱ LⅡ 图 1 分段 采矿 法示意 单位 m 1 一拉底巷道 ； 2 一分段凿岩巷道 ； 3 一通风人行天井 ； 4 一漏斗颈 ； 5 一切割天井 4 ． 2采准切割 在矿体两侧掘天井直至上中段 ， 每隔 5 m高度 掘凿岩平巷贯通 。在底 部出矿巷道两侧相距 67 ／ l cl 掘出矿进路 ， 对称 布置。在出矿 进路 中上掘漏斗 斗穿 ， 直至底柱 6 m高处掘切割巷道 ， 然后拉切割空 间 ， 劈漏 ， 形成拉底 空间。在矿块 中部 上掘切割天 井 ， 直至第一分段 ； 然后拉切割槽直至矿块两侧。掘 进平巷采用 Y T 一 2 7型风动凿岩机 ， 工作气压为 0 ． 6 3 MP a ， 工 作 水 压 为 0 ． 3 M P a ， 适 宜 凿 孔 3 4 ～ 5 m m， 最大凿孑 L 深度为 5 m。 强制通风采用 J K 5 8 1 N o 4 ． 5型局扇 ， 电动机 功 率为 1 1 k W， 风量为 3 ． 1～ 5 ． 0 1T I ／ s ， 全压为 1 2 9 5～ 2 0 9 3 P a ， 送风距离为 3 0 0 m。天井采用 Y S P - 4 5型 上向凿岩机钻凿。 4 ． 3回采工 作 矿体 自上而下、 从 中间 向两侧退采 。凿岩采用 Y T _ 2 7型风动凿岩机 ， 配 F M． 1 4 0 B型气腿 ， 钎头直径 为 3 8 m m， 一字形 ， 钎杆为 中空圆形钢管 ， 钎杆组为 0 ． 8 ， 1 ． 5 ， 2 ． 0 m。炮孔垂直上 向平行布置 ， 炮孔抵抗 线为 0 ． 6 0 ． 7 m， 孔深 1 ． 8 2 ． 0 m， 每次爆破 3 5～ 4 0个孔 ， 崩矿量约 1 4 0 t 。爆破采用乳化炸药 ， 微差 非 电导爆系统 ， 一次点火起爆 ， 每 日爆破一次 。 4 ． 4采场通 风 采场新鲜风流由运输巷道通过天井进入凿岩巷 道 、 工作面 ， 污风经另一侧天井进入上一 中段 回风平 巷 ， 最后经回风井排出地表 。 4 ． 5出矿 爆破后 ， 利用重力将上分层矿石落到拉切割空 间漏斗 ， 再装上矿车。 4 ． 6 矿柱 回收与采空区处理 矿柱 回采原则上应根据矿房顶板矿岩稳定性情 况酌情回收。在稳定性较好的前提下 ， 可对顶、 底柱 进行有条件回收 ， 间隔矿柱少量回收。 矿山在每一中段开采结束后， 利用采切废石回 填采空区并进行密闭处理 ， 预 留排水孔 ， 防止空区积 水 ， 定期观测 ， 发现异常应及时处理。 5 5 总第 5 7 8期 现代矿业 2 0 1 7年 6月第 6期 4 ． 7 安全技术措施 1 局部放矿时 ， 放 矿工必须 与平 场工密切联 系， 时刻关注矿堆变化过程 ， 发现空洞 ， 立即处理 。 2 遇矿石 围岩不够稳 固时 ， 必 须采取横撑支 柱或其它加固方法 ， 确保采场凿岩工安全。 3 采场放矿完毕 ， 要及时封闭漏斗 ， 防止矿石 落下伤及人员或损坏设备 。 4 每次爆 破结 束后 ， 打 眼之前 ， 一 定要 先撬 顶 ， 查看矿体完整情况 ， 防止浮石 下落掌子面 ， 危害 职工人身安全。 4 ． 8 主要技术指标 分段采矿法主要技术指标见表 4 。 表 4 主要技术 指标 5 结论 通过对影响采矿方法选择的主要 因素分析以及 采矿方法比选 ， 确定 了矿 山最适用的分段采矿法 ， 对 矿 山采矿生产具有指导意义 ， 对其他类似矿 山具有 一 定的参考价值。在采矿方法选择时 ， 应对影响采 矿方法选择 的主要因素矿体赋存条件和矿山的工程 地质条件重点分析研究 。