峨口鐵礦地下采礦方法優選

孫麗軍 張撐校 代碧波

(1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司;2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室;3.陜西邦田化工有限公司)

峨口鐵礦系太鋼(集團)有限公司重要鐵礦石生產基地之一，是一大型露天開采的混合型貧鐵礦床。礦山以山羊坪背斜為界劃分為南、北2區。南區以山羊坪斷層即38號勘探線為界劃分為南東、南西采場，北區以山羊坪斷層即32號勘探線為界劃分為北東、北西采場，4個采場均采用露天開采。根據礦山設計及生產規劃，北東采場2012年底已閉坑，南東采場2016年閉坑，北西采場2019年閉坑，南西采場2021年閉坑，露天境界內資源最長僅能服務8 a左右。境界外還保有大量資源，礦山面臨由露天開采轉入地下開采階段。峨口鐵礦礦產資源賦存條件極其復雜，同時礦山要求盡量實現露天向地下的平穩過渡，這些因素都影響著地下采礦方法的選擇。

1 峨口鐵礦境界外資源條件

1.1 北西境界外采區

該區域礦體主要分布于樓羊爬向斜南北兩翼。礦體賦存標高+1 330～+1 930 m，礦體平均厚度35 m。北翼礦體走向近東西，傾向NNW，傾角85°左右。南翼礦體走向70°左右，傾向SSE，傾角85°左右。

1.2 南東境界外采區

該采區主要開采38～56號勘探線南東露天境界外的掛幫礦體，由西向東平行展布，走向北東東，南傾，傾角一般變化于60°～80°間，整體較陡，礦層平均厚度為59.44 m，礦體賦存標高為+1 400～+1 800 m。

1.3 南西西+1 840 m以下采區

該區域礦體主要分布于馬鬃山向斜南北兩翼。礦體最低賦存標高+1 450 m，礦體厚度變化與20～60 m。北翼礦體走向近東西，傾向NNW，傾角85°左右。南翼礦體走向50°，傾向SSE，傾角85°左右，由西向東逐漸變厚。

1.4 圍巖穩固性

礦層及頂板主要圍巖、夾石——角閃片巖、斜長角閃巖等比較致密堅硬，抗壓強度較大，穩定性較強。而礦層底板及礦層中的部分夾層——云母石英片巖、云母綠泥石英片巖，片理發育，結構柔軟，易被風化，巖層穩定性能差。

2 峨口鐵礦地下采礦方法優選

2.1 采礦方法備選方案

峨口鐵礦境界外礦體絕大部分屬于傾斜急傾斜礦體，厚度在8 m以下及8～15 m礦體很少，絕大部分礦體厚度均在15 m以上，部分向(背)斜核部礦體傾角平緩處，礦體最厚可達70～80 m。根據國內外類似礦山的開采經驗和峨口鐵礦的開采技術條件，搜集并查閱相關資料，借鑒成功礦山的經驗，可將其類似礦山的采礦方法作為初步研究備選方案。初步研究可以適應的采礦法有空場法、崩落法、充填法，具體的開采方法包括分段空場法、有底柱崩落法、無底柱崩落法、空場嗣后充填法。

2.2 備選方案比較

備選方案的比較主要針對以下幾個指標:礦塊的生產能力、礦石貧化率、、礦石損失率、礦石采切比。將備選方案的各指標及優缺點列表進行比較，見表1。

表1 備選方案的主要技術經濟指標及優缺點比較

根據以上比較，空場嗣后充填首先排除，其原因有:

(1)峨口鐵礦礦石平均品位20%左右，總體偏低，若采用嗣后充填，雖可在掛幫礦開采時實現露天地下同時開采，但充填成本將增加。

(2)總觀峨口礦山地表總圖布置情況，很難找到一個相對固定利于建設充填站的位置，而且充填站的建設費用高昂。

(3)若采用充填法，回采充填工藝復雜，必須有足夠經驗豐富的充填工藝及管理人員，否則充填工藝及管理跟不上，會嚴重影響礦山的產量。

2.3 采礦方法的多方案灰色優選

經過以上初步比較，無底柱崩落法、有底柱崩落法、分段空場法3種采礦方案在采切比、貧化損失率、采礦直接成本等方面各有優劣，工人對采礦工藝都比較熟悉，在同類礦山成功使用實例較多。為了綜合比較出其中的最優，現利用灰局勢決策進行優化選擇。

