北洺河鐵礦底板殘留礦量的回收方法研究

何榮興,任鳳玉,李愛國,白偉現

(1.東北大學資源與土木工程學院, 遼寧 沈陽 110819；2.五礦邯邢礦業有限公司北洺河鐵礦, 河北 邯鄲 056300)

1 概述

北洺河鐵礦主采區，采用大結構參數[1]強制崩落與誘導冒落相結合的無底柱高效率采礦方法開采，為充分回收采場內的殘留礦量，在底板圍巖里，在每兩條正常回采進路之間，增加一條回收進路。回收進路是采場殘礦回收的最終手段，是大結構參數無底柱分段崩落法的不可缺少的重要組成部分，需針對礦巖條件確定回采方法。

2 回收進路開掘巖石高度與廢石混入率的關系

北洺河鐵礦主采區的分段高度15 m，進路間距18 m，崩礦步距1.7～3.4 m，基本上按截止品位控制放礦。由于進路間距較大，出礦結束時，兩條進路之間的脊部殘留體較大。由北洺河鐵礦散體流動參數(α=1.2891，β=0.2811,α1=1.1321,β1=0.5063,K=0.0948)計算得出的殘留體與放出體形態[2]，如圖1所示。分析進入放出體中的廢石量與礦石量的比例關系，不難看出，由于放出體在高度方向的增長速度遠大于橫向增長速度。因此，當放出體高度達到礦石脊部殘留體高度時，放出體中的廢石含量最少；在放出體伸入上覆巖層后，進入放出體內的上覆廢石體積的增長量，遠大于其內礦石體積的增長量，從而使廢石混入率隨放出體高度的增大而不斷增大。廢石混入率不允許超過截止品位的限定值，因此，當殘留體的高度一定時，放出體的高度及其體內允許的最大廢石的含量也就確定了。所以，底部廢石層的允許高度，存在上限值。

圖1 殘留體形態及回收條件

對放出體方程沿高度方向積分，計算出放出體內底部廢石的體積，與放出體的體積相除，得底部廢石混入的體積比：

式中：h為放出體內底部廢石高度；H為放出體高度；ω為(α+α1)/2，α、α1為散體流動參數。

由實驗得出，北洺河鐵礦現用參數下，放出體的最低點與巷道底板的高差約為1.89 m。在圖2所示的回采條件下，當放出體項點與脊部殘留體頂點相切時，放出體的高度約為17.52 m。將H=17.52 m，α=1.2891，α1=1.1321代入式(1)，分別計算開掘巖石高度為6 m、7 m、8 m、9 m時的底部廢石混入的體積比，計算結果見表1。

表1 底部廢石混入體積比隨開掘巖石高度的變化關系[3-4]

表1中，數值是在放出體增大過程中廢石含量最低時的計算結果，而且還未計入正面廢石量。實際生產中，在圖2所示條件下，按截止品位控制出礦時，還將有15%～20%的由覆蓋層廢石引起的廢石混入率，為此，需按表1數值的1.15～1.2倍估算總的廢石混入率。通過技術經濟分析計算得出，北洺河鐵礦回收進路的廢石的混入率最大值不超過40%為宜。由表1數據可見，為了將廢石混入率控制在40%以下，回收進路的開掘巖石高度(從進路底板算起)，不宜超過8 m。

3 回收進路的布置形式

由于開掘巖石高度對回收進路的廢石混入率影響很大，為取得良好的回采指標，需要優選回收進路的位置，以便將開掘巖石的高度限定在合理的范圍。

從礦山提供的地質剖面的礦體底板位置分析，為滿足開掘巖石高度不超過8 m的要求，北洺河鐵礦11線以西的回收進路的位置，布置要-95 m水平為宜。回收進路與正常回采進路的主要差別，在于礦石層的高度減小了一個分段的高度(15 m)。因此，在-95 m水平，并不是每兩條位于下盤圍巖里的回采進路之間都具備布置回收進路的條件，在11線至12線之間的2#采場，因開掘巖石高度過大，已經不具備布置回收進路的條件。

在所設計的回收進路中，仍有一些開掘巖石高度偏大。為此，回收進路可采用傾角2°～5°的斜進路形式，將開掘巖石高度控制在合理的范圍(圖2)。

圖2 用斜進路降低開掘巖石高度(11′線剖面圖)

4 回收進路的回采方式

為保護巷道的穩固性，一個采場的回采進路全部回采結束后，才能掘進與回采回收進路。此時回收進路已被充分卸壓，而且回采爆破振動較小，巷道表層的穩固性容易維護，因此，可采用多種回采形式，充分回收采場內的殘留礦量。

