白山泉铁矿二采区采矿方法优化

张冬冬 王 靖 郑海峰3

（1.哈密博伦矿业有限责任公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；3.华为金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司）

白山泉铁矿位于新疆和甘肃交界以西，属哈密市管辖。现已形成年采铁矿石140万t、年产铁精粉40万t的生产能力，是西北地区铁精粉主要生产和供应基地。白山泉铁矿二采区已开拓4个中段，最低开采标高为1 590 m，二采区出矿集中在二中段Fe8号矿体。

随着浅部铁矿资源减少，矿山开采逐步向深部矿体转移。矿山原采用潜孔留矿法，工人暴露在顶板下凿岩爆破，在高应力情况下开采，存在较大的安全隐患。同时，该方法还存在积压矿石、机械化程度低、损失率、贫化率大问题。为适应矿山开采需要，亟需对采矿方法进行优化，提高矿山生产效率，确保矿山安全生产。

1 矿山概况

1.1 矿体特征

矿山二采区+1 710 m中段以下的矿体主要为Fe8号矿体，矿体走向长度为304 m，最小埋深为25 m，最大埋深为258 m，为极倾斜中厚矿体。矿体呈透镜体状，倾向为200°，倾角为72°，平均厚度为21 m，平均TFe品位为23.50%。

1.2 工程地质概况

矿体上盘围岩为绿泥阳起石片岩，下盘围岩以结晶灰为主，上、下盘围岩硬度系数f=7～8，矿石硬度系数f=8～10，上下盘围岩及矿体为中等稳固。

1.3 原采矿方法

矿山原采用潜孔留矿法，当矿体厚度小于12 m时，矿块沿走向布置，矿块沿走向长为40～50 m，宽度为矿体厚度，两端设6 m间柱，底柱为5 m，顶柱为4 m；当矿体厚度大于12 m时，矿块垂直走向布置，矿块长为矿体厚，宽度为12 m。两边设6 m间柱，底柱为5 m，顶柱为4 m，矿房高为40 m。

潜孔留矿采矿法采切工程包括中段运输巷道、切割天井、联络道、拉底巷道及漏斗等［1］。设计中段运输巷道在矿体下盘沿脉掘进，然后在中段运输巷道内向上掘进脉内切割天井，并与上中段平巷或地表贯通，天井内设人行梯。沿天井垂直方向每隔5 m向两侧掘进联络道，采场两端联络道在高程上应错开布置，随着回采工作面的逐步提高，各联络道与两边矿房依次贯通。回采作业的全过程中，须确保采场两侧的联络道有2个以上随时保持畅通，以满足作业人员进出采场及通风需要。

在沿脉运输巷道中，每隔5.0 m靠近矿体下盘掘进漏斗颈（断面为1.8 m×1.8 m）至拉底平巷，相邻漏斗辟漏形成拉底巷道，作为备采工作面，拉底巷道高度为2.5 m。设计石门和运输巷道断面为2.2 m×2.0 m，切割天井断面为1.4 m×1.4 m，联络巷断面为1.8 m×1.8 m。

原采矿方法主要有3个缺点：一是大部分矿石暂留矿房，积压资金；二是矿房生产能力小，单个矿块生产能力约80 t/d；三是凿岩工人长期暴露在顶板之下，具有较大的安全隐患。

2 采矿方法优化

2.1 优化后采矿方法及采场结构参数

矿山优化后的采矿方法为下向平行深孔阶段空场法。根据前期试验、结合同类型矿山的开采经验［2］，优化后的矿块分垂直矿体走向和沿矿体走向2种方式布置，阶段高度为50 m。对于矿体厚度大于20 m的矿体，矿块垂直矿体走向布置，矿块内划分矿房和矿柱，矿房宽度为13 m，矿柱宽度为12 m，长度均为矿体厚度，待矿房回采结束后，矿柱间隔回收；矿体厚度小于20 m的矿体，矿块沿走向布置，以矿块长度为40～50 m布置矿房，宽度为矿体厚度，矿块与矿块之间留设10 m的间柱，矿块间柱不回收。

