苍山铁矿双层矿体采充平衡管理

2015-02-24王建忠张盛祥

现代矿业 2015年6期

关键词：矿块空区尾砂

王维王建忠张盛祥

(1.西安建筑科技大学管理学院；2.中钢集团山东矿业有限公司；3.温州盛达矿山建设有限公司)

苍山铁矿双层矿体采充平衡管理

王维1,2王建忠3张盛祥2

(1.西安建筑科技大学管理学院；2.中钢集团山东矿业有限公司；3.温州盛达矿山建设有限公司)

通过对苍山铁矿难采双层矿体盘区点柱式上向分层充填法采矿效率的分析，提出了切实可行的采充平衡技术管理措施，有效控制了整体盘区的开采时间，优化了盘区充填顺序及充填强度，使得盘区生产能力达到了2 000 t/d，基本实现了采充平衡。

双层矿体采充平衡盘区开采

苍山铁矿位于山东省临沂市苍山县与枣庄市交界附近，矿山设计规模为200万t/a，采用分期建设方案。该矿属鞍山式沉积变质型双层马鞍山状矿床，分为Ⅱ#(内脉)、Ⅲ#(外脉)矿体，属于缓倾斜-倾斜、薄-中厚矿体，厚5～26 m，走向长度约2.0 km，为典型的难采矿床及不易形成稳定开采规模的矿床。通过近3 a的试验工作，确定采用点柱式上向水平分层充填法进行开采，该方法采用盘区式开采，难点在于采矿与充填能否达到安全高效合理的衔接。

1 盘区采矿效率

苍山铁矿采矿生产盘区作为采充平衡的一个独立系统，其生产能力是采充平衡一项重要技术指标，该指标不仅取决于各回采、出矿工序，还与采矿作业数量及回采高度有关，同时还需兼顾考虑地表充填站的充填能力。对于点柱式上向分层充填采矿法，生产的主要工序为凿岩、出矿、充填，三者的作业时间不仅与现有的经验数值有关，还与采场位置、出矿通道、采场矿量密切相关。

一个盘区的作业时间分别为:风水电恢复 1 d，装药爆破1 d，顶板安全处理1.5 d，大块破碎 1 d，采场验收1 d，充填准备1 d，充填养护7 d，辅助工序耗时合计约13.5 d。如此，每一分层的采场生产能力(C)仅随3个主要作业工序的时间变化而变化，而主要作业工序的作业时间又与其采场大小(或矿量多少)及其作业效率有关，因此，采场生产能力(C)与采、出、充等3个主要作业工序效率的关系可表示成

式中,C为采场生产能力，t/d；Q为每一分层采出矿量，13 880 t；n1为凿岩机凿岩能力，取1 735 t/d(2台)；n2为铲运机出矿能力，1 800 t/d；n3为充填能力，m3/d；γ为矿石体重，3.47 t/m3。

在盘区的每个作业循环中，100 m的单矿块平均生产能力约为375 t/d，采、出、充等3个主要作业工序中凿岩、出矿、及充填作业时间分别为8，8，6.7 d，凿岩和出矿所占用的时间基本相同。因此，要提高盘区的生产能力，必须缩短充填时间即增大充填能力[1]。

2 采充平衡技术管理

由于苍山铁矿为双层矿体，Ⅱ#、Ⅲ#矿体全部回采结束后方可进入上分层作业，因此，必须缩短回采周期，合理配置回采顺序及合理配矿。采切工程包括采准斜坡道、穿脉平巷(矿房联巷)、脉外的溜矿井、人行泄水井、充填回风井等。穿脉平巷布置于盘区中间，穿脉平巷将盘区划分为4个矿块，以联络巷连接斜坡道，人行泄水井需要在充填时顺路架设。回采时从采场一侧向另一侧前进式回采。凿岩采用Yt-27型气腿式凿岩机，爆破后暂不出矿，开采人员在矿堆上打水平孔压顶回采至设计高度。由于回采出矿时，铲车必须经由矿体内沿走向布置的沿脉巷，因而1个矿块只能有1个回采作业点。一般来说，采场应首先回采外脉再回采内脉，但该传统回采顺序极大的限制了回采的出矿通道，减少了回采作业点，矿房难以实现采充循环作业平衡。

