浅谈大红山铁矿存窿矿回收工作的技术经验与成效

2023-02-02刘晓军徐万寿王军杨小平

昆钢科技 2023年4期

刘晓军徐万寿王军杨小平

（玉溪大红山矿业有限公司）

1 存窿矿回收背景简述

存窿矿主要有四种基本类型：挂壁矿，边角细脉矿，空区存窿矿，矿柱型和隔墙型矿。二十世纪早期，波兰就已经研究了存窿矿石的回收。最先针对西里西亚矿区残留的保安煤柱分析研究，矿柱以上地表有大量建筑物，伴随矿柱的回收可能对其产生恶劣影响，最终矿山决定使用充填法对残矿进行回收，做到了既回收了有用矿产资源又治理了井下空区。1950 年后前苏联逐步重视对残留矿石的回采工作，克里沃罗格铁矿之前一直使用阶段崩落法回采矿体，在主要矿体被开采后，采空区内遗留了很多残矿，矿山用底盘漏斗的方法实现了空区残留矿石的回收。

由于我国前期生产技术不足，在对矿产资源进行开采过程中，残留了大量的矿石在采空区内。针对这种历史状况，我国有很多学者对空区存窿矿石的回收做了一定的研究工作，提出了很多存窿矿回收理论和技术[1]。国内有一些矿山针对自身特点，开展了存窿矿回收相关研究工作，目前已经有部分成功回收的案例，为企业开展存窿矿回收提供了一定的借鉴意义[2]、[3]。

大红山铁矿井下II1 矿组头部区段700 m 标高以上采用分段空场法回采，700 m 标高以下的中部和深部区段以无底柱分段崩落法为主。结合采矿方法的本质，分段空场法视在回收率一般在60 %～80 %，回采结束后会在凿岩巷内残留部分矿石；无底柱分段崩落法按照设计回收率控制出矿，正常落矿分段的视在回收率一般在95 %左右，随着回采标高的下降，各分段均有部分矿石残留并混入覆盖层，导致覆盖层不断富化形成存窿低品位矿石。

据大红山铁矿历年生产数据统计测算，截至2018 年末II1 矿组采区保有存窿矿约1 200万t。根据生产持续规划，若不对存窿矿石进行回收，随着回采标高的下降，将极有可能成为永久损失。

2 存窿矿回收实施情况

大红山铁矿于2019 年着手开展实施存窿矿回收相关研究工作并于2020 年开始组织现场回收，主要开展了以下几方面：

（1）根据《玉溪大红山矿业有限公司铁矿截止品位分析报告》中的经济测算模型准确进行成本核算，得出最低的工业品位，找到盈亏平衡点，从而确定采场按截至品位放矿的组织方式。

（2）分析了矿山的开采现状和生产持续规划，调查得到空区的分布位置和范围。根据矿山生产期间统计的地质矿量、中孔崩落矿石量、掘进副产矿量、采出矿石量以及生产技术指标，完成存窿矿石量的估算。

（3）结合大红山铁矿矿区内岩石的物理力学参数，进行现场调研，对矿石存窿区域周边的岩性、地质构造以及影响工程稳定性的断层、节理等结构弱面进行调查，对开采区域内的采空区周边工程稳定性进行研判。

（4）根据井下存窿矿石所在区域的工程地质条件、空区关系和矿体赋存状态等开采技术条件，确定回收存窿矿的最佳区域，并编制技术可行、经济合理、安全有保障的回收技术方案。

（5）截至2023 年3 月，已完成大红山铁矿东上采区385 m-280 m 六个分段的存窿矿回收设计方案，设计掘进工程量约6 500 m/11 万m³，设计远景回收存窿矿量不少于1 100 万t、预计可延长矿山服务年限2 年以上；在开展东上采区260 m-200 m 分段采切工程设计时同步开展了存窿矿回收设计，保证了后续采切掘支工程施工组织的顺利高效衔接。

（6）目前在Ⅱ1 矿组Ⅱ1 头部（790 m、730 m、710 m分段）、东上采区（385 m、370 m、340 m分段）均成功并安全可靠持续的组织回收存窿矿石，后期将继续在东上采区（320 m-200 m 各分段）、分采采区（370 m-140 m）推广应用。截至2023 年3月底已实现回收存窿矿石量约348 万t，创造经济效益近4 亿元，已形成每年回收存窿矿石量不低于120 万t 的规模。

3 存窿矿回收技术经验成果

3.1 盈亏平衡经济分析模型

根据《玉溪大红山矿业有限公司铁矿截止品位分析报告》，通过对原矿到精矿的全流程各工序环节成本、技术指标的收集分析，建立盈亏平衡经济分析模型，得出不同的精矿市场售价对应的最低供矿品位，从而宏观的指导存窿矿回收按照截止品位放矿。见表1。

