大高庄铁矿采矿方法优化选择

胡道喜 汪 亮 程毓强

(1.山东盛鑫矿业有限公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；

3.金属矿山安全与健康国家重点实验室；4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)

大高庄铁矿采矿方法优化选择

胡道喜1汪 亮2,3,4程毓强1

(1.山东盛鑫矿业有限公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；

3.金属矿山安全与健康国家重点实验室；4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)

根据大高庄铁矿的开采条件，结合矿山建设现状，参考类似矿山经验，对矿山采矿方法进行了优化选择，改善了矿山安全条件，大幅度提高了生产能力，取得了较好的经济技术指标。

采矿方法 矿山安全 生产能力 技术经济指标

采矿方法是矿山系统中的核心部分，新矿山能否顺利达产，持续稳产，采矿方法起着至关重要的作用。因此矿山在投产前一般在初步设计的基础上均进行专门的采矿方法研究和试验，以获得最适合该矿的采矿方法。

1 开采条件

1.1 矿体条件

大高庄铁矿矿体分别编号为Ⅰ-1#、Ⅰ-2#、Ⅰ-3#、Ⅱ-1#、Ⅲ-1#、Ⅲ-2#、Ⅲ-3#、Ⅲ-4#、Ⅳ-1#，呈层状、似层状、透镜状赋存于泰山岩群山草峪组地层中，岩性为磁铁角闪石英岩。各矿体近平行排列，产状与围岩一致。矿体赋存标高为0～-540 m，埋深为48～588 m，总体走向320°，倾向SW，倾角为58°～83°，矿体与顶底板围岩(黑云变粒岩)界线分明，无过渡现象。

Ⅳ#矿带仅有1条矿体，矿量少，品质差，设计为开采；Ⅲ#矿带4条矿体均为薄矿体，位于一座村庄下部，搬迁量大，暂未设计开采；目前主要设计开采对象为Ⅰ-1#和Ⅱ-1#矿体。Ⅰ-1#矿体位于大高庄北约900 m处，分布于13#～2#勘探线，矿体跨8条勘探线，呈层状、似层状，走向295°～345°，总体为320°，倾向SW，倾角为63°～78°；赋存标高为0～-540 m；埋深为48～588 m，矿体总长1 650 m，控制斜深630 m，矿体厚1.76～11.80 m，平均6.07 m；矿体品位相对稳定, TFe品位23.68%～33.94%，平均29.27%，MFe品位15.31%～31.45%，平均20.21%。Ⅱ-1#矿体位于大高庄东约700 m处。矿体跨0#～12#等6条勘探线，矿体呈层状、似层状，走向306°～345°，总体走向320°，倾向SW，倾角为69°～83°；赋存标高为-22～-328 m，埋深72～378 m，矿体长1190 m，控制斜深380 m，矿体厚1.61～14.72 m，平均10.04 m；矿体品位相对稳定,TFe品位23.11%～38.25%，平均30.95%，MFe品位15.62%～31.22%，平均24.06%。

1.2 围岩及夹石

矿体围岩岩性较为简单，主要为黑云变粒岩类。岩石性质较好，节理裂隙比较发育，围岩的产状与矿体产状基本一致，总体来讲，围岩属中等稳固，局部不稳固，上盘的稳固性总体优于下盘，北部的稳固性优于南部。矿体内的夹石主要为条带状含磁铁(石榴、角闪)石英岩、黑云变粒岩等，夹石产状与矿体一致，对矿体的连续性和矿石质量影响较小。

2 原采矿方法分析

2.1 原采矿工艺

(1)浅孔留矿采矿法。矿块沿走向布置，矿块宽为矿体水平宽度，矿块长度视矿体厚度而定，以采场顶板暴露面积不超过800 m2为界，两矿块中间留有7 m的间柱、3 m顶柱，不留底柱，矿块高60 m。凿岩作业采用YT27型凿岩机打近似水平浅孔，爆破落矿采用2#岩石炸药。放矿作业分2歩，在矿房内的矿石没有回采完毕前，每次落矿后，放出崩落矿石的1/3,在矿房内的矿石全部回采完毕后进行大量放矿。出矿采用0.75 m3电动铲运机，将矿石从采场底部经装矿进路和脉外运输巷道运出采场。

