多分层同步上向水平进路采矿法在和睦山铁矿的应用

郎永忠 陈能革

(马钢集团矿业有限公司)

·采矿工程·

多分层同步上向水平进路采矿法在和睦山铁矿的应用

郎永忠 陈能革

(马钢集团矿业有限公司)

和睦山铁矿后观音山矿段-200 m中段原采用分段空场嗣后充填采矿法，在开采过程中发现矿岩节理裂隙比较发育，矿体稳固性差，矿石回采率仅为65%,贫化率高达18%，后期转换为上向水平进路充填采矿法，又因后观音山矿体水平面积小，生产能力低，严重影响矿区的产量。通过技术攻关，矿山采用多分层同步上向水平进路台阶式开采，回采率达到90%，贫化率降至5%，生产能力达1 500 t/d以上，取得了很好的效果，采矿方法的平稳转换取得成功。

采矿方法转换 多分层同步上向水平进路采矿法 回采率 贫化率

和睦山铁矿位于安徽省当涂县境内，距离马鞍山市约25 km，是马钢集团公司重要的铁矿石生产基地。该矿床揭露后发现后观音山矿段开采技术条件极为复杂，矿体形态多变，尖灭再现现象突出，矿体稳固性较差，先后采用多种采矿方法，效果均不理想，矿山通过复杂地下环境采矿方法转换,各项经济技术指标达到了预期目标。

1 矿山概况

和睦山铁矿地质储量为0.3亿t，地下开采，设计生产规模70万t/a,其中磁铁矿50万t/a，混合矿20万t/a，TFe品位在30%以上。矿山采用竖井+斜坡道联合开拓方式，目前主要开采后和睦山矿段和后观音山矿段，其中后和睦山矿段1#主矿体以混合矿为主，采用无底柱诱导冒落法，-150～-50 m中段开采结束，正在开采-200～-150 m中段。后观音山矿段2#、3#主矿体以磁铁矿为主，对2#矿体-200～-150 m中段分别采用了分段空场嗣后充填采矿法、浅孔留矿法和上向水平进路充填法回采。

2 原采矿方法存在的问题

后观音山矿段前后采用3种采矿方法，其中，浅孔留矿法只对-150 m水平以上少量边缘矿体进行了开采，-200～-150 m中段则采用分段空场嗣后充填采矿法，由于该矿体的矿岩节理裂隙比较发育，矿体稳固性差，第一步矿柱采完后，相邻矿房极易发生冒落和坍塌，致使第二步矿房回采作业难度增大，矿石损失比较严重，且采空区难以充填。该矿段矿石回采率仅为65%，贫化率高达18%。

根据已有采准工程量和上向水平进路充填采矿法的适用条件[1]，矿山在后期将该矿段采矿方法进行了转换。-193 m水平作为上向水平进路充填采矿法首采水平，矿体平面面积仅为29 784.45 m2， 2#、3#、7#矿体沿走向长度分别仅为550，650和350 m，受进路充填能力、出矿能力、通风能力限制，同一分层可布置进路有限，生产能力不足1 000 t/d，严重影响矿区产能。后观音山-193 m水平上向水平进路式充填平面见图1。

图1 后观音山-193 m水平上向水平进路式充填平面

3 多分层同步上向水平进路采矿法的应用

分段空场嗣后充填采矿法采用中深孔落矿，采场生产能力较大，而上向水平进路充填法采用独头工作面浅眼崩矿，回采效率低，进路采矿生产能力小。对于矿床展布面积大(走向长)或可多中段同时生产的矿山，可在同一分层布置多条进路同时回采。但对于小规模矿床或单中段生产矿山，由于不可能在同一分层上布置较多的回采进路，矿山生产能力可能会出现较大幅度的降低。为保持产能稳定，必须采用多进路、多分层同步开采的上向水平进路充填开采技术以弥补进路采场产能的降低[2]。

3.1 采场布置及开采顺序

后观音山矿段-200～-150 m中段原划分为4个分段，分段高12.5 m，其中-200 m水平为出矿水平，-187，-175和-162.5 m水平为回采分段， -150 m为回风水平。该中段分为4个盘区(0#、1#、2#和3#)，采矿方法转换后新增3个盘区(图2)，并在-187，-175，-162.5 m分段以4 m为分层高度新增了11个开采水平，进路规格为4 m×4 m。

