石人沟铁矿三期工程采矿方法选择.pdf

S e r i e s No ． 4 39 J a n u a r y 2 0 1 3 金 离 砖 METAL MI NE 总 第4 3 9 期 2 0 1 3 年第 1期 石人 沟铁 矿 三期 工程 采矿 方 法选择 张建勇 苏建军 中 台京诚 秦皇岛 工程技术有限公司 摘要分析比较了石人沟铁矿三期工程选用分段空场嗣后充填法与无底柱分段崩落法的优缺点， 并进行了 经济技术比较。结果表明 采用分段空场嗣后充填法， 较无底柱分段崩落法资源利用率高、 基建投资少、 效益好、 占 地少、 不搬迁村庄 、 尾矿得到综合利用、 井下排水量小 ， 推荐选用分段空场嗣后充填法。石人沟铁矿需对已有的三 期开拓工程做必要的调整， 以满足调整后的分段空场嗣后充填法。 关 键词分段 空场嗣后充填 法无底柱 分段 崩落法尾矿库开拓 系统 Mi n i n g me t h o d s e l e c t i o n f o r T h i r d P h a s e P r o j e c t o f S h i r e n g o u I r o n Mi n e Z h a n g J i a n y o n g S u J i a n j u n MC C C a p i t a l E n g i n e e r i n gR e s e a r c h I n c o r p o r a t i o n Q i n h u a n g d a o C o ． ， L t d ． Ab s t r a c t T h e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f s u b l e v e l o p e n s t o p i n g wi t h s u b s e q u e n t b a c k fi l l i n g a n d s u b l e v e l c a v in‘g m e t h o d s e l e c t e d b y T h i r d P h a s e P r o j e c t o f S h i r e n g o u I r o n Mi n e i s a n a l y z e d a n d c o m p a r e d ， a n d t h e e c o n o mi c a n d t e c h n i c a l a n a l y s i s i s ma d e ． T h e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e s u b l e v e l o p e n s t o p i n g wi t h s u b s e q u e n t b a c k fi l l i n g h a s t h e a d v a n t a g e s a s h i g h _ e r r e s o u r c e u t i l i z a t i o n r a t i o， l e s s i n v e s t me n t i n c a p i t a l c o n s t r u c t i o n， h i g h e r b e n e fi t ， l e s s l a n d o c c u p i o n， n o r e l o c a t i o n v i l l a g e， c o mp r e h e n s i v e u t i l i z a t i o n o f t a i l i n g s ， s mall e r wa t e r d i s c h a r g e t h a n t h a t o f t h e s u b l e v e l c a v i n g me t h o d ． S o t h e s u