常 帥，任鳳玉，李 楠，全桂光，李明旭

(1.東北大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)110004；2.雙鴨山建龍礦業(yè)有限公司，黑龍江 雙鴨山 155126)

1 礦山概況

雙鴨山鐵礦為沉積變質(zhì)磁鐵礦床，北區(qū)礦體呈層狀產(chǎn)出，平均厚度6～10m，傾角60°～90°。礦石以條帶狀磁鐵礦為主，含微量的赤鐵礦，平均品位30.79%。礦體為磁鐵石英巖，上盤圍巖主要為石英片巖及片麻巖，下盤圍巖主要為石英片巖及大理巖。礦巖節(jié)理裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性較差(表1)[1]。

表1 北區(qū)礦巖穩(wěn)定性分級(jí)結(jié)果

設(shè)計(jì)采用淺孔留礦法開(kāi)采，實(shí)際生產(chǎn)中，由于上下盤圍巖不穩(wěn)固，在礦房回采過(guò)程中，設(shè)計(jì)留下0.5m厚的護(hù)壁礦柱，即使這樣，在穩(wěn)固性較差的區(qū)段，還是不能很好地控制上盤圍巖的冒落。有的采場(chǎng)在大放礦早期冒落，使冒落巖石過(guò)早混入礦石中，造成貧化率過(guò)高，采場(chǎng)被迫中途停止放礦；還有的采場(chǎng)在礦房回采過(guò)程中冒落，加大空?qǐng)鰧挾?，引起頂板礦巖發(fā)生大量冒落，使采場(chǎng)被迫中途停止回采。由此損失了大量礦石。

礦石損失量的增大，加快了回采工作面的下降速度，造成備采儲(chǔ)量嚴(yán)重不足。礦山在2008年初從220m中段轉(zhuǎn)入170m中段回采，采場(chǎng)銜接不上，生產(chǎn)組織比較緊張。為完成生產(chǎn)任務(wù)和充分回收礦產(chǎn)資源，在220m中段第1～12勘探線之間，進(jìn)行了殘礦回收試驗(yàn)。

2 礦石殘留體形態(tài)分析與回收方法確定

北區(qū)采用電耙出礦的淺孔留礦法開(kāi)采，沿走向布置礦塊，礦塊長(zhǎng)度50m，間柱寬度6m，階段高度50m，頂、底柱高度6m。采場(chǎng)內(nèi)的礦石藉重力流入電耙道，由電耙直接耙入穿脈巷道的礦車內(nèi)。

在礦房回采過(guò)程中，最嚴(yán)重的冒落狀態(tài)如圖1所示。當(dāng)采到礦房的中上部位時(shí)，或因松動(dòng)出礦引起暴露高度較大，或因暴露時(shí)間較長(zhǎng)，頂板圍巖發(fā)生松脫片落。而且因片落與冒頂幾乎持續(xù)進(jìn)行，難于處理，導(dǎo)致空?qǐng)隹缍仍絹?lái)越大，最終礦巖同時(shí)冒落，使采場(chǎng)無(wú)法繼續(xù)上采，被迫提前進(jìn)行大放礦。當(dāng)廢石混入量超半時(shí)，停止放出，此時(shí)礦石回采率不足60%，有相當(dāng)大的一部分崩落與冒落礦石，殘留于礦體的下盤壁上。

為估計(jì)圖1所示礦體的冒落范圍，我們?cè)?60m水平穿脈巷道觀察了冒落區(qū)的邊界位置，得出冒落拱的邊壁傾角約85°。按85°冒落角估算冒落區(qū)域，并運(yùn)用隨機(jī)介質(zhì)放礦理論傾斜邊界條件下的散體移動(dòng)方程估計(jì)礦巖接觸面界線[2]，得出的上盤圍巖下盤殘留體形態(tài)如圖2所示。

