分段空場嗣后充填采礦法在南北洺河鐵礦的應用

鄒　俊　邱　宇　劉加冬

(1.冀中能源峰峰集團武安市南洺河鐵礦有限公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司；5河海大學文天學院)

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分段空場嗣后充填采礦法在南北洺河鐵礦的應用

鄒俊1邱宇2,3,4劉加冬5

(1.冀中能源峰峰集團武安市南洺河鐵礦有限公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司；5河海大學文天學院)

摘要隨著采礦技術水平和環(huán)境保護要求的提高，充填采礦法在金屬礦山越來越被廣泛重視與應用。介紹了南洺河鐵礦分段空場嗣后充填采礦法具體工藝，分析了實際應用中出現(xiàn)的問題，并給出了解決方法。應用表明，使用分段空場嗣后充填采礦法后，圍巖崩落和地表沉降得到了較好的控制，為安全生產(chǎn)提供了有效的保障，可以為類似緩傾斜礦體的金屬礦山提供技術參考。

關鍵詞分段空場嗣后充填采礦法充填接頂充填體脫水

目前，國內(nèi)淺地表的礦產(chǎn)資源逐漸枯竭,采深劇增導致開采環(huán)境更加嚴峻,眾多礦床的開采條件復雜多變,大量開采廢料地表堆積污染嚴重,政府對環(huán)境保護要求越來越高[1-6]。充填法作為金屬礦山中較為常用的采礦方法，其在控制地壓活動與保護地表環(huán)境方面的優(yōu)勢越來越被廣泛重視與應用。按照傳統(tǒng)的采礦方法，礦體傾角越小，采礦越困難，在緩傾斜礦體使用嗣后充填采礦法能較好地解決困難。

1礦山概況

南洺河鐵礦Fe6主礦層為一中型礦體，走向NE，傾向SE，傾向20°左右。礦體形態(tài)較簡單，西高東低，由西向東延長、延深，為長條狀緩傾斜似層狀。礦層本身結(jié)構致密，多具致密和塊狀構造，穩(wěn)固性較好。礦區(qū)范圍內(nèi)礦體賦存標高為159.5～-126.67 m，走向長980 m左右，平均厚14 m左右，平均品位TFe為52.04%。

2原采礦方法及存在問題

2010年3月以前，南洺河鐵礦一直處于停產(chǎn)狀態(tài)，主要原因是空場法造成采空區(qū)長期大面積暴露，加上在河床下開采，會導致采空區(qū)圍巖失穩(wěn)崩落造成地表沉降以及開裂等情況，河床水通過裂隙大量進入礦區(qū)，沒有安全保障，更可能威脅到與南洺河鐵礦相鄰的萬年礦的安全。后來使用淺孔房柱嗣后充填采礦法，但是其充填次數(shù)多，工藝復雜，每次充填后都需要較長的養(yǎng)護時間才能進入下一個回采作業(yè)循環(huán)，導致成本增加，生產(chǎn)能力受到影響。

3采礦方法改進

礦體西端上部有南洺河(季節(jié)性河流)，河床下壓礦約470萬t，-80 m水平以上其余礦體位于河漫灘下，由于高差不大，均不宜崩落。根據(jù)礦床各段的地質(zhì)特征和礦體產(chǎn)狀、形態(tài)，并考慮各種影響因素，2013年該鐵礦改進了生產(chǎn)工藝，采用分段空場嗣后充填采礦法。

3.1采場結(jié)構參數(shù)

采場沿走向布置，端部(穿脈處)留6 m厚間柱；沿傾向按礦體水平厚度分礦塊，礦塊寬12～15 m；高度為礦體垂直厚度，分段高度為8 m。相鄰礦塊利用一個出礦進路出礦，出礦進路間距為10.8 m。各分段沿走向每隔60或40 m(即每條穿脈)設一條礦石溜井，每隔120或80 m(即每2條穿脈)設一條廢石溜井，各階段沿走向方向每隔120或80 m(每2條穿脈)設一條通風行人井。礦石溜井、廢石溜井、通風行人井、分段平巷均布置在礦體底板巖石中。分段空場嗣后充填采礦方法示意見圖1。