表1 铁矿供矿截止品位测算表

3.2 不同条件下的存窿矿回收工艺

形成了无底柱分段崩落法采空区存窿矿石回收的完整采矿工艺并得到成熟应用，如：

①结合矿体及采空区的平面、剖面资料以及现场工程地质条件现状，当矿体下盘为急倾斜且不具备新增掘进工程条件时，可在原采矿进路口直接铲装回收存窿矿。见图1。

图1 400 m 分段东部矿块回收存窿矿平面图

②结合矿体及采空区的平面、剖面资料以及现场工程地质条件现状，当矿体下盘为缓倾斜且具备新增掘进工程条件时可在矿体边缘位置加密布置进路与联道回收存窿矿。见图2。

图2 370 m-280 m 各分段南北两侧边缘位置回收存窿矿平面图

③结合矿体及采空区的平面、剖面资料以及现场工程地质条件现状，当矿体在分段之间的中间位置收缩尖灭时，为减少废石混入，可布置副分段回收原矿同时兼顾回收存窿矿。见图3。

图3 385 m 副分段回收存窿矿平面图

④结合矿体及采空区的平面、剖面资料以及工程现状，当矿体台阶部位两侧均设计有原矿回收时，可在矿体台阶位置调整爆破回采方向，减少对原矿采矿的压制影响，同时可使存窿矿巷道永久保留。见图4。

图4 300 m 分段中部回收存窿矿设计平面图

3.3 存窿矿巷道永久保留的理念

提出了新设计回收存窿矿巷道永久保留的理念和原则：因不排除将来选矿工艺技术进一步提高或铁精矿价格大幅上涨的情况，所以提出新设计回收存窿矿巷道永久保留以便将来进一步组织回收更低品级的存窿矿石的理念；存窿矿回收区域多处于矿岩交界地带，整体围岩条件较差，在设计时为保证巷道永久保留及将来存窿矿回收过程中的矿岩稳定与生产组织安全，提出了巷道掘进到位后采用砼输送泵进行钢筋混凝土浇筑支护、厚度不低于20 cm 的支护原则。

3.4 存窿矿巷道布置标准

通过调研和对比分析，确定了回收存窿矿巷道布置标准：出矿短联道与中孔采矿进路呈60°夹角布置，出矿短联道间距14～15 m，调整正排爆破回采方向后凿岩巷与出矿联道间距15 m 布置等，在便于铲装设备运行效率的同时保证存窿矿回收区域的合理覆盖。

3.5 设计工作超前规划

在开展东上采区260 m-200 m 分段采切工程设计时充分结合矿体产状、上部采空区空间形态资料，同步开展存窿矿回收采切工程设计，一方面可保证后续采切掘支工程施工组织的高效衔接，同时又可避免后期新增巷道掘进对周边岩体造成扰动、破坏地压平衡。

4 效益测算

截至2023 年3 月底大红山铁矿已实现累计回收存窿矿石量348.78 万t，平均采出品位25.42 %，按照存窿矿回收创造效益=精矿销售额-采矿成本-选矿成本-尾矿成本-期间成本的公式来进行测算。

根据合同及各工序环节成本计算，当品位≥25 %时，原矿成本为37 元/t，当品位＜25%时，原矿成本为33 元/t；三选厂平均铁精矿品位取63.5 %，平均尾矿品位取11.5 %，选比=（精矿品位- 尾矿品位）/（原矿品位- 尾矿品位）；吨原矿选矿成本、吨精矿期间成本（财务、管理、税务和销售费用）、精矿售价均按照财务部统计提供的历年数据。根据以上数据及计算公式计算，截至2023 年3 月底回收存窿矿石创造利润近4 亿元，经济效益极为可观。各年度具体经济效益计算表见表2。

表2 回收存窿矿经济效益计算表

井下铁矿石综合回采率已由2017 年末的83.5%逐步提高至2022 年末的93.7 %（见表3），矿石资源综合利用率得到显著提升，这对延长矿山服务年限发挥了极为重要的作用。

表3 2017-2022 年度铁矿石综合回采率统计

5 存在的问题与建议

因存窿矿回收区域多处于矿岩交界地带，整体围岩条件较差，部分巷道掘进过程中临时支护难度大、风险较高；采取必须的临时支护后又进行钢筋混凝土浇筑永久支护，造成不可避免的重复支护，抬高了原矿成本。因此在巷道施工过程中必须加强劳动组织能力与各班组的协调配合能力，在矿岩交界破碎地带必须严格组织实施短掘短支（永久支护），避免矿岩被揭露后的进一步劣化，节省临时支护费用。

部分区域回收存窿矿时附近无溜井可用，只能采用汽车装矿倒运的方式，影响出矿效率的同时造成运矿成本升高。因此在生产组织过程中必须合理规划与调配矿石通道，尽可能充分利用采区本分段原有溜井通道、缩短汽车倒矿运距，优化运矿费用。

回收存窿矿时上部覆盖层矿岩必然会混入，过量回收存窿矿则可能造成覆盖层厚度减小，单纯根据供矿截止品位来组织存窿矿回收的合理性稍有欠缺，结束回收存窿矿的时点难以明确界定。因此可尝试摸索划分区块建立崩矿供矿数据台账，结合放矿漏斗理论测算区块覆盖层厚度，并在存窿矿回收期间实时跟踪测算，以达到控制回收节点的目的。