大廣山鐵礦開拓及采礦方法的變更

王長貴，楊依鋒，馮浩楠

(河北邯邢礦冶設計院有限公司， 河北邯鄲市 056006)

0 引言

大廣山鐵礦位于湖北省大冶市陳貴鎮，屬于地方集體經營礦山。礦山由16個大小不等的礦體組成，礦體分布在南北長約480 m，東西寬約350 m的范圍內，賦存標高為+40～－523.0 m，礦區探明磁鐵礦儲量C+D級1880.69萬t，平均品位53.52%，屬高爐富礦。

在1960～1970年代，±0.000 m以上靠近地表礦體采用露天開采，早已閉坑。由于礦區存在地下溶洞及地下水較大，加之上世紀后期鐵礦石市場低迷，地下礦山一直處于停建狀態。直到1990年代后期開始地下礦山正規建設，截止目前礦山已開采至－350 m中段，生產了近20 a。礦山在建設生產過程中，多家設計院參與了設計，采礦方法進行幾次變更，由淺孔留礦法、分段礦房法變更到無底柱分段崩落法，再到充填采礦法。在大水地下礦山建設和采礦生產中取得了一定經驗，在此簡單介紹，以供類似礦山借鑒。

1 礦巖條件

大廣山鐵礦為高－中溫矽卡巖型礦床。礦體頂板主要為矽卡巖或閃長巖;矽卡巖裂隙發育，遇水易水化變散;閃長巖節理發育，穩定性差。礦體底板主要為矽卡巖或大理巖;大理巖內節理較少，但－114 m水平以上溶洞發育，易發生注水事件或塌陷、沉降等不良地質災害，巖石硬度系數f=4～6。礦石主要是磁鐵礦，硬度系數f=6～14，較穩固。礦床東及東北方向有地表水體經過，是地下水主要補給來源。

2 開拓工程

由于礦體走向長度短，下盤有溶洞，－350 m以上開拓工程采用南端側翼雙斜井提升，深部開拓增加了南端側翼罐籠提升豎井。另外，該礦地下涌水量大，有補給水源，屬于大水礦山，地下采用分區、分段截排水方式。在礦床的主要補水來源之一的東北方向設計了斜井+平巷截排水系統，在－75 m水平設計了截水巷道。另外，利用－150，－250，－350 m等廢棄和生產中段截水、匯水，以及深部的－470 m和－523 m水平巷道截水和匯水。即利用上部生產或者采礦廢棄但不在錯動范圍內的巷道截水匯集到本水平排水系統，直排出地表。深部分期采用最低中段匯水，再由排水系統直排至地表。在礦山的生產中，該截排水方式取得一定效果和經驗。

3 采礦方法的選擇

地下采礦最初設計采用淺孔留礦法，但由于礦體上盤圍巖穩定性差，矽卡巖遇水易變散，且礦體局部厚大，礦房需要垂直走向布置，淺孔留礦法不太適合，采礦方法變更為分段礦房法。分段礦房法作業人員在鑿巖巷道內作業，避免了工人暴露在淺孔采場大面積空區之下，但該采礦方法礦石回采率較低(約61%)。為提高礦石回收率，并且回收上部礦柱，在二期生產中將采礦方法變更為無底柱分段崩法，礦石回采率提高到80%，貧化率20%，使用效果較好。在深部延深設計中，由于湖北省政府安監部門在2012年10月開始推廣充填采礦法，－350 m以下采用充填法回采，充填法礦石回采率95.5%，貧化率8%，尾砂充填采空區，地表塌陷區不再擴大。

根據大廣山鐵礦礦體賦存特點和礦巖條件，為保障采礦的安全，水平厚度大于10 m的礦體采用下向分層水平進路膠結充填采礦法;厚度小于10 m的礦體和上盤穩固地段礦體，采用上向水平分層充填采礦法。

3.1 下向分層水平進路充填膠結采礦法

礦塊沿礦體走向布置，長50 m，寬為礦體厚度，階段高度40 m。采用巷道回采，其寬×高為4 m×3.3 m，巷道傾斜5°，回采巷道間隔開采，逆傾斜掘進，順傾斜充填。上下相鄰分層的回采巷道互相交錯布置，以防止下部回采時上部膠結充填體脫落，如圖1所示。

采用淺孔落礦，電動鏟運機出礦?；夭蛇M路采用YT－27鑿巖機鑿孔，炮眼深度2.4 m，根據進路頂板和兩幫介質的不同，通常布置40～45個炮孔。采用楔形掏槽。爆破采用2號乳化炸藥，進行連續裝藥，半秒差非電導爆管雷管起爆。WJD－1電動鏟運機出礦，將礦石鏟至脈外采場溜井，溜放至本中段的運輸巷，通過溜井底部振動放礦機裝入礦車，通過本中段有軌運輸運至提升井，提升至地表。

