倾斜中厚低品位铁矿采矿方法选择与优化研究.pdf

S e r i e s NO ． 4 23 Se pt e mbe r 2 01 1 釜 METAL MI NE 总 第4 2 3 期 2 0 1 1 年第 9期 倾斜 中厚低品位铁矿 采矿方 法选择与优化研 究 马毅敏连民杰 中钢 矿业开发有限公 司 摘要在充分分析影响采矿方法诸多因素的基础上， 采用工程类 比、 实证设计计算和采场试验的方法， 对苍 山复杂低品位铁矿采矿方法进行 了比选和优化 ， 确定了适合该矿体赋存状态， 低成本 、 高效率、 斜坡道直接进采场 的大盘区高分层充填采矿方法， 解决了该类矿体条件下高采切比、 低效率回采问题。 关键词难采矿体采矿方 法选择优 化 Cho i c e a nd Opt i m i z a t i on St udy on M i n i ng M e t ho ds f o r Di p pi ng M i d- t h i c kn e s s Lo w Gr a de I r o n M i ne Ma Y i m i n L i a n Mi n j i e Mi n i n g D e v e l o p m e n t C o ． L t d ． ， S i n o s t e e 1 Abs t r a c t On t he b a s i s o f f u l l y a n a l y s i s o f ma n y i n flue n c e f a c t o r s o f mi ni ng me t ho d， t h e mi n i ng me t h o d s f o r c o mp l e x l o w g r a d e i r o n mi n e a r e s e l e c t e d a n d o pt i mi z e d b y us i ng e ng i n e e r i n g a n a l o g y， e mp i r i c a l d es i g n c a l cu l a t i o n a n d t h e t e s t me t h 一 0 i o f t h e s t o pe The n t h e l o w c os t ， h i g h e f f i c i e nc y g r a i l a r e a， hi g h l a y e r b a c k f i l l i n g me t h od wh i c h r a mp i n t o t he s t o p e di r e c t l y for t h i s mo d e o f o r e b o d y i s e s t a b l i s h e d， a n d s o me mi n i n g p r o b l e ms s u c h a s h i g h s t r i p p i n g r a t i o ， l o w e ffi c i e n c y mi n i n g r t h i s t y pe o f o r e b o d y i s s o l v e d． Ke ywo r ds Re f r a c t o r y o r e bo d y， Mi n i n g me t h o d， Ch o i c e， Op t i mi z a t i o n 倾斜中厚低品位矿体是业 内公认 的高效低成本 开采的难点 。倾角不够陡无法或很难实现采场 内重 力放矿 ， 使采矿工艺变得复杂 ； 倾角不够缓高效无轨 铲运设备无法运行 ， 低效率的电耙 出矿也受到限制 ； 矿体水平厚度小 ， 大多 1 0 I l l 左右 ， 使用大型高效采 掘设备受到空间限制 ， 致使台效降低 ； 矿体倾角既不 够陡也不很缓 ， 中厚 及以下 ， 致使 采切工程量大 ， 采 切工程费用高 ； 而低 品位又决定矿 山无法承受 采切 比高的采矿方法 。