周志剛 郝全明 牟英杰

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)研究院;2.包鋼集團(tuán)礦山研究院)

無底柱分段崩落法是20世紀(jì)60年代從瑞典引進(jìn)到國(guó)內(nèi)的，在我國(guó)地下鐵礦得到了廣泛地應(yīng)用。目前，在全國(guó)冶金重點(diǎn)地下鐵礦中，按年產(chǎn)量計(jì)算，該方法采出的礦石量達(dá)80%以上。白云鄂博鐵礦東礦已進(jìn)入深部開采，截止2010年，最低標(biāo)高為1 404 m水平，境界內(nèi)可采礦量已經(jīng)不多，經(jīng)理論驗(yàn)證，采場(chǎng)按500萬t/a的生產(chǎn)能力，礦山還可以穩(wěn)產(chǎn)5 a左右，服務(wù)年限不超過10 a。因此，該礦即將轉(zhuǎn)入地下開采，為使其生產(chǎn)能力保持穩(wěn)定，根據(jù)國(guó)內(nèi)大型露天轉(zhuǎn)地下金屬礦山的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合東礦礦體的賦存狀態(tài)，研究適合東礦地下開采的采礦方法是必要的。

1 東礦深部礦體概況

東礦采場(chǎng)露天坑1 230 m水平以下鐵礦體賦存情況:礦體從西至東沿走向兩端窄、中間寬，呈透鏡狀展布，共劃出 4 層礦體，分別為Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#。區(qū)內(nèi)最大鐵礦體為Ⅰ#礦體，是主礦體的延深，經(jīng)工程控制礦體規(guī)模較大，最大延深800 m(22線礦體);Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#礦體為隱伏礦體。Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#鐵礦體產(chǎn)于向斜北翼，與圍巖產(chǎn)狀一致并與圍巖為同步褶皺，Ⅳ#鐵礦體產(chǎn)于向斜南翼。

2 無底柱分段崩落法的優(yōu)勢(shì)

無底柱分段崩落法具有基建采切工程量少，投資低，綜合經(jīng)濟(jì)效益較好的特點(diǎn)。突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面［1］:

(1)沒有底部結(jié)構(gòu)，采場(chǎng)結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，回采和出礦工藝簡(jiǎn)單，易于掌握。

(2)采準(zhǔn)布置簡(jiǎn)單，在豎向上各個(gè)分段從上往下回采，只要建成上部分段就可以投入生產(chǎn)，故基建工程量小。

(3)東礦深部礦體分支較多，夾層較多，無底柱分段崩落法能采用多種方式剔除夾石。比如，對(duì)厚度較大的夾石可以采用重新開切割槽或崩下不放出的方式剔除，對(duì)于厚度較小的夾石，可以在出礦過程中視品位情況將其剔除。

(4)東礦頂板為露天采場(chǎng)，巖石穩(wěn)固，初期需要強(qiáng)制放頂，無底柱分段崩落法系分段回采，上下分段的下降距離不大，而且各礦塊間也較容易實(shí)現(xiàn)均勻下降，因此要求的一次放頂量不大。

3 礦床開采順序

(1)中段之間的開采。東礦深部礦床開采深度范圍較大，主要集中在1 404～300 m水平，屬于急傾斜厚大礦床。根據(jù)礦體的賦存特點(diǎn)和儲(chǔ)量分布特點(diǎn)，將其中1 104 m水平的礦體劃分為10個(gè)中段進(jìn)行開采，中段高度105 m，為有軌電機(jī)車運(yùn)輸，1 230～1 404 m水平為露天采場(chǎng)掛幫礦，為首采區(qū)段，即地下開采的初期，規(guī)劃礦石生產(chǎn)能力為150萬t/a。

首采區(qū)段在1 230 m中段，布置有階段運(yùn)輸巷道和階段溜井，電機(jī)車有軌運(yùn)輸。1 230 m以上的礦石通過該中段運(yùn)輸巷道運(yùn)出。

