梅山铁矿大采场结构参数的工业试验方案

邱海涛，秦国保，吴荣高，丁航行

(1.南京梅山冶金发展有限公司矿业分公司， 江苏南京 210041;2.东北大学资源与土木工程学院， 辽宁沈阳 110819)

0 引言

梅山铁矿是较早应用无底柱分段崩落法的矿山之一。近些年的实践表明，加大无底柱分段崩落法采场的结构参数，不仅可增大开采强度与生产效率，而且可降低采矿成本与改善安全生产条件。因此，随着采矿设备的发展，无底柱分段法的采场结构参数在不断增大，已成为目前无底柱分段法的主要发展趋势［1］。

梅山铁矿在大采场结构参数方面，做了大量的研究工作［2，3］。作为国家“十五”攻关项目，梅山铁矿在原有的15 m×15 m结构参数的基础上进行了大间距结构参数的改进，根据梅山铁矿的工业放出体参数，确定其在分段高度为15 m时的合理进路间距为20 m。进入到二期延伸作业水平，新的采矿阶段将采用18 m×20 m(分段高度×进路间距)的采矿结构参数，而且矿岩性状发生了较为明显的变化。因此，进行现场工业试验优化凿岩爆破参数，使之与新的结构参数相匹配十分必要。

1 采场结构参数发展趋势

无底柱分段崩落采矿法的发源于瑞典Kiruna铁矿，也是目前应用大结构参数开采最成功的矿山［4］。该矿的矿体走向长4 km，平均厚80 m，平均倾角70°。进入1990年代末，分段高度增到28.5～30 m(见表1)。目前该矿正在试验分段高度30 m，进路间距37 m的双进路采场结构。结构参数的增加，大幅度地提高了采矿强度，降低了采准工程量和采矿成本。

表1 Kiruna铁矿参数改进历程

随着大结构参数在Kiruna等国外铁矿成功应用，国内很多矿山也相继开展了研究应用工作。梅山铁矿采场结构参数逐步从10 m×10 m，改进到15 m×20 m，一次崩矿量达到了2500 t，取得了显著的经济效益［2］。大红山铁矿采场结构参数20 m×20 m，一期生产能力达到了400万t/a，为了一、二期生产衔接，目前正在开展30 m×20 m大结构参数试验研究［5］。北洺河铁矿采用大结构参数无底柱分段崩落法后，采准系数由原来的3.6 m/kt减小到2.07 m/kt，节约了大量的采准工程量，提高了产能。可见，无底柱分段崩落法加大采场结构参数后，其生产效率与生产能力都得到大幅增加，已成为未来的发展趋势。

2 工业试验方案

梅山铁矿在二期开采设计中，将分段高度由15 m增大到18 m。同时，随着采深的增加，散体流动特性也发生了明显变化。为降低大结构参数开采的矿石损失贫化，急需进行现场工业试验，并据此优化凿岩爆破参数。

梅山铁矿目前生产用的凿岩爆破参数为:孔径89 mm，凿岩中心2个，排距2.2 m，炮孔长度145 m，装药量 900 kg，崩矿量 2500 t，炸药单耗 0.36 kg/t。该参数在实际生产中取得了较好效果。由于试验增大了分段高度，崩矿步距也需要相应的增大。同时增大炮孔直径到105 mm进行验证，观察爆破效果。基于以上考虑，设计了表2所示的7组凿岩参数试验方案。

理想的试验条件是，每个方案在一条进路里进行试验，以达到互不影响的目的。而由于现场条件不具备，只能选择尽可能大的试验采场，最终试验采场设计在－303 m水平4－5L联巷S1～S5进路。每条进路试验2～3个方案，各试验参数及现场分布如图1所示。图中①～⑦区域分别对应方案1～7试验区域。

表2 各方案凿岩爆破参数汇总

图1 试验地点

3 试验方案实施

由于目前生产阶段分段高度为15 m，给试验带来一定困难。需要在－303 m水平4－5L联巷S1～S5进路原有工程基础上，重新进行采准设计。试验矿块联络道、进路平面布置以及进路间距与－303 m水平一致，不过巷道整体标高下降3 m。试验矿块具体采准工程布置如图2所示，考虑到后期－303 m水平5L南部拉槽的施工安全，试验矿块S1～S5每条进路均设计与联巷5L不贯通。进路断面规格采用(宽 × 高)5.5 m ×3.8 m 和6.0 m ×3.8 m 两种尺寸，1/5三心拱;联络道断面规格为5.0 m ×3.8 m，1/5三心拱。为了便于人员和设备进入试验矿块，设计了T1－T2和T4－T3两条斜坡道。

图2 试验矿块采准工程布置

截止至2012年7月上旬，基建车间已基本完成试验矿块区域内的采准掘进，各进路具体情况见表3。由表3可知，试验矿块S1～S5进路可以布置采矿中、大孔的巷道约为300 m，以平均2.4 m的中孔排距计算，大约可以布置120排。另考虑到进路第一排炮孔布置及施工，剩余贯通距离不宜超过1.5 m，应对贯通处进行处理，以减少贯通距离，保证后期的凿岩施工。

表3 S1－S5进路掘进情况

目前切割槽已基本形成，各进路具备回采条件。在下一步的回采试验中，将全程进行跟踪调查，对回采效果给予评价，从而优选出合理方案。

4 结论

(1)加大无底柱分段崩落法的采场结构参数，能够显著提升矿山企业生产效率与生产能力。随着采矿设备的发展进步，加大采场结构参数已成为未来发展趋势。

(2)梅山铁矿将由原有的15 m×20 m采场结构参数增加到18 m×20 m，进行现场工业试验优化凿岩爆破参数，使之与新的结构参数相匹配十分必要。

(3)经过综合考虑，设计了7组试验方案，并选择－303 m水平4－5L联巷S1～S5进路作为试验矿块，目前采准工作已完毕，试验矿块的回采验证工作正逐步开展，预期能够取得较好的试验效果。

［1］丁航行，任凤玉.大结构参数无底柱分段崩落法的发展及设备需求［J］.中国矿业，2012，21(10):109-111.

［2］范庆霞.梅山铁矿采用大型大间距采场结构参数的探讨［J］.矿业工程，2004，2(2):25-28.

［3］俞胜健.梅山铁矿工业放出体试验研究［J］.冶金矿山设计与建设，2000(01):3-6.

［4］MARTINEZ M A，NEWMAN A M.A solution approach for optimizing long－ and short－ term production scheduling at LKAB＇s Kiruna mine［J］.European Journal of Operational Research，2011，211(1):184-197.

［5］余正方.大红山铁矿二期大参数放矿试验［J］.现代矿业，2014(2):14-16.