提高李樓鐵礦大結構采場礦石回收率的研究與實踐*

林衛星，甯瑜琳，詹 進

(1.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012；2.國家金屬采礦工程技術研究中心， 湖南 長沙 410012)

提高李樓鐵礦大結構采場礦石回收率的研究與實踐*

林衛星1，2，甯瑜琳1，2，詹 進1，2

(1.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012；2.國家金屬采礦工程技術研究中心， 湖南 長沙 410012)

李樓鐵礦-400 m中段采用25 m高分段空場嗣后充填采礦法分礦房礦柱兩步驟回采,開采初期，一步驟采場回收率僅為70%～75%，采用三維空間掃描儀對采后空區進行測量，發現損失的礦石主要是頂板懸頂和周邊掛幫礦體。為提高采場礦石的整體回收率，通過分析找出了頂板懸頂和周邊掛幫出現的原因，針對具體問題提出了相應的處治措施。經現場生產實踐證明，成功提高了采場礦石的回收率。

采場懸頂;掛幫;炮孔布置;回收率

0 前 言

25 m高分段空場嗣后充填采礦法的主要特征是高分段鑿巖，階段出礦，階段充填，采后靠充填體和圍巖來控制和管理地壓。該采礦法實施方案在礦房或礦柱采場中按高分段布置分段鑿巖巷，在適當位置拉開切割槽后，多分段一次爆破或單分段爆破，爆破后礦石由布置在采場下部的底部結構進行出礦，礦石全部出完后進行充填，之后回采兩側的采場。實際生產過程中，切割槽的位置和形成質量不佳時，容易造成頂板懸頂，使后續的正排炮孔爆破時出現懸頂，而炮孔布置的不合理會導致采場出現懸頂、掛幫問題，這部分礦石往往回收難度極大，最終損失大量礦石。因此需針對問題采取相應的處治對策，最大限度降低損失，提高整體回收率。

1 工程概況

李樓鐵礦位于安徽省西部霍邱縣，開采范圍內地形基本平坦，略有坡度，地形標高一般為35～50 m。礦體為沉積變質礦床，長3.4 km，寬0.25～0.04 km，Ⅰ號礦體為主礦體，占全礦床儲量的85.83%，平均真厚度48.2 m，傾角72°～88°。礦體底板巖石主要為白云石大理巖，裂隙、巖溶均不發育，巖石完整性、穩定性較好；含礦帶上部巖性主要為片巖、片麻巖、大理巖及石英磁鐵礦石，裂隙不發育且被充填，礦物蝕變普遍，巖石完整性較好、穩定性差；在靠近礦體底板及礦層頂部附近擠壓破碎帶發育，礦體的完整性、穩定性較差。

由于地表基本為農田，礦床開采時需對其進行保護。經前期優化選擇，確定采用-400 m中段采用25 m高分段空場嗣后充填采礦法分礦房礦柱兩步驟回采，中段高100 m，分段高25 m，礦房寬20 m，目前正開展現場工業試驗。采場回采時鑿巖采用Simba 1354鑿巖臺車進行分段鑿巖，裝藥器裝粒狀銨油炸藥，多分段或單分段爆破，崩落礦石由6 m3鏟運機從底部結構鏟出。由于采場底部結構約占采場礦石量的8%～10%，為此在采場礦石出空后，采用中深孔崩落遙控鏟運機出礦的方案進行回收，底部結構回收率達50%。

從-400 m中段的初期一步驟采場試驗效果看，雖然實現了采場的安全順利回采，貧化率為3%～4%，但采場回收率僅為70%～75%，采場整體回收率偏低。采場損失礦量主要集中在底部結構、頂板懸頂、側幫掛幫及上下盤掛幫四個方面，其中采場尚未回收的底部結構約占采場礦石量的8%～10%；頂板懸頂的礦石損失率為6%～8%；采場側幫掛幫礦體損失約為4%～6%，上、下盤掛幫礦體損失約為4%～6%，除去將要回收的底部結構礦量，采場懸頂、掛幫礦體損失達到14%～20%。因此，減少采場礦體的懸頂和掛幫，對提高采場綜合回收率十分重要。

2 采場懸頂及掛幫現狀及原因分析

2.1 采場懸頂及掛幫現狀

炮孔施工在鑿巖進路內自端部開始，采用Simba 1354型鑿巖臺車鑿上向扇形中深孔，炮孔直徑Φ76 mm，排拒1.8～2.0 m，孔底距2.6～3.0 m，單排炮孔數量為14個，見圖1。炮孔采用裝藥器裝粒狀銨油炸藥，分段內一次爆破2～3排。

采場爆破后，多數采場出現懸頂、掛幫。圖2是采場回采結束后采用三維空區掃描儀對空區進行掃描測量后繪制的三維模型圖，由圖可知采場側幫除少量超挖外，其它部位基本都留有礦壁，而采場頂板出現懸頂，主要表現為越往下盤，采場懸頂越多，其懸頂掛幫一般情況如圖3所示，采場頂板懸頂厚度一般為5～8 m，個別采場達到10 m左右，損失礦量約占整個采場的6%～8%；采場側幫掛幫礦體厚度一般為0.4～0.6 m，損失礦量約占整個采場的4%～6%。

圖1 原炮孔設計

圖2 采場懸頂掛幫三維圖

受礦體傾角影響，在布置切割槽及礦體下盤的最后一排炮孔時，存在礦體損失或礦體貧化的情況，如圖4所示。而李樓鐵礦一步驟試驗采場生產過程中，造成了上盤、下盤的部分三角礦體的損失，這部分礦量約占整個采場的4%～6%。