(2)分段之間的開采。根據(jù)礦床賦存特點(diǎn)，東礦深部礦床若采用無底柱分段崩落法工藝開采，中段高105 m，各中段劃分為7分段進(jìn)行回采作業(yè)，分段高度15 m，分段之間采用從上至下的順序進(jìn)行開采。

(3)分段內(nèi)的回采。根據(jù)礦體沿走向和垂直走向的長(zhǎng)度，各回采分段將礦體沿走向劃分為兩個(gè)條帶，每個(gè)條帶按照每6條進(jìn)路劃分為一個(gè)礦塊作為獨(dú)立的回采單元進(jìn)行回采作業(yè)。因此，各回采分段內(nèi)的回采順序是在礦體下盤(北側(cè))開掘切割槽，向礦體上盤(南側(cè))方向退采，先采靠近下盤的條帶后再采靠近上盤的條帶，礦塊之間的開采順序則由西向東推進(jìn)。

4 無底柱分段崩落法的應(yīng)用

4.1 無底柱分段崩落法結(jié)構(gòu)參數(shù)

4.1.1 地下礦山開采結(jié)構(gòu)參數(shù)

目前世界采礦業(yè)發(fā)展方向是設(shè)備大型化、電動(dòng)化、液壓化、結(jié)構(gòu)參數(shù)大型化，從而大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。在國(guó)內(nèi)已有部分礦山采用了加大分段高度和進(jìn)路間距，如梅山鐵礦采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)為15 m×20 m(分段高度×進(jìn)路間距)、程潮鐵礦為17.5 m×15 m、漓渚鐵礦為24 m×10 m等，均取得了良好效果。

4.1.2 無底柱大間距結(jié)構(gòu)理論

根據(jù)無底柱大間距結(jié)構(gòu)理論以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)分段高度為15 m，進(jìn)路間距為15～20 m時(shí)，回貧指標(biāo)變化平緩，說明此時(shí)無底柱結(jié)構(gòu)參數(shù)較優(yōu)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總見表1。

4.1.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)確定

結(jié)合國(guó)內(nèi)礦山生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)以及大間距試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，根據(jù)東礦礦體傾角陡、厚度較大(平均厚度103 m)賦存條件，推薦采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)為15 m×15 m(分段高度×進(jìn)路間距)。

表1 無底柱大間距結(jié)構(gòu)試驗(yàn)結(jié)果

礦體厚度大于15 m時(shí)，采礦進(jìn)路垂直礦體走向布置，礦體厚度小于15 m時(shí)，采礦進(jìn)路沿礦體走向布置。厚大礦體在礦體中間增設(shè)聯(lián)絡(luò)道，聯(lián)絡(luò)道間距為50 m，每6條進(jìn)路為1個(gè)礦塊，礦塊平面尺寸為90 m×50 m，每個(gè)礦塊布置1條礦石溜井。

采礦進(jìn)路斷面(寬 ×高)為4.0 m ×4.0 m，如果礦體穩(wěn)固性允許，進(jìn)路寬度可以更大一些，以獲得較好的放礦效果。東礦無底柱分段崩落法見圖1。

圖1 無底柱分段崩落法采礦方法(單位:m)

4.2 回采進(jìn)路聯(lián)絡(luò)巷、礦石溜井、通風(fēng)天井的布置

①回采進(jìn)路聯(lián)絡(luò)道布置在礦體中，聯(lián)絡(luò)道間距為50 m;②礦石溜井的布置考慮互為備用，工作面距相臨礦石溜井的距離不超過200 m，以便在一條溜井有故障時(shí)，不影響生產(chǎn);③礦石溜井布置在穿脈巷道的一側(cè)，溜井直徑為3 m，沿走向90 m，垂直走向100 m;④采場(chǎng)通風(fēng)，在礦體端部布置回風(fēng)天井，回風(fēng)井直接與各分段聯(lián)絡(luò)道相通，構(gòu)成通風(fēng)回路。

4.3 礦塊通風(fēng)

