河北杏山铁矿下盘端部回采边界控制技术

王凌云

(首钢集团有限公司矿业公司)

河北杏山铁矿矿床主体呈向斜构造，由于受F9断层破坏，矿床被分割为DXS、XXS两部分，属于鞍山式沉积变质贫铁矿。DXS矿体分布于F9断层以西，倾角60°，矿体呈上、下薄或尖灭，中间厚的杏核形；XXS矿体分布于F9断层以东，-100 m以下转向S或SW，倾向SW，倾角50°～56°，矿体连续长450 m，平均厚度30～50 m，矿体形态剖面上呈层状、似层状,呈大半个向斜状。缓倾斜矿体下盘矿岩矿量损失较大，在当前矿石市场行情不乐观的情况下，对各类矿量进行合理利用，对于实现矿山降本增效大有裨益。经计算，当采场结构参数为分段高度18.75 m、进路间距20 m、下盘倾角45°～55°时，1条下盘残留的矿石量约0.55万t，XXS矿体部位下盘脊部残留的矿石量共约8.81万t，约占该矿体地质储量的11.08%。经相关分析计算，XXS矿体废石混入率高于其他部位，回采率较全矿床平均水平低11.64%。因此，有必要改变端部回采边界确定思路，优化开采技术参数，大幅提升矿石回采率、降低废石混入率。

1 下盘端部回采边界确定

1.1 下盘回采边界优化思路

XXS矿体为一向斜构造，XXS-Ⅱ#矿体位于向斜南翼，矿体下盘倾角约45°，且向深部延伸倾角愈缓，就下盘区域而言，属于缓倾斜矿体(图1)。尽可能降低该部分矿石损失量，对于提高XXS矿体回采率，减缓矿山开采下降速度具有较好的现实意义。XXS矿体下盘倾角缓，上、下水平矿岩界线在水平距离上相差15～19 m。为尽可能多的回收矿石，XXS矿体部位最后1排中深孔布置于本水平矿岩界线外侧部位(图2)。由此导致下盘矿岩界线外部的矿石设计贫化率达到70%左右，势必使得在回收大量岩石后，方可实现矿石回采。

图1 XXS-Ⅱ#矿体下盘示意

图2 中深孔布置示意

1.2 以效益最大为原则确定回采边界

结合当前矿石市场价格，本研究按照矿石效益重新测算了中深孔最后1排的位置，并据此计算了回收矿量及相关指标。需要说明的是，下盘端部矿石部位在前期已经完成了掘进、支护工序，在此基础上进行穿孔、回采爆破即可实现对端部矿石回收。回采边界矿石比例p的计算公式为

式中，c为采矿工序吨矿成本;t为掘进工序成本;s为支护工序成本;d为矿石销售价格。

据上式，在当前矿石销售价格下，当单排爆破量中的矿石量比例大于p时，进行穿孔爆破回采矿石能够取得经济效益。

1.3 按照矿量占比不低于20%确定回采边界

根据上式测算，在矿石市场售价为136元/t的情况下，单排爆破量中的矿石量比例达到20%即可实现收支平衡。在已完成XXS-Ⅱ#矿体巷道掘进支护工作的情况下，若全部回收该矿体的矿石，23～34进路需穿孔20排，共5 200.3 m，爆破量43 542.3 t，可回收矿石量15 793.24 t(表1)。

表1 XXS-Ⅱ#矿体下盘中深孔爆破技术参数

2 中深孔布置参数优化

2.1 调整放矿口尺寸

放矿口过大易增大矿石在脊部的残留量，矿石回采率降低，贫化率升高；放矿口过小，采出矿石量少，单位矿石成本将大幅升高[1-5]。为此，本研究结合散体流动规律[6-8]，在采场端部对不同放矿间距进行了现场试验，通过统计采出矿石和岩石量，对回采率、废石混入率等指标进行了计算，结果见表2。分析表2可知：当放矿口间距为2.7 m时，回采率指标最佳，据此将2个扇形边孔孔口向两侧各偏移0.3 m，将放矿口尺寸增大0.6 m，即放矿口尺寸由2.1 m增大至2.7 m。

