某矿山采矿方法优化选择和应用

2021-12-04安东亮丁文俊靳西传

世界有色金属 2021年8期

安东亮，丁文俊,，靳西传

（1.云南德成规划设计有限公司；2.昆明理工大学国土资源工程学院）

随着矿山开采的智能化，自动化，机械化不断发展，矿业之间的竞争日趋激烈，因此采矿方法的选择显得尤为重要，许多学者也对此进行深入的研究[1，2]，并取得了极大的进展和突破。以某铁矿为例，该矿体赋存条件复杂多变，对于矿石采出品位要求很高，平均品位要求大于35%，而矿石地质品位仅有38.85%。矿山原使用浅孔落矿的房柱法开采，难以适应倾斜、急倾斜～中厚、厚矿体赋存条件，存在生产效率低，工作强度大等突出问题，急需对采矿方法和工艺参数进行优化。

1 矿山概况

某铁矿体为倾斜～急倾斜矿体，采用平硐+斜井（辅助斜坡道）开拓，矿体沿走向长约1100m，倾向延伸较深。矿体复杂多变，平均倾角约62°；矿体平均厚度约为20.26m左右。矿石稳固，围岩中等稳固，埋藏深（≥570m），品位低（38.85%），为复杂难采贫铁矿床，虽然目前对倾斜、急倾斜～中厚、厚矿体的研究很多，且取得了许多显著的成果，但仍然无法满足复杂难矿体的开采需求。

2 开采存在的问题

初步设计和变更设计中，先后选用了浅孔留矿法、房柱采矿法、无底部结构分段空场法、阶段矿房法，有（无）底柱阶段崩落法、无底柱分段崩落法等。现用点柱式房柱法+阶段矿房法，采用浅孔凿岩，铲运机出矿。由于矿体复杂难采，原有采矿方法均存在生产效率低、劳动强度大等问题，随着开采深度的增大，地压显现较为明显，急需研究开发低损失贫化、低成本、低风险、高效率的采矿方法和工艺。

3 采矿方法选择

3.1 采矿方法初选

急倾斜（>50°）厚（15m～50m）矿体可能采用的采矿方法为：分段矿房法、分段崩落法和上向分层充填法；倾斜厚和极厚（>50m）矿体可能采用的采矿方法为：分段矿房法、分段崩落法和上向分层充填法。

急倾斜中厚（5m～15m）矿体可能采用的采矿方法为：留矿法、留矿采矿嗣后充填法、分段矿房法（分段空场嗣后充填）、上向分层充填法和无底柱分段崩落法；倾斜中厚矿体可能采用的采矿方法为：有底柱分段崩落法、上向分层充填法。

急倾斜薄矿体（<5m）可能采用的采矿方法为：留矿法，分段、阶段矿房法。

基于矿床地质条件和开采技术经济条件，结合设计规范，以及矿山采矿方法的应用情况，适合的采矿方法为无底柱分段崩落法、分段矿房法和浅孔留矿法，具体细分为：

（1）倾斜～急倾斜厚矿体：根据矿体产状统计和岩体稳定性分级，主要为倾斜～急倾斜厚矿体，矿石稳固，上、下盘围岩较稳固，适宜采用无底柱分段崩落法或分段矿房法。

（2）倾斜～急倾斜中厚矿体,矿石稳固，上、下盘围岩较稳固，适宜采用分段矿房法：先空后崩，在空场下回采矿房，用崩落法回采矿柱；局部上盘岩石不稳固区域等采用沿走向布置进路的无底柱分段崩落法。

3.2 采矿方法的优选

（1）矿体复杂多变，单一的采矿方法难以满足需求。根据矿体不同矿床地质条件和开采技术经济条件，选用不同的采矿方法。

（2）矿体平均倾角约62°，平均厚度约20.26m，矿石稳固、上、下盘围岩较稳固，阶段采矿矿石损失贫化大。宜采取分段采矿：分段凿岩、分段出矿。

（3）对采出矿石品位要求高，贫化率控制在9%左右，以空场法为主、先空后崩，用空场法回采矿房、崩落法回采矿柱和处理采空区。

对采矿方法的分析：

（1）浅孔留矿法：适用于薄矿体，矿脉倾角以急倾斜为宜，其优点为：结构和生产工艺简单，可借助矿石本身重量放矿，采准工程量小，管理方便等优点；缺点：但工人工作区域的暴露面积大，安全条件差，矿柱矿量损失贫化大，挤压矿石量大，影响资金周转。

（2）分段矿房法：适用于中等稳固以上倾斜和急倾斜厚矿体，其优点是：回采方式为分段回采，可以使用无轨装运设备，提高效率，分段矿房法应用时灵活性大，回采强度高，分段矿房采完后，可以立即回采矿柱和处理采空区，提高了矿柱的矿石回采率，为下一分段的回采建立了有利条件；缺点：在采准时工作量大，每个分段都需要运输平巷、切割巷道、凿岩平巷等。

（3）无底柱分段崩落法，适用于急倾斜厚矿体，矿体厚度≥15m～20m时，垂直走向布置进路。优点：分段采矿，分段没有底部结构，凿岩爆破、出矿等工作全部在巷道内进行，机械化程度高、安全条件好，生产能力大、成本低、管理简单。缺点：损失贫化大，贫化率约12%。

