無底柱分段崩落采礦法下盤切割工藝技術優化

摘 要:本文通過分析傳統的切割工藝技術在生產應用中的缺點，有針對性地提出了新切割工藝的優化方案，通過實踐應用取得了不錯的效果。

關鍵詞:切割工藝優化經濟效益

中圖分類號:TD853文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(a)-0051-02

1 現狀

鏡鐵山礦樺樹溝礦區是一座開采40多年的大型坑采鐵礦，總儲量4億t，采用無底柱分段崩落采礦法開采。礦石主要以鏡鐵礦、菱鐵礦為主，平均地質品位為37.3%，近礦圍巖以灰黑色、灰綠色千枚巖為主，礦體與圍巖有明顯界線，產狀整合。礦體下盤傾角為50～80°，平均傾角為65°(圖1)，礦體平均厚度70米左右。

傳統的下盤切割工藝技術，是在下盤礦巖交界處掘進一條相互貫通的切割巷道，在切割巷道施工扇形中深孔(圖2)，在回采前首

先對切割巷道的扇形中深孔進行爆破，形成切割槽，然后再進行正常穿脈礦石進行爆破回收。在傳統的切割工藝中，為了提高下盤礦石的回收率，通常切割巷道施工在半巖半礦處，須有部分切巖現象。

2 傳統下盤切割工藝技術在生產中存在的問題

鏡鐵山礦傳統的切割工藝技術在應用中，下盤有一部分礦石無法充分回收，同時巷道切巖造成掘進代礦貧化的問題，即為了提高下盤礦石的回收率，切割巷道在滿足掘進代礦綜合品位達到輸出礦品位的前提下，盡可能布置在礦體下盤的巖體中。盡管如此，終因端部放礦礦巖移動規律，放礦橢球缺以外的礦石很難回收，在采礦過程中造成了下盤礦石的大量永久損失，個別地段下盤礦石損失達到了5～10m(見圖2)，造成了礦石資源的嚴重浪費。

在傳統的下盤切割工藝中存在很多不足。首先，由于切割巷道為半巖半礦，該部分礦石的貧化率達到了50%，遠遠低于鏡鐵山礦的目標采出礦石品位。其次，根據無底柱分段崩落采礦法的放礦橢球體理論，橢球缺以外的礦石很難從放礦口正常放出，因此，在鏡鐵山礦傳統的切割工藝技術中下盤總有一部分礦石無法回收，這部分礦石占到整個鏡鐵山礦切割礦石的24.3%，造成了下盤礦石的永久損失。最后，由于礦體下盤切割巷道需要全部貫通，造成了采準工程的浪費。

3切割工藝技術的優化

為了充分回收下盤礦石，減小下盤礦石的損失貧化，提高礦石的回收率，同時，為了減少掘進巷道，降低礦石開采成本，經過對鏡鐵山礦現有設備的鑿巖能力及采礦技術進行認真的分析研究，對傳統的下盤切割工藝技術進行改進優化，使切割工藝更加科學合理。

3.1 方案優化

(1)將傳統的進路掌子頭沿用的半巖半礦的掘進方式，改為掘進進路端部見巖即停，當進路巷道掘到位以后，不再進行切割巷道的掘進，即相鄰的進路與進路之間不再相互貫通，每條進路減少了掘進巷道10.7m，節約了大量的掘進巷道(見圖3、圖5)。

(2)在進路巷道掌子頭礦巖分界的地方沿礦巖界線施工切割深孔，切割深孔的前傾角根據礦巖的賦存情況確定，一般為65°，采用中深孔一次成井技術爆破形成一個與礦體傾角平行的切割井(見圖3)。

(3)根據切割深孔傾角的大小，在進路巷道端部布置前傾的扇形深孔，采用壓排的方式，第一排深孔與礦巖界線平行，然后按照一定的角度遞增，逐步提高扇形深孔的前傾角，直到所施工的扇形深孔的前傾角變為90°后，再按正常的崩礦步距，布置后續正穿里面的落礦中深孔，(見圖3)。