表2 不同放矿口间距对应的矿石回收指标

2.2 提高边孔角角度

优化前回采扇形孔的边孔角统一设计为57°，为减少下盘岩石爆破量，边孔角需随着切岩高度的增大而增加，使得脊峰恰好为矿体下盘边界。本研究经过模拟计算，认为边孔角的最大值为66°，但实际生产中进行炮孔设计时，由于矿体下盘边界划定不准确，为减少矿石损失，边孔角实际取值有必要小于66°。

2.3 缩短边孔长度

放矿口尺寸增加后，为避免椭球体短轴方向脊部岩石过多混入，根据椭球体放矿理论[9-10]和散体流动规律，可同时将a、b两边孔孔深缩短40%(图3)，即边孔孔深由15 m降低至9 m，边孔角覆盖的岩石截面面积可减小59.61%，如此单排炮孔爆破可减少废石混入量95 t，同时在不影响上部矿石回收的情况下，避免脊部岩石过快混入，实现在增大放矿口尺寸的同时，较好地控制贫化率升高的目的。

图3 优化后的中深孔布置方式

2.4 优化崩矿步距

放矿时正面剔除的岩石量随着切岩高度和崩矿步距的增大而增加，但崩矿步距过大又会增加矿石损失，因此有必要从损失和贫化两方面进行综合分析[11]。由表4可知：随着崩矿步距增大，由于出矿设备铲深限制，回采率呈先上升后下降的趋势，贫化率增加趋势较明显，当崩矿步距为3.8 m时，相应的废石混入率和回采率指标均较好。

表3 不同崩矿步距对应的矿石回收指标

3 放矿试验

根据本研究分析结果，在-199，-218m水平进行放矿试验，中深孔按照矿石比例不低于20%的原则进行布置。考虑到新增穿孔部位的矿石已经全部采出，在不新增掘进支护成本的情况下，通过增加布设中深孔对上水平的残留矿石进行回收，可以实现单水平多回收4.35万t矿石(表4)。

表4 优化后的矿石回收指标与原设计指标对比

4 结 语

对于采用无底柱分段崩落法开采的矿山，确定合理的回采边界是确保开采经济合理的前提。该矿采场结构参数为18.75 m×20 m，对于下盘端部矿石的回收，应结合矿石盈亏平衡点确定合理的矿石比例，进而确定回采边界位置，同时增大放矿口尺寸至2.7 m，可以实现矿石回采率最高。此外，将边孔角提高至66°、孔深控制在9 m、崩矿步距设定为3.8 m，矿石回收指标可达到最优。

参 考 文 献

[1] 蔡美峰.金属矿山采矿设计优化与地压控制[M].北京：科学出版社，2001．

[2] 刘兴国.放矿理论基础[M].北京：冶金工业出版社，1995．

[3] 任凤玉，刘兴国.无底柱分段崩落法采场结构与放矿方式研究[J].中国矿业，1995(6)：31-34．

[4] 陈清运，何玉早.中小型矿山无底柱分段崩落法结构参数优化[J].金属矿山，2005(1)：23-25．

[5] 解世俊.矿床地下开采理论与实践[M].北京：冶金工业出版社，1990．

[6] 张国建.无底柱分段崩落法理论与实践的新认识[J].中国矿业，2004(2)：60-62．

[7] 陶干强，任青云，罗 辉，等.无底柱分段崩落法采场稳定性分析[J].岩土力学，2011(12)：3768-3772．

[8] 宋卫东，梅林芳，谭玉叶，等.大间距无底柱分段崩落法采场地压变化规律研究[J].金属矿山，2008(8)：13-16．

[9] 李荣福.椭球体放矿理论的几个主要问题——类椭球体放矿理论建立的必要性[J].中国钼业，1994(5)：39-43．

[10] 任凤玉，刘兴国.随机介质放矿理论及其应用专题讲座：第二讲崩落矿岩移动规律方程及其应用[J].中国矿业，1995(4)：80-84．

[11] 匡忠祥.切岩回采程潮铁矿下盘三角矿带的研究[J].中国矿业，1999(2):32-34.