图2 盘区划分

根据具体的矿体形态和原巷道布置形式，进路可灵活布置。自下而上回采，分别为-193， -189，-185，-181，-177，-173，-169，-165， -161，-157，-153 m分层，每个一分层划分为几个采场。 在每分层的各个盘区中央布置垂直于矿体走向的分层进路，沿矿体走向向两翼掘进进路采场，进行回采。同一盘区的进路采场采用间隔回采的方式，先采上盘进路，采一充一，待盘区进路回采结束后，密闭、充填盘区进路。

回采作业时，重点挑选1～2个盘区集中作业，率先回采，充填完毕，率先升层，其余盘区放慢回采速度，仍在当前分层作业，形成各盘区台阶式回采布置，以增加同时回采进路。考虑到已形成的盘区巷道及已回采的矿块位置，为了保证回采效率和作业安全，将同一水平矿体按照盘区划分形成具有单独进出口、通风、出矿和泄水的系统。通过规划后盘区间总体回采顺序沿矿体走向由0#盘区依次向4#盘区推进，根据生产需要，局部做出调整。当0#、5#盘区回采充填结束后，迅速升至上分层进行采准切割作业，此时1#、6#盘区在下一分层进行回采。依此类推，在采场内最终形成多分层同步上向水平进路充填开采模式(图3)。

图3 多分层同步上向水平进路充填开采示意

3.2 采准工程

采准工程包括斜坡道、分段巷道、分层联络道及充填回风井、泄水井和溜矿井等。采用下盘脉外阶段斜坡道采准方式，中段和各分段间由采准斜坡道联通。由于矿岩接触界限极不规则，且矿体厚度较大，将分层巷道布置在矿体中央，沿矿体走向布置，与采场人行通风天井和放矿溜井贯通，形成通风、出矿的通路，然后布置垂直(或斜交)走向的进路。

斜坡道用以联接各分段巷道，方便凿岩台车、铲运机等设备行走，断面规格为3.2 m×3 m。分段巷道由斜坡道联通，负责每一分段中各个分层的回采和出矿等，断面规格为3.2 m×3 m。分层联络道联通分段巷道与其所负责的各个分层，最大坡度不大于15%,断面规格为3.2 m×3 m。每个采场或几个采场用一个充填井，充填井布置在脉内巷道，-189～-147.5 m，高41.5 m，充填管路从-150 m中段的充填巷道下放到充填井，充填井兼做通风井，断面规格为1.5 m×1.5 m。泄水井负责采场充填泄水、凿岩水及岩石裂隙水等的排出，-195～-153 m，高42 m，最后汇集到-200 m中段水仓。泄水井采用顺路架设的方法，兼做人行井，断面直径为1 m。溜矿井将每一采场的矿石放至-200 m中段运输巷道集中出矿，-195～-153 m，高42 m。溜矿井可在采后的充填体中顺路架设而成，也可布置在下盘岩石中，并与分段巷道或分段联络巷道联系，断面直径为2 m。

3.3 回采工作

回采工作包括凿岩、装药爆破、通风、处理松石、出矿、进路支护等。

凿岩采用Boomer 281型全液压凿岩台车，由于凿岩台车不接钻杆可钻3.7 m深炮孔，为提高凿岩效率，确定炮孔深度为3 m，炮孔直径为48 mm。进路回采属于掘进式回采，炮孔布置与平巷掘进布孔方式基本相同，采用楔形掏槽方式，每循环落矿134.8 t。进路采场系独头掘进作业，通风效果差，需安装局部风机加强通风，根据要求，风机和启动装置安设在离掘进巷道进口10 m以外的进风侧巷道中，每次爆破结束后，用风筒将新鲜风流导入到工作面，进行清洗，通风时间不应少于40 min，污风沿进路出采场，经充填回风天井排入上阶段回风平巷，通过回风井排至地表。采场爆破并经过有效通风排除炮烟后，安全人员操作采场服务台车，清理顶帮松石，如顶板矿岩异常破碎，经撬毛处理后，仍无法保证正常作业，可考虑其他顶板支护方式，如悬挂金属网、布置锚杆等。采场崩落矿石由WJD-1.5型铲运机铲装后，经采场联络道、分段平巷卸入下盘脉外溜井，或者直接卸入采场内的脉内顺路溜井，再由设在溜井底部的振动出矿机向矿车放矿，通过电机车牵引运至主井。为减少矿石对底部振动出矿机和溜井的冲击，溜矿井应保持充满状态。

