中深孔高分段空場法開采急傾斜薄礦體

中深孔高分段空場法開采急傾斜薄礦體嚴(yán)成濤陳思學(xué)王佳（金誠信礦業(yè)管理有限公司）摘要首云礦業(yè)股份有限公司鐵礦是北京地區(qū)最大的金屬礦山，采用露天開采已近50年，現(xiàn)正準(zhǔn)備轉(zhuǎn)入地下開采，然而400萬噸的掛幫礦需要在正式轉(zhuǎn)入地采前提前回收。掛幫礦主礦體是由一、二兩層礦組成，其中位于上盤的一層礦僅有2~5m，為典型的急傾斜薄礦體，原采用淺孔留礦法開采，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中不適合鐵礦的生產(chǎn)要求，為此研究提出了中深孔高分段空場法的開采方案。分段空場法是一種采礦強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率高、作業(yè)安全的采礦方法，適用于上下盤均穩(wěn)固、急傾斜中厚以上的礦體，能否適用于開采此種薄礦體，尚無成功經(jīng)驗(yàn)可借鑒。經(jīng)過對薄礦體開采工程環(huán)境和開采方案的反復(fù)論證，又經(jīng)一個(gè)采場的生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，表明應(yīng)用中深孔高分段空場法開采一層薄礦體具有采場作業(yè)環(huán)境安全，平行礦體采礦方法一致，回采機(jī)械化程度高，實(shí)現(xiàn)了無間柱連續(xù)采礦，提高了采礦強(qiáng)度，縮短了采場的回采周期，采礦管理變得更加靈活、簡單，對加速掛幫礦的開采有重要的意義。而首云股份有限公司鐵礦的生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證了中深孔高分段空場法開采急傾斜薄礦體的可行性。關(guān)鍵詞：中深孔，高分段空場法，淺孔留礦法，薄礦體開采

目錄摘要 II目錄 III緒論 1一、工程地質(zhì)概況 2二、采礦方法及存在的主要問題 2三、中深孔高分段空場法 31、礦塊布置及采切工程布置 3（1）礦塊布置 3（2）采切工程布置 32、鑿巖爆破及出礦 4（1）爆破參數(shù)的確定 4（2）爆破落礦 5（3）、空區(qū)處理 6四、中深孔高分段空場法的應(yīng)用效果 6結(jié)論 8參考文獻(xiàn) 9緒論開采穩(wěn)固礦巖急傾斜薄礦體,國內(nèi)外過去多用淺孔留礦法或普通上向分層充填法,機(jī)械化程度低,勞動(dòng)條件差,經(jīng)濟(jì)效益不佳。而在礦巖中等穩(wěn)固到穩(wěn)固的急傾斜厚礦體開采中,國內(nèi)外廣泛采用中深孔分段空場法,因?yàn)樵摲ň哂猩a(chǎn)能力大、安全性好、生產(chǎn)成本低、機(jī)械化程度高等優(yōu)點(diǎn)。那么,薄礦體是否也可以采用這種方法開采？通過對首云礦業(yè)股份有限公司鐵礦先后采用淺孔留礦法、高分段空場法開采急傾斜薄礦體實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比分析，高分段空場法比淺孔留礦法，落礦效率提高了1.6倍，回采強(qiáng)度提高了3倍。而且采用高分段空場法還實(shí)現(xiàn)了不留間柱的連續(xù)回采。

一、工程地質(zhì)概況首云礦業(yè)股份有限公司鐵礦年生產(chǎn)能力200萬噸/年，其中露采130萬噸/年,掛幫礦地采70萬噸/年。露采2010年底結(jié)束，鐵礦將全部轉(zhuǎn)入地下開采。首云礦業(yè)股份有限公司掛幫礦約有400萬噸。掛幫礦主礦體一層薄礦體向南傾伏，沿走向長260m，礦體傾角75~85o，厚度2~5m；主礦體二層礦厚礦體向南傾伏，沿走向長518m，礦體傾角75~80o，厚度15~25m；一層薄礦體與二層厚礦體水平間距7~25m。礦石主要為磁鐵石英巖，其次為磁鐵片麻巖，塊狀，容重3.3t/m3，硬度系數(shù)f=12~14，中等穩(wěn)固，TFe含量一般為25~33%。上下盤圍巖以黑云輝石長片麻巖、角閃斜長片麻巖為主，片麻狀構(gòu)造，巖性致密，容重為2.7t/m3,硬度系數(shù)f=12~14，穩(wěn)固性較好。二、采礦方法及存在的主要問題首云礦業(yè)股份有限公司掛幫礦開采初步設(shè)計(jì)中使用了兩種采礦方法，一層薄礦體采用淺孔留礦法，二層厚礦體采用分段空場法。上述兩種方法中，淺孔留礦法并沒有取得預(yù)期效果，存在的主要問題是：(1).作業(yè)安全性差。在回采過程中，工人直接在爆破后的礦巖暴露面下作業(yè)，礦體和頂板圍巖容易片落，安全威脅大。(2).