大紅山鐵礦II1-2礦體兩步驟回采嗣后充填采礦法應用

王 軍，麥宗華，楊榮攀

（玉溪大紅山礦業有限公司，云南 玉溪 653405）

1 地質概況

Ⅱ1-2礦體主要賦存于元古界大紅山群紅山組第一段，礦體上盤和下盤均為變鈉質熔巖，在礦體走向端部及南部存在輝長輝綠巖的侵入層，在此礦巖交界地帶，巖石相對破碎，節理裂隙發育。礦石礦物主要為赤磁鐵礦，礦體整體呈透鏡狀產出。Ⅱ1-2礦體頭部位于A34W線與A31’線之間，最新探明的地質儲量46萬t，但是因前期掘進及采礦生產累計消耗了近10萬t礦量，減去消耗部分后剩余地質礦量為36萬t，綜合地質品位54.14%。礦床水文地質條件為簡單類型，礦巖透水性差，無含水、突水現象。

2 礦體特征及物理力學性質

礦體走向北東-南西，初次設計范圍內走向長度約94m，傾向北西，傾角在50°～70°之間，為單向斜構造。礦體厚度6.7m～44m，平均厚度23m，屬中厚-厚大礦體。A32和加A32線上礦體在該段位置最厚大，在298m見礦水平厚度達43.77m。礦體向上延伸至340m標高，礦體走向方向具有膨脹收縮的現象，東高西低，礦體整體呈透鏡狀產出，礦體變化趨勢受侵入體和圍巖蝕變帶影響控制。

礦體內未見較大斷層構造，主要礦石礦物為赤磁鐵礦，礦石無自然性、無結塊性，礦石松散系數為1.6。礦體上盤和下盤均為為變鈉質熔巖，圍巖均屬穩固巖石，礦石本身也穩固[1]。

3 開采技術條件

該礦體上方有系統工程二期主斜坡道，斜坡道與礦體走向呈15°夾角斜跨礦體，斜跨平距約107m，礦體正上方靠北是Ⅲ號、Ⅳ號礦體下盤沿脈干線及東上采區370m分段下盤沿脈、臨時水倉，平面距離較近，約為15m～60m，垂高方向距離33m～45m，其中370m分段斜坡道聯道橫跨礦體最厚大部分，離礦體頂部距離約32m，另外距離礦體頂部70m有西上采區充填上山橫跨礦體。礦體回采時應充分考慮對上部工程的影響，避免主體工程發生變形、垮落。

在本次設計之前，該礦體開采范圍內已對礦體東西兩個端部進行開采，礦體300m標高東側形成近1000m2的采空區，空區頂板最高16m。礦體280m分段西邊形成300m2的空區，空區高度16m。280m分段有2條探礦穿脈，298m分段有3條探礦穿脈，探礦工程較為完善。因此，此次設計應充分考慮開采過程中已形成采空區及已有巷道對現有工程布置的影響，并在開采過程中充分利用現有工程以盡可能減少采切工程量。

4 開拓

（1）斜坡道。本礦體回采時設計采用斜坡道進行開拓。斜坡道與各分段沿脈干線聯通，布置在回采礦體的南西方向。斜坡道直線段坡度14%，轉彎段坡度5%，轉彎半徑12m，斷面尺寸4.2m×3.8m，斷面面積14.8m2。

（2）沿脈干線。根據所采用的采礦方法，在292m、310m、324m水平分別布置下盤沿脈干線與斜坡道聯通，作為回采礦柱時的人行及出礦通道。在280m、300m水平分別布置上盤沿脈干線作為礦房回采時的人行及出礦通道。斷面尺寸為4.2m×3.8m，斷面面積14.8m2。

（3）充填及回風工程布置。在340m水平適當位置建設一個混凝土攪拌站，并在340m下盤沿脈干線適當位置開口，掘進充填頂沿及充填聯道覆蓋礦柱及礦房采空區，作為混凝土充填的通道，掘進巷道斷面尺寸為4.2m×3.8m，斷面面積14.8m2。充填頂沿及充填聯道兼作礦柱回采時的回風通道[2]。

5 采礦方法及采場劃分

（1）采礦方法選擇。根據礦體的分布情況及特征，在消除對上部系統工程的不安全因素的前提下，結合礦業公司的生產形勢及二級富礦的銷售情況，回采該礦體時應遵循充分回收礦石、降低貧化率、充分利用已有巷道工程、高效回采、保證上部系統工程不發生變形、保證回采作業安全的原則，綜合分析考慮之后，決定將礦體整體劃分為礦房礦柱進行回采，其中礦柱采用上向分層膠結充填采礦法，礦房采用分段空場嗣后充填采礦法，回采時先用混凝土置換礦柱，然后再回采礦房[3]。

