龙桥铁矿二步采场采矿工艺优化

陈久吾 杨双有 潘少杰 徐涛

（安徽省庐江龙桥矿业有限公司 合肥 231500）

1 井下采矿情况简介

龙桥铁矿开拓方式采用侧翼下盘竖井开拓。同时布置混合井、东进风井各一条，构成侧翼对角式通风系统。当时采矿方法为无底柱分段崩落法。公司于2007 年12 月完成了龙桥铁矿300 万t/a 采选扩建工程初步设计，同时将采矿方法变更为分段凿岩阶段空场嗣后充填法。新的采矿方法将井下盘区沿矿体走向进行划分布置。其中每个盘区中一二步采场交替排布。盘区内采场沿矿体走向布置，采场长为85m，（外加走向上两侧各预留7.5m保安矿柱）、宽为15m，凿岩进路巷间距15m，分段高度为12.5m。采场高度介于40m～50m之间。回采方式采用盘区内后退式“隔三采一”的方式进行采场回采作业。

2 二步采场常见问题及分析

2.1 二步采场常见问题

龙桥矿采用的采矿方法，在回采顺序上将采场分为一步、二步和三步采场。其中二步采场在采矿和回收作业时，虽然在设计上有保护措施。但由于各种原因仍会使两侧的一步采场充填体发生垮落混入矿堆，从而造成采场矿堆贫化和选矿工序困难。结合现场经验来看，其中问题主要归结为：

二步采场窄边两侧所预留的保安侧柱由于一步采场的边界形态不规则导致其自身的形态也不规则。所以无法保证自身应力分布均匀，若是遇到岩性较差的区域，在应力集中的局部区域（通常位于岩柱上部1/3）通常会发生部分岩石开裂。形成大块悬挂于采场帮壁，对底部作业的设备和人员的安全造成威胁。或直接垮落于矿堆顶部、堵塞出矿结构口门处，影响井下正常生产作业。

若是将一步采场保安矿柱完全回收，虽然采场整体回收率有所提升。但是在二步采场爆破放矿的时会将两侧充填体大量带下，影响整个盘区稳定性的同时还会影响后续的提升和选矿等工序。若是加大两侧保安矿柱，则会加大采场矿石损失率，且矿柱若是仍发生垮落，形成垮落块度更大的块体更不利于后续生产。

图1为井下162*2二步采场采空区揭露情况，由于岩体构造较大，采场两侧的保安岩柱已经完全垮落。相邻一步采场的充填体进而显露并发生局部垮落。图2则为该采场进行三维扫描的剖面图，一步采场的边界不规则，岩柱尺寸较难控制。

图1 二步采空区现场图

图2 二步采爆破边界图

2.2 问题原因分析

结合井下实际生产经验和江西理工大学的采空区扫描勘测形态数据分析后了解到充填体混入矿堆大致在二步采场的爆破和回收两个阶段混入。在爆破阶段导致贫化混入的原因大致如下：

①由于之前一步采场采矿时由于岩性较差或是中孔施工精度不佳产生的中孔误差、偏斜或是爆破装药时由于反粉、间隔装药导致爆破效果不佳进而造成采场部分边界存在超欠挖的现象，所以在二步采爆破的直接作用下部分超挖的相邻充填体失去了支撑造成震落。

②大爆破时爆轰波在岩体中传播，多次爆破在爆下矿石的同时也破坏了岩体和相邻充填体之间的应力平衡，导致其在后续地应力的作用下发生垮落。根据实验数据可知：对充填体施加一定次数的冲击扰动，立即进行抗压强度测试，各试件单轴抗压强度均有降低，扰动次数越多，强度下降越大；对3d和7d 龄期的试件各扰动100 次，其强度分别降低0.73MPa、0.29MPa，龄期短的其强度下降大，龄期长的其强度下降小［1］。

在回收阶段导致贫化的原因如下：

①二三步采场放矿结束后回收矿石时，采空区的应力形态因为存隆矿堆不断减少而发生变化。其中一部分相邻空区充填体因为失去了之前岩壁或存隆矿堆的支撑作用发生垮落。矿体回采过程中，矿柱及回采范围周边的应力集中区域逐渐扩大，应力集中程度大幅度提高［2］。

②在回收阶段的中后期，由于采空区的暴露时间过长且面积过大，外加其他回采盘区的爆破活动影响，导致失去侧帮支撑的充填体因为震动发生位移进而垮落。

3 二步采场工艺改进措施

结合上述充填体混入矿堆的原因，经过技术讨论实践后总结以下几个方面的技术改进。

3.1 设计及放矿作业优化

控制一步采场边界。通过各项措施尽可能确保一步采的空区边界减少超挖欠挖的情况下：

图3

①中孔设计中新增“杆长”参数以减少凿岩巷道规格偏差造成的中孔深度偏差。以往中孔设计及施工以孔深参数为依据，（为巷道帮壁开始计算孔深）对凿岩巷道规格要求较高。但实际掘进作业中，往往因为岩性、布孔、爆破效果等因素影响，实际巷道掘进断面往往大于设计断面，且超出部分无标准可以参考。从而造成中深孔施工时普遍出现超挖现象。因此新增“杆长”参数（即从中孔台车机芯点开始计算整体孔深），减少因巷道尺寸造成的施工误差。

②二步采中孔设计时根据现场岩性及历史经验数据及时调整预留矿柱的厚度；根据井下多次实验数据可知，井下一般采用0.7～1m 的保安侧柱进行保护，但是如果区域岩性是多种混合矿可以适当增加侧柱至1.2m。

③优化爆破工艺，包括优化爆破参数和装药工艺，了解掌握爆破前的实际装药情况。例如反粉率和耦合系数，装药长度等参数，同一采场内评估爆破后效果，根据之前结果反馈及时对同一采场装药参数进行优化。

3.2 放矿过程中相关优化

精确掌握采空区的实际方量，空置时长情况，具体措施为：

①建立各采场台账记录，实时掌控采空区生产周期，对于回采结束的采空区立即进行封闭充填工作。尽量减少因为采空区空置时长过长导致的充填体垮落混入。

②确保每个采空区都测绘有高精度模型进行数据分析比对。以方便后续的充填工作进行。同时减少二步中孔设计等工序对一步采充填体的影响和破坏［3］。

4 二步采场工艺改进结果

经过改进后的采矿工艺选择和图1 相同盘区的二步采场采空区进行实验。通过现场实际观察发现现场二步采场采空区两侧的保安侧柱的完整性和稳定性有了较大程度的提高。而后进行的采空区激光扫描工作，对比实际采空区模型与设计三维模型体积后发现该二步采场在采空区两侧的超欠挖现象有了显著减少。同时矿堆内混入的充填体也大幅度减少。以此证明文中所述几项工艺改进在井下实际生产中的有一定的指导作用。