雙鴨山鐵礦北區殘礦回收技術研究

常 帥，任鳳玉，李 楠，全桂光，李明旭

(1.東北大學 資源與土木工程學院，遼寧 沈陽110004；2.雙鴨山建龍礦業有限公司，黑龍江 雙鴨山 155126)

1 礦山概況

雙鴨山鐵礦為沉積變質磁鐵礦床，北區礦體呈層狀產出，平均厚度6～10m，傾角60°～90°。礦石以條帶狀磁鐵礦為主，含微量的赤鐵礦，平均品位30.79%。礦體為磁鐵石英巖，上盤圍巖主要為石英片巖及片麻巖，下盤圍巖主要為石英片巖及大理巖。礦巖節理裂隙發育，穩定性較差(表1)[1]。

表1 北區礦巖穩定性分級結果

設計采用淺孔留礦法開采，實際生產中，由于上下盤圍巖不穩固，在礦房回采過程中，設計留下0.5m厚的護壁礦柱，即使這樣，在穩固性較差的區段，還是不能很好地控制上盤圍巖的冒落。有的采場在大放礦早期冒落，使冒落巖石過早混入礦石中，造成貧化率過高，采場被迫中途停止放礦；還有的采場在礦房回采過程中冒落，加大空場寬度，引起頂板礦巖發生大量冒落，使采場被迫中途停止回采。由此損失了大量礦石。

礦石損失量的增大，加快了回采工作面的下降速度，造成備采儲量嚴重不足。礦山在2008年初從220m中段轉入170m中段回采，采場銜接不上，生產組織比較緊張。為完成生產任務和充分回收礦產資源，在220m中段第1～12勘探線之間，進行了殘礦回收試驗。

2 礦石殘留體形態分析與回收方法確定

北區采用電耙出礦的淺孔留礦法開采，沿走向布置礦塊，礦塊長度50m，間柱寬度6m，階段高度50m，頂、底柱高度6m。采場內的礦石藉重力流入電耙道，由電耙直接耙入穿脈巷道的礦車內。

在礦房回采過程中，最嚴重的冒落狀態如圖1所示。當采到礦房的中上部位時，或因松動出礦引起暴露高度較大，或因暴露時間較長，頂板圍巖發生松脫片落。而且因片落與冒頂幾乎持續進行，難于處理，導致空場跨度越來越大，最終礦巖同時冒落，使采場無法繼續上采，被迫提前進行大放礦。當廢石混入量超半時，停止放出，此時礦石回采率不足60%，有相當大的一部分崩落與冒落礦石，殘留于礦體的下盤壁上。

為估計圖1所示礦體的冒落范圍，我們在260m水平穿脈巷道觀察了冒落區的邊界位置，得出冒落拱的邊壁傾角約85°。按85°冒落角估算冒落區域，并運用隨機介質放礦理論傾斜邊界條件下的散體移動方程估計礦巖接觸面界線[2]，得出的上盤圍巖下盤殘留體形態如圖2所示。

由于下盤近礦圍巖的穩定性很差，難以形成底部結構與沿脈巷道，因此設計了用進路回收下盤殘礦的技術方案。進路式回收方式的工程暴露面積小，減小工程的擾動范圍，利于穩定，安全條件好。進路垂直礦體走向布置，進路間距8m，