2.2 采准工程布置

采准工作包括1 650 m水平铲运机出矿进路、1 700 m水平凿岩硐室和少量辅助工程。1 650 m中段主运输巷道布置在下盘脉外，穿脉巷道穿透矿体，下盘主运输巷道朝拉底巷道内掘进出矿进路形成底部出矿结构。顶部凿岩硐室布置在1 700 m水平，凿岩硐室的水平范围超出矿体的边界范围0.5 m，同时为确保凿岩硐室的稳定，在凿岩硐室的水平宽度超过10 m时，要求中间留设2 m的条柱作为临时支撑。

2.3 切割工程布置

先在矿房底部形成拉底巷道，在拉底巷道内，选择在矿体最厚大处施工切割天井；在拉底巷道内，采用上向扇形中深孔利用已形成的切割天井为自由面，爆破形成堑沟式拉底空间和受矿结构［2］。采场爆破时，则利用采场内形成的垂直切割天井为自由面进行侧向崩矿。为确保侧向爆破崩矿顺利进行，要求切割天井垂直，切割天井采用人工掘进施工形成。采场底部结构为堑沟式，采用双侧进路出矿，底柱高为13 m，顶柱高为8 m。标准矿块采矿方法见图1。

2.4 回采工艺

中段回采顺序为自上而下，采场内每次向空区（切割槽）内爆2～3排孔，中段内的采场回采顺序根据生产能力需要，自东端或东西两端向中间逐个采场回采，先期回采矿房采场，后期回采矿柱。

上部矿体深孔凿岩设备用大气缸FYZ100型圆盘潜孔钻，在1 700 m水平凿岩矿房布置下向倾斜深孔，下部矿体中深孔凿岩设备采用YGZ-90型钻机配CJ-1900型圆盘导轨架［3-4］。深孔炮孔直径为90 mm，孔深为35 m，孔距为3 m，排距为2.6 m。扇形中深孔孔径为60 mm，孔底距为3 m，排距为2.2 m。孔底采用水泥堵孔塞，孔口要求3～5 m的炮泥堵塞［5-6］。

硐室内采用人工装药，选用矿山2号岩石炸药，导爆管雷管引爆起爆药包，起爆炸药。成槽后每次爆破2～3排炮孔，一次性爆破全孔全阶段矿石。凿岩要求偏斜率控制在0.5 m以内，炮孔和拉底空间相通，以利于通风和排水。

2.5 出矿

崩落矿石落至底部堑沟内，采用WJ-2型2 m³柴油铲运机双侧出矿进路出矿，利用铲运机将矿石运输至8-1#溜井，经运输中段矿车运至卸载站，通过主井提升系统提升至地表。

2.6 通风

上部凿岩硐室的新鲜风流自穿脉进入，排至回风巷；底部出矿巷道的通风采用局部强制通风，对于垂直走向布置的采场，要求靠内侧的出矿进路与空区保持通畅，施工的大孔保持为通孔，以起到回风作用。

3 现场实践结果

目前Fe8矿体1 710 m中段以下均采用下行平行深孔阶段矿房法，取得了较好的成果，优化后的采矿方法出矿效率高，单个采场出矿能力为800 t/d，是原采矿方法的10倍，此外，由于人员不在空区顶板下直接作业，采矿的安全性也得到了极大提高。

表1为某中段设计工程量统计，现采矿方法采切比为16.07 m³/kt，原采矿方法采切比为43.25 m3/kt，采切工程降幅超过62.84%，工程投入费用大大减少。

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4 结论

（1）实践证明，下向平行深孔阶段空场法能够较好地适应白山泉铁矿，提高了矿山生产能力，减少了采切工程布置，对比原潜孔留矿法单个采场日生产能力提升10倍以上，采矿综合成本由原来的60.33元/t降低至目前的32.89元/t，降幅超过45.48%，经济效益显著。

（2）下向平行深孔阶段空场法具有采切工程少、安全、出矿能力大等优点，该采矿方法工艺简单，机械化程度较高，安全可靠，可在类似地质条件赋存矿体中大力推广。