分段鑿巖階段礦房采礦法在蒙庫(kù)鐵礦中的應(yīng)用*

陳慶坤

(1.廈門紫金工程設(shè)計(jì)有限公司， 福建 廈門市 361006;2.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410083)

0 概 況

新疆蒙庫(kù)鐵礦位于阿爾泰山脈中部西南邊緣山前地帶，地形變化大，多發(fā)育“V”型谷，屬構(gòu)造剝蝕侵蝕型低中山地貌。礦區(qū)處于歐亞大陸腹地，緯度較高，北東部毗鄰蒙古高壓中心，冬季嚴(yán)寒多雪，夏季炎熱少雨，屬典型的大陸性氣候。

礦山于2008年3月建成了露天采場(chǎng)，并于當(dāng)年投產(chǎn)，截止2010年底露天開采已接近尾聲，并轉(zhuǎn)為地下開采，開拓方式為主、副井和斜坡道聯(lián)合開拓。礦山目前處于半基建半生產(chǎn)狀態(tài)，生產(chǎn)能力為80萬t/a；待基建完成后，將達(dá)到150萬t/a的生產(chǎn)規(guī)模。礦體多為中厚急傾斜礦體，主要采用無底柱分段崩落法回采，局部厚度較薄部分采用留礦法回采。由于礦石品位較低，加之受鐵礦石價(jià)格下跌，礦石回采成本上升等因素影響，礦山面臨著較為嚴(yán)峻的生產(chǎn)形勢(shì)。為降低礦石貧化率，減小礦塊采切比，縮短礦塊回采準(zhǔn)備時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益，礦山擬改進(jìn)或采用其他采礦方法回采礦體，以緩解礦山經(jīng)營(yíng)壓力，改善礦山運(yùn)營(yíng)條件。

1 開采技術(shù)條件

礦區(qū)主礦體為Ⅱ礦體，產(chǎn)狀為不規(guī)則似層狀、透鏡狀，傾向南西。礦體傾角50°～85°(多數(shù)呈65°～75°)、平均厚度8.4～11.34 m，原礦品位在25%～35%之間，多在30%以下，屬中厚至厚的急傾斜低品位礦體。礦巖多為塊狀結(jié)構(gòu)，風(fēng)化程度不高，穩(wěn)定性好。干燥狀態(tài)下新鮮巖石抗壓強(qiáng)度45.0～196.0 MPa，飽和狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度27.3～107 MPa。礦石平均密度3.998 t/m3，巖石平均密度2.92 t/m3，礦巖松散系數(shù)1.6～1.9。礦區(qū)構(gòu)造破碎帶雖較多，但規(guī)模小，構(gòu)造破碎帶一般為0.6～3.5 m，3.5 m以上的構(gòu)造破碎帶較少，多為塊狀及碎塊狀，少數(shù)為碎屑狀，極少數(shù)為粉末狀。自地表到深部，巖體完整程度逐漸增大，除部分構(gòu)造破碎帶外，巖體完整程度較高，工程地質(zhì)條件良好。

2 分段鑿巖階段礦房法

截止2013年6月底之前，礦山主要采用無底柱分段崩落法回采礦體。該法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，安全性好，適合采用高效回采設(shè)備[1-2]，采場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)能力最高可達(dá)1200 t/d。根據(jù)礦山現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，該法回采礦石的貧化率一直維持在16%～20%，實(shí)際出礦品位僅26%左右。為提高出礦品位，提高礦山經(jīng)濟(jì)效益，礦方?jīng)Q定采用分段鑿巖階段礦房法回采礦體，并進(jìn)行了采礦方法工業(yè)試驗(yàn)，取得了較好的效果。

2.1 采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)

如圖1所示，開拓階段高度為50 m，分段高12～15 m，頂柱高5～8 m。礦體厚度小于25 m時(shí)，礦塊沿走向布置時(shí)[3]，礦房長(zhǎng)50 m，間柱長(zhǎng)8 m；礦塊寬為礦體水平厚度。礦體厚度大于25 m時(shí)，礦塊垂直走向布置，礦塊長(zhǎng)即為礦體水平厚度，寬25 m，其中礦房、礦柱各12.5 m。根據(jù)礦塊尺寸，一個(gè)礦塊可布置3個(gè)分段。

2.2 采切工程

采準(zhǔn)工程主要有穿脈運(yùn)輸巷、出礦沿脈運(yùn)輸平巷、裝礦進(jìn)路、人行天井、分段鑿巖平巷。每隔50 m布置一條穿脈運(yùn)輸巷(即一個(gè)礦塊長(zhǎng)度)，出礦沿脈運(yùn)輸平巷沿礦體上盤接觸線布置，并與穿脈運(yùn)輸巷聯(lián)通。人行天井布置在間柱中央，在每個(gè)分段高度上掘進(jìn)分段鑿巖平巷，構(gòu)成人行及通風(fēng)的主要通道[4-5]。自出礦沿脈運(yùn)輸平巷內(nèi)每隔12 m以45°角向礦體下盤方向掘進(jìn)裝礦進(jìn)路，裝礦進(jìn)路與礦房最下分段鑿巖平巷聯(lián)通[6]。

切割工程有拉底、切割天井。切割槽雖屬于切采工序，但計(jì)算時(shí)歸于回采中。切割天井布置于礦房中央，切割天井上端(礦塊頂柱內(nèi))作為回風(fēng)小井，與上中段沿脈運(yùn)輸平巷聯(lián)通。在礦房最下分段鑿巖平巷中向上鉆鑿扇形炮孔，爆破出礦后形成V形塹溝。根據(jù)采切工程布置及各采切巷道、硐室的斷面規(guī)格，可計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)礦塊采切比，見表1。標(biāo)準(zhǔn)礦塊綜合采切比為42.1 m3/kt。