圖4 采場上盤、下盤掛幫情況

一步驟采場頂板出現懸頂后，這部分礦石回收難度極大，必然造成礦石損失。而一步驟采場側幫出現掛幫后，由于二步驟采場回采時需在采場邊界留有護壁，使一步驟采場回采后留下的采場掛幫礦體回采難度大，造成掛幫礦體損失。上、下盤礦體邊界的三角礦體掛幫后，后續也難以回采，這類礦體也基本損失。

2.2 懸頂及掛幫原因分析

通過現場調查，分析炮孔設計及生產過程中的鑿巖、裝藥情況，發現出現懸頂及掛幫的主要原因是：

(1) 切割槽形成時，由于炮孔施工、裝藥等多方面因素造成切割槽頂部沒有完全崩落，使得切割槽頂部出現懸頂。而當切割槽出現懸頂后，后續的頂板正排炮孔爆破更加難以將頂板礦體全部爆下來，使得頂板礦體的懸頂厚度隨爆破的進行出現越來越厚的趨勢。

(2) 炮孔設計受實測誤差等影響，頂板炮孔可能沒有布置到-300 m水平工程的底部標高，距-300 m水平工程的底部標高仍有一定距離。

(3) 側幫炮孔布置時沒有涉及超深，造成實際施工出來的炮孔可能沒到采場邊界，同時側幫炮孔孔底距稍大。

(4) 采用的炮孔排距在1.8～2.0 m左右，炮孔排距過大。

(5) 側幫及頂板炮孔裝藥時，由于炮孔深度都在25 m以上，裝藥時藥管沒有伸到炮孔底部便開始裝藥，造成炮孔底部沒裝藥。

(6) 爆破過程中，后爆破的炮孔遭到前排炮孔爆破破壞或在裂隙比較發育時可能出現壞孔時，沒有及時補孔。

3 降低采場頂部懸頂及采場掛幫的措施

針對以上原因，從炮孔設計、炮孔施工、裝藥及施工管理等方面，提出了降低采場頂部礦體懸頂、采場側幫掛幫、上下盤掛幫的措施。

3.1 降低采場頂板懸頂的措施

(1) 將采場-325 m分段的切割天井的高度提高為26 m，切割槽炮孔深度超深切割井0.5 m，即26.5 m。同時切割炮孔要按4個鑿巖中心進行設計與施工，嚴格要求切割槽形成的質量。

(2) 優化-325 m分段正排頂板炮孔孔網參數。正排頂板炮孔布置時，炮孔超深按1.0 m設計，炮孔孔底距為2.6～2.8 m。降低炮孔排距。將炮孔排距由目前采用的1.8～2.0 m降低至1.7 m。見圖5。

圖5 -325分段優化后的炮孔布置

(3) 加強中深孔施工質量及施工管理，杜絕炮孔深度不夠或炮孔孔底裝藥不足等情況的發生。中深孔施工時，如果炮孔深度沒有達到設計要求，或者出現孔底沒裝藥這類情況時，必然會造成頂板出現懸頂、側幫出現掛幫，即使再采取任何措施也無法彌補，因此必須嚴格按照設計進行炮孔施工、裝藥。

3.2 減少采場側面礦體掛幫的措施

(1) 優化側幫炮孔參數。側幫炮孔布置時，炮孔超深按0.5 m設計，同時將側幫炮孔的孔底距由原來的2.7 m降低至2.3～2.6 m。見圖5。

(2) 在采場回采時，爆破震動及后沖很有可能對巖體不穩固段或裂隙發育段炮孔造成變形破壞或堵孔。在中深孔裝藥爆破前，要進行中深孔檢查和驗孔，發現炮孔出現破壞或堵塞等影響爆破效果的情況時，要及時進行補孔，之后再爆破。

3.3 減少采場上下盤礦體掛幫的措施

通過礦石貧化換取回收率的提高。在礦體回收率不超過10%的情況下，礦體上盤布置切割天井時盡量靠近上盤邊界，將上盤的三角礦盡量多回收；礦體下盤布置炮孔時，適當增加1～2排炮孔，將下盤的三角礦體盡量多回收，減少損失。

4 現場實施效果

采用上述措施后，相鄰的一步驟采場回采時，采場礦石量54.6萬t，采出礦石量46.9萬t，回采率為85.9%，貧化率為8.7%，目前正著手準備回收采場的底部結構，底部結構剩余礦石量約為4.7萬t。

除底部結構外，后續采場回采時礦石回收率由之前的70%～75%提高至85.9%，大大減少礦石損失量，但由于采取了用貧化率換取回收率的措施，造成貧化率由3%～4%增加到8.7%。因此后續采場回采布置切割槽和下盤最后一排炮孔時，應先進行經濟計算，在保證貧化率不超過10%的情況下調整切割槽位置和下盤最后一排炮孔的布置。

5 結 論

為提高大結構采場的整體礦石回收率，通過采用三維空間掃描儀對采后空區進行掃描，發現造成礦石損失的主要原因是頂板懸頂和周邊礦體掛幫。通過分析炮孔設計、炮孔施工、裝藥及施工管理等情況，針對不同問題提出了對應的處治措施。

經后續采場的生產實踐證明，這些措施減少了采場頂板懸頂和掛幫礦體量，顯著提高了采場的整體回收率，但貧化率也增大，后續采場回采設計時應綜合考慮回收率和貧化率兩個指標，使這兩個指標盡量達到最優。

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2014￣12￣16)

林衛星(1983-)，男，湖南懷化人，本科，采礦工程師，主要研究方向為金屬礦山采礦技術研究與開發，Email：lwx09@163.com。