b l e v e l o p e n s t o p i n g w i t h s u b s e q u e n t b a c k fi l l i n g i s r e c o m me n d e d ． S h i r e n g o u I r o n M i n e s h o u l d ma k e n e c e s s a r y a d j u s t me n t f o r t h e p r e s e n t T h i r d P h a s e P r o j e c t d e v e l o p m e n t w o r k t o m e e t t h e s u b l e v e l o p e n s t o p i n g w i t h s u b s e q u e n t b a c k fi l l i n g ． Ke y wo r d s S u b l e v e l o p e n s t o p i n g wi t h s u b s e q u e n t b a c k fil l i n g， P i l l a r l e s s s u b l e v e l c a v i n g me t h o d ， T a i l i n g p o n d ， D e v e l o p me n t s y s t e m 1 地质概况 石人沟铁矿矿体赋存于太古界迁西群马兰峪组 片麻岩中。磁铁石英岩矿体与角闪斜长片麻岩岩层 相互平行产出， 开采范围内有 M 。 ～ M 号 5层矿体， 属多层矿， 矿体内夹层为黑云角闪斜长片麻岩、 含铁 斜长片麻岩、 磁铁石英岩及中基性岩脉。 矿体走向近南北， 向西倾斜， 倾角 5 0 。 ～ 7 O 。 ， 平 均倾角 6 O 。 ， 属急倾斜矿体 ， 矿体最大斜深达 9 1 0 I n ， 走 向长约2 7 0 0 m。 该矿为鞍 山式变质铁矿 ， 矿石 自然类 型为石英 岩型磁铁矿石 。岩石普 氏硬度 系数f61 0， 矿石 普氏硬度系数_厂 1 0 1 2 ， 矿体与围岩均比较稳固。 2 矿 山开采现状 石人沟铁矿于 1 9 7 5年7 月建成投产 ， 采用露天 开采 ， 矿山设计规模 1 5 0万 t ／ a ， 矿 山经过近 3 0 a的 生产， 目前露天开采已结束， 石人沟铁矿露天转地下 开采分三期进行建设 。 地下一期工程开采范围为南区 1 6号勘探线以 南 0～一6 0 i n中段 ， 规模 为年产铁矿石 6 0万 t ， 竖 井开拓， 建有主井、 副井和南风井各 1 条， 采用浅孔 留矿法采矿。 地下二期工程开采范围为北区 1 6号勘探线以 北 一 1 6 一一 6 0 in中段之间矿体， 规模为年产铁矿 石 7 0万 t ， 斜井开拓， 建有 主斜井、 措施井 、 北风井各 1 条 ， 采用浅孔留矿法采矿。一 、 二期工程开采 已进 入尾声 。 地下三期工程开采范 围为 一 6 0～一1 8 0 m中段 的矿体， 规模为年产铁矿石 2 0 0万 t ， 2 0 0 5 年设计采 用主井、 副井、 辅助斜坡道开拓方案， 主井为新掘三 期主井， 副井为新掘三期副井， 无底柱分段崩落法采 矿， 并进行了基建工作。 张建勇 1 9 8 l 一 ， 男， 工程师， 0 6 6 0 0 4河北省秦皇岛市经济技术开采 区。 总第4 3 9期 金 属 矿 山 2 0 1 3年第 1 期 受尾矿库及地表错动界线范围内征地困难等因 素的影响， 2 0 0 8年在开拓系统不变 的情况下将采矿 方法由无底柱分段崩落法调整为分段空场嗣后充填 采矿法。目 前基建工程即将结束。 3采矿 方法的选择 3 ． 1 概述 根据石人沟铁矿的矿体赋存条件和矿山开采现 状 ， 三期工程适合 的采矿方法有无底柱分段崩落法 、 阶段强制崩落法 、 上 向水平分层充填法和分段空场 嗣后充填法等。 