梅山鐵礦大采場結構參數的工業試驗方案

邱海濤，秦國保，吳榮高，丁航行

(1.南京梅山冶金發展有限公司礦業分公司， 江蘇南京 210041;2.東北大學資源與土木工程學院， 遼寧沈陽 110819)

0 引言

梅山鐵礦是較早應用無底柱分段崩落法的礦山之一。近些年的實踐表明，加大無底柱分段崩落法采場的結構參數，不僅可增大開采強度與生產效率，而且可降低采礦成本與改善安全生產條件。因此，隨著采礦設備的發展，無底柱分段法的采場結構參數在不斷增大，已成為目前無底柱分段法的主要發展趨勢［1］。

梅山鐵礦在大采場結構參數方面，做了大量的研究工作［2，3］。作為國家“十五”攻關項目，梅山鐵礦在原有的15 m×15 m結構參數的基礎上進行了大間距結構參數的改進，根據梅山鐵礦的工業放出體參數，確定其在分段高度為15 m時的合理進路間距為20 m。進入到二期延伸作業水平，新的采礦階段將采用18 m×20 m(分段高度×進路間距)的采礦結構參數，而且礦巖性狀發生了較為明顯的變化。因此，進行現場工業試驗優化鑿巖爆破參數，使之與新的結構參數相匹配十分必要。

1 采場結構參數發展趨勢

無底柱分段崩落采礦法的發源于瑞典Kiruna鐵礦，也是目前應用大結構參數開采最成功的礦山［4］。該礦的礦體走向長4 km，平均厚80 m，平均傾角70°。進入1990年代末，分段高度增到28.5～30 m(見表1)。目前該礦正在試驗分段高度30 m，進路間距37 m的雙進路采場結構。結構參數的增加，大幅度地提高了采礦強度，降低了采準工程量和采礦成本。

表1 Kiruna鐵礦參數改進歷程

隨著大結構參數在Kiruna等國外鐵礦成功應用，國內很多礦山也相繼開展了研究應用工作。梅山鐵礦采場結構參數逐步從10 m×10 m，改進到15 m×20 m，一次崩礦量達到了2500 t，取得了顯著的經濟效益［2］。大紅山鐵礦采場結構參數20 m×20 m，一期生產能力達到了400萬t/a，為了一、二期生產銜接，目前正在開展30 m×20 m大結構參數試驗研究［5］。北洺河鐵礦采用大結構參數無底柱分段崩落法后，采準系數由原來的3.6 m/kt減小到2.07 m/kt，節約了大量的采準工程量，提高了產能。可見，無底柱分段崩落法加大采場結構參數后，其生產效率與生產能力都得到大幅增加，已成為未來的發展趨勢。

2 工業試驗方案

梅山鐵礦在二期開采設計中，將分段高度由15 m增大到18 m。同時，隨著采深的增加，散體流動特性也發生了明顯變化。為降低大結構參數開采的礦石損失貧化，急需進行現場工業試驗，并據此優化鑿巖爆破參數。

梅山鐵礦目前生產用的鑿巖爆破參數為:孔徑89 mm，鑿巖中心2個，排距2.2 m，炮孔長度145 m，裝藥量 900 kg，崩礦量 2500 t，炸藥單耗 0.36 kg/t。該參數在實際生產中取得了較好效果。由于試驗增大了分段高度，崩礦步距也需要相應的增大。同時增大炮孔直徑到105 mm進行驗證，觀察爆破效果。基于以上考慮，設計了表2所示的7組鑿巖參數試驗方案。

理想的試驗條件是，每個方案在一條進路里進行試驗，以達到互不影響的目的。而由于現場條件不具備，只能選擇盡可能大的試驗采場，最終試驗采場設計在－303 m水平4－5L聯巷S1～S5進路。每條進路試驗2～3個方案，各試驗參數及現場分布如圖1所示。圖中①～⑦區域分別對應方案1～7試驗區域。

表2 各方案鑿巖爆破參數匯總

圖1 試驗地點

3 試驗方案實施

由于目前生產階段分段高度為15 m，給試驗帶來一定困難。需要在－303 m水平4－5L聯巷S1～S5進路原有工程基礎上，重新進行采準設計。試驗礦塊聯絡道、進路平面布置以及進路間距與－303 m水平一致，不過巷道整體標高下降3 m。試驗礦塊具體采準工程布置如圖2所示，考慮到后期－303 m水平5L南部拉槽的施工安全，試驗礦塊S1～S5每條進路均設計與聯巷5L不貫通。進路斷面規格采用(寬 × 高)5.5 m ×3.8 m 和6.0 m ×3.8 m 兩種尺寸，1/5三心拱;聯絡道斷面規格為5.0 m ×3.8 m，1/5三心拱。為了便于人員和設備進入試驗礦塊，設計了T1－T2和T4－T3兩條斜坡道。

圖2 試驗礦塊采準工程布置

截止至2012年7月上旬，基建車間已基本完成試驗礦塊區域內的采準掘進，各進路具體情況見表3。由表3可知，試驗礦塊S1～S5進路可以布置采礦中、大孔的巷道約為300 m，以平均2.4 m的中孔排距計算，大約可以布置120排。另考慮到進路第一排炮孔布置及施工，剩余貫通距離不宜超過1.5 m，應對貫通處進行處理，以減少貫通距離，保證后期的鑿巖施工。

表3 S1－S5進路掘進情況

目前切割槽已基本形成，各進路具備回采條件。在下一步的回采試驗中，將全程進行跟蹤調查，對回采效果給予評價，從而優選出合理方案。

4 結論

(1)加大無底柱分段崩落法的采場結構參數，能夠顯著提升礦山企業生產效率與生產能力。隨著采礦設備的發展進步，加大采場結構參數已成為未來發展趨勢。

(2)梅山鐵礦將由原有的15 m×20 m采場結構參數增加到18 m×20 m，進行現場工業試驗優化鑿巖爆破參數，使之與新的結構參數相匹配十分必要。

(3)經過綜合考慮，設計了7組試驗方案，并選擇－303 m水平4－5L聯巷S1～S5進路作為試驗礦塊，目前采準工作已完畢，試驗礦塊的回采驗證工作正逐步開展，預期能夠取得較好的試驗效果。

［1］丁航行，任鳳玉.大結構參數無底柱分段崩落法的發展及設備需求［J］.中國礦業，2012，21(10):109-111.

［2］范慶霞.梅山鐵礦采用大型大間距采場結構參數的探討［J］.礦業工程，2004，2(2):25-28.

［3］俞勝健.梅山鐵礦工業放出體試驗研究［J］.冶金礦山設計與建設，2000(01):3-6.

［4］MARTINEZ M A，NEWMAN A M.A solution approach for optimizing long－ and short－ term production scheduling at LKAB＇s Kiruna mine［J］.European Journal of Operational Research，2011，211(1):184-197.

［5］余正方.大紅山鐵礦二期大參數放礦試驗［J］.現代礦業，2014(2):14-16.