點柱式上向分層充填法在大紅山鐵礦的應(yīng)用

馬文標　劉明許　徐萬壽　胡耀鋒

(昆明鋼鐵集團玉溪大紅山礦業(yè)有限公司)

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點柱式上向分層充填法在大紅山鐵礦的應(yīng)用

馬文標劉明許徐萬壽胡耀鋒

(昆明鋼鐵集團玉溪大紅山礦業(yè)有限公司)

摘要大紅山鐵礦Ⅰ#銅礦帶150萬t/a工程是其800萬t/a擴產(chǎn)工程的一部分，該銅礦帶現(xiàn)采用點柱式上向分層充填法開采。通過分析該方法在Ⅰ#銅礦帶應(yīng)用過程中存在的問題，并討論相應(yīng)的解決措施，供類似礦山參考。

關(guān)鍵詞點柱式上向分層充填法回采方法措施

大紅山鐵礦Ⅰ#銅礦帶位于A29#～A49#勘探線，標高50～850 m，近EW向展布，走向長2.2 km，傾斜寬0.879 km，勘探面積1.93 km2。該礦帶自上而下有Ⅰc#鐵礦體、Ⅰ3#銅礦體、Ⅰb#鐵礦體、Ⅰ2#銅礦體、Ⅰa#鐵礦體、Ⅰ1#銅礦體、Ⅰ0#鐵礦體，主要開采對象為Ⅰ3#、Ⅰ2#及Ⅰ1#礦體。礦體間夾層厚度從零米至幾十米不等，礦體傾角一般為12°～55°，平均35.7°，礦體厚1.7～21.4 m，平均6.9 m。為進一步指導該礦帶開采，本研究對點柱式上向分層充填法在應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題及應(yīng)對措施進行詳細探討。

1采礦方法

Ⅰ#銅礦帶采用點柱式上向分層充填法[1]，階段高度100 m，分段高度20 m，分層高度4 m，礦塊長度50 m，礦塊寬度為礦體水平厚度，礦塊高度按1個分段高度劃分，采場溜井、回風上山等按300 m間距設(shè)置。

1.1采場布置及結(jié)構(gòu)參數(shù)

采場垂直于礦體走向布置，盤區(qū)長300 m，每個盤區(qū)布置1條溜井和1條回風上山。礦塊長50 m，寬為礦體水平厚度，礦房長50 m，寬為礦體水平厚度，間柱寬4 m，點柱尺寸6 m×6 m，間距18 m，充填回風上山尺寸2 m×2 m。首采分層高5 m，其后每分層回采高度為4 m，首分層用膠結(jié)充填3.3 m，其余分層充填分級尾砂3.5 m，膠結(jié)充填0.5 m，空頂高度為1.7 m。主要開采指標見表1。

表1　主要開采指標

1.2采切工程布置及施工順序

采切工程采用下盤脈外斜坡道、脈外分段巷的采準方式，首先由斜坡道緩坡段每隔20 m垂高向礦體方向掘進分段聯(lián)絡(luò)道，然后在距礦體50 m之外沿礦體走向掘進分段采準干線，在分段巷內(nèi)相應(yīng)采場中間部位掘進分段采場回采聯(lián)道。第1分層聯(lián)絡(luò)道按≤15%下坡掘進，以上分層聯(lián)絡(luò)道以挑頂、墊底方式進行，最大爬坡不大于10°。在各采場回采聯(lián)道內(nèi)最頂層礦體上盤布置回風上山，與上中段回采聯(lián)道相通。

1.3回采工作

回采工作由回采聯(lián)道與切割巷叉口挑頂開始，挑至設(shè)計分層頂板標高后向兩幫拉開工作面，形成回采工作面，采用由回采聯(lián)道向兩翼推進的方式進行回采，推進至采場間柱位置，相鄰2條進路推進到位后，從采場兩翼向采聯(lián)后退剔出頂留點柱。采場內(nèi)遵循由回采聯(lián)道向兩側(cè)條柱推進、自兩側(cè)向回采聯(lián)道后退變點柱、先上盤后下盤的回采順序，直至采至設(shè)計邊界，分層回采工作便完成。

(1)鑿巖。采用單臂臺車Boomer281鑿巖，孔深3.5 m，炮眼排距0.7～0.9 m，孔距0.8～1.0 m；頂板光爆層炮眼間距0.7～0.8 m，光爆層厚0.6～0.8 m，一次性將整條進路炮眼打完。

(2)爆破。選用φ35 mm巖石乳化炸藥，毫秒非電導爆雷管起爆，排間進行微差爆破[2]，間隔時間25～50 ms，光爆層采用導爆索起爆，后續(xù)一次齊發(fā)爆破。