3 回采工藝

3.1 采場(chǎng)鑿巖爆破

在分段鑿巖平巷中用YGZ-90鉆機(jī)鉆鑿孔徑φ70 mm的上向扇形中深孔。采用這種打眼方式，崩落的礦石大塊較多，因此需要控制炮孔的裝藥量。撐控好打眼方式和炮孔的參數(shù)。回采前，將切割天井沿礦體全斷面拉開，為回采提供足夠的自由面。拉槽工序完成后開始鉆鑿回采中深孔，其排面參數(shù)見表2。

圖1 分段鑿巖階段礦房法

表1 采切工程量計(jì)算

根據(jù)炮孔排面參數(shù)布置炮孔，每排可布5個(gè)炮孔，炮孔總長(zhǎng)為156 m。將炮孔全部鑿?fù)旰箝_始崩礦，用2臺(tái)BQF-100裝藥器充裝粒狀銨油炸藥，炮孔堵塞總長(zhǎng)為23.5 m。按線裝藥密度5.01 kg/m來計(jì)算裝藥量，則兩排炮孔共需1328.7 kg的炸藥。

表2 采場(chǎng)鑿巖爆破參數(shù)

爆破時(shí)，采用非電毫秒導(dǎo)爆管孔底起爆，同排同段，各排分段加導(dǎo)爆管并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)一次性起爆，各排導(dǎo)爆管腳線分別用膠布固定綁緊在傳爆線上，再將這根傳爆線并聯(lián)到主傳爆線上，連線完成后用起爆器起爆炸藥[7]。自礦房中央向兩側(cè)自上而下后退式回采，崩礦步距3.2 m。根據(jù)崩礦面積計(jì)算單次崩礦量為2506 t，每米炮孔崩礦量為8 m/t。

3.2 采場(chǎng)通風(fēng)

新鮮風(fēng)流自中段運(yùn)輸平巷、穿脈運(yùn)輸巷、通風(fēng)人行天井、分段鑿巖平巷進(jìn)入回采工作面；清洗工作面后，污風(fēng)經(jīng)回風(fēng)小井(布置在頂柱內(nèi)的未拉槽的切割天井)，上中段沿脈運(yùn)輸平巷，上中段穿脈，上中段運(yùn)輸平巷進(jìn)入總回風(fēng)系統(tǒng)。

3.3 采場(chǎng)出礦

崩落礦石用2.0 m3斗容的JCCY-2柴油鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)至采場(chǎng)溜井，下放至下一中段振動(dòng)給礦機(jī)硐室，再由礦用卡車運(yùn)輸至中段主溜井卸礦。JCCY-2柴油鏟運(yùn)機(jī)，出礦能力約260 t/臺(tái)班。根據(jù)礦山開采規(guī)模5000 t /d的需求，需JCCY-2柴油鏟運(yùn)機(jī)鏟運(yùn)機(jī)14臺(tái)，其中11臺(tái)工作，3臺(tái)備用。

3.4 空區(qū)處理和礦柱回收

回采礦房過程中，利用礦房頂、底柱和礦塊間柱支撐采空區(qū)。礦房回采完畢后，回收礦柱的同時(shí)崩落圍充填采空區(qū)。

礦柱回采分兩步驟。首先，在不影響礦房回采的同時(shí)，回采相鄰已采礦房的頂柱及上中段底柱；待礦房回采結(jié)束時(shí)，在其間柱及上中段底柱中鑿向上扇形炮孔和頂柱中鑿水平扇形炮孔，利用微差爆破，先爆礦房頂柱，后爆礦房間柱及上中段礦房底柱，崩落礦石由采場(chǎng)底部集中出礦[8]。

4 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

根據(jù)采用的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和鑿巖爆破參數(shù)，及礦山目前使用的采掘裝運(yùn)設(shè)備所計(jì)算的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表3所示。現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)表明，采場(chǎng)內(nèi)鏟運(yùn)機(jī)出礦工效為260 t/臺(tái)班，每天工作3班。采場(chǎng)內(nèi)設(shè)備的工時(shí)利用率取60%計(jì)算，則采場(chǎng)日均出礦468 t，需要不少于10個(gè)采場(chǎng)同時(shí)生產(chǎn)才能滿足150萬t/a的生產(chǎn)規(guī)模。

表3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

5 結(jié) 論

分段鑿巖階段礦房法具有回采強(qiáng)度大，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，采礦成本低，回采作業(yè)安全等明顯優(yōu)點(diǎn)[9-10]。蒙庫(kù)鐵礦屬急傾斜中厚的低品位礦體，在采礦成本不上升的情況下，采用合適的采礦方法或改進(jìn)回采工藝，以提高出礦品位，將會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。試驗(yàn)結(jié)合礦山的實(shí)際情況，采用中深孔落礦，鏟運(yùn)機(jī)出礦，有效地降低了采場(chǎng)貧化率。

針對(duì)礦柱回收這一方面，采用兩步驟分別回收礦塊頂?shù)字烷g柱，并對(duì)難以回收的礦柱進(jìn)行崩落處理，既保障了空區(qū)周邊作業(yè)人員的安全，又大大提高了礦石回收率，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。試驗(yàn)為今后礦山大規(guī)模回采提供了經(jīng)驗(yàn)，亦可為其他礦山提供借鑒。

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