金嶺鐵礦中厚緩傾斜礦床開采方案優化

張　奇　徐祥熙　陳　哲

(1.山東金嶺礦業股份有限公司；2.山東省黃島出入境檢驗檢疫局)

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金嶺鐵礦中厚緩傾斜礦床開采方案優化

張奇1徐祥熙1陳哲2

(1.山東金嶺礦業股份有限公司；2.山東省黃島出入境檢驗檢疫局)

摘要金嶺鐵礦一直沿用的采礦方法為分段鑿巖階段礦房法，盡管工藝成熟但存在礦石回采率偏低的問題。為此，在現有生產系統和生產工藝流程的基礎上，對新探礦體的采礦工藝進行了優化調整，采用嗣后充填無礦柱連續采礦法進行回采。將礦體劃分為幾個礦塊，調整鑿巖切割巷道、出礦進路和脈外聯絡巷道的布置方式，采用后退式連續開采的方式回采礦塊。實踐結果表明：優化后的采礦方案提高了礦石回采率，降低了萬噸采掘比，達到了降本增效的目的，提高了經濟效益，此外，采用全尾砂膠結充填，減少了尾礦存量，有效控制了地壓，社會效益顯著。

關鍵詞緩傾斜中厚礦體嗣后充填無礦柱連續采礦法回采率全尾砂膠結充填

金嶺鐵礦召口礦區北金召北礦床08#礦體為新探礦體，捕虜體成礦，賦存于奧陶系馬家溝組石灰巖與燕山期閃長巖及矽卡巖的接觸帶上，為熱液接觸交代矽卡巖型磁鐵礦床。礦巖接觸界線清楚，產狀受接觸帶控制，礦體緩傾斜，平均厚度8 m，最厚達18 m，礦體部分地段煌斑巖脈發育，圍巖為結晶灰巖和矽卡巖。區內主要含水層為奧陶系馬家溝組灰巖，含水類型為巖溶裂隙水，該處灰巖含水層從局部看，地下水靜儲量不大，補給來源不充分，補給量相對較小。本研究在分析該礦原設計開采方案存在問題的基礎上，對08#礦體的開采工藝進行優化。

1原設計開采方案

金嶺鐵礦主要使用的采礦方法為分段鑿巖階段礦房法，階段高度60～70 m，分段高度18～20 m，階段采用脈外下盤設備井與脈外下盤分段聯絡道的聯合采準系統，在礦體端部布置回風天井，礦房底部采用塹溝結構，垂直走向布置礦房，沿穿脈巷道掘進出礦巷道與塹溝連接，一般分為2～3個分段，礦房寬度20～30 m，礦柱寬度10～14 m。根據礦體圍巖結構，先房后柱，礦柱采用深孔爆破方式回收，礦柱回采條件差，回采率低且貧化率大。使用KQJ-100B型潛孔鉆機鉆鑿φ100 mm深孔，底部階段水平布置平底結構，使用鏟運機出礦。北金召北礦床08#礦體屬于緩傾斜中厚礦體，設計回采率66%，萬噸采掘比64 m/萬t，設計回采率低，嚴重影響了礦山的經濟效益，迫切需要改進采礦方案。

2開采方案優化

2.1方案優化要點

根據08#礦體的形態和產狀，結合現有的生產系統和生產工藝，將房柱二步回采改為嗣后充填無礦柱連續回采(圖1)，優化設計的要點主要有：

(1)提高回采率。采用不留礦柱連續回采的方式回采礦體，利用膠結充填體支撐采空區頂板控制地壓，可有效降低礦柱損失，提高礦體的回采率。

(2)確保較高的采礦效率。以礦塊為獨立回采充填單元，調整回采順序，待充填體達到設計強度后，連續回采相鄰的礦房[1]。采場生產能力大，勞動生產率高，且礦石損失貧化低。各礦塊之間強化與協調落礦、出礦、運礦三大工序，使其具有相對獨立的作業條件，各工序可在不同礦塊平行連續進行，組成連續的開采作業系統[2]。

(3)優化巷道布置，降低采準比。每個礦塊作為一個獨立的作業單元，采準工程布置以減少工程量為目標，僅保留所需的基本工程，共用出礦巷道、脈外聯絡巷道和溜井系統。出礦巷道貫穿于整個礦塊，供礦塊內所有礦房出礦使用，礦房由礦塊的一端依次向后回采，逐步退入聯絡道內。增加公共巷道的布置，可有效降低礦塊內采準工程的采掘比。