由于下盤近礦圍巖的穩(wěn)定性很差，難以形成底部結(jié)構(gòu)與沿脈巷道，因此設(shè)計(jì)了用進(jìn)路回收下盤殘礦的技術(shù)方案。進(jìn)路式回收方式的工程暴露面積小，減小工程的擾動(dòng)范圍，利于穩(wěn)定，安全條件好。進(jìn)路垂直礦體走向布置，進(jìn)路間距8m，

斷面尺寸：寬×高≡2.6m×2.8m。進(jìn)路的布置形式及其與耙道斗穿位置的投影關(guān)系見(jiàn)圖3。

圖1 采場(chǎng)冒落狀況

圖2 采場(chǎng)不同類型殘礦及回收設(shè)計(jì)

圖3 220中段殘礦回收工程設(shè)計(jì)圖

3 殘礦回收方案的實(shí)施及效果

北區(qū)220中段1～12線的5個(gè)采場(chǎng)，都是在礦房回采過(guò)程中上盤塌落，采場(chǎng)內(nèi)的間柱已由穿脈巷道回采。

由于礦體節(jié)理裂隙發(fā)育及殘礦回收部位對(duì)準(zhǔn)下中段的誘導(dǎo)冒落試驗(yàn)采場(chǎng)，為確保方案的順利實(shí)施，研究組針對(duì)殘礦回收進(jìn)路與170中段試驗(yàn)采場(chǎng)冒落邊界的相互位置、回收進(jìn)路的支護(hù)、炮孔裝藥的問(wèn)題，提出了以下措施：①新打回收進(jìn)路與相對(duì)應(yīng)的下中段(170中段)誘導(dǎo)冒落采場(chǎng)相結(jié)合，確定冒落邊界，同時(shí)協(xié)調(diào)上下階段的施工進(jìn)度，控制上階段當(dāng)前作業(yè)位置始終處于下階段當(dāng)前崩落、冒落范圍之外，以保證進(jìn)路作業(yè)人員的安全；②巷道支護(hù)方式視具體情況而定，穩(wěn)定性不高的利用錨桿進(jìn)行支護(hù)，比較破碎的要緊跟工作面噴漿，使水泥漿充滿裂隙，同時(shí)采用錨桿加固，增強(qiáng)整體強(qiáng)度，保證穩(wěn)定性。③進(jìn)路內(nèi)的鑿巖工作一次性完成后，要及時(shí)進(jìn)行爆破回采，以免炮孔變形破壞。對(duì)于內(nèi)部存在空?qǐng)龅牟蓤?chǎng)，進(jìn)路不宜過(guò)于靠近端部，避免采場(chǎng)冒落塊石傷人。裝藥可根據(jù)炸藥類型及安全性確定是否預(yù)裝藥，也可待采場(chǎng)內(nèi)礦體冒落完全后裝藥，以利于提高工人作業(yè)的安全性。④由于礦石散體塌落已有一段時(shí)間，受壓力作用散體間孔隙度減小，呈壓實(shí)狀，故對(duì)于能直接出礦的進(jìn)路需先進(jìn)行出礦松動(dòng)作業(yè)，使得散體發(fā)生二次松散，為炮孔擠壓爆破提供足夠的補(bǔ)償空間，從而節(jié)省切割工程，減少鑿巖爆破工程量。

該方案從2008年3月開(kāi)始實(shí)施，主要集中于220中段S4～S12穿脈之間。由于220中段南翼礦房回采已結(jié)束，巷道封閉，故首先對(duì)巷道內(nèi)的風(fēng)、水、電、運(yùn)輸?shù)然咀鳂I(yè)條件進(jìn)行恢復(fù)工作?；謴?fù)用風(fēng)、水管分別為直徑3寸與1寸半的塑料管，總長(zhǎng)各500m；動(dòng)力及照明線路各恢復(fù)約480m；同時(shí)，對(duì)運(yùn)輸軌道進(jìn)行了清理、加固。恢復(fù)材料總成本約2.5萬(wàn)元。經(jīng)過(guò)近一個(gè)月的主巷恢復(fù)工作，礦山于2008年4月開(kāi)始進(jìn)行殘礦回收進(jìn)路的采準(zhǔn)工作。主要施工南翼10號(hào)礦房3條出礦進(jìn)路，每條進(jìn)路平均長(zhǎng)度6m。截至4月末，靠近11號(hào)穿脈的2條進(jìn)路共采出礦石約3000t，取得了較好的初期效果。