大體說來，回收進路所負擔的崩落礦量，具有高度小而寬度大的特點，為此需要加大放出體的寬度。可采用如下技術措施：

1)加寬出礦口

由于放出體的寬度隨出礦口寬度的增大而增大，因此，加大出礦口的寬度，可增大礦石放出量。增大出礦口寬度的方法，一是回收進路采用較寬的斷面尺寸，二是在回采前將進路端部擴寬。

北洺河鐵礦正常回采進路的巷道斷面尺寸為：高3.5 m，寬4.2 m，回收進路負擔的礦量及炮孔深度，比回采進路減小一半以上，適合采用YGZ-90型鑿巖機鑿巖、斗容2 m3以下的鏟運機出礦，此時高3.0 m、寬3.2 m的巷道斷面即可滿足設備作業的要求。為了保證出礦口的寬度，回收進路可以仍然取用高3.5 m、寬4.2 m的巷道斷面，此時不更改鑿巖設備，以防止矽卡巖炮孔變形或錯位；采用斗容較小的鏟運機沿巷道兩幫鏟出礦石，以增大流動帶的寬度。

對于圍巖穩固性較好、開掘巖石高度較小的回收進路，不僅可以采用“寬進路”回采方式，而且可以進一步擴寬進路的端部，最大限度地加大出礦口。

2)小斷面雙進路回采

在放礦控制方法的研究中，分流放礦是增大流動帶寬度的有效方法。利用這一現象改進殘礦回收，在開掘巖石高度較小時，最好采用小斷面雙進路的回采形式，最大限度地增大流動帶的寬度。

回采方式，適合于采用YGZ-90型鑿巖機鑿巖、斗容0.75 m3的鏟運機或裝巖機出礦，此時巷道的斷面可取為寬2.6 m、高2.8 m，則兩條回收進路的總寬度為5.2 m，比1條正常回采進路僅寬出1.0 m，而且小斷面巷道圍巖的暴露面積小，在沒有壓力的條件下，巷道表層容易支護。在上部完全回采已經充分卸壓的區域，及時噴漿封閉巷道表層圍巖和采用適宜參數的錨桿支護措施條件下，采用小斷面雙進路是完全可行的。

對于開掘巖石高度較大、殘留礦量少的區段，采用小斷面回收進路，也宜布置單進路回采。此時為了加寬放出體，可用短炮孔崩落部分廢石以增大流動帶寬度。

5 回收進路的實施效果

北洺河鐵礦在-95水平1#采場通過布置回收進路的方式，進行了脊部殘留礦石的回收，回收進路斷面3 m×3 m，主要還是圍巖條件較差，噴射70 mm混凝土支護，采用YGZ-90型鑿巖機鑿巖，設計鑿巖參數：排距1.5m，邊孔角50°，孔底距1.6 m。通過實施，所選鑿巖斷面和支護形式合適，爆破效果良好，施工回收巷道450 m，施工中孔10230 m，回收礦石98200多t，品位36.7%，取得了較好的回收效果。

6 結論

1)對于采用大結構參數的無底柱分段崩落法的礦山，為充分回收采場內的殘留礦量，可以在底板圍巖中增設回收進路。

2)當放出體高度達到礦石脊部殘留體高度時，放出體中的廢石含量最少。當放出體伸入上覆巖層后，由于高度方向的增長速度遠大于橫向增長速度，因此，進入放出體內的上覆廢石體積的增長量，將遠大于其內礦石體積的增長量，從而使廢石混入率隨放出體高度的增大而不斷增大。廢石混入率不允許超過截止品位限制的最大值，因此，當殘留體的高度一定時，放出體的高度及其體內允許的最大廢石的含量也就確定了。所以，底部廢石層的允許高度，存在上限值。北洺河鐵礦現用參數下，為了將回收進路的廢石混入率控制在40%以下，回收進路的開掘巖石高度(從進路底板算起)，不宜超過8m。

3)為滿足開掘巖石高度不超過8m的要求，北洺河鐵礦11線以西的主體回收分層的位置，不應低于-95m水平。開掘巖石高度偏大的回收進路可采用傾角2°～5°的斜進路形式，可將開掘巖石高度控制在合理的范圍。

4)回收進路所負擔的崩落礦量，具有高度小而寬度大的特點，為此需要加大放出體的寬度。可采用加寬出礦口、小斷面雙進路回采等技術措施。

5) 對于回收進路回采過程中，穿過高位矽卡巖層的炮孔變形和錯位等問題需進一步研究。

[1] 連明杰,李占科.北洺河鐵礦無底柱分段崩落法大結構參數確定[J].金屬礦山，2004，15(2):15-16.

[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.

[3] 張國聯,邱景平,劉興國.穿脈無底柱分段崩落法底板巖石開掘邊界的研究[J].中國礦業，2006，15(12):48-51.

[4] 李元輝,孫豁然.礦體下盤巖石最佳開掘高度的確定[J]. 東北大學學報：自然科學版, 2004，25(12):1187-1189.