我国从上世纪 5 0年代就开始广泛使用崩落采 矿法 ， 而且发展很快。 目前无底柱分段崩落采矿法 在我 国已经是一种被广泛应用 的采矿方法 ， 该采矿 方法是一种技术先进 ， 生产安全 ， 经济效益较好的高 效率采矿方法。充填采矿法在上世纪5 0年代起步， 6 0年代 由于水砂充填 、 胶结充填工艺 的试验推广 ， 在我 国大型骨干有色金属矿 山相继应用 ， 7 O年代末 到 8 0年代 ， 由于铲运机等无轨设备的引进 ， 把充填 法的效率提高到一个新的水平。随着我国铁矿石市 场的持续走强， 生产灵活、 矿石损失贫化小、 效率高 的阶段空场嗣后充填法 、 分段空场嗣后充填法在黑 色矿山也逐渐得到了应用。 2 0 0 5年根据 当时的矿 山建设条件 ， 设计选择采 矿成本较低的无底柱分段崩落法 ， 2 0 0 8年受尾矿库 及地表错动界线范围内征地 困难等因素 的影响 ， 无 底柱分段崩落法 已不适合石人沟铁矿 三期工程 ， 需 对采矿方法进行调整， 调整采矿方法时需解决 以下 几个困扰石人沟铁矿的问题 1 尾矿库 征地难 度大 、 征 地建设 费用 巨大。 石人沟铁矿 为一个采选 联合 企业 ， 矿 山设计 规模 2 0 0万 t ／ a ， 矿山最终产品为单一铁精矿 ， 经计算 ， 每 年产出尾矿 9 5 ． 6 8万 t 。矿山尾矿库位于矿 区西部 5 k m处 的西大峪山沟 内， 设计库容 3 0 5 0 m 。 ， 有效 库容 2 3 0 0万 m 。 ， 目前已使用 1 8 0 0 m ， 由于附近小 选厂 、 小矿 山 的排 尾 、 排矸 ， 剩余 有效 库容 1 6 5万 m ， 按三期工程年排尾量 4 5～ 6 0万 m 计算， 现有 尾矿库仅能使用约3 a ， 但三期工程服务年限为2 6 a ， 矿 山马上面临扩容征地 问题。根据 目前 土地政 策 、 当地形势及占地乡村 的态度 ， 征地的难度及费用 相 当大 。 2 尾 矿库 运营 费用大 。尾矿 输送 距离 为 5 k m， 沿途经过几个村庄 ， 每年补偿费用达数百万元 ， 每2 a 尾矿库坝加高的工程费、 补偿费达数十万元。 尾矿库的管理和运行费用会更高 ， 加重了企业负担 。 3 采场地表征地费用高。采用无底柱分段崩 落法开采 ， 最终引起地表塌陷 ， 矿山必须事先进行征 地 ， 迁移地表错动界线范 围内的民居， 且地表有大量 的栗子树 ， 其征地费用 、 补偿费用巨大。 根据上述影响矿 山开采的因素 ， 初步将采矿方 法调整为分段空场嗣后充填法 ， 并对 2种采矿方法 进行了技术经济综合 比较。 3 ． 2 2种采矿方法的使用条件 1 崩落采矿法使用条件。地表允许塌落， 矿 体上部无较大水体和流砂； 一般为中等价值以下的 矿石 ， 品位不高 ， 并允许一定的损 失和贫化 ； 矿石不 会结块 自燃 的中厚和厚矿体 ； 对矿体赋存条件 、 矿岩 物理力学性质具有广泛的使用范围， 尤其对上盘围 岩能成大块 自然 冒落和矿体 中等稳固的矿床最为理 想 。 2 分段空场嗣后充填法使用条件。矿石和围 岩破碎、 稳固性较差 、 品位较高的富矿体 ； 稀有 、 贵金 属矿床； 矿体形态变化较大， 很不规则， 分支复合现 象严重 ， 含夹石多 的矿床 ； 地表 有建筑物、 铁路 、 公 路 、 水体 、 农 田、 果园、 村庄等需要保护 ， 不允许塌落 ； 露天地下联合开采 ， 露天开采需要 安全保证 ； 有发 热、 自 燃、 火灾、 放射性等危害的矿床； 地压较大、 赋 存深度较深的矿体 ； 矿体垂深很大 ， 需在垂直方向上 分数区段 同时开采 的矿床 ； 因某种原因， 需 由上而下 回采的矿床。 3 ． 3 2种采矿方法优缺点 比较 2种采矿方法最根 本 的区别在 于采空 区的处 理、 矿石的损失贫化以及开采成本。 1 无底柱分段崩落法。无底柱分段崩落法 随 着矿石的回采 ， 有计划地强制或 自然崩落矿体上 盘 围岩来充填采空区 ， 以控制和管理地压 ， 空区崩落后 地表形成塌陷坑 。 