因此创新适合该类矿床赋存条件 下的采矿方法 ， 实现高效低成本开采是该类矿 体开 发利用的关键所在 ， 是矿山生存发展的前提条件 。 l 苍 山铁矿 采矿方法选择与研 究 1 ． 1 苍山铁矿概述 苍山铁矿位于山东省临沂市苍 山县与枣庄市交 界部位 ， 隶属苍山县鲁城 乡管辖 ， 保有储量 为 7 5 1 7 万 t ， 平 均地 质 品 位 3 1 ． 4 ％ ， 磁 性 铁 含 量 1 6 ％ ～ 1 8％ 。 矿体赋存于泰山群 山草峪组 变质岩层 中， 矿体 呈鞍状 ， 主矿体有上下 2层 ， 2矿体之问岩石厚度约 1 5 m， 矿体脊部及 一 4 0 I l l 以上倾 角 0～ 2 5 。 ， 矿体南 ． 1 ， ． 北两翼倾角 2 5 。～ 5 0 。 ， 属于缓倾斜 ～倾斜 矿体 ， 厚 度一般为 4～2 5 i n ， 平均 9～1 2 1 T I ， 走 向长度近 2 ． 5 k in。矿区水文地质条件简单 ， 工程地质 条件 良好 ， 矿体顶板为黑云母长英变粒岩类岩石 ， 按普 氏分类 法属 I ～Ⅲ级 ， 由上 而下 ， 由坚硬 变为极 坚硬 ， 底板 角闪岩类岩石 ， 属 Ⅱ级极坚硬岩石 ， 矿石硬度系数 ， 。 1 2～1 4 ， 岩石硬度系数f8～1 0 。矿体距地表较 浅 最近处距地表 1 0 0 in左右 ， 地表不允许崩落。 矿 山采用分期建设方案 ， 即一期开采 一1 4 0 1 1 1 以上矿体 ， 二期 开采 一1 4 0 in 以下矿体 。矿山设计 采选规模 2 0 0万 t ／ a ， 一期建设采用竖井加斜坡道开 拓方式 ， 设 7 in、 一 4 0 I I 1 、 一 9 0 in、 一1 4 0 m等 4个 中段。主井断 面 西5 ． 0 1 T I ， 采用 1 3 m 箕斗提升矿 石 ， 设井上破碎和井下溜破 2套破碎系统 ； 副井断 面 西4 ． 5 1 T I ， 采用罐笼 ， 负责材料和部分矿石 、 废石提升 和排水 ； 斜坡道 为单 车布置 ， 初期 生产作 为 一4 0 m 以上主要的运输通道 ， 矿岩通过能力近 1 0 0万 t ／ a ， 马毅 敏 1 9 6 3 一 ， 男 ， 教授级高级工程师 ， 1 0 0 0 8 0北京 市海 淀大街 8 号 2 2 1 7室。 马毅敏等 倾斜 中厚低品位铁矿采矿方法选择与优化研 究 2 0 1 1 年第 9期 后期作为大型无轨设备 、 人员进出的通道 ， 通风系统 采用分区对角抽出式。 1 ． 2 采矿 方法选 择 1 ． 2 ． 1 首采段采矿方法选择 该段矿体在主矿体马鞍状的鞍脊部位 ， 鞍脊部 位矿体倾角很缓 ， 往下倾角逐渐变大 ， 7～一 4 0 IT I ， 一 般在0～ 2 5 。 不等； 矿体厚度从几米到 2 0几米不 等 ， 厚度变化 比较大 。针对该地段矿体的开采技术 条件 ， 首采地段矿体 回采只能采用空场嗣后充填采 矿方法 ， 采场充填待系统建立完善后进行 。 1 ． 2 ． 1 ． 1 初选采矿方法方案 可选择的方法有沿走 向 倾 向 布置铲运机 出 矿房柱法、 电耙出矿房柱法 、 分段空场法。3种方法 的首采段主要技术经济指标 比较见表 1 。 表 1 首 采段 主要技术经济 指标 1 ． 2 ． 1 ． 2采矿 方法 选择 分析 从影响采矿方法选择 因素分析看 ， 适合该矿床 的采矿方法必须是工艺简单 ， 采场生产能力大 ， 低采 切比， 因此选择铲运机出矿的房柱法。 由于矿体产状变化较大 ， 铲运机 出矿 的房柱法 按矿体倾角的大小有 2种布置形式 1 当倾角小于 1 2 。 时， 采用沿矿体倾向布置 的 房柱法 ； 2 当倾角大于 l 2 。 时， 采用伪倾斜布置和沿走 向布置的铲运机出矿房柱法 。 实际生产 中不论矿体厚薄全厚分次浅 眼凿岩 1 次采出 ， 该方 法基本完成 了 一4 0 m 以上 的采 矿工 程 。 1 ． 2 ． 