(2)上向水平分层(胶结)充填采矿法。矿块沿走向布置。标准矿块长为30 m，矿块宽为矿体水平厚度，3个矿块组成1个盘区，2个矿块中间不留间柱，留3 m底柱，矿块高60 m。沿垂高在矿房内划分分层，分层高度为3 m，回采工作按分层由下至上推进。凿岩作业采用YT27型凿岩机打近似水平浅孔，爆破落矿采用2#岩石炸药，采场搬运采用0.75 m3电动铲运机将崩落矿石从工作面搬运和卸载到采场溜矿井。每个分层的矿量全部回采完毕后进行分层充填作业。分级尾砂充填料经充填管道从回风充填井下放至充填工作面，再采用采场电动铲运机倒运充填，直至整个分层充填结束。待充填体强度达到要求后，再进行上一分层的回采作业。

2.2 存在问题

(1)浅孔留矿法。①设计应用的范围较广，如果矿体厚度较大，容易发生冒顶、造成事故；②生产能力较低，劳动强度大；③同时开采矿块多，三级矿量难以平衡，管理困难，安全隐患多；④采用平底装矿效率较低，选用0.75 m3的铲运机偏小。

(2)上向分层充填法。①凿岩爆破、出矿等作业均在空场下进行，空场跨度较大容易发生事故；②浅孔凿岩生产能力低，分层充填效率低，工艺复杂，生产成本较高。

3 采矿方法重新选择

矿山多条矿体基本属于急倾斜矿体，大部分矿体的厚度小于4 m，对于该类矿体初步设计选择浅孔留矿法是合理的，该方法工艺简单，对开采薄矿体行之有效，因此6～8 m以下厚度矿体采用浅孔留矿嗣后充填法。

矿山Ⅰ-1#和Ⅱ-1#矿体比较厚，大部分约10 m，根据矿体条件和围岩情况，可选用的采矿方法为分段凿岩阶段矿房嗣后充填法和VCR嗣后充填法。经过对比分析，VCR嗣后充填法相对于分段凿岩阶段矿房嗣后充填法的优点有：①机械化程度高、生产能力大、效率高、劳动强度低；②采切比小、采准时间短、投产快、达产快。但缺点也是较为明显的：①矿体厚度小，需沿矿体走向布置采场，排孔布置比较复杂，参数难以确定；②-100 m水平的矿体厚于-160 m 水平的矿体，部分地段相差较大，VCR是深孔，适应能力较差；③边排孔与上下盘围岩的距离难以把握；④深孔爆破影响大，上下盘围岩节理裂隙发育，容易增加贫化率；⑤装药程序复杂，技术要求高；⑥需要引入大型潜孔钻机，成本高，投入大；⑦一次使用炸药量大，矿体埋藏浅，爆破震动容易影响周边居民；⑧采矿成本偏高。为此，对于中厚矿体宜采用分段凿岩阶段矿房嗣后充填法。

4 采矿方法优化

4.1 浅孔留矿嗣后充填法

(1)适用条件。急倾斜中等稳固以上矿体，矿体厚度一般小于6 m，最大不得超过8 m。

(2)矿块结构参数。单矿块沿走向布置，长为50 m，宽为矿体厚度，阶段高度为60 m(-160 m中段50 m)，不留顶柱5 m，间柱6 m，采用平底结构，出矿进路间距为9～10 m。

(3)采准切割。在矿体下盘边界外12 m左右的岩石中，相对于阶段运输巷道抬高10 m左右布置沿脉出矿巷道，在矿块两端的间柱内各掘一条顺路人行天井，天井内每隔5 m高度向两侧开掘联络道与矿房相通。在沿脉巷内每隔9.5 m左右向矿体掘进出矿进路，在矿体内靠下盘掘进拉底平巷，从拉底平巷自矿体上下盘向上45°拉堑沟。

(4)凿岩落矿。矿房回采由拉底平巷开始，由下至上，由中央向两侧呈阶梯式后退回采，工作面中央可超高两侧3 m左右，以保证两侧有较安全的通道与天井相通。落矿采用7655型凿岩机在靠近底板的矿堆上进行浅孔凿岩工作，钎头直径为38 mm，炮孔直径为40 mm，孔间距约1 m，孔深为2.0～2.5 m，采用乳化炸药进行采场爆破，人工装药，起爆器起爆。起爆两侧需采用钢板将下侧的采场联络道封闭，并在封闭钢板上留30 cm左右的空隙，作为充填泄水孔。起爆后应确保上部的采场联络道贯通。