(4)充分利用已有生產系統，無需另外增加生產系統。采礦工藝流程和設備與原有的空場采礦法類似，易于作業人員熟練掌握生產流程，不影響安全生產。

2.2方案內容2.2.1礦房布置參數

在礦體中間位置保留12m的保安礦柱，運輸、回風、充填等主要工程布置于該礦柱內。通過保安礦柱，將設計范圍內的礦體劃分為3個礦塊，并確保彼此的獨立性。礦塊內劃分礦房，每個礦塊內的礦房平行布置，礦房寬度15～20 m，階段高度16～20 m，礦房連續布置，由礦塊一端依次順序回采。一個礦房回采完成后應及時進行膠結充填，充填體達到充填強度后，方可進行下一個礦房的回采，出礦礦房交錯布置，連續回采，保證出礦效率。

圖1　嗣后充填采礦法

2.2.2采準布置

每個礦房內布置切割回風上山、出礦進路、鑿巖道等工程。作業人員主要通過設備井或聯絡道進入采區，通風人行布置于端部并作為安全出口，出礦直接在巷道內裝礦或通過直溜井裝礦。每間隔10 m布置一條出礦巷道貫穿整個礦塊，共用脈外聯絡道。切割上山布置于礦房一側，與充填水平貫通，采后作為采區充填口。

2.2.3礦塊回采

(1)鑿巖。鑿巖道不與出礦進路位于同一水平，鑿巖平巷貫通后，形成施工條件后即可施工深孔，鑿巖道布置于采場中央，采用KQJ-100B型潛孔鉆機施工φ100 mm深孔，排間距2 m，孔底距3～3.5 m。施工深孔時，為保護充填體，應預留2 m緩沖層，嚴格按照設計施工深孔，禁止深孔超深，保護緩沖層。

(2)爆破。以切割上山為自由面進行拉槽爆破，形成爆破自由面后，再進行排孔爆破。礦房回采時，一側為實體，另一側為充填體，應對充填體進行適當保護。深孔爆破采用逐孔爆破，使用高精度非電導爆管毫秒延時起爆，嚴格控制裝藥量，減輕爆破振動。

(3)出礦。將礦體分為多個礦塊，每個礦塊作為一個獨立的采充單元，由礦塊一側向另一側推進，下一步回采的采場緊鄰剛充填完畢的采場，通過多個礦塊間的交叉作業，完成礦體的連續回采。底部出礦結構為塹溝結構，爆破后，礦石落入塹溝內，使用金-075鏟運機后退式出礦。礦石通過溜井進入中段運輸大巷，利用架線式電機車有軌運輸運至礦倉。

(4)通風。新鮮風流經運輸大巷和設備井進入各中段工作面，污風由端部回風人行進入上部回風水平后，通過中部回風系統排出地表。采場利用局扇加強通風，局部通風時間不少于30 min。

2.2.4采區充填

礦山采用全尾膠結充填工藝，通過自流輸送充填料漿。充填施工前，應做好充填密閉墻的施工及濾水工作，擋墻的位置宜選擇在巖石穩固的部位，采用鋼筋混凝土結構。回采時，由于后采礦房出礦需在先采礦房的充填體附近進行，為保證正常出礦及減少貧化，充填物(膠固粉∶尾砂)配比取1∶6，濃度55%。將充填體試塊(規格100 mm×100 mm×100 mm)養護28 d后，其抗壓強度最小值不小于1.5 MPa。根據國內外礦山充填體設計強度與充填體高度的關系，采用歸納法進行分析，得到了礦山實際使用的膠結充填體的強度與充填體高度的關系曲線，公式為

式中，H為膠結充填體的高度，m；α為經驗系數，當充填高度小于50 m時，取600，當充填高度大于50 m 時，取1 000；σc為膠結充填體的設計強度，MPa。

本研究H取20 m，α取600，代入上式，計算得σc為0.87 MPa。現有膠結充填試塊的礦壓強度(≥1.5 MPa)，滿足設計要求。

2.3方案技術比較

新方案實踐表明，礦石回采率提高16%，采掘比每萬噸降低11.5 m，經濟效益明顯。全尾砂膠結充填材料的應用，一方面可減少尾礦存量，降低尾礦庫存放壓力，另一方面可控制地壓，有效控制地表塌陷和變形，具有較好的社會效益。

3結語

對于緩傾斜中厚礦體回采難度較大，采用嗣后充填無礦柱連續回采方式具有開采強度大、回采率高、作業效率高、采礦成本相對較低、生產安全等優點。本研究針對金嶺鐵礦召口礦區北金召北礦床08#礦體，對該礦山原有的采礦方案進行了優化，取得了較好的實踐效果，可供類似礦山參考。

參考文獻

[1]于潤滄.采礦工程師手冊[M].北京：冶金工業出版社，2009.

[2]吳秀良.上向進路低強度膏體充填體強度設計研究[J].中國礦山工程，2015(4)：8-9.

(收稿日期2016-03-28)

張奇(1981—)，男，工程師，255081 山東省淄博市。