大广山铁矿开拓及采矿方法的变更

王长贵，杨依锋，冯浩楠

(河北邯邢矿冶设计院有限公司， 河北邯郸市 056006)

0 引言

大广山铁矿位于湖北省大冶市陈贵镇，属于地方集体经营矿山。矿山由16个大小不等的矿体组成，矿体分布在南北长约480 m，东西宽约350 m的范围内，赋存标高为+40～－523.0 m，矿区探明磁铁矿储量C+D级1880.69万t，平均品位53.52%，属高炉富矿。

在1960～1970年代，±0.000 m以上靠近地表矿体采用露天开采，早已闭坑。由于矿区存在地下溶洞及地下水较大，加之上世纪后期铁矿石市场低迷，地下矿山一直处于停建状态。直到1990年代后期开始地下矿山正规建设，截止目前矿山已开采至－350 m中段，生产了近20 a。矿山在建设生产过程中，多家设计院参与了设计，采矿方法进行几次变更，由浅孔留矿法、分段矿房法变更到无底柱分段崩落法，再到充填采矿法。在大水地下矿山建设和采矿生产中取得了一定经验，在此简单介绍，以供类似矿山借鉴。

1 矿岩条件

大广山铁矿为高－中温矽卡岩型矿床。矿体顶板主要为矽卡岩或闪长岩;矽卡岩裂隙发育，遇水易水化变散;闪长岩节理发育，稳定性差。矿体底板主要为矽卡岩或大理岩;大理岩内节理较少，但－114 m水平以上溶洞发育，易发生注水事件或塌陷、沉降等不良地质灾害，岩石硬度系数f=4～6。矿石主要是磁铁矿，硬度系数f=6～14，较稳固。矿床东及东北方向有地表水体经过，是地下水主要补给来源。

2 开拓工程

由于矿体走向长度短，下盘有溶洞，－350 m以上开拓工程采用南端侧翼双斜井提升，深部开拓增加了南端侧翼罐笼提升竖井。另外，该矿地下涌水量大，有补给水源，属于大水矿山，地下采用分区、分段截排水方式。在矿床的主要补水来源之一的东北方向设计了斜井+平巷截排水系统，在－75 m水平设计了截水巷道。另外，利用－150，－250，－350 m等废弃和生产中段截水、汇水，以及深部的－470 m和－523 m水平巷道截水和汇水。即利用上部生产或者采矿废弃但不在错动范围内的巷道截水汇集到本水平排水系统，直排出地表。深部分期采用最低中段汇水，再由排水系统直排至地表。在矿山的生产中，该截排水方式取得一定效果和经验。

3 采矿方法的选择

地下采矿最初设计采用浅孔留矿法，但由于矿体上盘围岩稳定性差，矽卡岩遇水易变散，且矿体局部厚大，矿房需要垂直走向布置，浅孔留矿法不太适合，采矿方法变更为分段矿房法。分段矿房法作业人员在凿岩巷道内作业，避免了工人暴露在浅孔采场大面积空区之下，但该采矿方法矿石回采率较低(约61%)。为提高矿石回收率，并且回收上部矿柱，在二期生产中将采矿方法变更为无底柱分段崩法，矿石回采率提高到80%，贫化率20%，使用效果较好。在深部延深设计中，由于湖北省政府安监部门在2012年10月开始推广充填采矿法，－350 m以下采用充填法回采，充填法矿石回采率95.5%，贫化率8%，尾砂充填采空区，地表塌陷区不再扩大。

根据大广山铁矿矿体赋存特点和矿岩条件，为保障采矿的安全，水平厚度大于10 m的矿体采用下向分层水平进路胶结充填采矿法;厚度小于10 m的矿体和上盘稳固地段矿体，采用上向水平分层充填采矿法。

3.1 下向分层水平进路充填胶结采矿法

矿块沿矿体走向布置，长50 m，宽为矿体厚度，阶段高度40 m。采用巷道回采，其宽×高为4 m×3.3 m，巷道倾斜5°，回采巷道间隔开采，逆倾斜掘进，顺倾斜充填。上下相邻分层的回采巷道互相交错布置，以防止下部回采时上部胶结充填体脱落，如图1所示。

采用浅孔落矿，电动铲运机出矿。回采进路采用YT－27凿岩机凿孔，炮眼深度2.4 m，根据进路顶板和两帮介质的不同，通常布置40～45个炮孔。采用楔形掏槽。爆破采用2号乳化炸药，进行连续装药，半秒差非电导爆管雷管起爆。WJD－1电动铲运机出矿，将矿石铲至脉外采场溜井，溜放至本中段的运输巷，通过溜井底部振动放矿机装入矿车，通过本中段有轨运输运至提升井，提升至地表。