工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。局部放礦后，采場內(nèi)需要對浮石進(jìn)行處理，平整場地，并破碎大塊。這些工作主要靠人力完成，致使工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大。(3).采場生產(chǎn)能力低。淺孔留礦法機(jī)械化裝備低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，因此采場采礦強(qiáng)度低，功效低，中段下降速度慢。而二層厚礦體采用分段空場法采礦強(qiáng)度高，其中段下降速度快?？紤]到礦山生產(chǎn)的安全，一層薄礦體的回采必須超前于二層厚礦體，為平衡一、二層礦的中段下降速度，只能減緩二層厚礦體的回采，制約了礦山生產(chǎn)能力。(4).經(jīng)濟(jì)效益低。大部分采下礦石暫留在采場內(nèi)，積壓了資金。2007年以后，首云鐵礦總結(jié)了生產(chǎn)中存在的問題，采用了金誠信礦業(yè)股份有限公司提出的中深孔高分段空場法，改進(jìn)了落礦方式，取得了顯著的效果。三、中深孔高分段空場法1、礦塊布置及采切工程布置（1）礦塊布置礦塊布置與二層厚礦體布置應(yīng)相一致，有以下兩點(diǎn)原因：=1\*GB3①可以共用部分采準(zhǔn)工程，降低采準(zhǔn)成本；=2\*GB3②便于一層薄礦體與二層厚礦體回采平衡管理。據(jù)此，布置方式如下：礦房沿礦體走向布置，每50m為一礦房，不留間柱。階段高60m，分段高20m，不留頂柱。不留底柱，底部采用塹溝平底結(jié)構(gòu)。參見圖3-1（2）采切工程布置如圖3-1所示，采切工程有：階段運(yùn)輸平巷、沿脈出礦巷道、分段鑿巖巷道、拉底巷道、切割天井等。其中階段運(yùn)輸平巷布置在出礦水平以下15m，距礦體下盤15m~20m沿走向掘進(jìn)；沿脈運(yùn)輸巷布置在出礦水平，距礦體下盤8m~10m，每隔10m布置一條出礦進(jìn)路與拉底巷道貫通；拉底巷道、分段鑿巖道沿礦體下盤施工；切割天井布置在采場最北端，每個(gè)礦房設(shè)置一條切割天井，沿礦向上掘進(jìn)；不另設(shè)人行通風(fēng)井，礦房回采時(shí)，利用相鄰采場切割天井作為人行通風(fēng)井。圖3-1中深孔高分段空場法工程布置圖2、鑿巖爆破及出礦（1）爆破參數(shù)的確定中深孔高分段空場法開采急傾斜薄礦體尚無成功經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。確定合適的爆破參數(shù)是使本采礦方法在技術(shù)上能否實(shí)現(xiàn)，在經(jīng)濟(jì)上能否達(dá)到效益最大化的關(guān)鍵因素。本采礦方法在中深孔設(shè)計(jì)上遇到的主要問題有：礦石堅(jiān)硬，礦巖結(jié)合緊密，爆破難度大。礦體薄，分段高，爆破時(shí)巖石的夾制性非常大。無成功經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，經(jīng)驗(yàn)參數(shù)不能確定是否適用。由于分段高度大，一旦出現(xiàn)懸頂，很難處理。采場沿走向布置，不留間柱連續(xù)回采。由于斷層較多，礦體在走向上發(fā)生多次水平錯(cuò)動(dòng)，在中深孔設(shè)計(jì)中，如何控制礦石的損失貧化并實(shí)現(xiàn)礦房連續(xù)回采，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最大化。針對上面的幾個(gè)問題，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，采用謹(jǐn)慎性原則，選定了幾組數(shù)據(jù)進(jìn)行采場實(shí)驗(yàn)。通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比分析，得出了最終的中深孔設(shè)計(jì)施工參數(shù)。中深孔采用上向垂直扇形炮孔布置，使用YGZ-90型鉆機(jī)鉆孔，炮孔直徑∮55mm。中深孔設(shè)計(jì)參數(shù)參見表3-1：表3-1中深孔設(shè)計(jì)參數(shù)表排間距1.2m分層邊孔角15o孔底距1.7m出礦水平邊孔角30o最大孔深21m中深孔設(shè)計(jì)、施工中需要注意以下幾點(diǎn)：由于分段高度大，礦體薄，如果嚴(yán)格按照中深孔設(shè)計(jì)參數(shù)孔底距布孔，可能造成頂板孔只有1~2個(gè)。