花园铁矿矿房采用堑沟式无底柱底部结构的可行性研究

2015-12-02叶顺如明溪县矿管站福建三明365200

江西建材 2015年14期

关键词：拉底底柱平巷

■叶顺如 ■明溪县矿管站，福建三明 365200

1 矿山现状

1.1 矿山资源情况

明溪县花园铁矿2007年2月经过详细勘探后，获得(332 +333)铁矿资源保有储量为252 万吨，全铁品位TFe21.98 -30.72%，平均品位TFe25.62%。

构造:本区构造以断裂为主，呈NWW 向展布。本区地层均以此方向断裂为接触，该含矿带的边界也以该方向断裂为界。断裂走向上呈舒缓波状，具明显滑动擦痕。此外，有EW -NW 向断裂，均属晚期构造，破坏矿体的连续性。

矿体特征经揭露，含矿带中由6 个矿体组成(各矿体的相关特征如下表)。走向上呈透镜状，豆荚状，甚至鸡窝状的串珠体，与地层产状基本一致——以290°，NE∠65 -85°为主，圈定矿脉厚度总体为0.62 -6.0m，其中，水平厚度1.0 -3.0m 矿段约占75%，(极个别矿段水平厚度达6.0m，本文不作为主要讨论对象)并且，矿体厚度从高往低呈变薄或分叉变小趋势，走向方向存在被NW、EW 向断裂切错移动现象和尖灭再现的现象，个别为花岗岩脉或辉绿岩脉所切错，矿体呈不连续状态，有些矿段在倾向延伸方向也很不稳定，表现在“同一矿脉延伸空间”的范围内，上下相邻的两条中段平巷不是都见矿——即:有的是上中段见矿下中段不见矿，有的是下中段见矿而上中段不见矿，无法按标准矿房进行建设。

表1 大坝工程混凝土配合比

1.2 矿床开采工程地质

矿体顶底板围岩均为黑云斜长片麻岩，完整性较好，裂隙不发育，其抗压强度57.3～178.8Mpa，抗剪抗压强度较高，稳固性较好，矿区工程地质条件良好。但由于矿体边界清楚，挤压滑动明显，与地层产状一致，采空区应注意片帮的滑落，同时采空区也不宜过大，暴露时间不宜过长，矿体靠近地表应留10～30m 地表保护层作为永久保安矿柱，以防周围岩层脱落和地表陷落，引起矿石贫化及安全事故。

2 矿山开采情况

2.1 开采方式

根据地形条件、矿体特征、矿石与围岩的稳定性以及地表允许冒落、移动等地质条件，矿床适宜地下开采。

2.2 矿山开采规模

根据采矿许可证批准的生产规模，矿体开采技术条件，资源储量等因素，确定生产能力为20 万吨/年，日采出矿量606 吨。

2.3 矿山开拓

矿区最高标高880m，最低340m，相对高差540m，地形切割强烈，矿体呈急倾斜脉状赋存于山坡地带山体内，且出露地表，地表地形较陡，适合采用多中段平硐开拓，平硐坡度从里向外按3‰下坡修筑，以便排水和运输。由于当地征地难度大，为了减少征用排土场建设的面积，截止至2013年底，本矿山沿脉运输平巷一般布置在矿体上盘接触线处或上盘围岩中。

2.4 中段高度

根据矿体的赋存特征、矿体开采技术条件、地质地形条件以及所选用的浅孔留矿采矿方法，采用的中段高度主要为40m，如:净池沟分PD590、PD550、PD510、PD470 四个中段，鹰嘴石沟东分PD620、PD580两个中段。

2.5 采矿方法及采切工程

采用浅孔留矿采矿法，采切工程:在脉内运输平巷垂直向下盘方向掘进斗穿，井巷工程:主要井巷为平硐、斗穿、斗颈、联络巷、回风巷和回风井(见图1)，井巷参数和井巷特征见表1，各井巷工程量和出矿量见表2:

表1 井巷特征表

表2 截止2013年底矿井完成工作量汇总

2.6 底部结构

由于受森林资源保护政策，以及公司决策层、技术人员及施工队的技术水平、作业习惯的影响，将主运输平巷布置在矿体上盘接触线处(或部分在围岩中)，矿房采用有底柱却不用木材安装漏斗的结构，而是采用在脉内运输平巷向下盘围岩开凿斗穿(底板与主运输平巷底板等高且垂直于主运输平巷的出矿巷道)，然后掘进斗颈、漏斗、拉底巷道，形成矿房的底部结构，矿石靠自重从漏斗溜至斗颈、斗穿后，采用装载机装车、小型汽车运输(长4m、宽1.7m、高1.5m、功率24KW、载重量3吨)运出地面矿坪。

3 矿山开采中存在的主要问题

(1)安全问题。一些矿段比较破碎，主运输平巷布置在脉内，巷道上部布置采矿工作面影响巷道顶板稳固性，运输安全缺少保障;而回风巷道也是布置在脉内的，其下部是采空区，很容易因陷落而破坏。

(2)巷道堵塞。由于矿体边界清楚，挤压滑动明显，与地层产状一致，主运输平巷多见脱层滑落现象，导致已经建成的斗穿长度变短，高度变大，放矿时，矿石极易滚到运输平巷中央，造成巷道堵塞。