2.3.1 確定事件、對策、局勢、目標

(1)事件。確定峨口鐵礦采礦方法為事件a。

(2)對策。“對策”指初步研究的3種備選方案。對策1(記為b1):無底柱崩落法;對策2(記為b2):有底柱崩落法;對策3(記為b3):分段空場法。

(3)局勢。S1=(a，b1)=(峨口鐵礦采礦方法，無底柱崩落法);S2=(a，b2)=(峨口鐵礦采礦方法，有底柱崩落法);S3=(a，b3)=(峨口鐵礦采礦方法，分段空場法)。

(4)指標。①損失率;②貧化率;③采切比;④采礦成本;⑤采礦工藝難易程度。

2.3.2 給出局勢的效果樣本

局勢S1、S2和S3的效果樣本見表2。

表2 局勢S1、S2和S3的效果樣本

2.3.3 確認指標極性，做效果測度變換

以指標1(損失率為極小值目標)為例。

(1)下限效果測度算式:

(2)效果樣本見表2。

(4)效果測度計算:

同理得出指標2、指標3、指標4、指標5的效果測度值，見表3。

表3 各指標效果測度結果

2.3.4 建立統一測度空間

計算局勢Si的統一測度。i=1，S1=(a，b1)。

(1)效果測度:

(2)統一測度:

2.3.5 找出最優的對策

(1)峨口鐵礦采礦方法選擇統一測度空間r

這表明i*=1，即S1=(a，b1)=(峨口鐵礦采礦方法，無底柱崩落法)。也就是說無底柱崩落法是各指標綜合后的滿意對策，即最優方案。

3 裝備配套選擇

預計峨口鐵礦地采最終規模達到750萬t/a，為保證達到如此大的生產規模，預期的出礦和鑿巖能力必須保障，類比國內外同類型礦山，推薦配置先進的無軌采掘及裝運設備。

3.1 鑿巖設備

無底柱分段崩落法采用上向扇形中深孔落礦，為了有效地控制好崩礦后的最大塊度和減少大塊率，為鏟運機出礦及后續運礦作業的順利進行創造良好條件，同時又能實現高效作業，對采礦鑿巖臺車及鑿巖機的要求是必須能在孔深30 m左右的范圍內實現高效鑿巖，鉆鑿炮孔的準直度高，偏斜小，同時還要能兼顧鉆鑿開掘切割槽的平行炮孔。

SimbaH1354采礦臺車配Cop1838型高效液壓鑿巖機及Solo5－7P(或Solo5－7F)采礦鑿巖臺車配HL710LS型高效液壓鑿巖機，均比國內所有金屬礦山目前使用的同類進口采礦鑿巖臺車及鑿巖機性能先進，檔次更高，對生產能力和鉆孔精度的保證性更強。

3.2 出礦設備

由于無底柱分段崩落法的出礦作業是在獨頭進路中進行，通風條件較差。為了減少廢氣污染，改善作業環境，確保實現高效出礦，擬采用大型電動鏟運機作為主要出礦設備，近年來，國內無軌設備雖有較大發展，但國內4 m3、6 m3級別的電動鏟運機與國外相比，還存在較大差距。進口同級別的電動鏟運機雖價格貴，但性能好，對產量的保證性強。Toro1400E電動鏟運機(斗容6.0 m3)和EST－8B電動鏟運機(斗容6.0 m3)性能先進，適于在峨口鐵礦井下使用，確保生產能力維持在高產穩定狀態。

4 結論

(1)通過礦體賦存情況及開采技術條件分析，對備選方案的技術經濟比較，以及建立灰色數學模型，利用灰局勢決策對備選方案進行優化選擇，確定峨口鐵礦地下開采采用無底柱崩落法。

(2)類比于國內同類型礦山，井下采用先進的鑿巖和出礦設備，是對礦山地下產能的有力保障，確保了峨口鐵礦露天轉地下平穩過渡。

［1］ 代碧波，陳順育，孫麗軍，等.峨口鐵礦露天轉地下開采產能平穩過渡技術研究［J］.金屬礦山，2011(7):1-7.

［2］ 鄧聚龍.灰預測與灰決策［M］.武漢:華中科技大學出版社，2002.