圖1　分段空場嗣后充填采礦方法示意

3.2回采作業(yè)

采用分段鑿巖、分段出礦。每個階段中各分段先下后上回采。切割槽拉開后形成開采自由面即可進行礦房大量落礦。在集礦鑿巖巷中，采用Simba1354鑿巖臺車配備COP1838ME鑿巖機，鉆鑿垂直上向扇形炮孔，鉆孔直徑為76 mm，最大孔深為35 m；排距為2 m，孔底距為2～2.5 m。用ROCMEC裝藥車裝藥，采用乳化粒狀銨油炸藥。為保證爆破效果，采用導爆管、導爆索起爆，一次爆破1～2排炮孔。

3.3出礦

采場出礦選用ADCY-3L型電動鏟運機，斗容為3 m3，每3個采場布置2臺鏟運機，鏟運距離為15～120 m。礦石由鏟運機倒入采場礦石溜井，經(jīng)振動放礦機裝入礦車，經(jīng)沿脈運輸巷道運到主溜井破碎,由主井提升到地表。礦石塊度限制在500 mm以內(nèi)，超過尺寸的大塊采用移動碎石機在出礦進路內(nèi)進行二次破碎。損失率、廢石混入率見表1。

表1　損失率、廢石混入率

3.4通風

新鮮風流由上下盤沿脈運輸巷道、穿脈、通風行人井、采場聯(lián)巷進入采場，采用局扇將鑿巖和出礦工作面的污風由通風行人井抽出至上階段回風巷道(或階段回風井)，由回風斜井、回風豎井排出地表。

3.5充填工藝

3.5.1工藝流程

(1)選廠全尾砂經(jīng)輸送泵加壓輸送至充填站立式砂倉中,自然沉降，充填前排出全尾砂料面上的澄清水，采用壓氣造漿。砂倉中全尾砂造漿均勻后，再由放砂管放料,向攪拌機供給全尾砂漿。

(2)散裝膠固粉運至充填站，經(jīng)給料機及電子秤計量后向攪拌機供給。

(3)全尾砂漿與膠固粉的混合料攪拌均勻后制備成具有結(jié)構流特性的充填料漿，通過充填鉆孔及井下輸送管道自流輸送至采空區(qū)充填。

3.5.2充填料配比

南洺河鐵礦充填料配比為(1∶4.5)～(1∶12)。

(1)第一次回采的礦房將作為二次回采的礦柱，要求充填料漿比例為1∶6(膠固粉∶尾砂)。

(2)部分區(qū)域進入殘采階段的礦房將作為再次回采礦柱，要求充填料漿比例為1∶8(膠固粉∶尾砂)。

(3)最后回采的礦房進入收尾階段，不再作為回采礦柱的空場，要求充填料漿比例為1∶12(膠固粉∶尾砂)。

(4)礦房底板為礦石，底板鋪網(wǎng)作為下層回采的頂板或者馬上充填完成后即將上鏟車，要求充填澆底層和澆頂層1 m,充填料漿比例為1∶4.5(膠固粉∶尾砂)。

3.5.3管路鋪設

南洺河鐵礦充填管路共2組，從充填站經(jīng)過+40 m 水平充填巷到達0 m水平地區(qū)各個空場;從+40 m水平1#小井聯(lián)巷內(nèi)的2個充填鉆孔下至0 m水平措施巷，沿著2#穿斜坡道到達-40 m中段各個采場。充填管路現(xiàn)場布置見圖2。

3.5.4礦房鋪網(wǎng)

部分礦房回采完成后底板仍是礦石，為了提高回收底板礦石的安全性，必須鋪網(wǎng)。采用φ6 mm鋼筋,鋼筋網(wǎng)片規(guī)格為2 m×8 m，網(wǎng)孔規(guī)格為200 mm×200mm，縱筋和橫筋兩端彎鉤背向底板，每2片鋼筋網(wǎng)用彎鉤連接，每片網(wǎng)片中各豎立3根φ6 mm×1.2 m鋼筋。

