程潮铁矿深部接续工程采矿方案研究

2018-07-30韩亚民

采矿技术 2018年4期

童炎，韩亚民，王进，肖波

(武钢资源集团程潮矿业公司，湖北鄂州市 436050)

1 概况

程潮铁矿东区始建于1958年7月，1969年建成。设计生产能力为150万t/a。东区改扩建于1997年1月8日竣工并交付使用，生产能力扩建到200万t/a。西区一期工程生产能力为80万t/a，2002年6月18日正式竣工投产。2005年中国恩菲工程技术有限公司完成了-430 m以下开采工程的初步设计，将矿石生产规模扩大至340万t/a。程潮资源条件好，平均铁品位41.31%，属于大型铁矿床，资源禀赋较好，同比国内矿山综合开发条件较好。资源保有储量1.2亿t。截止2017年底，-500 m中段及以上水平保有开拓矿量1189.2万t，保有期限4.9年，可采矿量仅能维持到2022年底。根据勘探资料，-570，-675 m阶段矿石可生产67.5%品位的铁精矿1469.0万t，其中-570 m中段控制资源储量为1057万t，-675 m中段控制资源储量为3670万t。如果从现在开始实施-570，-675 m水平开采工程建设，可持续稳产服务17年时间，因此无论从盈利能力、公司持续发展，还是矿区稳定的角度，-570，-675 m开拓工程的建设迫在眉睫，意义重大。

目前矿山具有完备的采选工业基础设施、生活设施，各类设施配备齐全，工艺、设备等均处于国内矿山先进水平，-500 m中段、溜破系统、提升、运输系统等已经建成、投产并达产，-675 m水平已经形成部分车场和水泵房、中央变电所。

2 地质状况

2.1 矿体规模

开采对象为-482.5～-657.5 m之间的矿体，涉及Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ号矿体，其中-570 m中段开采Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ号矿体，-675 m中段基本全为Ⅵ号矿体。

Ⅵ号铁矿体是最大的矿体，分布于0～57线，全长约1500 m，水平投影宽度120～431 m，平均250 m；真厚度1.59～257.75 m，平均72.95 m。最厚大矿体位于43～51线间。矿体顶板赋存标高-429～-806 m，一般不低于-600 m；底板赋存标高-438～-897 m，除43～51线外，矿体底板大部分位于-800 m标高以上。矿体总体走向296°，倾向214°，倾角0°～45°，一般为30°，向西侧伏，侧伏角8°。矿体主要赋存于花岗岩外接触带已被完全交代为矽卡岩的大理岩中，呈不规则透镜状，端部有分枝现象(见图1)。

图1 铁矿体垂直纵投影

2.2 矿石质量特征

程潮矿区各大、中、小型铁矿体的矿石质量特征基本相同，常见矿石结构有自形-半自形晶粒状结构、他形不规则粒状结构和包含结构等，矿石构造主要有浸染状构造、斑块状构造、块状构造及角砾状构造等。

矿石中金属矿物主要有磁铁矿，其次为黄铁矿，再次则为少量赤铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿，偶见斑铜矿、穆磁铁矿、镜铁矿、针铁矿；脉石矿物主要有方解石、白云石、绿泥石、透辉石、石榴石、绿帘石，其次为石英、斜长石、金云母、角闪石、硬石膏及石膏，再次则为少量磷灰石、黑云母、白云母、方柱石、蛇纹石，偶见透闪石、绢云母、阳起石、符山石、硅灰石、滑石、孔雀石、高岭土等。

主要金属矿物磁铁矿主要呈他形-半自形晶，微粒状、或他形晶不规则状(粒度较粗大者常呈圆粒状)，少数呈自形晶粒嵌生，粒径在0.01～0.05 mm范围内者占绝大多数，少数粗大者粒径可达0.1 mm。磁铁矿中常包裹有金云母鳞片及绿泥石、角闪石和黄铁矿,有时包裹石英及方解石，也有磁铁矿被包裹于硬石膏、方解石等脉石矿物中的现象。

2.3 地质构造

断层构造是本矿区构造的主要表现形式，无论是山字型构造体系的断层还是新华夏构造体系的断层均发育。区内断层详见表1所示。本矿区经历多次构造运动，主应力方向也多次发生变更，次级和更次级应力方向错综交织，所产生的节理极为复杂，矿区节理呈发育方向多、密度大、性质以剪节理为主，张节理少见,节理发育程度受岩性控制明显。

表1 矿区内主要断层

3 深部接续工程开发方案

3.1 开拓运输方案

-570 m中段和-675 m中段分期进行建设。先建设-570 m中段，-570 m中段生产第二年开始建设-675 m中段。已建成的新主井担负全部矿石和废石提升任务。矿石和废石不分、混合提升。新主井井口标高100 m，井筒净直径Φ6 m，钢绳罐道。新主井分期设破碎和装矿系统。目前已建成的破碎系统服务的最低有轨运输水平标高为-675 m，破碎站设在-725 m，装矿皮带设在-780 m。新主井矿岩提升能力大于400万t/a。已建成新副井担负全矿人员、材料和设备的提升，井筒净直径6.5 m，可服务至-675 m中段。

-570 m水平和-675 m水平均为有轨集中运输中段。-570 m中段负责开采-482.5～-552.5 m之间矿体，中段开采高度70 m；-675 m中段负责开采-552.5～-657.5 m之间矿体，中段开采高度105 m。有轨运输中段采用14 t电机车双机牵引10辆6 m3底卸式矿车运输矿岩。-570 m中段共运行3列车，备用1列车，运输线路采用下盘脉外错车道和脉外平巷运输加穿脉装矿联合布置。-675 m中段共运行5列车,备用1列车，运输线路采用环行布置。

