双鸭山铁矿北区残矿回收技术研究

2010-01-23任凤玉全桂光李明旭

中国矿业 2010年12期

常帅，任凤玉，李楠，全桂光，李明旭

(1.东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110004；2.双鸭山建龙矿业有限公司，黑龙江双鸭山 155126)

1 矿山概况

双鸭山铁矿为沉积变质磁铁矿床，北区矿体呈层状产出，平均厚度6～10m，倾角60°～90°。矿石以条带状磁铁矿为主，含微量的赤铁矿，平均品位30.79%。矿体为磁铁石英岩，上盘围岩主要为石英片岩及片麻岩，下盘围岩主要为石英片岩及大理岩。矿岩节理裂隙发育，稳定性较差(表1)[1]。

表1 北区矿岩稳定性分级结果

设计采用浅孔留矿法开采，实际生产中，由于上下盘围岩不稳固，在矿房回采过程中，设计留下0.5m厚的护壁矿柱，即使这样，在稳固性较差的区段，还是不能很好地控制上盘围岩的冒落。有的采场在大放矿早期冒落，使冒落岩石过早混入矿石中，造成贫化率过高，采场被迫中途停止放矿；还有的采场在矿房回采过程中冒落，加大空场宽度，引起顶板矿岩发生大量冒落，使采场被迫中途停止回采。由此损失了大量矿石。

矿石损失量的增大，加快了回采工作面的下降速度，造成备采储量严重不足。矿山在2008年初从220m中段转入170m中段回采，采场衔接不上，生产组织比较紧张。为完成生产任务和充分回收矿产资源，在220m中段第1～12勘探线之间，进行了残矿回收试验。

2 矿石残留体形态分析与回收方法确定

北区采用电耙出矿的浅孔留矿法开采，沿走向布置矿块，矿块长度50m，间柱宽度6m，阶段高度50m，顶、底柱高度6m。采场内的矿石藉重力流入电耙道，由电耙直接耙入穿脉巷道的矿车内。

在矿房回采过程中，最严重的冒落状态如图1所示。当采到矿房的中上部位时，或因松动出矿引起暴露高度较大，或因暴露时间较长，顶板围岩发生松脱片落。而且因片落与冒顶几乎持续进行，难于处理，导致空场跨度越来越大，最终矿岩同时冒落，使采场无法继续上采，被迫提前进行大放矿。当废石混入量超半时，停止放出，此时矿石回采率不足60%，有相当大的一部分崩落与冒落矿石，残留于矿体的下盘壁上。

为估计图1所示矿体的冒落范围，我们在260m水平穿脉巷道观察了冒落区的边界位置，得出冒落拱的边壁倾角约85°。按85°冒落角估算冒落区域，并运用随机介质放矿理论倾斜边界条件下的散体移动方程估计矿岩接触面界线[2]，得出的上盘围岩下盘残留体形态如图2所示。

由于下盘近矿围岩的稳定性很差，难以形成底部结构与沿脉巷道，因此设计了用进路回收下盘残矿的技术方案。进路式回收方式的工程暴露面积小，减小工程的扰动范围，利于稳定，安全条件好。进路垂直矿体走向布置，进路间距8m，

断面尺寸：宽×高≡2.6m×2.8m。进路的布置形式及其与耙道斗穿位置的投影关系见图3。

图1 采场冒落状况

图2 采场不同类型残矿及回收设计

图3 220中段残矿回收工程设计图

3 残矿回收方案的实施及效果

北区220中段1～12线的5个采场，都是在矿房回采过程中上盘塌落，采场内的间柱已由穿脉巷道回采。

由于矿体节理裂隙发育及残矿回收部位对准下中段的诱导冒落试验采场，为确保方案的顺利实施，研究组针对残矿回收进路与170中段试验采场冒落边界的相互位置、回收进路的支护、炮孔装药的问题，提出了以下措施：①新打回收进路与相对应的下中段(170中段)诱导冒落采场相结合，确定冒落边界，同时协调上下阶段的施工进度，控制上阶段当前作业位置始终处于下阶段当前崩落、冒落范围之外，以保证进路作业人员的安全；②巷道支护方式视具体情况而定，稳定性不高的利用锚杆进行支护，比较破碎的要紧跟工作面喷浆，使水泥浆充满裂隙，同时采用锚杆加固，增强整体强度，保证稳定性。③进路内的凿岩工作一次性完成后，要及时进行爆破回采，以免炮孔变形破坏。对于内部存在空场的采场，进路不宜过于靠近端部，避免采场冒落块石伤人。装药可根据炸药类型及安全性确定是否预装药，也可待采场内矿体冒落完全后装药，以利于提高工人作业的安全性。④由于矿石散体塌落已有一段时间，受压力作用散体间孔隙度减小，呈压实状，故对于能直接出矿的进路需先进行出矿松动作业，使得散体发生二次松散，为炮孔挤压爆破提供足够的补偿空间，从而节省切割工程，减少凿岩爆破工程量。

该方案从2008年3月开始实施，主要集中于220中段S4～S12穿脉之间。由于220中段南翼矿房回采已结束，巷道封闭，故首先对巷道内的风、水、电、运输等基本作业条件进行恢复工作。恢复用风、水管分别为直径3寸与1寸半的塑料管，总长各500m；动力及照明线路各恢复约480m；同时，对运输轨道进行了清理、加固。恢复材料总成本约2.5万元。经过近一个月的主巷恢复工作，矿山于2008年4月开始进行残矿回收进路的采准工作。主要施工南翼10号矿房3条出矿进路，每条进路平均长度6m。截至4月末，靠近11号穿脉的2条进路共采出矿石约3000t，取得了较好的初期效果。

随着采准工程施工的深入，矿山采用边采准边回采的方法进行残矿回收。截至工程结束，实际布置采准进路共10条，其中，4号矿房1条，9号矿房2条，10号矿房3条，11号矿房4条。其它矿房中，5号、6号矿房已回采完毕未布置进路；7号、8号矿房仍有部分矿量，暂时未进行回收作业。回采进路内炮排根据矿体厚度布置，炮孔采用垂直扇形布置方式，进行逐排爆破回采。凿岩设备为矿山现用的QJZ-100B潜孔钻机，炮孔直径90mm，最大深度30m，排距1.5m，一次爆破一排。出矿采用人工装填，电机车运输方式，矿车规格0.75m3，每车载重约1.45t。

截至2008年7月末，残矿回收工作结束，大部分回收进路被地表塌落黄色岩土填塞。根据回收矿量及成本统计，残矿回收期间实际共出矿岩18172.85t，其中，矿石16722.85t，岩石1450t。工程累计投入32.56万元，按当时价格计算，回收矿石折算成精粉后可取得纯利润292.6万元。

现场实施结果表明，残矿回收整体效果较好，在保证安全作业条件下回收节约了矿产资源，部分缓解了矿山产量的紧张程度，经济效益显著。所提出利用岩体冒落特性的进路式残矿回收方案，可为国内同类矿山提供参考。