2 4 0 m 以下采矿方法选择 两翼倾角一般为 2 5 。 一5 0 。 ， 厚度 4～2 8 m， 属于 不缓不陡， 不厚不 薄的矿体 ， 是一种难采 的矿体类 型。通过技术人员深入研讨 ， 按工程类 比的方法 ， 确 定 一 4 0 m 以下拟采用爆力运搬辅助 电耙两步采 的 房柱嗣后充填法 、 分段空场采矿嗣后充填法和盘 区 上 向分层充填法 ， 并首先进行 了爆 力运搬辅助 电耙 两步采的房柱嗣后充填法工业试验。 1 ． 2 ． 2 ． 1 爆力运搬辅助电耙两步采方案 爆力运搬辅助电耙两步采方案见图 1 。 图 1爆力运搬辅助 电耙 采矿 法示意 1 一沿脉运输巷 ； 2 一联络道 ； 3 一 电耙人行井 ； 4 一凿 岩上山 ； 5 一受矿漏斗 ； 6 ～装矿联络巷 采场构成要素 采场垂直矿体沿矿体倾斜方向 布置。阶段高 2 0 m， 矿房宽 1 0 1 3 3 ， 矿柱宽 1 0 m， 不 设顶底柱。 采准切割 在矿房 中央 ， 沿矿体下盘矿岩边界线 以下 1 ． 2 m开掘凿岩上山， 在凿岩上山的下端 ， 垂直 凿岩上山布置切割横巷 ， 在凿岩上 山与切割横巷 的 交叉 口布置切割天井。实际工程 中可不施工电耙人 行井 ， 电耙基础抬高半个沿脉巷高度即可。 凿岩爆破与 出矿 凿 岩用 Y G Z一9 0型钻机进 行 ， T J 2 5型凿岩 台架 ， 凿岩孔径 为 6 5 m m。炸药采 用铵油粒状炸药 ， B Q F一1 0 0型装药 器装药 ， 爆破采 用抛掷爆破 ， 矿石爆破后 ， 集入出矿漏斗和凿岩上山 巷道内， 未抛入集矿漏斗的矿石采用 2 D P J 一 3 0电耙 辅助出矿 ， 集入出矿漏斗的矿石采用铲运机直接装 汽车， 通过沿脉巷运 出地表。 矿房充填 采矿结束后封堵矿房下 口， 充填管从 上分段引入进行胶结充填 ， 达到强度要求后进行矿 柱回采。 两步采 明显增加 了充填成 本和采场的准备数 量 。 1 ． 2 ． 2 ． 2 分段空场嗣后充填采矿法 分段空场嗣后充填采矿法见图 2 。 图2 分段空场嗣后充填采矿法示意 1 一穿脉运输巷 ； 2 一分段沿脉运输巷 ； 3 一矿石溜井 ； 4 ～ 出矿进路 ； 5 一分段凿岩受矿巷 ； 6 一充填 、 回风上山 ； 7 一溜井联巷 ； 8 一切割井 采场构 成要 素 矿 块沿 矿体走 向布置 ， 长 2 0 0 m， 高度 5 O m， 沿长度方 向划分为 2个采场 ， 采场之 ． 1 3 ． 总 第 4 2 3期 金 酝 醇 山 2 0 1 1 年 第 9期 间布置 1 条 6 I n的矿石间柱 永久损失 ， 间柱 内开 凿 1条上山与各分段的矿房 、 矿柱采场 的堑沟相连 ， 作为充填回风通道。 采准布置 从下往上每 1 2 ． 5 1T I 布置 1 条分段沿 脉巷与生产斜坡道相连 ， 在该巷道 内每 隔 8 1T I 布置 1条出矿进路与矿房 、 矿柱采场的堑沟贯通 ， 并形成 铲运机出矿溜井联络道。 凿岩爆破与出矿 凿岩用 Y G Z一 9 0型钻机钻凿 扇形 中深孔 ， 爆破 回采顺序从采场 中间向两端进行 ， 先上层后下层 ， 沿倾斜方 向由下向上回采 ， 先采矿柱 采场 ， 回采 、 充填和养 护结 束后 ， 再 回采矿房采场。 集中爆下的矿石 由2 1T I 铲运机铲装倒入采场溜井 。 充填工作 充填管从上 中段通过斜上 山进入矿 柱采场 ， 用 1 6的全尾砂胶结充填 ， 矿房采场全尾砂 充填 。 该方案因采切 比大 ， 矿柱需要胶结充填没有进 行工业试验。 1 ． 2 ． 2 ． 3 盘区上向分层充填采矿法 盘区上向分层充填采矿法见图 3 。 至运输 中段 I 1 0 0 I 1 0 0 - l t ． 一0jt ． ． 一1 i ； - i 0 I 4 1 I 3 4 1 一 lo 月 j 誊刊 I 鼍 专 i j 譬 1 妻； j K 毫 毫 童 1 1 l 1 】 { 、 8 ／ 一J ／一 c f ＼ ＼一／ 『 ＼ J r⋯一1 一 1 厂 ， ≮ ／ 、 ＼ 。 