为使采场回采工作连续进行，以及有效控制采场内回采过程的地压活动，坚持强采强充的开采方针，正常情况下采场内有2～3条进路回采，进路回采结束后立即准备充填。从上分层充填巷道沿管路将充填混合物送入充填巷道，充填尽可能连续作业。充填体凝结达到一定强度后，其相邻和下部矿体才能回采。凝结7 d后，侧部的相邻回采巷道便可开始回采作业;15 d后，其下部的下一分层才能回采作业。为增加充填体的强度，必要时在巷道底板铺设圆木，上部铺设金属网，用钢丝绳把底梁固定在上一分层的底梁上。

在距矿体下盘20 m处布置分段沿脉运输巷道，在沿脉巷道之外布置采区斜坡道，分段沿脉道与采区斜坡道通过分段联络道连接。每个分段高度10 m，服务3个采矿分层，分层高3.3 m，分层运输巷道通过联络道与运输巷相联。在矿体下盘布置采场溜井，溜井直径1.5 m。充填巷道布置在矿块中间。

主要技术经济指标为:采场能力100～150 t/d，损失率4.5%，贫化率8%。

充填采用高浓度管道自流输送工艺，－3 mm的磨棒砂和425号散装普通硅酸盐水泥在搅拌桶内与水搅拌后，利用水平耐磨钢管和垂直钻孔经过倒段溜放至充填回风水平，再经过预留充填井和分层充填巷下至采场。主充填系统及采场内的分层道安装永久或半永久的耐磨钢管，采场进路内为增强塑料管，充填工艺指标为:砂浆质量浓度77% ～79%，灰砂比1∶4～1∶6。

3.2 上向水平分层充填采矿法

在围岩稳固条件相对较好，矿体厚度小于10 m的矿体，采用上向水平分层充填采矿法。矿块分为矿房和矿柱，第一步骤回采矿房，第二步骤回采矿柱。矿柱则在采完若干矿房或全阶段矿房采完后，再进行回采。矿块沿矿体走向布置，矿房、矿柱各50 m长，宽度与水平厚度一致，中段高度40 m。回采矿房时，自下而上水平分层进行，随工作面向上推进，逐层充填采空区，并留出继续上采的工作空间;用充填体维护两帮围岩，并将其作为上采的工作平面。崩落的矿石落在充填体上，用铲运机将矿石运至溜井。矿房回采到最上面分层时，进行接顶充填。矿房中布置两条溜井，一条顺路人行天井，一条充填天井。溜井规格 Ф1.5 m，人行井规格1.5 m ×1.5 m，充填天井断面为2 m×2.4 m，充填井内设充填管路和人行梯子等，是矿房的安全出口，溜井和行人井采用δ3铁皮作内模，一起浇筑在混凝土中。采用胶结充填，人工接顶。布置脉外运输巷和溜井，充填井布置在矿块中间，两条出矿进路垂直矿房布置在溜井底部。浅孔爆破落矿，1 m3电动铲运机出矿。

图1 下向分层胶结充填采矿法

主要技术经济指标为:采场能力100～200 t/d，损失率4.5%，贫化率8%。

4 结论

大广山铁矿在地下大水矿山开拓及涌水分区分段截排方面取得了成功经验，值得借鉴。

随着社会的发展，大广山铁矿采矿方法不断变更。大广山铁矿深部设计生产规模20万t/a，采用充填法采矿，充填站投资280万元，充填成本折算到每吨矿石约45～50元，每年充填费用900～1000万元，但矿石损失率从20%降低至4.5%，多回收矿石3.1万t，增加收入约992万元，并减少废石提升和地表破碎、干抛等费用约78万元;地表不塌陷。充填采矿法矿石回收率高、贫化率低，对环境破坏、影响程度小，但由于充填成本相对较高，以前主要在贵金属和有色金属矿山使用。随着社会发展、市场变化，以及政府监管部门对安全和环境保护的要求提高，一些品位较高的铁矿和一些地表不能拆迁、塌陷的地下矿山通过充填采矿，避免了地表拆迁征地和环境治理等费用，减小了对环境的破坏，提高了矿山企业经济效益，并且取得了一定的社会效益，值得推广应用。

［1］河北邯邢矿冶设计院有限公司.大广山铁矿－350 M以下接续工程初步设计［R］.邯郸:河北邯邢矿冶设计院有限公司，2012，10.

［2］河北邯邢矿冶设计院有限公司.大广山铁矿－350 M以下接续工程初步设计安全专篇补充设计［R］.邯郸:河北邯邢矿冶设计院有限公司，2013，1.

［3］《采矿设计手册》编委会.采矿设计手册［M］.北京:冶金工业出版社，1986.