石人溝鐵礦分期空場嗣后充填法的選擇

石人溝鐵礦分期空場嗣后充填法的選擇

1礦體地質(zhì)特征石人溝采石礦產(chǎn)于太古邊界上的馬蘭峪群片麻巖中。磁鐵石英巖礦體與角閃斜長片麻巖巖層相互平行產(chǎn)出,開采范圍內(nèi)有M0～M4號5層礦體,屬多層礦,礦體內(nèi)夾層為黑云角閃斜長片麻巖、含鐵斜長片麻巖、磁鐵石英巖及中基性巖脈。礦體走向近南北,向西傾斜,傾角50°～70°,平均傾角60°,屬急傾斜礦體,礦體最大斜深達910m,走向長約2700m。該礦為鞍山式變質(zhì)鐵礦,礦石自然類型為石英巖型磁鐵礦石。巖石普氏硬度系數(shù)f=6～10,礦石普氏硬度系數(shù)f=10～12,礦體與圍巖均比較穩(wěn)固。2開拓、采礦、充填采礦石人溝鐵礦于1975年7月建成投產(chǎn),采用露天開采,礦山設(shè)計規(guī)模150萬t/a,礦山經(jīng)過近30a的生產(chǎn),目前露天開采已結(jié)束,石人溝鐵礦露天轉(zhuǎn)地下開采分三期進行建設(shè)。地下一期工程開采范圍為南區(qū)(16號勘探線以南)0～-60m中段,規(guī)模為年產(chǎn)鐵礦石60萬t,豎井開拓,建有主井、副井和南風(fēng)井各1條,采用淺孔留礦法采礦。地下二期工程開采范圍為北區(qū)(16號勘探線以北)-16～-60m中段之間礦體,規(guī)模為年產(chǎn)鐵礦石70萬t,斜井開拓,建有主斜井、措施井、北風(fēng)井各1條,采用淺孔留礦法采礦。一、二期工程開采已進入尾聲。地下三期工程開采范圍為-60～-180m中段的礦體,規(guī)模為年產(chǎn)鐵礦石200萬t,2005年設(shè)計采用主井、副井、輔助斜坡道開拓方案,主井為新掘三期主井,副井為新掘三期副井,無底柱分段崩落法采礦,并進行了基建工作。受尾礦庫及地表錯動界線范圍內(nèi)征地困難等因素的影響,2008年在開拓系統(tǒng)不變的情況下將采礦方法由無底柱分段崩落法調(diào)整為分段空場嗣后充填采礦法。目前基建工程即將結(jié)束。3采礦法的選擇3.1尾礦庫分段崩落法根據(jù)石人溝鐵礦的礦體賦存條件和礦山開采現(xiàn)狀,三期工程適合的采礦方法有無底柱分段崩落法、階段強制崩落法、上向水平分層充填法和分段空場嗣后充填法等。我國從上世紀(jì)50年代就開始廣泛使用崩落采礦法,而且發(fā)展很快。目前無底柱分段崩落采礦法在我國已經(jīng)是一種被廣泛應(yīng)用的采礦方法,該采礦方法是一種技術(shù)先進,生產(chǎn)安全,經(jīng)濟效益較好的高效率采礦方法。充填采礦法在上世紀(jì)50年代起步,60年代由于水砂充填、膠結(jié)充填工藝的試驗推廣,在我國大型骨干有色金屬礦山相繼應(yīng)用,70年代末到80年代,由于鏟運機等無軌設(shè)備的引進,把充填法的效率提高到一個新的水平。隨著我國鐵礦石市場的持續(xù)走強,生產(chǎn)靈活、礦石損失貧化小、效率高的階段空場嗣后充填法、分段空場嗣后充填法在黑色礦山也逐漸得到了應(yīng)用。2005年根據(jù)當(dāng)時的礦山建設(shè)條件,設(shè)計選擇采礦成本較低的無底柱分段崩落法,2008年受尾礦庫及地表錯動界線范圍內(nèi)征地困難等因素的影響,無底柱分段崩落法已不適合石人溝鐵礦三期工程,需對采礦方法進行調(diào)整,調(diào)整采礦方法時需解決以下幾個困擾石人溝鐵礦的問題:(1)尾礦庫征地難度大、征地建設(shè)費用巨大。石人溝鐵礦為一個采選聯(lián)合企業(yè),礦山設(shè)計規(guī)模200萬t/a,礦山最終產(chǎn)品為單一鐵精礦,經(jīng)計算,每年產(chǎn)出尾礦95.68萬t。