王 維 王建忠 張盛祥

(1.西安建筑科技大學(xué)管理學(xué)院；2.中鋼集團(tuán)山東礦業(yè)有限公司；3.溫州盛達(dá)礦山建設(shè)有限公司)

蒼山鐵礦雙層礦體采充平衡管理

王 維1,2王建忠3張盛祥2

(1.西安建筑科技大學(xué)管理學(xué)院；2.中鋼集團(tuán)山東礦業(yè)有限公司；3.溫州盛達(dá)礦山建設(shè)有限公司)

通過對蒼山鐵礦難采雙層礦體盤區(qū)點(diǎn)柱式上向分層充填法采礦效率的分析，提出了切實(shí)可行的采充平衡技術(shù)管理措施，有效控制了整體盤區(qū)的開采時(shí)間，優(yōu)化了盤區(qū)充填順序及充填強(qiáng)度，使得盤區(qū)生產(chǎn)能力達(dá)到了2 000 t/d，基本實(shí)現(xiàn)了采充平衡。

雙層礦體 采充平衡 盤區(qū)開采

蒼山鐵礦位于山東省臨沂市蒼山縣與棗莊市交界附近，礦山設(shè)計(jì)規(guī)模為200萬t/a，采用分期建設(shè)方案。該礦屬鞍山式沉積變質(zhì)型雙層馬鞍山狀礦床，分為Ⅱ#(內(nèi)脈)、Ⅲ#(外脈)礦體，屬于緩傾斜-傾斜、薄-中厚礦體，厚5～26 m，走向長度約2.0 km，為典型的難采礦床及不易形成穩(wěn)定開采規(guī)模的礦床。通過近3 a的試驗(yàn)工作，確定采用點(diǎn)柱式上向水平分層充填法進(jìn)行開采，該方法采用盤區(qū)式開采，難點(diǎn)在于采礦與充填能否達(dá)到安全高效合理的銜接。

1 盤區(qū)采礦效率

蒼山鐵礦采礦生產(chǎn)盤區(qū)作為采充平衡的一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，其生產(chǎn)能力是采充平衡一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，該指標(biāo)不僅取決于各回采、出礦工序，還與采礦作業(yè)數(shù)量及回采高度有關(guān)，同時(shí)還需兼顧考慮地表充填站的充填能力。對于點(diǎn)柱式上向分層充填采礦法，生產(chǎn)的主要工序?yàn)殍弾r、出礦、充填，三者的作業(yè)時(shí)間不僅與現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值有關(guān)，還與采場位置、出礦通道、采場礦量密切相關(guān)。

一個(gè)盤區(qū)的作業(yè)時(shí)間分別為:風(fēng)水電恢復(fù) 1 d，裝藥爆破1 d，頂板安全處理1.5 d，大塊破碎 1 d，采場驗(yàn)收1 d，充填準(zhǔn)備1 d，充填養(yǎng)護(hù)7 d，輔助工序耗時(shí)合計(jì)約13.5 d。如此，每一分層的采場生產(chǎn)能力(C)僅隨3個(gè)主要作業(yè)工序的時(shí)間變化而變化，而主要作業(yè)工序的作業(yè)時(shí)間又與其采場大小(或礦量多少)及其作業(yè)效率有關(guān)，因此，采場生產(chǎn)能力(C)與采、出、充等3個(gè)主要作業(yè)工序效率的關(guān)系可表示成

式中,C為采場生產(chǎn)能力，t/d；Q為每一分層采出礦量，13 880 t；n1為鑿巖機(jī)鑿巖能力，取1 735 t/d(2臺(tái))；n2為鏟運(yùn)機(jī)出礦能力，1 800 t/d；n3為充填能力，m3/d；γ為礦石體重，3.47 t/m3。

在盤區(qū)的每個(gè)作業(yè)循環(huán)中，100 m的單礦塊平均生產(chǎn)能力約為375 t/d，采、出、充等3個(gè)主要作業(yè)工序中鑿巖、出礦、及充填作業(yè)時(shí)間分別為8，8，6.7 d，鑿巖和出礦所占用的時(shí)間基本相同。因此，要提高盤區(qū)的生產(chǎn)能力，必須縮短充填時(shí)間即增大充填能力[1]。