(3)出礦。采用鏟運機或運輸汽車運至溜井后下放至380 m運輸水平。

(4)采場通風線路。新鮮風流→分段干線→回采聯(lián)道→采場→污風→礦塊回風上山→上分段回采聯(lián)道→上分段干線→回風系統(tǒng)。

1.4采場充填

首層充填先鋪設(shè)直徑12 mm螺紋鋼筋，間距200 mm，首層充填高度3.3 m，為尾砂膠結(jié)充填，灰砂比1∶4。后分層回采后應(yīng)進行膠結(jié)尾砂混合充填，下層高3.5 m，全尾砂充填，每分層最后0.5 m都進行尾砂膠結(jié)充填，灰砂比1∶6，并且每分層充填時預留1.7 m空頂。采場排水通過采場內(nèi)部泄水孔或下盤泄水孔排至下分段干線水溝進入井下污水處理站[3]。首分段采場二分層充填泄水原理如圖1所示，二分段采場充填泄水原理如圖2所示。

圖1　首分段采場二分層充填泄水示意

圖2　二分段采場充填泄水示意

1.5頂板管理

采礦作業(yè)過程中，人員設(shè)備直接暴露于采空區(qū)，頂板管理較關(guān)鍵，除采用頂板層光面爆破方法外，在生產(chǎn)實際中還應(yīng)根據(jù)頂板分級情況采取不同方式的護頂措施，確認頂板安全后人員設(shè)備方可進入。

2存在問題及應(yīng)對措施

Ⅰ#銅礦帶深部位于Ⅱ1#主礦體下盤，下段與Ⅱ1#主礦體相距3～10余m，隨著Ⅱ1#主礦體回采深度的不斷下降，應(yīng)力集中、地壓顯現(xiàn)將越來越明顯，加之Ⅰ#銅礦帶深部礦巖呈層狀產(chǎn)出，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，在生產(chǎn)過程中受爆破振動及風化作用的影響，采場冒頂時有發(fā)生，對生產(chǎn)造成了較大的安全隱患。對此，在實際生產(chǎn)過程中，對采場結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化，點柱尺寸4.0 m×(4 ～5.0) m，高至礦體頂板，點柱間距11 m×10 m。采場結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化后，實際回收率74.6%，貧化率12.49%。優(yōu)化后的采場結(jié)構(gòu)如圖3所示。

因尾砂粒級過細、含泥量大等因素，致使尾砂在立式砂倉內(nèi)沉降速度慢、尾砂利用率低、采場脫水困難、充填體強度達不到設(shè)計及回采要求，導致Ⅰ#銅礦帶深部充填(圖4)滯后，備采礦量不足，影響采礦生產(chǎn)的正常持續(xù)。對此，根據(jù)大紅山鐵礦生產(chǎn)建設(shè)的實際情況，在充填能力未能滿足生產(chǎn)需求時，將井下采切碴石運至Ⅰ#銅礦帶深部采空區(qū)進行充填。

Ⅰ#銅礦帶深部礦巖呈層狀產(chǎn)出，節(jié)理裂隙發(fā)育，穩(wěn)固性差，在風化作用、爆破振動、地壓作用等因素的影響下，部分采場頂板易發(fā)生大面積垮塌，采場僅能棄采，導致礦石回采率低。對此，在確保安全的提前下，從相鄰盤區(qū)施工安全通道至礦體上盤，從礦體上盤向下盤回采，以提高回采率。5054盤區(qū)回采優(yōu)化前后對比如圖5所示。

Ⅰ#銅礦帶深部采區(qū)采用點柱式上向分層充填采礦法，根據(jù)三級礦量及采充關(guān)系要求，上分段回采聯(lián)道須在下分段礦石回采前完成施工。提前施工上分段回采聯(lián)道，導致上下分段銜接時回采聯(lián)道重疊部位的采空區(qū)過高，頂板難以管理，加之Ⅰ#銅礦帶深部礦巖穩(wěn)固性差，回采時存在安全隱患。為此，提出運用相鄰盤區(qū)交替充填、適當增加工程的方法消除在過高空區(qū)內(nèi)采礦時存在的安全隱患。4062盤區(qū)5分層回采設(shè)計優(yōu)化前后對比如圖6所示。

圖3　優(yōu)化后的采場結(jié)構(gòu)示意(單位：mm)

圖4　Ⅰ#銅礦帶深部碴石充填采空區(qū)示意

圖5　優(yōu)化前后5054盤區(qū)回采對比

3結(jié)語

大紅山鐵礦在Ⅰ#銅礦帶開采工程中，根據(jù)礦體實際情況，結(jié)合生產(chǎn)實際，針對采礦過程中出現(xiàn)的問題，對點柱式上向分層充填法進行了適當優(yōu)化，確保了該銅礦帶150萬t/a工程的順利進行，達到了原設(shè)計的經(jīng)濟技術(shù)要求。

參考文獻

[1]王維，王建忠，張盛祥.蒼山鐵礦雙層礦體采充平衡管理[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(6)：53-54.

[2]牛魁.逐孔微差爆破技術(shù)在黑溝溜井降段中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(1)：60-61.

[3]劉同有.充填采礦技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2001.

圖6　4062盤區(qū)5分層回采設(shè)計優(yōu)化前后對比

(收稿日期2015-11-01)

馬文標(1988—)，男，助理工程師，653405 云南省玉溪市新平縣戛灑鎮(zhèn)。