石人沟铁矿三期工程无底柱分段崩落法矿块构 成要素见表 1 。 表1 无底柱分段崩落法矿块构成要素 m 构 成要素 要素参数 中段高度 矿块长度 矿块宽度 分段高度 进路间距 1 2 0 1 0 o 矿体厚度 1 5 2 0 张建勇等 石人沟铁矿三期工程采矿方法选择 2 0 1 3年第 1 期 该采矿方法的优点是结构简单 ， 灵活性 比较大 ， 不留矿柱； 回采工艺简单， 便于使用高效的无轨自行 凿岩 、 装运设备 ， 实现采掘综合机械化 ； 在巷道 中作 业 ， 覆盖层下放矿 ， 生产比较安全 ； 劳动生产率较高 ， 矿块生产能力大 ； 生产管理较简单 ， 原矿开采成本较 低。其缺点是损失 和贫化率较高 ， 放矿管理要求严 格； 在独头巷道内作业， 通风条件较差， 需要有专门 的局扇辅助通风 ； 地表存在大型露天采坑 ， 井下涌水 量大 ， 排水费用高。 表 2 井下涌水量预测 无底柱分段崩落法 ／ m3 ／ d 2 分段空场嗣后充填法 。分段空场嗣后充填 法是采用充填料充填采空区， 达到支撑围岩、 控制岩 移 的目的， 可有效保护地表的 自然环境 ， 减少购地搬 迁费用 。 石人沟铁矿三期工程分段空场嗣后充填法矿块 井下涌水量预测见表 2 。 构成要素见表 3 。 表 3 分段空场嗣后充填法矿块构成要素 m 该采矿方法优点是回采工艺相对成熟， 便于使 用高效的无轨自行凿岩、 装运设备， 实现采掘综合机 械化 ； 矿石 的损失 、 贫化低 ； 选厂生产 的尾砂 和矿山 生产的废石用以充填井下 ， 可 以实现尾砂 和废石不 排放或少排放； 充填体可以阻隔一部分大气降水渗 入井下 ， 减小地下涌水外排。其缺点是生产工艺复 杂 ， 多了一道充填工艺 ， 故原矿开采成本较高。 表 4 井下涌水量预测 ．fff段空场嗣后充填法 蒜 ／m 嚣 奎 ／ m 3 ／ d 3 ． 4 2种采矿方法的技术经济 比较 3 ． 4 ． I 技术比较 对石人沟铁矿三期供选用的 2种采矿方法做 了 井下涌水量预测见表 4 。 技术 比较 ， 结果见表 5 。 表 5 采矿方法技术比较 从表 5可以看出 ， 分段空场嗣后充填法与无底 柱分段崩落法相 比， 有 以下特点 1 矿石 回采率提高 7 ． 5 9个百分点 ， 采 出品位 提高 1 ． 6 1个百分点 ， 精矿产量增 加 3 ． 9 3万 t ／ a ， 提 高了资源利用率， 按精矿售价8 0 0 t 计算， 年多收 入 3 1 4 4万元 。 2 采场地表少征地 8 ． 3 7 h m 。 ， 避免 了村庄的 搬迁 。 3 尾矿得到了综合利用 ， 尾矿库少 占用土地 7 h m ， 大幅减少 了尾矿输送量 。 3 ． 4 ． 2 经济比较 对石人沟铁矿三期供选用的 2种采矿方法做 了 经济 比较 ， 结果见表 6 。 表 6 采矿方法经济 比较 从表 6可以看 出， 分段空场嗣后充填法 与无底 柱分段崩落法相比， 有以下特点 1 采用分段空场嗣后充填法开采， 充填体可 以阻隔一部分大气降水渗入井下 ， 减少地下涌水外 2 5 总第4 3 9期 垒 取 砖 2 0 1 3年第 1 期 排 ， 大大减少了矿山排水费用 。 2 采用分段空场嗣后充填采矿法矿山可 比基 建投资为 4 3 5 3万元 ， 采用无底柱分段崩落法矿 山 可 比基建投资为 3 7 1 7 5万元 ， 前者 比后者少 3 2 8 2 2 万元 ， 大大减轻了矿山基建期 的经济负担。 3 分段空场嗣后充填采矿法 比无底柱分段崩 落法， 年经营费高5 1 6 0 万元， 但2 5 a 的分段空场嗣 后充填采矿法净现值费用为 3 0 7 3 2万元 ， 无底 柱分 段崩落法净现值费用为 4 3 5 3万元 ， 前者 比后者少 1 5 1 0 0万元 按贴现率 1 0 ％计算 。 综合以上 比较可知 ， 采用分段空场嗣后充填法 ， 较无底柱分段崩落法资源利用率高、 基建投资少、 效 益好 、 占地少 、 不搬迁村庄 、 尾矿得到综合利用 、 井下 排水量小， 因此推荐选用分段空场嗣后充填法。 