图3 盘区上向分层充填采矿优化方案示意 1 一采准斜坡道 ； 2 一拉底沿脉巷 ； 3 一采场穿脉巷 ； 4 一充填 回风井 ； 5 一分段联络道 ； 6 一下 中段平巷 ； 7 一溜井 ； 8 一溜井 出矿联巷 ； 9 一 中段联巷 ； 1 O 一泄水井 ； 1 1 一顶柱 ； 1 2 一上 中段平巷 盘 区构成要 素 盘 区沿走 向布置 ， 每盘 区长度 4 0 0 1T I ， 盘区与盘 区之间留 1 5 m左右的间柱 ， 不留底 柱 ， 顶柱高度 5 IT I 。中段高度 5 0 1T I ， 分段高度 1 5 IT I 。 采准切割 在每盘区中部下盘围岩中掘进 1条 采准斜坡道 ， 在采准斜坡道内每隔垂高 1 5 r f l 左右往 矿体开掘出矿联络道 ， 作为铲运机进入采场的通道。 考虑铲运机爬坡能力 ， 先按 1 8 ％左右的下坡掘至矿 体 ， 待本分层矿体采完后 ， 再将 出矿联络道压顶 ， 形 成回采上一分层的出矿联络道。 在盘区内距离盘区间柱 1 0 0 i n的下盘脉外东西 各布置 1条溜井 穿脉间距 2 0 0 m 与下部运输平巷 连通 ， 溜井通过联巷与采场联通。 在盘 区两翼端部的间柱 内布置人行充填回风井 通过联巷与上 中段平巷联通 。泄水井布置在距盘区 两端问柱 1 0 0 n l 左右位置 ， 随着 回采及 充填 的进行 用钢板架设顺路泄水井。在 中段水平沿矿体走 向， 在上下 2层矿体下盘脉 内各开凿 1 条拉底沿脉巷 ， 至溜井位置时联通溜井 ， 之后在拉底巷 道内刷扩至 矿体上下盘边界。 回采 出矿 矿体 回采顺 序上 ， 2层 矿可 同时 回 采 ， 在盘区内按走向长度 1 0 0 n l 为 1 个 回采单元 ， 以 溜井为中心向盘区边缘后退式 回采 。新鲜风由下 中 段平巷经顺路天井 、 斜坡道斜坡联络道进入采场 ， 清 洗采场后 ， 污风 由充填回风井排入上中段平巷。 凿岩采用 B o o m e r 2 8 1 单臂全液压凿岩 台车辅助 7 6 5 5型手持式钻机进行采矿凿岩 ， 采高根据凿岩设 备不同 ， 分别为 5 m， 或 2 ． 5～3 I n ， 每次崩落 的矿石 由铲运机铲 出， 卸入采场溜井内， 放至运输中段。 采场充填 充填管线 由上 中段平巷经充填 回风 井进入采场 。充填前 ， 分层联络道 口用木板打好隔 墙 也可用混凝 土预制砖或建筑用砖 、 废 石等进行 砌筑 ， 充填采用全尾砂充填 ， 在尾砂充填体之上采 用较高强度胶结充填体作为路面。每次充填完后 ， 留 2 IT I 左右垂高作为下分层回采工作面。胶结充填 养护达到要求强度后 ， 进入下一轮采充循环 。 该方案正在主矿段进行试验 ， 已形成 2个盘区。 3种方案主要工艺指标 比较见表 2 。 表 2 主体方案主要技术经济指标 马毅敏等 倾斜 中厚低品位铁矿采矿方法选择与优化研 究 2 0 1 1年第 9期 2 采矿方法评价与优化 3种采矿方法都能满足矿山2 0 0万 t ／ a的生产能 力， 且安全可靠、 工艺成熟。但从影 响采矿方法最致 命的成本来看 ， 分段空场方案、 爆力运搬辅助电耙铲 运机铲装方案 ， 均需两步采 ， 矿柱胶结充填 ， 充填费用 高 ， 采切比大， 采场准备量大 ， 致使工程费高， 生产准 备矿量多， 资金超前投入大。盘区上向分层充填采矿 法较好地满足 了矿体 的开采技术条件， 且采切 比最 低 ， 最能适应矿体变化 ， 可取得较好 的技术指标。上 向分层一步采 ， 只胶结工作面， 可节省水泥用量 ， 部分 掘进废石可充人采场， 又能取得较好的经济指标。 依据苍山极其稳 固的矿体 围岩条件 ， 对传统的 盘区上向分层充填采矿法进行了多项优化 1 斜坡道直接进采场和脉外联巷进采场的优 化 。考虑矿体为 中厚 ， 走向长 ， 采用斜坡道直接进采 场方案替代传统 的分段联巷进采场方案 ， 采切 比从 3 ． 2 m ／ k t 降至 2 ． 