礦山尾礦庫位于礦區(qū)西部5km處的西大峪山溝內(nèi),設(shè)計庫容3050m3,有效庫容2300萬m3,目前已使用1800m3,由于附近小選廠、小礦山的排尾、排矸,剩余有效庫容165萬m3,按三期工程年排尾量45～60萬m3計算,現(xiàn)有尾礦庫僅能使用約3a,但三期工程服務(wù)年限為26a,礦山馬上面臨擴容征地問題。根據(jù)目前土地政策、當(dāng)?shù)匦蝿菁罢嫉剜l(xiāng)村的態(tài)度,征地的難度及費用相當(dāng)大。(2)尾礦庫運營費用大。尾礦輸送距離為5km,沿途經(jīng)過幾個村莊,每年補償費用達數(shù)百萬元,每2a尾礦庫壩加高的工程費、補償費達數(shù)十萬元。尾礦庫的管理和運行費用會更高,加重了企業(yè)負(fù)擔(dān)。(3)采場地表征地費用高。采用無底柱分段崩落法開采,最終引起地表塌陷,礦山必須事先進行征地,遷移地表錯動界線范圍內(nèi)的民居,且地表有大量的栗子樹,其征地費用、補償費用巨大。根據(jù)上述影響礦山開采的因素,初步將采礦方法調(diào)整為分段空場嗣后充填法,并對2種采礦方法進行了技術(shù)經(jīng)濟綜合比較。3.22不同采礦方法的使用條件(1)礦石的金融資源地表允許塌落,礦體上部無較大水體和流砂;一般為中等價值以下的礦石,品位不高,并允許一定的損失和貧化;礦石不會結(jié)塊自燃的中厚和厚礦體;對礦體賦存條件、礦巖物理力學(xué)性質(zhì)具有廣泛的使用范圍,尤其對上盤圍巖能成大塊自然冒落和礦體中等穩(wěn)固的礦床最為理想。(2)地下聯(lián)合開采的安礦石和圍巖破碎、穩(wěn)固性較差、品位較高的富礦體;稀有、貴金屬礦床;礦體形態(tài)變化較大,很不規(guī)則,分支復(fù)合現(xiàn)象嚴(yán)重,含夾石多的礦床;地表有建筑物、鐵路、公路、水體、農(nóng)田、果園、村莊等需要保護,不允許塌落;露天地下聯(lián)合開采,露天開采需要安全保證;有發(fā)熱、自燃、火災(zāi)、放射性等危害的礦床;地壓較大、賦存深度較深的礦體;礦體垂深很大,需在垂直方向上分?jǐn)?shù)區(qū)段同時開采的礦床;因某種原因,需由上而下回采的礦床。3.32兩種采礦方法的優(yōu)點2種采礦方法最根本的區(qū)別在于采空區(qū)的處理、礦石的損失貧化以及開采成本。(1)礦塊構(gòu)成要素?zé)o底柱分段崩落法隨著礦石的回采,有計劃地強制或自然崩落礦體上盤圍巖來充填采空區(qū),以控制和管理地壓,空區(qū)崩落后地表形成塌陷坑。石人溝鐵礦三期工程無底柱分段崩落法礦塊構(gòu)成要素見表1。該采礦方法的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,靈活性比較大,不留礦柱;回采工藝簡單,便于使用高效的無軌自行鑿巖、裝運設(shè)備,實現(xiàn)采掘綜合機械化;在巷道中作業(yè),覆蓋層下放礦,生產(chǎn)比較安全;勞動生產(chǎn)率較高,礦塊生產(chǎn)能力大;生產(chǎn)管理較簡單,原礦開采成本較低。其缺點是損失和貧化率較高,放礦管理要求嚴(yán)格;在獨頭巷道內(nèi)作業(yè),通風(fēng)條件較差,需要有專門的局扇輔助通風(fēng);地表存在大型露天采坑,井下涌水量大,排水費用高。井下涌水量預(yù)測見表2。(2)種充填法采礦方法的比較分段空場嗣后充填法是采用充填料充填采空區(qū),達到支撐圍巖、控制巖移的目的,可有效保護地表的自然環(huán)境,減少購地搬遷費用。