圖2　充填管路布置

3.5.5接頂工作

為了保證充填體接頂，當采場中的充填體距離頂板高度為0.5 m時，添加水泥膨脹劑，使充填體產(chǎn)生膨脹盡可能接頂。充填體28 d強度大于2 MPa。堵口施工現(xiàn)場見圖3。充填接頂現(xiàn)場見圖4。

圖3　堵口施工現(xiàn)場

圖4　充填接頂現(xiàn)場

3.5.6充填技術難題及解決措施

3.5.6.1充填接頂

針對礦房進行分層充填，每個階段10m一個分層，使每個分層都與下層礦房貫通，最上面一個分層掘進充填巷，與礦房頂板貫通，以便布置充填管路，從而保證每個礦房都能夠充填接頂。具體解決方案：首先，礦房回采時由于礦體形狀不規(guī)則，往往出現(xiàn)有高有低、凹凸不平的現(xiàn)象，鉆進充填鉆孔時必須先由實測數(shù)據(jù)找到最高位置，然后充填孔打到最高處，才能保證充填接頂；其次，在充填過程中，必須保障空場內(nèi)的水和空氣能順利排出，嘗試過打2個孔，但很難保證2個孔都能打到最高處的同時，還能將水和空氣完全排出，最終決定不再打充填鉆孔，必須保證所有空場都有充填巷道，從而保證充填接頂率達到98%以上。

3.5.6.2采場脫水

充填時預埋脫水管路，分層沿脈巷提前掘進水倉，充填脫水通過脫水管路流入水倉，經(jīng)水倉沉淀后用泵排出。部分位置從下層向上鉆進泄水孔，充填水經(jīng)過泄水孔直接自流進入水溝，從而排出。

4結(jié)語

南洺河鐵礦使用嗣后充填采礦法后，利用形成的充填體進行地壓管理，可以控制礦房圍巖崩落以及地表下沉。針對充填過程中出現(xiàn)了采場充填接頂、排水方面的技術問題，技術人員齊心努力，有效解決。分段空場嗣后充填采礦法的實施為保證南洺河鐵礦地下采礦安全作業(yè)提供了有效的保障，也為其他緩傾斜礦體的礦山提供了技術參考。

參考文獻

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[6]劉仁勤,鄭榮祥.階段空場嗣后充填采礦法在銅山銅礦的應用[J].采礦技術,2007,7(3):6-7.

The Application of Sublevel Open Stopping Subsequent with Backfilling Mining Method in Nanminghe Iron Mine

Zou Jun1Qiu Yu2,3,4Liu Jiadong5

(1.Wuan City Nanminghe Iron Mine Company, Jizhong Energy Fengfeng Group Co., Ltd.;2.Sinosteel Maanshan Institute of Mining Research Co.,Ltd.;3.State Key Laboratory of Safety and Healthfor Metal Mines;4.Huawei National Engineering Research Center of High Efficient Cyclic and Utilization of Metallic Mineral Resources Co.,Ltd.;5.Wentian College, Hohai University)

AbstractWith the improvement of the mining technology level and environmental protection requirements, the backfilling mining method is widely used in more and more metal mines. The specific mining process of the sublevel open stopping subsequent with backfilling mining method in Nanminghe iron mine is introduced in detail, the problems existed in real application are discussed and the corresponding treatment methods are also proposed. The application results show that the surrounding rock caving and surface subsidence are controlled effectively by the sublevel open stopping subsequent with backfilling mining method which can provide effective guarantee for the safety production of the mine, besides that, it also can provide reference for the similar metal mines with the slowly inclined ore-bodies.

KeywordsSublevel open stopping subsequent with backfilling mining method, Filling roof-contacted, Filling body dehydration

(收稿日期2015-11-05)

鄒俊(1988—)，男，助理工程師，056300 河北省邯鄲市。