4 m ／ k t ， 若盘区长度增加至 6 0 0 m， 采切 比还会降低。4 0 06 0 0 m的盘 区长度 ， 1条斜 坡道可能会降低作业效率， 目前正通过加强盘区内 采充管理来弥补该方案的不足 。 2 提高分层高度 ， 减少充填循 环次数。由于 矿体围岩极 其稳 固试验分层采 高 由 3 ． 5 m增加 到 7 ． 5 8 m， 大大减少 了充填次数 ， 节省了胶结面的胶 结费用 ， 增加了纯回采时间。 3 将 2层矿体 同时上 向 回采 ， 克服 了夹石不 厚的上下两层矿回采充填顺序问题， 同时节省 1 条 充填井 回风。 4 在 1个盘区 内划分多个单元 ， 同时进行凿 岩 、 出矿、 充填等工作 ， 可最大程度地发挥铲运机 的 效率 。 3结语 苍山铁矿正在试验 的大盘 区、 斜坡道直接进采 场上 向高分层充填采矿法是 目前最适合倾斜 中厚矿 体的安全 、 低成本 、 高效率采矿方法。以影响采矿方 法选择的因素为基础 ， 采用工程类 比、 实证设计计算 和采场试验的方法进行采矿方法的 比选与优化 ， 对 同类矿山具有重要参考价值 。 参考文献 [ 1 ] 采矿 设计 手 册编写 组 ．采 矿 设计 手 册 矿 床开 采 卷 下 [ M] ． 北京 ．中国建筑工业出版社 ， 1 9 8 7 ． [ 2 ] 余南 中 ．大 红 山铜 矿西 矿段 低 品位难 采矿体 的 开发 [ c] ∥ 2 0 1 0年全 国采矿科学技 术高 峰论坛 论文 集 ．北京 中 国矿 业 杂志社， 2 0 1 0 9 6 -9 8 ． [ 3 ] 周罗忠， 等 ． 倾斜复杂中厚矿体的连续采矿技术研究[ J ] ． 采 矿技术 ， 2 0 0 7， 7 3 1 3 ． [ 4 ] 马毅敏 ．李官集铁 矿开采 设计优 化实践 与思考 [ J ] ．采矿技 术 ， 2 0 1 0 ， 1 0 5 l 1 1 2 ． [ 5 ] 中钢集 团马鞍 山矿山研究院有限公司 ．苍 山铁矿采矿方 法研 究 [ R] ．马鞍 山 中钢集团马鞍山矿山研究 院有限公 司， 2 0 1 0 ． 收 稿 E l 期2 0 1 1 - 6 _ 2 信 息苑 铁矿石市场供 不应求的局面将持续 至 2 0 1 5年 大宗商 品分析公 司 Wo o d Ma c k e n z i e日前发 布 动铁矿石贸易增长的情况下 ， 再加上铁矿石市场存 报告称， 全球铁矿石市场供不应求的局面将至少持 在较大的供应缺口， 中国在一段时间内仍将需要大 续至2 0 1 5 年， 从而令铁矿石价格继续保持在纪录高 量的高成本国产铁矿石供应， 而这些强劲的市场因 位 。 素将使铁矿石价格维持在历史高位 。二是供应缺 口 该公司分析师表示 ， 铁矿石供不应求 的主要原 因为 一是中国需求将继续推动铁矿石贸易增长 ， 这 是造成全球铁矿石市场供应缺 口以及价格上涨 的核 心原因。未来 5 a ， 全球炼铁高炉的产量将增加 3亿 t 左右 ， 大约相当于建造 5 0 0 0座帝 国大厦所需的铁 矿石量。其中， 中国所占比重就达到 6 0 ％， 因此中 国对全球铁矿石市场的发展至关重要 。2 0 1 1年 ， 需 求强劲增长曾刺激了中国国内铁矿石生产 ， 但 由于 国内成本高及本土铁矿石资源 的品质较低等原 因， 中国仍将需要进 口 1 0亿 t 铁矿石。在 中国需 求推 将有助于铁矿石价格保持在纪录高位。尽管计划 中 的新铁矿石项 目数量众多 ， 但 国际铁矿石 出 口仍难 以赶上需求增长 的步伐。 目前 ， 全球筹备 中的新铁 矿石项 目达 2 4 02 5 0个左右 ， 但 至少到 2 0 1 5年之 前 ， 铁矿石行业现有 生产商和新进生产商所筹划 的 新增产能规模仍将低于市场需求。由于劳动力短缺 以及基础设施开支导致成本上升， 再加上铁矿石 品 质下降， 获得项 目 融资困难重重， 获得项目开发许可 证也面临诸多障碍 ， 这会使许多项 目延期 ， 或者根本 不能实施 。 1 5