2 采充平衡技術(shù)管理

由于蒼山鐵礦為雙層礦體，Ⅱ#、Ⅲ#礦體全部回采結(jié)束后方可進(jìn)入上分層作業(yè)，因此，必須縮短回采周期，合理配置回采順序及合理配礦。采切工程包括采準(zhǔn)斜坡道、穿脈平巷(礦房聯(lián)巷)、脈外的溜礦井、人行泄水井、充填回風(fēng)井等。穿脈平巷布置于盤區(qū)中間，穿脈平巷將盤區(qū)劃分為4個(gè)礦塊，以聯(lián)絡(luò)巷連接斜坡道，人行泄水井需要在充填時(shí)順路架設(shè)?；夭蓵r(shí)從采場一側(cè)向另一側(cè)前進(jìn)式回采。鑿巖采用Yt-27型氣腿式鑿巖機(jī)，爆破后暫不出礦，開采人員在礦堆上打水平孔壓頂回采至設(shè)計(jì)高度。由于回采出礦時(shí)，鏟車必須經(jīng)由礦體內(nèi)沿走向布置的沿脈巷，因而1個(gè)礦塊只能有1個(gè)回采作業(yè)點(diǎn)。一般來說，采場應(yīng)首先回采外脈再回采內(nèi)脈，但該傳統(tǒng)回采順序極大的限制了回采的出礦通道，減少了回采作業(yè)點(diǎn)，礦房難以實(shí)現(xiàn)采充循環(huán)作業(yè)平衡。

2.1 調(diào)整回采順序，提高盤區(qū)回采效率

針對盤區(qū)走向長度大、分層可采儲(chǔ)量小的情況，要達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模，必須加快盤區(qū)內(nèi)獨(dú)立區(qū)域回采。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，將盤區(qū)雙層礦體由6個(gè)礦塊劃分為8個(gè)礦塊，可以同時(shí)回采內(nèi)脈兩側(cè)的2個(gè)礦塊及外脈4個(gè)礦塊，將生產(chǎn)能力提高了33%。強(qiáng)化回采效率實(shí)際上是縮短了盤區(qū)的采充循環(huán)周期以及大面積空區(qū)的停留時(shí)間，防止因井下采空區(qū)頂板和點(diǎn)柱的穩(wěn)定性降低造成大面積的巖體失穩(wěn)對井下安全生產(chǎn)造成威脅。在回采過程中不僅考慮回采區(qū)域的劃分對采切成本帶來的消極影響，還需要考慮其他生產(chǎn)條件(如礦廢石及材料運(yùn)輸、頂板圍巖等不可預(yù)見的情況)的影響。蒼山鐵礦同時(shí)回采的盤區(qū)平均約3.5個(gè)，為了防止上述極端情況發(fā)生，應(yīng)提前完成其他盤區(qū)的采切工程作為備用回采礦房。

2.2 配置尾砂、廢石充填，合理規(guī)劃采、出空區(qū)體積

根據(jù)礦山目前的生產(chǎn)實(shí)踐及采、出、充循環(huán)情況，可計(jì)算出盤區(qū)充填要達(dá)到采充平衡時(shí)所需要的充填效率為533 m3/d。根據(jù)充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)，單套充填系統(tǒng)最大一次充填量為700 m3/d，沉縮比系數(shù)取1.1，流失系數(shù)取1.05，則單套充填系統(tǒng)最大一次可充填空區(qū)體積為606 m3/d。經(jīng)計(jì)算，1套充填系統(tǒng)可以滿足1個(gè)盤區(qū)的充填平衡要求。

為了保障盤區(qū)生產(chǎn)采、出、充作業(yè)平行交叉合理銜接，要求1個(gè)盤區(qū)內(nèi)至少保障3個(gè)采場作業(yè)面，從而編制盤區(qū)作業(yè)循環(huán)表。在實(shí)際生產(chǎn)中還應(yīng)保留1～2個(gè)備用采場作為調(diào)劑緩沖之用。

考慮到-90 m為主充填中段，尾砂充填應(yīng)首先滿足該中段的生產(chǎn)要求。按照200萬t/d的生產(chǎn)規(guī)模，選廠可產(chǎn)能充填井下的尾砂1 742 m3/d，扣除-90 m 中段的充填需要，剩余342 m3/d的尾砂充入-140 m 中段空區(qū)內(nèi)，可充填空區(qū)288 m3/d。目前-140 m中段第1分層充填結(jié)束，因第2層可以采用一部分的廢石充填，可以將另一套系統(tǒng)的用砂量轉(zhuǎn)入-40 m中段進(jìn)行充填。