目前阶段空场嗣后充填法、 分段空场嗣后充填 法在我国的安庆铜矿 、 冬瓜山铜矿 、 红透 山铜矿 、 张 马屯铁矿 、 李楼铁矿等普遍应用 ， 在生产实践 中积累 了大量经验 ， 该采矿方法在国内已 日趋完善。 4 对已有开拓系统的调整 该矿三期开拓工程按照崩落法进行了基建， 后 将采矿方法调整为分段 空场嗣后充填法 ， 矿山需对 三期已有开拓系统进行必要的调整， 以满足采矿方 法 的要求。 1 采矿方法调整为分段空场嗣后充填法后 ， 井下排水量大大减小， 但井下进行充填作业， 污水中 含泥量大 ， 需在采场附近增设采 区沉淀池 ， 以避免污 染坑道 ， 并减少水仓的清泥量。 2 矿山三期工程上部存在大量一 、 二期空区， 为了确保三期工程投产后安全生产， 应对一 、 二期存 在的空区进行彻底详查 ， 已确定其具体位置 ， 在三期 工程投产前对一、 二期工程产生 的采空区进行充填 处理 ， 充填必须密实。 5 结 语 1 类似石人沟铁矿这样 的内陆地 区矿 山， 其 矿 山周边环境 比较复杂 ， 人 口比较密集 ， 由此带来 的 征地、 搬迁等问题是采矿方法选择的决定性因素。 2 对于荒芜人烟的偏远地区， 类似石人沟铁 矿地质条件的矿山适合采用崩落法采矿。 3 国家政策鼓励矿 山向无废石、 无废水 、 无废 气的无废矿山发展 ， 石人沟铁矿 三期工程将无底柱 分段崩落法调整为分段空场 嗣后充填法后 ， 提高了 资源利用率 、 减少了基建投资 、 提高 了经济效益 、 避 免了重新征地和村庄搬迁 、 尾矿得到综合利用 、 减小 了井下排水量， 向着建设资源节约型、 环境友好型、 生态可持续发展的矿 山新模式发展 ， 为今后 内陆地 区矿山的建设指明了新的方向。 参考文献 [ 1 ] 解世俊 ． 金属矿床地下开采[ M] ． 2 版 ．北京 冶金工业出版 社 ， 1 9 8 6 2 4 3 -2 4 4 ． [ 2 ] 李元 辉 ， 解世 俊 ．阶 段充 填采 矿 方法 [ J ] ．金 属矿 山， 2 0 0 6 6 1 3 - 1 5 ． [ 3 ] 采矿设计手册 编写组 ．采矿设计手册[ M] ． 北京 中国建 筑工业 出版社 ， 1 9 8 7 ． [ 4 ] 中国冶金建设集 团秦 皇岛冶金设计研究 总院 ．唐钢矿业 有限 公司石人沟铁矿地下开采三期工程初步设计[ R ] ． 秦皇岛 中 国冶金建 设集 团秦皇 岛冶金设计研究总院 ， 2 0 0 5 ． [ 5 ] 中钢集团马鞍山矿院工程勘察设计有 限公 司 ．河北钢铁 集团 矿业有 限公 司石 人 沟铁矿 2 0 0万 t ／ a充填 采矿 法初 步设 计 [ R] ．马鞍山 中钢集 团马鞍 山矿院工程 勘察设 计有 限公司 ， 2 0 0 9 ． 收稿 日期2 0 1 2 1 0 - 2 4 ” ” ””“ _ 卜 ””“”“ 一“” 信息苑 土地管理和矿产资源开发及保护五大亮点 2 0 1 2年 1 2月 2 5日， 在 十一届全 国人大常委会 粮食安全基础。 第三十次会议上， 受国务院委托， 国土资源部部长徐 2 加强和改进宏观调控， 在稳增长、 调结构中 绍史向全国人大常委会报告土地管理和矿产资源开 发挥了积极作用。 发利用及保护情况时指出， 本届政府以来， 国务院认 3 大力实施节约优先战略， 以提高资源利用 真贯彻落实党中央关于土地和矿产资源的大政方针 效率促进经济发展方式转变。 和决策部署 ， 与地方各级政府协调联动 ， 坚持改革创 4 统筹矿产 资源开发利用与保护 ， 资源保 障 新、 加快制度供给 ， 积极主动服务 、 严格规范管理， 保 能力进一步提升。 障了发展， 保护了资源， 规范了秩序， 维护了权益， 支 5 维护资源所有者、 使用者和群众权益， 促进 撑了生态 。 了社会和谐稳定。 1 深入贯彻耕地保护基本国策， 夯实了中国 矿业 1 1 4网