新鮮風(fēng)流經(jīng)進(jìn)風(fēng)天井到各分段聯(lián)絡(luò)巷，各回采進(jìn)路通風(fēng)采用局扇送入。洗刷工作面的污風(fēng)，經(jīng)回風(fēng)天井進(jìn)入回風(fēng)巷，最后經(jīng)風(fēng)井排出地表。

4.4 放礦管理

放礦方式分為截止品位放礦、低貧化放礦和無貧化放礦。

(1)截止品位放礦是無底柱分段崩落法最早采用的放礦管理方法，按照截止品位確定是否繼續(xù)放礦，截止品位與礦石售價(jià)、提升、運(yùn)輸、選礦成本等相關(guān)。

(2)低貧化放礦方式。介于截止品位放礦和無貧化放礦之間最新提出的一種放礦方式。在無底柱分段崩落法中，隨著礦石被放出，放出體不斷擴(kuò)大，廢石漏斗不斷下移，當(dāng)放出體的頂點(diǎn)達(dá)到礦巖接觸面的原始位置時(shí)，廢石漏斗最低點(diǎn)恰好到達(dá)放出口，此時(shí)純礦石放出量達(dá)到最大值。再繼續(xù)放出，放出體伸入覆蓋巖中，廢石漏斗頂點(diǎn)被放出，成為破裂漏斗，廢石漏斗一旦破裂就停止放礦(或見到廢石漏斗為止)的放礦方式稱為低貧化放礦方式［2］?？梢姡拓毣诺V方式時(shí)，隨著開采分段的下降，由于上部未放出礦量的下移，下分段的礦石回收率進(jìn)一步提高，即體現(xiàn)出無底柱分段崩落法“上面丟，下面揀”的特點(diǎn)，其總的回收指標(biāo)明顯改善。

(3)無貧化放礦是一個(gè)理想狀態(tài)，它是以礦石作為覆蓋層，生產(chǎn)中爆破多少礦就出多少礦，一直保持崩落礦石上面礦石覆蓋層不變，從而達(dá)到生產(chǎn)過程中無貧化放礦，礦石覆蓋層在最后分段回收。這種方式需要礦體產(chǎn)狀具備傾角較陡的賦存條件和前期有較大的基建采準(zhǔn)投入，采用礦石作為覆蓋層。

對(duì)于東礦而言，推薦采取低貧化放礦方式的放礦管理方式，但當(dāng)回采靠近礦體下盤時(shí)，若礦體傾角緩，則需要采取截止品位放礦管理，以避免靠近下盤礦石的永久性損失。

放礦管理是無底柱分段崩落法中的重要一環(huán)，直接影響到礦石回收指標(biāo)，對(duì)礦山經(jīng)濟(jì)效益影響重大，因此，在生產(chǎn)中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)放礦管理方式的研究。

5 結(jié)論

白云鄂博鐵礦東礦即將進(jìn)入露采轉(zhuǎn)地采，為了滿足包鋼集團(tuán)公司對(duì)自產(chǎn)鐵礦石的需求，東礦地下開采須達(dá)到一定的生產(chǎn)能力，所以，選擇適合高效的采礦方法是必要的。無底柱分段崩落法以其采切工程量少、投資低、采場(chǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、回采和出礦工藝易于掌握，能采用多種方式剔除夾石等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于大型地下鐵礦床的開采。但該采礦方法也存在如下問題:①礦石損失、貧化率相對(duì)較高;②由于東礦地下開采深度約1 000 m，需對(duì)深部地壓及巖爆活動(dòng)控制進(jìn)行研究。

東礦露天轉(zhuǎn)地下開采時(shí)，可以考慮采用無底柱分段崩落法作為采礦方法，但同時(shí)需考慮解決應(yīng)用此種采礦所產(chǎn)生的技術(shù)問題。

［1］孫毅民，郭海龍.無底柱分段崩落法與大型無軌設(shè)備的應(yīng)用實(shí)踐［J］.采礦技術(shù)，2011(5):7-9.

［2］周宗紅.夏甸金礦傾斜中厚礦體低貧損分段崩落法研究［D］.沈陽:東北大學(xué)，2006.