蒼山鐵礦充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力與礦山生產(chǎn)能力相配套，規(guī)模為200萬t/a，但由于目前選廠尾砂的產(chǎn)率較低，能用于井下回填的尾砂為75.17萬t，可回填空區(qū)體積為49.49萬m3。而每年需要充填的空區(qū)總量約57.6萬m3(需尾砂量87.5萬t，密度按1.52 t/m3計(jì)算)，從而造成了每年有8.11萬m3的空區(qū)無法采用尾砂充填，每天大約缺286 m3尾砂。除尾砂膠結(jié)充填外，巖石掘進(jìn)廢石充填空區(qū)體積為8萬m3。在編制采充動(dòng)態(tài)循環(huán)計(jì)劃時(shí)，原則上盡可能不采用干式充填方法，原因主要是對下中段頂柱的回收時(shí)帶來困難，甚至可能會(huì)造成頂柱的永久損失。

充填系統(tǒng)管線應(yīng)提前敷設(shè)，充填管線正常運(yùn)行的關(guān)鍵在于料漿的穩(wěn)定輸送。在尾砂膠結(jié)輸送過程中，應(yīng)對尾砂膠結(jié)充填料漿的流動(dòng)性、管道水力學(xué)[2]和實(shí)際礦山的工程應(yīng)用有更好的了解，以便有效識(shí)別各種風(fēng)險(xiǎn)，并加強(qiáng)管理[3]。

2.3 編制采場平衡計(jì)劃，合理配置大小采場

蒼山鐵礦技術(shù)計(jì)劃編制嚴(yán)格按采充平衡的管理原則進(jìn)行，根據(jù)采場作業(yè)面的實(shí)際情況，實(shí)行年計(jì)劃整體布局，月計(jì)劃動(dòng)態(tài)控制，合理配置三級礦量，調(diào)節(jié)采出強(qiáng)度、選礦強(qiáng)度、充填強(qiáng)度。通過計(jì)劃管理，達(dá)到采礦、出礦時(shí)間與尾砂膠結(jié)充填基本持平的狀態(tài)。

蒼山鐵礦內(nèi)脈礦體平均真厚15 m，外脈平均真厚度7.5 m。礦房大小各不一致，其傾角也各不相同，因此在計(jì)劃編制及采充平衡管理中應(yīng)進(jìn)行充填體積動(dòng)態(tài)控制。當(dāng)已完成的大礦量采場較多時(shí)，應(yīng)減少大礦量采場的回采，可將難回采的脊部礦房以及結(jié)構(gòu)差、礦量小的礦房進(jìn)行回采，減少礦石量回采，確保空區(qū)暴露面積不大于設(shè)計(jì)要求。

雙層礦體在采充準(zhǔn)備布置時(shí)，為了減少采切工程，提高經(jīng)濟(jì)效益，要求內(nèi)、外脈礦房需整體一個(gè)盤區(qū)全部回采充填完成后才可以進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。而內(nèi)、外脈礦房距離僅約10 m，回采爆破影響大，礦塊回采周期不一致。因此在回采時(shí)，內(nèi)、外脈礦房回采班組的人員配置比例為2∶1，采用梅花型后退式順序進(jìn)行回采。

3 結(jié) 語

針對蒼山鐵礦雙層礦體回采周期長，作業(yè)點(diǎn)過于集中，強(qiáng)化開采難等特點(diǎn)，總結(jié)出了一套適合該礦實(shí)際的采充平衡管理技術(shù)措施，不僅有效控制了盤區(qū)整體回采時(shí)間，縮短了采充平衡周期，而且使得充填質(zhì)量滿足生產(chǎn)要求，基本實(shí)現(xiàn)了采充平衡。

[1] 周愛民.礦山廢料膠結(jié)充填[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

[2] 何哲祥,古德生.礦山充填管道水力輸送研究進(jìn)展[J].有色金屬：礦山部分，2008，60(3)：116-119.

[3] 蘆世俊.全尾砂高濃度充填料漿自流輸送系統(tǒng)特性分析及設(shè)計(jì)[J].有色金屬：礦山部分，2010，62(2)：75-78.

2014-12-26)

王 維(1986—)，男，工程師，碩士研究生，277700 山東省臨沂市蘭陵縣。