铁矿多为倾斜～急倾斜厚矿体，平均厚度24.69m，铁品位38.85%，价值较低，矿石稳固，上下盘围岩较稳固，矿体埋藏深度570m；地表允许崩落，入选品位要求达到35%以上，贫化率控制在9%以下，适合采用无底柱分段崩落法。

针对矿体倾角在24°～89°之间，平均倾角约62°；矿体厚度在1.05m～53.64m之间，平均厚度约为20.26m左右。矿体从缓倾斜～倾斜～急倾斜，其上部残留在下部回采的条件极好，在多个分段回收后，形成较厚的矿石废石混合层，可以很大的缓解损失贫化大的问题，矿石稳固，围岩较稳固，围岩允许崩落，没有能淹没井下的地表水以及地下水，矿石允许贫化，基本满足无底柱分段崩落法适用条件。

4 无底柱分段崩落法采场结构参数

4.1 采场结构参数和采准布置

（1）阶段高度取50～60m。

（2）矿块尺寸及溜井间距。一般以一个溜井所服务的范围作为一个矿块，矿块长度等于相邻溜井间的距离。溜井间距主要根据装运设备的类型而定，使用铲运机出矿，50m～100m。

（3）分段高度的确定，根据凿岩设备、矿体赋存条件及矿石损失贫化等因素确定,主要受凿岩设备能力的限制。分段高度大，可以减少采准工作量，但分段高度的增加受凿岩技术、矿体赋存条件以及矿石损失贫化等因素的限制。当阶段高度为50m时，分段高度10m或12.5m，进路间距8m～10m；阶段高度60m时，分段高度10m～12m，进路间距8m～12m。

（4）回采巷道,当分段高度确定后，便可根据放矿理论，使其损失贫化最佳的原则来确定进路间距。分段高度h=10m时，进路间距L=8m～10m；分段高度h=12.5m时，进路间距L=10～12.5m。回采巷道布置是否合理，将直接影响损失贫化值。上下分段回采巷道应交错布置，使回采空间呈菱形，以便将上分段回采巷道内的矿石尽量回收。

4.2 采准切割

无底柱分段崩落法阶段运输平巷、斜坡道、溜井，布置在下盘岩石中。矿块的划分及溜井布置：此法一般以一个放矿溜井所服务的范围划分为一个矿块，使用电动铲运机装矿（有效运距100m～150m），考虑回采巷道长度，溜井间距50m～100m。

进路布置：各分段的回采进路要采用菱形布置。矿体厚度小于15m～20m时，一般沿走向布置进路。回采进路（巷道）的规格（宽×高）：3.2～3.6m×2.8～3m。

无底柱分段崩落法的采准比一般为6～8m/kt，由于进路断面大，采准副产矿石所占的比重为10%～20%。

4.3 回采工作

无底柱分段崩落法的回采进路是按垂直走向布置的，回采一般由上盘往下盘方向推进。在一个矿块内，一般由1～2个分段做采准，1～2个分段进行凿岩，1～2个分段进行崩矿。上分段超前下分段的距离大于20m以上。为了减少贫化，在同一分段各进路的回采应极可能在一条直线上，

(1)落矿。凿岩采用钻架配YGZ-90中深孔凿岩机，上向扇形布置，炮孔直径50mm～60mm，最小抵抗线1.5m～1.6m，排距1.5m～1.6m，孔底距1.5m～2.25m，炮孔密集系数1.0～1.5，边孔角一般为50°～60°。装药系数0.55～0.7，取0.7，一次炸药消耗量为0.2～0.4kg/m3。扇形深孔堵塞长度（0.4～0.8）W=0.6～1.2m。相邻炮孔采用交错不同的堵塞长度，以避免孔口附近炸药过分集中。采用挤压崩矿，松散系数≥1.1～1.3，每次爆破1～2排。

（2）出矿。选用1.5和2.0m³电动铲运机出矿，采场崩落矿石经铲运机沿分段联络道（铲运机出矿道）运至采场溜井，溜井溜放至中段运输平巷经振动放矿机装入矿车中。每台出矿设备一般服务3～5条进路。矿石在覆岩条件下放出，矿石与废石多面接触，每个步距都要发生一次贫化，贫化率较大，出矿时要注意全断面均匀铲装矿石。

（3）矿块通风。配备一台主扇位于1630m平硐口的K40-4-Nol5(A)矿用节能通风机，两台辅扇分别安装在北部1533m分层以及1527m分层8～9#线之间安装辅助扇风机，使沿脉平巷形成较强的贯通风流。新鲜风流从下盘分段联络平巷，经分段穿脉进入分段凿岩道，污风经局扇独头通风排至分段联络平巷下风流方向，经分段联络平巷回至端部回风井。

（4）覆盖层。无底柱分段崩落法是在覆盖岩（矿）石下进行放矿，因此，足够厚度的覆盖层是无底柱分段崩落法进行采矿的必要条件。回采工作面的上方应有大于分段高度的覆盖岩层以保证回采工作的安全若上盘不能自行冒落或冒落的岩石量达不到所规定的厚度应及时进行强制放顶使覆盖岩层厚度达到分段高度的二倍左右。覆盖层形成，根据上盘围岩稳固程度，优先考虑自然崩落，盲矿体或局部稳固区段再考虑强制崩落。覆盖层观测，为了掌握顶板围岩冒落条件和规律，冒落高度、覆盖层厚度，空区情况等，采用钻孔等对顶板围岩进行观测。