摘 要：昌邑礦業(yè)有限公司東辛莊鐵礦床部分為緩傾斜復(fù)合中厚礦體，具有礦石儲量大、品位低，傾角緩、礦體空間形態(tài)復(fù)雜、多層礦體平行排列、局部交互重疊、礦巖強度較低、節(jié)理裂隙發(fā)育、礦巖穩(wěn)固性差的特點，選用正確合理的采礦方法極為重要。通過進(jìn)行聯(lián)合控頂分步全面采礦、嗣后全尾砂充填采礦方法試驗，實踐證明，該采礦法是解決東辛莊鐵礦體的傾角緩、厚度薄、礦化邊界不穩(wěn)定、礦巖不穩(wěn)固賦存特點的高效采礦方法，并取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟效果，對類似礦山具有示范作用和推廣價值。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜難采礦體；分步全面采礦；全尾砂充填；綠色無尾礦山

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.079

1 昌邑礦業(yè)東辛莊鐵礦床地質(zhì)賦存情況與開采技術(shù)條件

1.1 東辛莊鐵礦床礦體地質(zhì)賦存情況

東辛莊鐵礦屬層控沉積變質(zhì)鐵礦床，礦體一般由多個礦層組成，礦體呈層狀、似層狀，多以單斜形態(tài)，局部呈背斜形態(tài)。礦床由兩個礦段組成，分別為東辛莊礦段和搭連營礦段。

東辛莊礦段共圈定16 個礦體，其中Ⅲ1、Ⅱ1 號礦體為主礦體，該礦段地質(zhì)資源儲量為3325.5×104t；搭連營礦段詳查共圈定大小礦體3 個，其中I 號礦體為主礦體，該礦段地質(zhì)資源儲量為473.51×104t。兩個礦區(qū)總地質(zhì)資源量為3799.01×104t，平均TFe 品位28.32%、mFe 品位23.49%。

1.2 開采技術(shù)條件

對于該類型礦體開采，存在較大的技術(shù)難度，主要表現(xiàn)在：

（1） 礦體賦存規(guī)模小，厚度薄。根據(jù)生產(chǎn)勘探資料，已探明的礦區(qū)主礦體平均厚度為6～7m，屬于中厚偏薄礦體，對于該類礦體的開采，由于采場回采空間的限制，大型高效率采礦設(shè)備難于直接進(jìn)入采場作業(yè)。

（2） 礦巖穩(wěn)固性較差。根據(jù)地質(zhì)報告資料和近期所作的巖石力學(xué)試驗研究結(jié)果，東辛莊礦區(qū)礦巖基本分為四個工程巖組，即磁鐵黑云變粒巖、含石榴磁鐵黑云變粒巖、黑云透輝變粒巖和含石榴黑云透輝變粒巖等，巖石試塊強度較低，節(jié)理裂隙發(fā)育較充分，在采場回采過程中，對采場暴露頂板的大小、時間要求較高，礦體回采難度較大。

（3）礦體呈多層平行排列，且礦體間的巖石夾層厚度薄。東辛莊礦床礦體數(shù)量多，礦體中分支復(fù)合、尖滅再現(xiàn)常見，由于礦體或礦層間的夾石較薄，如夾層厚度在5m以下時，開采其中的一層礦體，會對相鄰礦層的開采造成影響，主要表現(xiàn)在采場巖層穩(wěn)定性、采場作業(yè)安全性和采礦效率的發(fā)揮方面。

（4）礦石品位低。初步設(shè)計中采范圍（332）類儲量磁鐵平均品位24.6%，全鐵平均品位28.06%，（333）類儲量磁鐵平均品位22.05%，全鐵平均品位27.41%，（332+333）類儲量磁鐵平均品位25.47%，全鐵平均品位27.59%，必須采用較低成本的采礦方法。

（5）必須對采空區(qū)進(jìn)行充填。由于地表為耕地或道路，不允許產(chǎn)生地表塌陷，因此，采礦產(chǎn)生的采空區(qū)，必須實行充填采礦法開采。

東辛莊鐵礦床礦體賦存數(shù)量多，礦體規(guī)模小，空間關(guān)系復(fù)雜，含鐵品位低，礦巖穩(wěn)固性較好，開采技術(shù)難度大，幾乎集中了對采礦不利的所有因素。根據(jù)礦體的賦存情況，我們在-230中段和-270中段適宜的礦塊進(jìn)行了聯(lián)合控頂分步全面采礦、嗣后全尾砂充填采礦方法試驗，并取得了比較理想的效果。