石人溝鐵礦三期工程分段空場嗣后充填法礦塊構(gòu)成要素見表3。該采礦方法優(yōu)點是回采工藝相對成熟,便于使用高效的無軌自行鑿巖、裝運設(shè)備,實現(xiàn)采掘綜合機械化;礦石的損失、貧化低;選廠生產(chǎn)的尾砂和礦山生產(chǎn)的廢石用以充填井下,可以實現(xiàn)尾砂和廢石不排放或少排放;充填體可以阻隔一部分大氣降水滲入井下,減小地下涌水外排。其缺點是生產(chǎn)工藝復(fù)雜,多了一道充填工藝,故原礦開采成本較高。井下涌水量預(yù)測見表4。3.42不同采礦方法的技術(shù)經(jīng)濟比較3.4.1崩落法的特點對石人溝鐵礦三期供選用的2種采礦方法做了技術(shù)比較,結(jié)果見表5。從表5可以看出,分段空場嗣后充填法與無底柱分段崩落法相比,有以下特點:(1)礦石回采率提高7.59個百分點,采出品位提高1.61個百分點,精礦產(chǎn)量增加3.93萬t/a,提高了資源利用率,按精礦售價800元/t計算,年多收入3144萬元。(2)采場地表少征地8.37hm2,避免了村莊的搬遷。(3)尾礦得到了綜合利用,尾礦庫少占用土地7hm2,大幅減少了尾礦輸送量。3.4.2分段空場祖后充填采礦法與無底柱分段崩落法的比較對石人溝鐵礦三期供選用的2種采礦方法做了經(jīng)濟比較,結(jié)果見表6。從表6可以看出,分段空場嗣后充填法與無底柱分段崩落法相比,有以下特點:(1)采用分段空場嗣后充填法開采,充填體可以阻隔一部分大氣降水滲入井下,減少地下涌水外排,大大減少了礦山排水費用。(2)采用分段空場嗣后充填采礦法礦山可比基建投資為4353萬元,采用無底柱分段崩落法礦山可比基建投資為37175萬元,前者比后者少32822萬元,大大減輕了礦山基建期的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。(3)分段空場嗣后充填采礦法比無底柱分段崩落法,年經(jīng)營費高5160萬元,但25a的分段空場嗣后充填采礦法凈現(xiàn)值費用為30732萬元,無底柱分段崩落法凈現(xiàn)值費用為4353萬元,前者比后者少15100萬元(按貼現(xiàn)率10%計算)。綜合以上比較可知,采用分段空場嗣后充填法,較無底柱分段崩落法資源利用率高、基建投資少、效益好、占地少、不搬遷村莊、尾礦得到綜合利用、井下排水量小,因此推薦選用分段空場嗣后充填法。目前階段空場嗣后充填法、分段空場嗣后充填法在我國的安慶銅礦、冬瓜山銅礦、紅透山銅礦、張馬屯鐵礦、李樓鐵礦等普遍應(yīng)用,在生產(chǎn)實踐中積累了大量經(jīng)驗,該采礦方法在國內(nèi)已日趨完善。4采礦方法調(diào)整該礦三期開拓工程按照崩落法進行了基建,后將采礦方法調(diào)整為分段空場嗣后充填法,礦山需對三期已有開拓系統(tǒng)進行必要的調(diào)整,以滿足采礦方法的要求。(1)采礦方法調(diào)整為分段空場嗣后充填法后,井下排水量大大減小,但井下進行充填作業(yè),污水中含泥量大,需在采場附近增設(shè)采區(qū)沉淀池,以避免污染坑道,并減少水倉的清泥量。(2)礦山三期工程上部存在大量一、二期空區(qū),為了確保三期工程投產(chǎn)后安全生產(chǎn),應(yīng)對一、二期存在的空區(qū)進行徹底詳查,已確定其具體位置,在三期工程投產(chǎn)前對一、二期工程產(chǎn)生的采空區(qū)進行充填處理,充填必須密實。5崩落法采礦的地質(zhì)條件(1)類似石人溝鐵礦這樣的內(nèi)陸地區(qū)礦山,其礦山周邊環(huán)境比較復(fù)雜,人口比較密集,由此帶來的征地、搬遷等問題是采礦方法選擇的決定性因素。(2)對于荒蕪人煙的偏