无底柱分段崩落法在某铁矿中的应用

2019-03-25门建兵

有色冶金设计与研究 2019年6期

门建兵,齐炎

(中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038)

采矿方法一直是矿山建设和生产过程中的重点，矿企也一直追捧安全、高效、经济、合理的采矿方案，以提高资源利用率及经济效益[1-2]。据不完全统计，我国生产矿山各类采矿方法的采矿成本平均约占矿山总成本的60%~70%，这充分说明采矿方法是每个矿山的核心或要害，直接影响到矿山的生存和发展。底柱分段崩落采矿法多运用于地表允许崩落、矿石稳固性中等以上、急倾斜厚矿体或缓倾斜极厚矿体和矿石价值不高等条件的矿山[3]。万相宗[4]为提高铜陵老虎堂铁矿的矿石回采率，根据该矿的矿体特征，改用无底柱分段崩落法采矿法后，明显提高了矿山经济效益。李楠等[5]着眼于毛公铁矿生产过程的技术经济指标不佳的实际问题，基于物理模拟实验方法，对无底柱分段崩落法的崩矿步距与边孔角2个重要参数进行了优化，得到了最佳崩矿步距和边孔角。实践表明，实验结果大幅减少了岩石混入，提高了资源回收率。刘东等[6]针对深部岩体应力的复杂变化情况，综合考虑采场围岩变形特征、地压显现等问题，研究了如何在深部高应力条件下采用无底柱分段崩落法采矿工艺，以合理控制地压，实现安全回采。

本文针对某铁矿现有的开采技术条件，采用了无底柱分段崩落法，设计了开采过程中的采场布置、强制落顶方式、爆破出矿参数及采场通风方案，对提高矿山经济效益、实现井下安全高效回采具有实际意义。

1 矿床开采条件

1.1 地质条件

该铁矿的矿床工程地质条件：矿石主要为磁铁矿，次为黄铁矿。矿石硬度f＝4～8。岩性破碎，稳固性差。矿体顶板围岩主要为铁钙质、泥质粉砂岩，其次为粗安岩、熔结凝灰岩。岩石普遍具高岭土化、钾化及硅化，岩石硬度f＝6～7。矿体底板主要为泥质粉砂岩。岩石具绿泥石化、阳起石化、矽卡岩化及矿化，岩石硬度f＝5～7。

矿床水文地质条件：矿区地处江准丘陵南部，境内呈丘陵、平原地貌景观，地势波状起伏，总体上地形较为平坦，矿床北部与冲积平原连接，最低高程+9.0 m，为矿区地表排水基准面。境内地表水体不发育，主要为谷地冲沟及零星池塘，受降水分布不均制约，流量随季节性变化大，旱季常断流。在矿区东侧有一黄屯河，河床高程+6～10 m，宽30 m 左右，河水流向北东。矿床水文地质条件属中等类型，地表允许崩落。

1.2 开采技术条件

该铁矿床为一隐伏的中型高硫混合矿石磁铁矿床，矿体主要赋存在碳酸盐岩相向铁、钙质泥质粉砂岩、碎屑岩相过渡的相变带中，矿体严格受铁、钙质泥质粉砂岩地层层位控制。该矿以Ⅰ号铁矿体规模最大，其储量占矿床总资源储量的99.84%，另有小矿体3 个，均为单线单孔控制，规模甚小。矿区地处低山丘陵。地势总体为北部稍低，属平原地形，标高为+14～+26 m。东、南、西部则稍高，多为山丘地，标高一般在+30～+70 m，最高为西南的小山头，标高为+116.7 m。矿区北侧有庐（江）—桂（家坝）公路经过矿区。

矿体总体走向为92°，向北～北北东微倾，最大倾角小于25°，属形态简单的层状、似层状缓倾斜单层矿体。矿体厚度（钻孔见矿视厚度），一般为4～27 m，最大视厚度为131.96 m（ZK81），最小为3.10 m（ZK269），平均视厚度为31.50 m。

2 采矿方法选择

该铁矿具备产状连续、完整、集中，走向长，厚度大，倾角平缓，矿石价值不高的特点，故采矿方法适宜采用阶段空场法或无底柱崩落法。因矿体和其顶底板围岩稳固性差，采用空场法的安全生产难度较崩落法大得多。同时无底柱分段崩落法具有以下特点[7]：1）无底部结构，采场结构简单；2）采准工程只需形成上部分段巷道就可投入生产，故基建工程量较小；3）回采及出矿工艺简单，易于操作；4）对该铁矿来说，产状和厚度变化较大，加之倾角较小，用无底柱分段崩落法，分段和进路回采出矿，灵活性大，易于调整和适应矿体产状、厚度、倾角的变化，控制损失贫化。因此,采用无底柱分段崩落法开采，采矿方法示意，如图1 所示。

图1 无底柱分段崩落法回采示意

3 采矿工艺

3.1 采切布置

采准：在脉外沿矿体走向每隔90～100 m 布置1个出矿溜井和人行通风井，每隔180～200 m 布置1个废石溜井。在垂直方向上，每隔15 m 掘进分段巷道。当矿体水平厚度大于80 m 时，在矿体内增设沿脉巷道。在分段水平上，垂直矿体方向布置进路，间距为15 m。

切割：利用切割平巷和切割天井联合拉槽，形成自由面及补偿空间。标准矿块采切工程量，如表1 所示。

3.2 回采控制

无底柱分段崩落采矿法要求崩落矿石在覆盖岩层下进行出矿，初期需经强制放顶才能形成覆盖岩层。将强制放顶工程布设在基建矿块范围内，强制放顶工程由放顶联络平巷和放顶凿岩进路（沿落顶联络平巷每隔30 m 左右布置1 条）组成。放顶高度为30 m 以上。选用T-100 潜孔钻机，在落顶凿岩进路内钻凿上向垂直扇形深孔，向先行开凿的切割槽崩落岩石形成覆盖岩层。炮孔排距2.8～3.2 m，孔底距3.2～3.5 m。每两排炮孔为1 个崩落步距。

表1 标准矿块采切工程量

3.3 爆破出矿

凿岩选用T-100 型潜孔钻机，在出矿进路中钻凿上向垂直或前倾扇形炮孔，炸药为粒状硝铵炸药，装药采用BQF-100 装药器，向先行开凿的切割槽崩落矿石，出矿为3 m3电动铲运机，出矿效率为300 kt/a。爆下矿石由铲运机运至矿石溜井，再由振动放矿机装入矿车，运至主溜井，爆破参数如表2 所示。

表2 主要爆破参数

3.4 采场通风

新鲜风流经中段进风井和斜坡道进入分段，由局扇引入采场凿岩和出矿工作面。该类采矿法普遍存在通风效果不佳的问题，尤其是采矿进路工作面尤为突出。为改善工作面的通风效果，除采用先进凿岩机、电动铲运机出矿、提高爆破效果之外，还需做好以下几方面的工作：1）加强进路内局扇通风，使进路内有流动风流；2）加强工作面的矿堆的喷雾洒水，减少粉尘；3）改变工作面的通风方式，后续生产可立项研究爆堆通风的可能性与效果。