(5)采场出矿。采场出矿分局部放矿和大量放矿2个阶段。每次爆破落矿以后，从采场下部放出崩落矿量的30%左右，使回采工作面保持1.8～2 m高的作业空间。放矿后应及时清理工作面松石，平整场地，为下一循环作业做好准备。当矿块全部开采完毕后，集中放出所有存留矿石。为了减少空场的暴露时间，降低贫化，集中放矿阶段应加强出矿。

(6)采场通风。采场工作面利用矿井主风流通风。新鲜风流由沿脉运输道经一侧人行天井进入采场工作面，污风由另一侧人行天井经上部回风平巷由回风井排出地表。

(7)充填作业。矿房大量放矿结束后，应进行充填准备工作。首先将底部出矿进路在矿体下盘矿岩接触处封闭，进行阶段一次充填。回采160 m中段时，为了提高回采率，为下部回采创造条件，下部6 m和上部1 m采用较高灰砂比的充填料浆进行充填，其余采用全尾砂进行充填。

(8)主要经济技术指标。矿山采矿技术经济指标见表1。

4.2 分段凿岩阶段矿房嗣后充填法

(1)适用条件。急倾斜中等稳固以上中厚矿体。

表1 采矿技术经济指标

(2)采场参数。采场沿走向布置，矿房长度为50 m，间柱宽度为6 m，不留顶底柱，阶段高度一般为60 m，分段凿岩高度为16～20 m。

(3)采准切割。在出矿水平距矿体下盘约12 m处布置出矿巷道，在出矿巷道两侧，按照100 m左右的间距布置溜井，溜井为圆形断面，直径为3 m。垂直于出矿巷道向间柱中间掘进天井联络道，断面尺寸为2 m×2 m，可以穿透矿体，以确定矿体上盘边界线。自天井联络道在矿体中间部位向上掘天井，与上中段穿脉贯通，天井方形断面尺寸为2 m×2 m，倾角与矿体一致。从天井内按既定标高向矿房掘进分段凿岩巷道与另外一侧天井贯通，断面尺寸为 2.5 m×2.5m。垂直于出矿巷道向矿体布设出矿进路，间距为9～10 m，并在矿体内向两侧间柱掘进切割巷道。在矿房中部，自切割巷道和分段凿岩巷道向上下盘掘进切割横巷至矿体边界，自切割横巷向上掘进切割天井，并以此为自由面拉切割槽。利用上中段的天井联络道或穿脉或出矿进路作为充填井巷。

(4)凿岩爆破。采用YGZ-90型钻机凿上向扇型中深孔，钎头直径为65 mm，炮孔直径为70 mm，孔底距为2.0 m，孔口距为0.5 m，排距为1.6 m。落矿爆破采用孔底起爆技术，即利用布置于孔底的起爆弹自孔底反方向起爆，炮孔排间采用毫秒微差起爆。

(5)出矿。采用斗容为2 m3电动铲运机出矿。

(6)通风。新鲜风流由进风中段水平经盘区斜坡道或溜井进入出矿水平，到达各出矿进路；分段通风由盘区斜坡道，经凿岩联络巷到达各工作面，由充填井排出。为了保持良好的通风效果，工作面注意洒水除尘，多设风门，防止短路和污风反窜，并增加局扇加强通风。

(7)充填。矿柱采用尾砂胶结充填，矿房采空区的下部6 m采用较大灰砂比充填，上部充填料浆灰砂比较低。采场充填之前，需要在出矿进路和分段凿岩巷道内构筑滤水隔墙，隔墙为钢筋网结构，采空区安设滤水管，滤水管末端从隔墙引出。

(8)经济技术指标。矿山采矿技术经济指标见表2。

表2 技术经济指标

5 结 语

针对矿山原有的浅孔留矿采矿法以及上向分层充填法所存在的问题，对采矿方法进行了优化改造。经优化后，人员仅需在6 m以内跨度的空场下作业，安全性得到了很大提高；采场综合生产能力提高了200%，生产能力大大提升，有利于矿山早日投产和达产；单采场的生产能力得到了提高，需要的备采采场和回采采场数量减少，降低了现场管理难度；多数采场改用了中深孔凿岩方式，提高了凿岩效率，降低了劳动强度，损失率和贫化率也得到了进一步降低。

2014-12-15)

胡道喜(1978—),男，副总经理，高级工程师，硕士,271500 山东省泰安市东平县。