(3)矿石贫化。由于大多数矿段矿体水平厚度都达不到3.5m，掘进时会导致副产矿石无法回收利用或贫化严重——因本矿区矿石属于低品位矿，爆破再贫化后无回收利用价值。

(4)PD510、PD470 矿房采用类似于堑沟式有底柱的底部结构建设，没有发挥堑沟式矿房的优点，而是取其缺点进行建设。

堑沟式矿房采用在脉外建一条平行于沿脉平巷的运输平巷，斗穿即为出矿巷道——堑沟(如图2)，减少了漏斗、斗颈、拉底巷道的工程投入。

(5)选购装载机问题。由于斗穿是垂直于主运输平巷的出矿巷道的，装载机在装车时转弯难度大，装车速度慢，增加了油烟排放量，工作环境已经很差，为了提高效率，施工队在设备选型时，错误地选择了较大型的XG918I 型装载机(斗宽:2.0m，全长6.3m)和XGL30 型装载机(斗宽:2.384m，全长6.6m，全高:2.959m)，造成装载机转弯掉头更加困难和装车需要的空间进一步增大。

(6)装车问题。由于采用普通型装载机铲斗窄比小型汽车尾部更宽，需要小型汽车侧身摆放才能方便于铲车装车，因此，施工队要求进一步扩大装车场的空间，造成了扩帮工程量的进一步增大。

(7)掘采比大问题。由于公司粗放型技术管理的原因，使得施工队千篇一律地按照设计单一的矿房尺寸进行建设，造成矿房掘采比超大，难以实现经济效益。

①一个矿房实际掘进工程量及造价(按2013年单价)见下表:

表1 大坝工程混凝土配合比

②一个矿房可采矿量(按矿体平均厚度为3.0m)计:(长× 宽×高)×比重=(60 -6)×3.0 × (40 -6 -5)×3=54 ×3.0 ×29 ×3=14094 吨。

③仅矿房建设，单位矿石分摊的成本为:578070 ÷14094=41.01元/吨。

(8)铁精粉生产成本。①公司采矿、选矿等各种费用分摊到单位矿石的成本为182.01 元，具体是:开拓:20 元/吨、矿房建设:41.01 元/吨、采矿:30 元/吨、装车运输11 元/吨、选矿50 元/吨、经营管理费及各种税费30 元/吨。②经过6年的选矿经验得知:本矿山矿石约要3 吨原矿才能选一吨铁精粉，即精矿粉的成本为:3 ×182.01=546.03 元/吨，近年来，铁精粉(铁含量64%)的销售价(不含税)520 元，因此，必须从矿山生产中挖掘降低成本的潜力。

4 采用堑沟式底部结构与控制参数，降低成本

采用无底柱堑沟式底部结构可以减少斗穿(出矿巷道——堑沟)、斗颈、漏斗的掘进费用，改变脉内掘进主运输巷道为脉外主运输巷道，将原拉底巷道(底板)降至与主运输巷道(底板)相同标高，降低掘进单价，缩短工期，通过控制结构参数，减少联络巷工程浪费，计算如下:

4.1 堑沟与斗穿对比，挖掘节约费用潜力

理论上，我们可以这样理解——斗穿长度相当于矿(岩)柱宽度。原方案在现场施工中，斗穿长度为4.5m/个，由于斗穿是由矿体内的沿脉巷道向下盘围岩方向掘进的，因矿体边界清楚、挤压滑动明显，斗穿在矿体边界处基本上都存在片帮滑落现象，经测量，斗穿实际有效长度为3.5～3.9m，即矿(岩)柱宽度≥3.5m 时，能够达到安全要求，因此，为了降低成本，改进后的矿(岩)柱宽度按3.5m 建设，出矿巷道——堑沟长度按4.0m 建设。

则降低费用:8 个×(4.5 -4.0)m/个×7.5m2×290 元/m3=0.870万元;

4.2 主运输平巷造价

原沿脉主运输平巷(3.5 ×3.0)改在上盘围岩中平行于矿脉布置，掘进费用相同;

4.3 改变拉底巷道位置，造价减少

将原在6m 高处的拉底巷道改成与脉外运输巷道等高的拉底巷道，因单价不同，可以降低费用:240m3×(350 -290)元/m3=1.68 万元;

4.4 直接免除斗颈造价

斗颈掘进费用可以节省:8.560 万元;

4.5 减少原斗穿结构需要扩帮的工程投入(如图3 所示)

将原斗穿垂直于主运输巷道改成出矿巷道与主运输巷道成60O夹角，便于装载机的调头、转弯与装车工作。这样，至少可以减少3/4 的扩帮工程量，即可节约费用为:1.970 ×3/4=1.48 万元;

4.6 扩漏斗费用

扩漏斗材料(含能源)消耗及工资、安装漏斗材料及工资约1.32 万元。

4.7 控制联络巷参数

将每个联络巷长度控制在3.5m 以内，2 条天井需掘10 个联络巷，1 个联络巷长度可以缩短2.0m，可节约费用为:

4.8 采用无底柱堑沟式矿房并控制好参数可节约费用的计算

无底柱堑沟式矿房比有底柱漏斗式矿房可节约的掘进工程费用为:0.870 +1.680 +8.560 +1.480 +1.32 +0.700=14.61 万元。

4.9 井巷掘进的先后顺序

(沿脉)拉底巷道→出矿巷道→脉外主运输巷道→天井→联络巷，脉外主运输巷道保持与(沿脉)拉底巷道平行，当中相隔3.5m 围岩作为岩柱;当矿脉尖灭，(沿脉)拉底巷道就不存在了，此地段只需掘进一条主运输巷道，要注意将原相隔3.5m 的两条巷道过渡合并为一条。

5 适当调整薄矿体的采矿单价，提高综合效益

经巷道控制所揭露的矿体看，本矿山矿体沿走向约有15%的长度矿体水平厚度只有1.0～2.0m，由于采矿单价低，施工队回采这部分矿石连成本都无法收回，而放弃回采，对于花园铁矿来说，这会大减少矿石回采率，并且大大提高了掘采比，因此，应该采取调整这部分矿体采矿的单价，在保住施工队最低保障收益的情况下，综合提高矿山生产经营的效益。