在崩礦時(shí)很容易產(chǎn)生懸頂，而無法正?；夭?。因此，在炮孔設(shè)計(jì)時(shí)，無論礦體厚度是多少，必須保證頂板孔至少有3個(gè)。由于礦體薄，沿走向厚度不均勻以及受斷層影響礦體的水平錯(cuò)動(dòng)，很容易造成爆破衰減及爆破自由空間不足。因此在中深孔設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該充分考慮所有回采的后續(xù)工序，必要的損失貧化是不可避免的。中深孔施工時(shí)，必須隨時(shí)監(jiān)控鉆孔返漿的變化情況，做好臺(tái)班記錄，為下一步礦石損失貧化的計(jì)算提供有效數(shù)據(jù)。如遇設(shè)計(jì)炮孔深度與實(shí)際礦體邊界差別大時(shí)，及時(shí)向設(shè)計(jì)人員反饋。設(shè)計(jì)人員根據(jù)反饋信息判斷是否調(diào)整中深孔設(shè)計(jì)。（2）爆破落礦礦房回采時(shí)，以切割天井為自由面，分段次爆破，形成切割立槽，再以切割立槽為自由面，分次進(jìn)行爆破，每次2~4排，沿走向推進(jìn)；當(dāng)推至相鄰礦房切割天井處時(shí)，重新拉槽形成新的自由面。爆破采用多孔粒粒狀銨油炸藥，采用非電導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆索復(fù)式起爆網(wǎng)絡(luò)，排間微差爆破。崩礦步距2.4m~4.8m。爆破后的礦石由鏟運(yùn)機(jī)在出礦進(jìn)路出礦，并運(yùn)至采區(qū)礦石溜井。注意采場內(nèi)需要存留至少5m礦石墊層封堵住各個(gè)出礦進(jìn)路，以保證采空區(qū)與出礦水平各巷道不連通，避免采空區(qū)頂板發(fā)生冒落時(shí)，空氣沖擊波造成人員傷亡及設(shè)備損傷。（3）、空區(qū)處理首云礦業(yè)股份有限公司鐵礦地表允許塌落，因此空場出礦結(jié)束后，經(jīng)過一段時(shí)間的地壓作用，部分頂板及礦體上下盤圍巖自然震蕩垮落填入采空區(qū)，不需要再用其他方法處理。四、中深孔高分段空場法的應(yīng)用效果首云礦業(yè)股份有限公司鐵礦一層薄礦體先后采用淺孔留礦法、中深孔高分段空場法開采，獲取了兩種采礦方法的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)。通過對兩種采礦方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、采礦成本以及經(jīng)濟(jì)效益對比分析（參見表4-1，表4-2，表4-3），我們不難看出，相比淺孔留礦法，中深孔高分段空場法在開采一層薄礦體中，不但提高了生產(chǎn)安全性，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，回采效率也大幅度提高，而且有效的平衡了一層礦薄礦體與二層礦厚礦體的中段下降，從而最大限度的發(fā)揮了整個(gè)鐵礦掛幫礦的生產(chǎn)能力，為首云鐵礦下一步全面轉(zhuǎn)地下開采打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。表4-1技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比表采礦方法生產(chǎn)能力(t/d)采切比(m/kt)鑿巖效率(m/班)出礦效率(t/班)每米崩礦量(t/m)損失率(%)貧化率(%)炸藥消耗(kg/t)設(shè)備臺(tái)班效率設(shè)備臺(tái)班效率中深孔高分段空場法70018.8YGZ-90702m32654.015200.6淺孔留礦法20012.9YT29402m3702.61180.75表5-2采礦成本對比表采礦方法采切費(fèi)用(元/t)采礦費(fèi)用(元/t)預(yù)選費(fèi)(元/t)其它(元/t)礦石成本(元/t)鉆孔落礦鏟運(yùn)中深孔高分段空場法21.002.652.406.245.002.4339.72淺孔留礦法14.505.524.547.900.002.4334.89表5-3經(jīng)濟(jì)效益對比表采礦方法生產(chǎn)能力(t/月)精礦粉產(chǎn)量(t/月)效益(萬元)成本增加量(萬元/月)增加效益(萬元/月)中深孔高分段空場法21000.007000.00105.0019.0086.00淺孔留礦法6000.002248.0034.000.000.00結(jié)論首云礦業(yè)股份有限公司鐵礦通過采礦方法的改進(jìn)，