大青溝鐵礦淺埋緩傾斜礦體安全開采方法研究

鄭建明

（吉林化工學院信息與控制工程學院，吉林吉林 132022）

0 引言

礦山開采對于環境的影響較大，尤其是露天開采對地表會造成不可逆轉的破壞，露天開采直接對地形地貌造成巨大破壞。地下開采可以最大坑內減小對地表的破壞性影響，但不同采礦方法其影響也有區別，如充填法開采對地表的破壞就比較小，幾乎不會對地表造成影響；采用空場法開采時，尤其是對采空區不進行充填處理時，勢必對地表造成影響，一般情況下會造成巖石移動，開采厚大礦體時還可能造成塌陷，尤其是緩傾斜的厚大礦體。采用崩落法開采時，就一定會造成地表塌陷，其對地貌的破壞性不亞于露天開采。

為此，對于近地表礦體而言，除了要考慮未來對于環境的影響，還需要考慮如何實現安全開采。

1 礦床特征

大青溝鐵礦共發現三條礦體，均為磁鐵礦體。其中Ⅰ號礦體規模最大，Ⅰ-1和Ⅱ號礦體規模很小，礦體地表控制長度為320m，礦體深部控制長度為430m，控制斜深35～50m，礦體的規模屬于小型（沿走向長度小于500m）。礦體控制最低標高為996m，最高標高為1105.5m。總體走向近北西方向，礦體形態為似層狀。礦體有分枝復合現象。礦體均向南西傾斜，傾向225°～295°，傾角在32°～40°之間變化，最大為51°。礦體厚度在0.83～7.21m之間變化，平均厚度為4.48m，厚度變化系數為Vm=60.4%，在礦體形態復雜程度方面屬于厚度變化中等（Vm=50%～100%）。礦床平均品位為29.02%，最高品位為34.35%，最低品位為20.15%，品位變化系數（單樣計算）Vc=11.9%，有用組份分布達到均勻程度（Vc＜50%）。估算資源/儲量（122b+333）為433.24千t。

Ⅰ-1號礦體控制及推斷長130m，礦體傾向延深較小，推斷斜深23m，產狀基本同Ⅰ號礦體。TFe平均品位為32.03%。估算333資源量為17.09千t。

Ⅱ號礦體由地表單工程控制，推斷礦體長100m，推斷礦體傾斜延深50m。單槽控制厚度1.93m。TFe平均品位在27.15%～32.8%之間變化，平均品位30.92%。走向為北西，傾向南西245°左右，傾角36°，礦體為似層狀。估算333資源量為18.27千t。

2 開發方案簡述

設計為地下開采，開采標高為1080～996m，經過評審備案的I號礦體。根據采礦許可證生產規模、礦床賦存條件和開采技術條件，礦山建設規模為6×104t/a，礦山服務年限為6.2年，最終產品為鐵礦石。開采方式為地下開采，采礦方法為留礦全面法和干式充填法。

礦床采用斜坡道開拓，中段選用無軌汽車運輸礦巖石，機械抽出式通風，對角式通風系統。

斜坡道位于礦區東南側，坑口標高1060m，凈斷面9.86m2，斜坡道內直線段每隔30～50m設躲避硐，曲線段每隔10～15m設躲避硐，躲避硐規格1m×1m×1.9m。回風平硐硐口標高1080m，凈斷面5.44m2。

坑內運輸設備選用UQ-8礦用卡車，線路曲線半徑為20m（卡車最小轉彎半徑8m），礦石、廢石運至地表后，在坑口堆場臨時堆存。

采用循環煙氣焙燒的方法，可以提高鉬錸的收率，也提高產品質量，還可以獲得高濃度的SO2煙氣直接送去制硫酸，這是可以解釋清楚的。例如這一爐輝鉬礦需要5次循環煙氣焙燒才能完成，那么前4次獲得的SO2煙氣都是高濃度的，只有最后一次才是低濃度的SO2煙氣，這5次煙氣混合起來肯定可以用于制硫酸。如果是2～3臺以上的焙燒爐，錯開作業，通過混合罐調節，就可以連續用于制硫酸。所以采用循環煙氣焙燒鉬精礦，是提高產品質量、提高鉬錸回收率約100%、還可以用自己的焙燒煙氣制硫酸的很好方案。

中段劃分為1080m、1060m、1030m和996m四個中段，其中1080m為回風中段，風機設置于1080m平硐內。

采用機械排水，在996m中段斜坡道聯絡道附近分別設水倉和泵站，水倉容積為200m3，坑內涌水排至斜坡道1060m中段分岔處的高位水池。

3 開采順序合理性分析

設計礦床自上而下分中段開采，中段內采用自遠而近后退式開采。多中段作業時，上中段作業面應位于下中段作業面錯動界限20m外。

新鮮風流由斜坡道進入，經過生產中段運輸巷道→礦塊運人行通風天井進入采場，污風由另一側礦塊人行天井進入上中段回風巷道，經過端部回風井→回風平硐，排至地表。在中段運輸巷道端部設調節風門，即可調節生產中段的入風量，另通過在合適位置設置普通風門，可以保證新風和污風不會混流。結合目前省內金屬非金屬礦山的開拓方式及回采方式進行類比分析，設計開采順序合理可靠，能夠滿足安全生產的需要。

4 采場支護方式及支護參數

采場一般不需支護，對局部不穩固地段，可采用錨桿或錨網支護，以確保采場（鑿巖巷）穩固與安全。由于工程地質巖組為軟質巖-堅硬巖薄層狀結構，巖體結構穩定性較差，礦山實際生產時根據采場頂板穩固程度進行支護。選用的分段空場法礦塊內自上而下開采，頂板不穩固時，回采分層（段）結束后及時對頂板進行錨桿或錨網支護。