隨著采準(zhǔn)工程施工的深入，礦山采用邊采準(zhǔn)邊回采的方法進(jìn)行殘礦回收。截至工程結(jié)束，實(shí)際布置采準(zhǔn)進(jìn)路共10條，其中，4號(hào)礦房1條，9號(hào)礦房2條，10號(hào)礦房3條，11號(hào)礦房4條。其它礦房中，5號(hào)、6號(hào)礦房已回采完畢未布置進(jìn)路；7號(hào)、8號(hào)礦房仍有部分礦量，暫時(shí)未進(jìn)行回收作業(yè)?；夭蛇M(jìn)路內(nèi)炮排根據(jù)礦體厚度布置，炮孔采用垂直扇形布置方式，進(jìn)行逐排爆破回采。鑿巖設(shè)備為礦山現(xiàn)用的QJZ-100B潛孔鉆機(jī)，炮孔直徑90mm，最大深度30m，排距1.5m，一次爆破一排。出礦采用人工裝填，電機(jī)車運(yùn)輸方式，礦車規(guī)格0.75m3，每車載重約1.45t。

截至2008年7月末，殘礦回收工作結(jié)束，大部分回收進(jìn)路被地表塌落黃色巖土填塞。根據(jù)回收礦量及成本統(tǒng)計(jì)，殘礦回收期間實(shí)際共出礦巖18172.85t，其中，礦石16722.85t，巖石1450t。工程累計(jì)投入32.56萬(wàn)元，按當(dāng)時(shí)價(jià)格計(jì)算，回收礦石折算成精粉后可取得純利潤(rùn)292.6萬(wàn)元。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施結(jié)果表明，殘礦回收整體效果較好，在保證安全作業(yè)條件下回收節(jié)約了礦產(chǎn)資源，部分緩解了礦山產(chǎn)量的緊張程度，經(jīng)濟(jì)效益顯著。所提出利用巖體冒落特性的進(jìn)路式殘礦回收方案，可為國(guó)內(nèi)同類礦山提供參考。

4 結(jié) 論

(1)雙鴨山鐵礦北區(qū)主要應(yīng)用淺孔留礦法開(kāi)采，由于礦巖穩(wěn)固性較差，造成220中段積壓了大量殘礦?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析表明，采場(chǎng)內(nèi)殘留礦量包括冒落礦量、采場(chǎng)內(nèi)未放出礦量、未采及未回收間柱礦量三種類型。

(2)結(jié)合礦巖容易冒落的特性，提出220中段三種不同類型殘礦的進(jìn)路式回收方案。試驗(yàn)表明，進(jìn)路式回收方案增加了回收工程的穩(wěn)定性、作業(yè)的安全性。同時(shí)，利用礦體容易冒落的特性，頂部礦體可自然冒落，減少了布置工程量。

(3)工程實(shí)踐表明，殘礦回收方案實(shí)施效果良好，具有簡(jiǎn)單、高效、安全的特點(diǎn)。有效地減少了原有礦房的礦石損失，部分緩解了礦山產(chǎn)量緊張程度，經(jīng)濟(jì)效益顯著。所提出利用巖體冒落特性的進(jìn)路式殘礦回收方案，可為國(guó)內(nèi)同類礦山提供參考。

[1] 羊鼻山多層位復(fù)雜礦體高效開(kāi)采工藝技術(shù)研究科研組.雙鴨山鐵礦北區(qū)巖體穩(wěn)定性分級(jí)報(bào)告[R].2007，10.

[2] 任鳳玉.隨機(jī)介質(zhì)放礦理論及其應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1994:56-76.