（2）采場劃分及工程布置。本次設計主要回采東西兩側采空區之間的礦石，分別留設4m寬度的隔離條柱將中間礦體與采空區隔離；至于298m分段采空區以上及以下的礦石暫不納入本次設計范圍，以后回采可考慮利用現有沿脈干線或東部回風聯道進入，280m采空區上部已至礦體頂板，不再考慮，只做封閉或充填處理。兩條隔離條柱之間再將礦體沿走向劃分為礦房礦柱，礦房寬16.5m，長為礦體水平厚度，礦柱寬8m，靠近兩側采空區的礦柱尺寸略有增大，為8.7m和11m，礦體內礦房礦柱交替布置，共布置3個礦房，4個礦柱。

礦房中布置垂直礦體走向的出礦進路、鑿巖平巷，出礦進路與鑿巖平巷之間用出礦聯道聯通，并于礦體下盤布置切割平巷和切割天井。由于礦體傾角較陡，300m分段僅布置鑿巖平巷，崩落的礦石僅做松動出礦，集中在280m分段進行回收。每一個礦房、礦柱中均施工一條充填回風井通達340m分段的充填頂沿，用于今后的采場充填和回風。

圖1 280m分段平面布置圖

圖2 縱剖面圖

6 回采、出礦

（1）礦柱回采。礦柱中的回采使用淺孔落礦的方式，采用YT-28氣腿式鑿巖機進行鑿巖，孔深2.0m～5.0m，采用磁電管毫秒微差爆破，回采順序為四個礦柱同時進行回采。礦柱一次回采高度6m，充填高度4m，控頂高度2m。

（2）礦房回采。礦房回采用SH1354鑿巖臺車施工中深孔，孔徑76mm，排距1.6m，用非電毫秒雷管微差爆破?；夭身樞蜃陨隙?，由礦體下盤向上盤退采。上下正排爆破必須保持一定的超前距離。

7 充填

（1）礦柱。礦柱一次回采高度6m，充填高度4m，控頂高度2m。礦柱充填混凝土通過340m建混凝土攪拌站拌合后，通過混凝土運輸車倒運或管道輸送至充填頂沿充填回風井下放至采場，混凝土到達采場后通過裝載機進行堆平，礦柱充填之前進路及原有貫通部位采用混凝土和毛石混凝土擋墻封堵，礦柱混凝土充填量3萬m3（不含密閉墻）。

（2）礦房充填。礦房采用嗣后充填，采空區先充廢石再用混凝土進行接頂，片石砂漿充填量1萬m3，充填料通過充填井下放至采空區。

8 通風

（1）礦柱通風。礦柱的通風線路為280m分段入口→斜坡道→290m、310m、320m沿脈干線→采場→充填回風井→340m充填頂沿→340m下盤沿脈干線。

（2）礦房通風。未進行中深孔崩礦時，通風線路為：280m分段上盤沿脈→采場→切割天井→300m上盤沿脈、充填回風井→280m回風平巷、340m充填頂沿。

中深孔崩礦后，通風線路為：280m入口→280m分段上盤沿脈→采場→280m回風平巷；280m入口→300m分段上盤沿脈→采場→280m回風平巷。

9 兩步驟回采與分段空場嗣后充填法對比

兩步驟回采與分段空場嗣后充填法對比，主要通過相關技術參數進行對比，供大家在工程設計中參考。

表1 分段空場嗣后充填法與兩步驟回采主要技術指標對比表

10 兩步驟回采應用優化建議

（1）經統計，采區實際采出礦量31.77萬t（包含采切副產），回采率88.25%，達到設計回采率要求；較大紅山鐵礦普通分段空場法開采綜合回采率70%高出約18%，多回收礦石6.19萬t。因此兩步驟回采在提高回采率、尤其是多回收高品位礦石方面有較大的優勢。

（2）兩步驟綜合采切比較分段空場法大，主要由于礦柱回采方法的特殊性，需單獨布置副分段進行回采；若使用分段空場或VCR法回采，可大大降低采切比。

（3）本次設計礦柱使用混凝土充填，流動性較差，造成充填費用高、礦房礦柱充填接頂困難等問題；隨著礦業發展，尾砂膠結充填技術不斷成熟，可以用尾砂膠結充填代替混凝土充填。不僅可以節約充填成本，解決接頂困難問題，還可以用充填孔代替充填井，減少采切費用，實現利潤最大化。

（4）為了充分利用原有巷道，在布置工程時底部出礦進路與鑿巖巷距離較近，導致中孔爆破時出礦進路圍巖受沖擊波破壞較大，為了確保安全回采，增加了部分支護工程。經過現場實踐，當無法確保出礦進路與鑿巖巷安全距離時，可抬高鑿巖巷，增大鑿巖巷與扇形孔邊孔距離，減少爆破對巷道圍巖的破壞，降低支護成本。

（5）兩步驟回采生產能力較低，主要是由于礦柱的采礦方法循環較慢，回采周期較長、效率低，增加了回采成本；在經濟可行的情況下可以使用分段空場法或者VCR法進行礦柱回采，提高回采效率，縮短采礦周期，降低采礦成本。

11 結語

雖兩步驟回采率較高，但相應的采切比及充填成本也隨之增加，在使用該方法時應充分進行經濟效益計算分析。同時應考慮用尾砂膠結充填代替混凝土充填，使用分段空場或VCR法進行礦柱回收，降低充填成本及采切比，實現效益最大化。