2.1 调整回采顺序，提高盘区回采效率

针对盘区走向长度大、分层可采储量小的情况，要达到设计规模，必须加快盘区内独立区域回采。根据现场实际情况，将盘区双层矿体由6个矿块划分为8个矿块，可以同时回采内脉两侧的2个矿块及外脉4个矿块，将生产能力提高了33%。强化回采效率实际上是缩短了盘区的采充循环周期以及大面积空区的停留时间，防止因井下采空区顶板和点柱的稳定性降低造成大面积的岩体失稳对井下安全生产造成威胁。在回采过程中不仅考虑回采区域的划分对采切成本带来的消极影响，还需要考虑其他生产条件(如矿废石及材料运输、顶板围岩等不可预见的情况)的影响。苍山铁矿同时回采的盘区平均约3.5个，为了防止上述极端情况发生，应提前完成其他盘区的采切工程作为备用回采矿房。

2.2 配置尾砂、废石充填，合理规划采、出空区体积

根据矿山目前的生产实践及采、出、充循环情况，可计算出盘区充填要达到采充平衡时所需要的充填效率为533 m3/d。根据充填系统设计，单套充填系统最大一次充填量为700 m3/d，沉缩比系数取1.1，流失系数取1.05，则单套充填系统最大一次可充填空区体积为606 m3/d。经计算，1套充填系统可以满足1个盘区的充填平衡要求。

为了保障盘区生产采、出、充作业平行交叉合理衔接，要求1个盘区内至少保障3个采场作业面，从而编制盘区作业循环表。在实际生产中还应保留1～2个备用采场作为调剂缓冲之用。

考虑到-90 m为主充填中段，尾砂充填应首先满足该中段的生产要求。按照200万t/d的生产规模，选厂可产能充填井下的尾砂1 742 m3/d，扣除-90 m 中段的充填需要，剩余342 m3/d的尾砂充入-140 m 中段空区内，可充填空区288 m3/d。目前-140 m中段第1分层充填结束，因第2层可以采用一部分的废石充填，可以将另一套系统的用砂量转入-40 m中段进行充填。

苍山铁矿充填系统设计能力与矿山生产能力相配套，规模为200万t/a，但由于目前选厂尾砂的产率较低，能用于井下回填的尾砂为75.17万t，可回填空区体积为49.49万m3。而每年需要充填的空区总量约57.6万m3(需尾砂量87.5万t，密度按1.52 t/m3计算)，从而造成了每年有8.11万m3的空区无法采用尾砂充填，每天大约缺286 m3尾砂。除尾砂胶结充填外，岩石掘进废石充填空区体积为8万m3。在编制采充动态循环计划时，原则上尽可能不采用干式充填方法，原因主要是对下中段顶柱的回收时带来困难，甚至可能会造成顶柱的永久损失。

充填系统管线应提前敷设，充填管线正常运行的关键在于料浆的稳定输送。在尾砂胶结输送过程中，应对尾砂胶结充填料浆的流动性、管道水力学[2]和实际矿山的工程应用有更好的了解，以便有效识别各种风险，并加强管理[3]。

2.3 编制采场平衡计划，合理配置大小采场

苍山铁矿技术计划编制严格按采充平衡的管理原则进行，根据采场作业面的实际情况，实行年计划整体布局，月计划动态控制，合理配置三级矿量，调节采出强度、选矿强度、充填强度。通过计划管理，达到采矿、出矿时间与尾砂胶结充填基本持平的状态。

苍山铁矿内脉矿体平均真厚15 m，外脉平均真厚度7.5 m。矿房大小各不一致，其倾角也各不相同，因此在计划编制及采充平衡管理中应进行充填体积动态控制。当已完成的大矿量采场较多时，应减少大矿量采场的回采，可将难回采的脊部矿房以及结构差、矿量小的矿房进行回采，减少矿石量回采，确保空区暴露面积不大于设计要求。

双层矿体在采充准备布置时，为了减少采切工程，提高经济效益，要求内、外脉矿房需整体一个盘区全部回采充填完成后才可以进行下一个循环。而内、外脉矿房距离仅约10 m，回采爆破影响大，矿块回采周期不一致。因此在回采时，内、外脉矿房回采班组的人员配置比例为2∶1，采用梅花型后退式顺序进行回采。