对于小型地下铁矿 ， 还应 综合考虑矿山企业的技术水平、 管理水平、 采矿成本 等因素， 尽量选择技术成熟、 管理方便、 采矿成本较 低 的采矿方法 。 参考文献 [ 1 ] 张富民． 采矿设计手册 [ M] ． 北京 中国建筑工业出版社， 1 9 8 6 ． 收稿 日期 2 0 1 7 - 0 4 - 0 2 上接第 4 6页 素， 莫霍面位置的升降起伏直接影 响着地幔供热能量， 后敖峪一朱庄一带莫霍面埋深 约4 0 k m 图3 ， 自西向东逐渐变薄， 莫霍面相对抬 升 ， 提高了地幔供热能量 。大面积 岩浆岩体 的存在 是地热资源形成的一个重要 因素。太古代晚期旋回 多个花岗岩组合岩体 分布基底 ， 形 成了 自下 而上 的 热源 。钻井过程 中控 制热储层 的岩性 为花 岗片麻 岩、 花岗闪长岩。水分析结果显示， 岩石中含有 R a 、 R n 、 U、 T h 。对于岩浆岩而言时代越久远 ， 所 含放 射 性元素的丰度便越高 。在几种常见 的岩石 中 ， 花 岗 岩的生热率 热导率 最高， 可达 2 ． 7 2 1 W ／ m ℃ ， 砂岩的生热率为 2 ． 0 1 0 W／ m ℃ 。岩石 所含放射性元素衰变产生的热在地下积聚是形成热 源的重要原 因， 可认 为岩石放射性热 能是地热形成 的一个 重要 因素 。 图3 奠霍面深度等值线 区内地热成因为大气降水在补给区通过断层或 断层破碎带 向下渗透 ， 地下水在循环过程 中不断 吸 取 围岩热量形成的具有一定温度的热水 ， 在具有足 56 够的水量和一定循环深度 的条件下 ， 在形成一个环 流系统之后， 在断层交汇或构造有利部位形成地热 点。因此地热形成的必备条件为 ①断层发育， 裂隙 系统多且出露地表 ， 在雨 季可以较 短的时间汇聚足 够的大气降水和地表水 ； ②导水性 良好 ； ③裂隙系统 中发育具有汇水和导水功能 的主干断裂 ， 该类 主干 断裂为大气降水向地下深处径流的通道； ④主干断 裂或断层及其四周发育的次一级断层或断裂具有向 主干断层或断裂输送地下水的作用。 6 结语 对后敖峪一朱庄一带地质特征 、 地温场特征 、 地 球化学特征进行 了详细分析 ， 并对地热成 因进行 了 研究 ， 认为该 区水化学类 型为 C l S 0 一 N a型水 ， 硅 水 、 氟水 ， 地热形成的必备条件为足够的水量和一定 的循环深度 、 地质构造条件需满 足地下水 受迫对 流 的要求 。 参考文献 [ 1 ] 张德 忠， 刘志刚， 卢柳红 ， 等 ． 河北省地热 【 M] ． 北京 地质 出版 社 ， 2 0 1 3 ． [ 2 ] 周立岱． 中低 温地热 系统 形成机 制及评 价研 究 [ D] ． 阜新 辽 宁工程技 术大学 ， 2 0 0 5 ． [ 3 ] 宋敬驰， 牛作亮． 综合物探法在地热资源勘探中的应用[ J ] ． 现 代矿 业， 2 0 1 6 4 1 7 6 1 7 7 ． 【 4 ] 周毅， 刘金辉， 孙占学， 等． 阳江新洲地热田花岗岩基底放射 性生热率特征[ J ] ． 现代矿业， 2 0 1 6 8 1 6 4 - 1 6 5 ． [ 5 ] 中华人 民共和 国国家质 量监 督检验 检 疫总局 ， 中国 国家标准 化 管理委 员会． G B ／ T 1 1 6 1 5 --2 0 1 0地 热 资源 地质勘 查 规 范 [ S ] ． 北京 中国标 准 出版社 ， 2 0 1 1 ． 收稿 日期 2 0 1 7 -04 -05