(4)施工時切割深孔與兩側拉槽的扇形深孔一起施工，采用分段微差起爆，一次爆破形成切割槽自由面，然后依次爆破后面的前傾深孔，再正常回采出礦(見圖4)。

(5)由于在礦體下盤進行強制爆破，而且爆破后礦石的滑動角為礦體的傾角，即65°，遠遠大于鏡鐵礦石的自然安息角41°，因此在傳統的下盤切割工藝中無法回收的礦石也能夠全部回收，大大提高了礦石的回收率。

3.2 優化前后兩種方案比較

(1)傳統的下盤切割工藝的巷道掘進量大，成本高，采出的礦石品位低，回收率低。

(2)切割工藝優化后，節約了大量的掘進巷道，每條進路平均至少節約10.7m巷道，大大降低了巷道掘進成本(見圖5)。

(3)回收了大量的下盤礦石資源，下盤礦石的回采率可達到90%以上，通過統計分析，切割工藝改進后鏡鐵山礦每年可多回收下盤損失礦石59940t，提高了礦石資源的利用率。

(4)降低了切割巷道掘進時礦石的貧化，提高了礦石的綜合品位。切割工藝改進后，由于切割巷道不需要貫通，杜絕了代巖現象，不存在切割巷道掘進中礦石的貧化問題。

4經濟效益計算

下盤切割工藝技術優化后，由于減少了巷道掘進，提高了礦石回收率，降低了礦石的損失貧化，取得了很好的經濟效益和社會效益。

(1)鏡鐵山礦每年至少掘進60條進路，每條進路少掘進10.7.巷道，每米巷道成本為1249元，少掘進巷道節約成本:80.18萬元

(2)多回收59940噸礦石，每噸礦石的采礦成本為39.8元，可以節約成本:238.56萬元

(3)每年掘進60條進路，每條切割天井的中深孔及爆破成本為8280元，每年多支出成本:49.68萬元

前三項費用合計，下盤切割工藝技術優化后，每年節約成本269.06萬元。

5 下盤切割工藝優化后的可行性評價

對于下盤切割工藝技術的優化，必須要從開采技術的可行性、設備的鑿巖能力、經濟的合理性等幾個方面進行綜合分析評價。

5.1 切割工藝優化后技術的可行性分析

切割工藝技術優化后，礦體下盤不再需要掘進一條專門的切割巷道貫通，直接在進路巷道端部施工中深孔，進行采切一體化爆破形成切割槽，減少了人工掘進切割井的勞動強度，提高了礦山的整體采礦技術水平，由于采切一體化已經在鏡鐵山礦得到了廣泛應用，因此，切割工藝優化后在技術上不存在任何問題，可以全面推廣應用。

5.2 工藝的可行性分析

鏡鐵山礦目前使用兩臺從瑞典引進的孔徑為φ102mm的SOLO-1029A型液壓臺車，穩定性好，定位準確，該臺車的鑿巖深度最大為35m，完全滿足井下15m的分段高度，鑿巖效率為240m/天，每年鑿巖量為14.4萬米，同樣滿足生產需要。可見不論在鑿巖深度、鑿巖質量和生產能力上，完全滿足切割工藝優化后的鑿巖任務。

5.3 經濟的合理性分析

切割工藝優化后，比傳統的掘進切割的方法少掘進了大量的巷道，降低了下盤礦石的貧化，每年多回收礦石59940t，減輕了工人的勞動強度，技術水平有了很大的提高，每年可以降低大量成本，具有良好的經濟效益。

可見傳統的下盤切割工藝技術優化后，在工藝技術上是可行的，在經濟上也是合理的。

6 結論

通過對傳統的下盤切割工藝技術研究，優化了切割工藝技術方案，提高了鏡鐵山礦的整體采礦技術水平，減少了下盤礦石的損失貧化，提高礦石的回收率，大大降低了礦石的開采成本。如果在礦山全部推廣應用，將會取得很好的經濟效益，并且對礦山未來的發展起到很大的促進作用。