為使采場回采工作連續進行，以及有效控制采場內回采過程的地壓活動，堅持強采強充的開采方針，正常情況下采場內有2～3條進路回采，進路回采結束后立即準備充填。從上分層充填巷道沿管路將充填混合物送入充填巷道，充填盡可能連續作業。充填體凝結達到一定強度后，其相鄰和下部礦體才能回采。凝結7 d后，側部的相鄰回采巷道便可開始回采作業;15 d后，其下部的下一分層才能回采作業。為增加充填體的強度，必要時在巷道底板鋪設圓木，上部鋪設金屬網，用鋼絲繩把底梁固定在上一分層的底梁上。

在距礦體下盤20 m處布置分段沿脈運輸巷道，在沿脈巷道之外布置采區斜坡道，分段沿脈道與采區斜坡道通過分段聯絡道連接。每個分段高度10 m，服務3個采礦分層，分層高3.3 m，分層運輸巷道通過聯絡道與運輸巷相聯。在礦體下盤布置采場溜井，溜井直徑1.5 m。充填巷道布置在礦塊中間。

主要技術經濟指標為:采場能力100～150 t/d，損失率4.5%，貧化率8%。

充填采用高濃度管道自流輸送工藝，－3 mm的磨棒砂和425號散裝普通硅酸鹽水泥在攪拌桶內與水攪拌后，利用水平耐磨鋼管和垂直鉆孔經過倒段溜放至充填回風水平，再經過預留充填井和分層充填巷下至采場。主充填系統及采場內的分層道安裝永久或半永久的耐磨鋼管，采場進路內為增強塑料管，充填工藝指標為:砂漿質量濃度77% ～79%，灰砂比1∶4～1∶6。

3.2 上向水平分層充填采礦法

在圍巖穩固條件相對較好，礦體厚度小于10 m的礦體，采用上向水平分層充填采礦法。礦塊分為礦房和礦柱，第一步驟回采礦房，第二步驟回采礦柱。礦柱則在采完若干礦房或全階段礦房采完后，再進行回采。礦塊沿礦體走向布置，礦房、礦柱各50 m長，寬度與水平厚度一致，中段高度40 m?；夭傻V房時，自下而上水平分層進行，隨工作面向上推進，逐層充填采空區，并留出繼續上采的工作空間;用充填體維護兩幫圍巖，并將其作為上采的工作平面。崩落的礦石落在充填體上，用鏟運機將礦石運至溜井。礦房回采到最上面分層時，進行接頂充填。礦房中布置兩條溜井，一條順路人行天井，一條充填天井。溜井規格 Ф1.5 m，人行井規格1.5 m ×1.5 m，充填天井斷面為2 m×2.4 m，充填井內設充填管路和人行梯子等，是礦房的安全出口，溜井和行人井采用δ3鐵皮作內模，一起澆筑在混凝土中。采用膠結充填，人工接頂。布置脈外運輸巷和溜井，充填井布置在礦塊中間，兩條出礦進路垂直礦房布置在溜井底部。淺孔爆破落礦，1 m3電動鏟運機出礦。

圖1 下向分層膠結充填采礦法

主要技術經濟指標為:采場能力100～200 t/d，損失率4.5%，貧化率8%。

4 結論

大廣山鐵礦在地下大水礦山開拓及涌水分區分段截排方面取得了成功經驗，值得借鑒。

隨著社會的發展，大廣山鐵礦采礦方法不斷變更。大廣山鐵礦深部設計生產規模20萬t/a，采用充填法采礦，充填站投資280萬元，充填成本折算到每噸礦石約45～50元，每年充填費用900～1000萬元，但礦石損失率從20%降低至4.5%，多回收礦石3.1萬t，增加收入約992萬元，并減少廢石提升和地表破碎、干拋等費用約78萬元;地表不塌陷。充填采礦法礦石回收率高、貧化率低，對環境破壞、影響程度小，但由于充填成本相對較高，以前主要在貴金屬和有色金屬礦山使用。隨著社會發展、市場變化，以及政府監管部門對安全和環境保護的要求提高，一些品位較高的鐵礦和一些地表不能拆遷、塌陷的地下礦山通過充填采礦，避免了地表拆遷征地和環境治理等費用，減小了對環境的破壞，提高了礦山企業經濟效益，并且取得了一定的社會效益，值得推廣應用。

［1］河北邯邢礦冶設計院有限公司.大廣山鐵礦－350 M以下接續工程初步設計［R］.邯鄲:河北邯邢礦冶設計院有限公司，2012，10.

［2］河北邯邢礦冶設計院有限公司.大廣山鐵礦－350 M以下接續工程初步設計安全專篇補充設計［R］.邯鄲:河北邯邢礦冶設計院有限公司，2013，1.

［3］《采礦設計手冊》編委會.采礦設計手冊［M］.北京:冶金工業出版社，1986.