5 回采工藝

5.1 留礦全面法

主要有下盤脈外運輸巷道、穿脈巷道，礦塊天井（上山）、聯絡道、切割平巷、漏斗、裝礦巷道等。設計礦塊沿礦體走向布置，在水平距礦體下盤6～8m遠處，掘進脈外運輸巷道。每隔40～50m從脈外運輸巷道向礦體打穿脈巷道，穿脈超出礦體上盤2m為宜。在礦房兩側間柱內沿礦體下盤掘進礦塊天井（上山），斷面尺寸1.8m×1.5m，與上中段連通。在間柱中每隔3m掘進一條長約2m，斷面尺寸1.8m×1.5m的聯絡道連通采場。沿脈外運輸巷道每隔6～8m設裝礦巷道及漏斗。

回采工作從切割平巷開始，在礦堆上鑿巖自下而上推進，每個礦塊采用1臺YSP-45型鑿巖機淺孔落礦，炮孔呈“之”型布置，孔深1.8～2.0m，排距0.6～0.8m，孔距0.8～1.0m，爆破采用2#巖石乳化炸藥，毫秒導爆管雷管起爆。采場內采用人工平場，電耙扒礦，礦石經漏斗下溜至裝礦巷道，然后由扒渣機裝入礦用卡車。每次放出礦量，要保證下一采礦作業循環安全操作所需高度，高度不大于2m。隨回采工作面推進電耙向上部聯絡道內上移。礦房回采結束后利用電耙進行大量放礦，隨礦堆高度的下降下移電耙。

留設礦柱不予回收，空區進行嗣后充填，并封閉處理。

5.2 干式充填法

當礦體品位較高時，礦塊底部采用鋼筋混凝土假底，鋼筋網主筋采用直徑16mm的螺紋鋼，副筋采用直徑12mm的螺紋鋼，鋼筋網度為200mm×200mm，與錨桿焊接。混凝土澆筑厚度一般不小于500～800mm，礦體厚度大時，應適當加厚，同時鋼筋網加層。錨桿錨固端，應打入堅硬巖層內，并根據拉力試驗測得的數據，調整錨桿錨固深度。鋼筋混凝土假底垂直礦體方向，根據礦體上、下盤圍巖穩固情況，嵌入礦體上、下盤圍巖內500～1000mm。做假底之前，在底部鋪500mm以上碎石爆破緩沖墊層。

在礦體下盤10m外掘進脈外運輸巷道，一般不支護、不穩固區段采用噴混凝土或鋼支架支護。在脈外運輸巷道內，每隔40～50m，垂直礦體走向掘進穿脈巷道控制礦體，穿脈巷道穿過礦體1m左右為宜，一般不支護、不穩固區段采用錨桿或錨網支護。在穿脈巷道內，靠近礦體掘進人行通風天井，與上中段穿脈巷道連接。另在脈外運輸巷道，每隔10～15m布置1條進路與礦體連通，其中靠近礦房兩側的進路作裝礦進路，位于中間的進路作為下中段充填進路。在裝礦進路端部，設溜礦井與礦體頂板根部連接，溜井可根據采用礦體厚度（礦石量大小），設置一條或兩條，設置一條時與上部充填井錯開5m以上，溜礦井全部采用采用鋼結構，用厚3mm鋼板圍成，鋼溜井直徑800mm。在每個溜井底部設有木漏斗。另在拉底空間中部掘進下盤充填井與上中段充填進路連接。當礦體傾角較小時，在拉底空間中部向下盤掘進充填聯絡道使充填井傾角達到50°，然后與上中段充填進路連接。

切割工程包括切割平巷，在采場天井礦房底部掘進一條切割平巷與溜礦井相通，利用溜礦井出礦，將底部擴大至礦房邊界，拉底結束后，在拉底巷道上鋪一層廢膠墊。

回采工作包括鑿巖、爆破、通風、撬頂、出礦、充填及平場等工序。回采工作切割平巷開始，自下而上分層回采，由采場一側向另一側推進。設計分層高度1.8～2m，采用YSP-45鑿巖機淺孔落礦，炮孔呈“之”型或梅花形布置，排間距為0.6～0.8m，孔間距0.8～1.0m。

由于礦石較破碎，設計采場采用光面爆破，2#巖石乳化炸藥，人工裝藥，毫秒導崩落礦石塊度大于350mm視為大塊，在采場內二次爆破破碎。在落礦前，為減少礦石損失、貧化，在廢石上鋪一層廢膠墊。

回采與充填工作交替進行，每采完一層礦石由溜井全部放出，清理后即可進行充填工作。充填料來自坑內所產廢石，充填后作業面凈高保持安全的作業空間。

礦山在生產中，應根據圍巖穩固情況適當調整礦房結構參數，發現頂板或兩幫不穩固時，可采用臨時木柱（或鋼柱）支護，以保證采場作業人員不受冒頂片幫威脅。

礦房頂、底、間柱均不予回收，連接空區的巷道必須全部采用漿砌石或漿砌磚封閉處理并留設泄水孔，處理完畢的空區及撤柱后的巷道嚴禁人員進入，可以有效控制巖移及地壓，安全性好，對后續開采無影響。

6 結論

（1）采用的采礦方法能夠滿足礦山生產規模要求。

（2）采用的嗣后充填與干式充填工藝滿足安全生產與地表巖移控制要求。

（3）為類似礦山提供了借鑒。