3.2 采矿方法选择

根据矿体赋存条件以及工程建设条件，可选择的采矿方法方案有5种：

方案Ⅰ：矿柱外矿体均采用无底柱分段崩落法进行回采，生产后期再回采保安矿柱内矿体。-570 m和-675 m中段开拓工程分期进行建设，-570 m中段崩落法开采生产能力270万t/a，服务年限4 a，-570 m中段生产第二年开始对-675 m中段进行建设，-675 m中段崩落法开采生产能力340万t/a。

方案Ⅱ：-500 m以下矿体9#勘探线以东矿体采用无底柱分段崩落法进行回采，9#勘探线以西矿体采用充填法进行回采。该方案2个中段可实现同时回采,可稳定实现生产能力340万t/a。根据矿体赋存状况，9#勘探线附近存在一段无矿带，9#勘探线以东的矿体相对独立，9#勘探线以东采用无底柱分段崩落法进行回采，可不需留矿柱，能最大化地回收矿石资源；且老选厂、新程潮大湾均位于崩落法移动范围以外。受此部分矿体开采影响的端部和下盘地表土地已经完成征地，需要新增征地为上盘地表影响范围内的林地，且-570 m中段和-675 m中段需同时基建。

方案Ⅲ：-500 m以下矿体35#勘探线以东矿体采用无底柱分段崩落法进行回采，35#勘探线以西矿体采用上向分层充填法进行回采，充填法与崩落法各占50%。

方案Ⅳ：2个中段同时开采，21#勘探线以西矿体采用充填法进行回采，21#勘探线以东矿体采用无底柱分段崩落法进行回采。崩落法开采从上而下单中段回采，生产能力90万t/a。充填法2个中段同时回采，其中-570 m中段生产能力80万t/a，-675 m中段生产能力170万t/a，确保程潮铁矿340万t/a生产能力。

方案Ⅴ：-570 m中段全部采用崩落法进行开采，生产能力270万t/a，-675 m中段47#勘探线以西矿体采用充填法开采，生产能力70万t/a；待-570 m中段开采完毕，-675 m中段单中段生产，-675 m中段47#勘探线以东矿体采用无底柱分段崩落法开采。

表2 采矿方案主要技术经济指标对比

由表2方案主要技术经济指标对比结果可知，方案Ⅰ由于分期进行建设，生产第二年开始建设Ⅱ期即-675 m中段开拓工程，前期建设投资最低。且该方案可比净现值大，说明经济效益好，而且除保安矿柱外采用的是程潮铁矿熟悉的无底柱分段崩落法(见图2)，有利于生产管理等，除为了保护地表新程潮大湾村而设置的保安矿柱外，-570 m中段和-675 m中段均采用无底柱分段崩落法进行开采，生产后期采用充填法对保安矿柱内矿体进行回收。

3.3 生产规模验算

由于-570 m中段矿体赋存条件与-500 m中段相比，矿体连续性及可采资源量均出现较大变化，因此，-570 m中段采用无底柱分段崩落法开采时，生产能力为270万t/a。-675 m中段矿体厚大且规整，-675 m中段采用无底柱分段崩落法时，生产能力为340万t/a。初步考虑生产后期，采用上向分层胶结充填法回采-675 m中段保安矿柱，生产规模40万t/a。

图2 -570 m和-675 m中段矿体无底柱分段崩落法

3.3.1 按可布进路数和可布矿块数验证矿山生产规模

无底柱分段崩落法每5条有效进路布置1台Toro400E电动铲运机，铲运机效率40×104t/a。每个分段的可布进路见表3。

表3 每个分段的可布进路数

从表3可以看出，-675 m中段(-552.5～-657.5 m)能达到340×104t/a生产能力；-570 m中段(-482.5～-552.5 m)达不到340×104t/a生产能力。通过分析矿体赋存条件，-500 m分段、-517.5 m分段在9#勘探线～19#勘探线之间存在一条无矿带，-500 m及-517.5 m分段生产时，该区域的-535 m以下分段可以同时进行生产，设计考虑-570 m中段生产能力为270×104t/a。

3.3.2 按年下降速度验证生产规模

从表4可以看出，-570 m中段下降速度约17.0 m/a，-675 m中段下降速度为15.5 m/a。对比国内矿山年下降速度统计数据，-570 m和-675 m中段下降速度适中，能满足各中段生产能力要求。

表4 矿体开采年下降速度

3.3.3 从合理服务年限方面验证

根据-570 m和-675 m中段设计可利用资源量，-570 m中段按生产能力270×104t/a考虑，-675 m中段按生产能力340×104t/a考虑，矿山服务年限约12 a。由于还有部分推断矿量，因此矿山的服务年限有望进一步延长。

综上所述，-570 m中段生产能力270×104t/a，-675 m中段生产能力340×104t/a是可实现的。

3.4 存在的问题

(1) -428～-568 m中段生产探矿与地质探矿对比结果表明矿体变化较大，因此在基建探矿完成后，应重新圈定矿体、估算资源量，为矿床开采提供依据。

(2) -570 m中段和-675 m中段开采时，通过预留保安矿柱对程潮大湾村进行保护。初步考虑生产后期，利用上向分层胶结充填法回收保安矿柱内矿体。保安矿柱回收前，应根据生产状况和新的岩石力学资料，对充填法开采的地表稳定性进行专题研究和分析，以确保新程潮大湾村的安全。同时，生产过程中应对地表被保护区域进行地表位移监测，以便必要时采取措施，减少对地表保护物的影响。