3.4 充填工作

进路回采结束后，及时进行充填，以控制地压，阻止地表出现大变形。待完成一批进路的回采工作后，进行进路清底，拆除设备及管线，运料封口，然后充填。密闭前，应将进路封口处两壁的浮石撬净，在进路封口构筑物的内侧固定有渗滤材料(如麻袋布)。第一批回采的进路采用胶结充填料，第二批回采的进路采用尾砂充填料。为了提高上分层矿石的回收率，在尾砂充填体的上部用胶结充填料。为确保顶柱矿石的回收，第一分层所有进路用灰砂比为(1∶4)～(1∶6)的胶结充填料充填。

4 技术保障措施

为了确保多分层同步升层台阶式开采，实现率先回采，率先充填，率先升层，必须结合后观音山矿段现有的开拓系统进行优化。在后观音山矿段矿体上盘新增一条-200～-175 m的斜坡道，矿体下盘增加一条-193～-150 m斜坡道，见图4。新增2条斜坡道总出入口与和睦山铁矿的总斜坡道相贯通，有利于材料运输及人员通行。当分层盘区回采结束升入上一分层作业时,可通过该斜坡道进入，并作为回采分层上下盘安全生产通道。每一分层可沿矿体走向设计一条上盘联巷，可加快盘区间采准工程推进速度。

图4 新增斜坡道示意

5 应用效果

多分层同步上向水平进路采矿法使得采场暴露面积小，回采作业较安全，同时采场布置灵活，易于实现探采结合，矿石损失、贫化指标达到预期目标。其中-193 m分层各盘区生产指标见表1。

表1 后观音山-193 m分层各盘区生产指标

由表1可知，-193 m分层在设计回采范围内的矿石为35万t，累计回收矿石31.6万t，矿石回采率达到90%，贫化率为5%，与分段空场嗣后充填采矿法相比，矿石回收率提高了25个百分点，贫化率降低了13个百分点。另外，采用盘区台阶式回采布置后，仅-193，-189 m水平同时开采，后观音山矿段生产能力可达1 500 t/d以上。

由于多分层同步上向水平进路充填采矿法具有较强的机动性和灵活性，而后观音山矿段矿体赋存条件复杂，连续性差，在实际生产过程中，发现以前未曾勘探到矿体，新增矿石约15万t，其他采矿方法很有可能遗漏此部分矿石，该方法不仅提高了矿石回收率，还避免了资源浪费，创造了可观的经济效益。

6 结 语

采用多分层同步上向水平进路式充填采矿法，充分利用已有的井巷工程，减少额外工程量，同时避免与应用中的采矿方法间的影响，达到平衡衔接。开展新型采矿方法平稳转换的技术研究，切实解决矿体开采过程中遇到的关键技术难题，在确保安全生产的前提下，达产稳产，提高资源回收率，为矿山企业可持续发展做出巨大贡献，对于类似工程条件下存在采矿方法转化问题的矿山具有重要借鉴作用。

[1] 刘 铭.上向进路(分层)充填采矿法在淮北矿区的应用[J].现代矿业，2012(7)：69-71,94.

[2] 王运敏.现代采矿手册[M].北京：冶金工业出版社，2012.

Application of Multi-layers Synchronization Upper Level Approaching Mining Method in Hemushan Iron Mine

Lang Yongzhong Chen Nengge

(Mining Company Co.,Ltd., Masteel Group)

During the mining process of -200 m middle roadway of Guanyinshan ore block in Hemushan iron mine, the ore-bearing rock joints and fissures are developed, the orebody stability is poor, the ore recovery ratio is only 65%, and the dilution ratio is 18%. Then, the original mining method of sublevel open stope filling is converted to the method of upper level approaching filling. But the horizontal area size of orebody is small, the production capacity is low, so, the output of the mining area is affected seriously. Through technology researching, the multi-layers synchronization upper level approaching mining method is adopted to deal with the orebody, the ore recovery ratio is 90%, dilution ratio falls to 5%, the production capacity is more than 1 500 t/d, which obtains good effects, and the smooth transition of the mining method is succeeded.

Transition of Mining method, Multi-layers synchronization upper level approaching mining method, Recovery ratio, Dilution ratio

2015-05-27)

郎永忠(1982—)，男，工程师，243000 安徽马鞍山市。