斷面尺寸：寬×高≡2.6m×2.8m。進路的布置形式及其與耙道斗穿位置的投影關系見圖3。

圖1 采場冒落狀況

圖2 采場不同類型殘礦及回收設計

圖3 220中段殘礦回收工程設計圖

3 殘礦回收方案的實施及效果

北區220中段1～12線的5個采場，都是在礦房回采過程中上盤塌落，采場內的間柱已由穿脈巷道回采。

由于礦體節理裂隙發育及殘礦回收部位對準下中段的誘導冒落試驗采場，為確保方案的順利實施，研究組針對殘礦回收進路與170中段試驗采場冒落邊界的相互位置、回收進路的支護、炮孔裝藥的問題，提出了以下措施：①新打回收進路與相對應的下中段(170中段)誘導冒落采場相結合，確定冒落邊界，同時協調上下階段的施工進度，控制上階段當前作業位置始終處于下階段當前崩落、冒落范圍之外，以保證進路作業人員的安全；②巷道支護方式視具體情況而定，穩定性不高的利用錨桿進行支護，比較破碎的要緊跟工作面噴漿，使水泥漿充滿裂隙，同時采用錨桿加固，增強整體強度，保證穩定性。③進路內的鑿巖工作一次性完成后，要及時進行爆破回采，以免炮孔變形破壞。對于內部存在空場的采場，進路不宜過于靠近端部，避免采場冒落塊石傷人。裝藥可根據炸藥類型及安全性確定是否預裝藥，也可待采場內礦體冒落完全后裝藥，以利于提高工人作業的安全性。④由于礦石散體塌落已有一段時間，受壓力作用散體間孔隙度減小，呈壓實狀，故對于能直接出礦的進路需先進行出礦松動作業，使得散體發生二次松散，為炮孔擠壓爆破提供足夠的補償空間，從而節省切割工程，減少鑿巖爆破工程量。

該方案從2008年3月開始實施，主要集中于220中段S4～S12穿脈之間。由于220中段南翼礦房回采已結束，巷道封閉，故首先對巷道內的風、水、電、運輸等基本作業條件進行恢復工作。恢復用風、水管分別為直徑3寸與1寸半的塑料管，總長各500m；動力及照明線路各恢復約480m；同時，對運輸軌道進行了清理、加固。恢復材料總成本約2.5萬元。經過近一個月的主巷恢復工作，礦山于2008年4月開始進行殘礦回收進路的采準工作。主要施工南翼10號礦房3條出礦進路，每條進路平均長度6m。截至4月末，靠近11號穿脈的2條進路共采出礦石約3000t，取得了較好的初期效果。

隨著采準工程施工的深入，礦山采用邊采準邊回采的方法進行殘礦回收。截至工程結束，實際布置采準進路共10條，其中，4號礦房1條，9號礦房2條，10號礦房3條，11號礦房4條。其它礦房中，5號、6號礦房已回采完畢未布置進路；7號、8號礦房仍有部分礦量，暫時未進行回收作業。回采進路內炮排根據礦體厚度布置，炮孔采用垂直扇形布置方式，進行逐排爆破回采。鑿巖設備為礦山現用的QJZ-100B潛孔鉆機，炮孔直徑90mm，最大深度30m，排距1.5m，一次爆破一排。出礦采用人工裝填，電機車運輸方式，礦車規格0.75m3，每車載重約1.45t。

截至2008年7月末，殘礦回收工作結束，大部分回收進路被地表塌落黃色巖土填塞。根據回收礦量及成本統計，殘礦回收期間實際共出礦巖18172.85t，其中，礦石16722.85t，巖石1450t。工程累計投入32.56萬元，按當時價格計算，回收礦石折算成精粉后可取得純利潤292.6萬元。

現場實施結果表明，殘礦回收整體效果較好，在保證安全作業條件下回收節約了礦產資源，部分緩解了礦山產量的緊張程度，經濟效益顯著。所提出利用巖體冒落特性的進路式殘礦回收方案，可為國內同類礦山提供參考。

4 結 論

(1)雙鴨山鐵礦北區主要應用淺孔留礦法開采，由于礦巖穩固性較差，造成220中段積壓了大量殘礦。現場調研分析表明，采場內殘留礦量包括冒落礦量、采場內未放出礦量、未采及未回收間柱礦量三種類型。

(2)結合礦巖容易冒落的特性，提出220中段三種不同類型殘礦的進路式回收方案。試驗表明，進路式回收方案增加了回收工程的穩定性、作業的安全性。同時，利用礦體容易冒落的特性，頂部礦體可自然冒落，減少了布置工程量。

(3)工程實踐表明，殘礦回收方案實施效果良好，具有簡單、高效、安全的特點。有效地減少了原有礦房的礦石損失，部分緩解了礦山產量緊張程度，經濟效益顯著。所提出利用巖體冒落特性的進路式殘礦回收方案，可為國內同類礦山提供參考。

[1] 羊鼻山多層位復雜礦體高效開采工藝技術研究科研組.雙鴨山鐵礦北區巖體穩定性分級報告[R].2007，10.

[2] 任鳳玉.隨機介質放礦理論及其應用[M].北京：冶金工業出版社，1994:56-76.