2 采礦方法的選擇

選擇采礦方法的基本原則：

（1）安全環(huán)保原則。東辛莊鐵礦礦巖穩(wěn)固性一般，地表不許塌陷；保證采準(zhǔn)、回采、出礦作業(yè)過程中的安全；保證地下生產(chǎn)采礦不會給周邊的生態(tài)、環(huán)境留有安全隱患，必須實行充填采礦法開采。

（2）高效原則。生產(chǎn)中段個數(shù)少，開采作業(yè)的空間受到限制，必須保證較高的生產(chǎn)能力。

（3）低貧、損原則。減少采礦過程中的礦石損失，最大限度地利用資源。同時，控制采礦過程中廢石的混入，提高出礦品位，提高資源利用率，延長礦山服務(wù)年限，提高礦山的經(jīng)濟指標(biāo)。

（4）低成本原則。礦床礦石品位較低，通過降低噸礦綜合生產(chǎn)成本，才能獲取較好經(jīng)濟效益。

（5）工藝簡單。采用簡單的生產(chǎn)工藝，有利于提高管理效率，被礦山生產(chǎn)工人所接受和熟練掌握。

根據(jù)礦體的賦存情況和開采技術(shù)條件，通過多方案技術(shù)經(jīng)濟比較，我們選擇了聯(lián)合控頂分步全面采礦、嗣后全尾砂充填采礦方法進(jìn)行試驗。

3 試驗采場采礦方法實施方案

3.1 試驗采場地質(zhì)概況

試驗采場位于-230m中段122線～121線之間和-270m中段104線～105線之間的礦體。礦層磁鐵黑云變粒巖，其穩(wěn)定性較好，礦體厚度為5～7米，-230中段平均厚度5米，-270中段平均厚度4米；全鐵平均品位28%，磁鐵22%，礦石比重3.32t/m3，圍巖比重2.78t/m3，硬度系數(shù)礦石f=8；圍巖f=7～10，松散系數(shù)約1.65。

首先進(jìn)行了二個采場的回采工業(yè)試驗，分別是位于-230m中段122線～121線之間的DX122-121采場和-270m中段104線～105線之間的DX104-105采場。試驗采場地質(zhì)儲量如表1所示。

3.2 聯(lián)合控頂分步全面采礦、嗣后全尾砂充填采礦法基本特征和構(gòu)成要素

3.2.1 聯(lián)合控頂分步全面采礦、嗣后全尾砂充填采礦法基本特征

（1）采場劃分礦房和礦柱，先采礦房，后采礦柱；

（2）一步采為進(jìn)路回采，頂板暴露面積相對較小，回采作業(yè)安全。進(jìn)路回采結(jié)束后，再后退式回采間柱；

（3）整個采場回采結(jié)束，用全尾砂進(jìn)行充填；

（4）一步采時，采場通風(fēng)為獨頭巷道型，通風(fēng)效果較差。

3.2.2 礦房布置及構(gòu)成要素

礦房的長軸方向可沿走向布置、沿傾斜布置或沿偽傾斜布置，以適應(yīng)所采用的運搬設(shè)備。

采場的長度一般為40～60米，礦房的寬度為40～50米，進(jìn)路的寬度為4～6米，進(jìn)路高度為3～4米。礦房之間留3米左右的連續(xù)間柱。

3.2.3 試驗礦塊采準(zhǔn)、切割工程布置

首先在礦塊走向一端掘進(jìn)斜坡道連接上下分段平巷，其次在穿脈運輸平巷中施工放礦溜井和充填井與脈內(nèi)斜坡道和上個中段貫通，再次在斜坡道上部施工上水平分段巷，形成采場出礦、行人、通風(fēng)、充填通道。

為了減少工程量，天井一般布置在主要穿脈附近。采礦法方案如圖1所示。

3.2.4 回采工藝

（1）回采順序

采準(zhǔn)切割工作完成后，即可開始采場回采。先采一步采進(jìn)路，對頂板用管縫式金屬錨桿和金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)后，二步后采退式間隔回采礦柱。回采作業(yè)自施工脈內(nèi)出礦上山開始，先按8m左右間距自出礦上山沿礦體走向用進(jìn)路方式回采礦體至采場另一端，回采進(jìn)路寬為4m左右，高為礦體全厚，當(dāng)?shù)V體厚度大于4m時，則先回采3.5m左右厚度，然后壓頂至礦體上盤邊界后，再對頂板實行錨桿、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，然后再后退式間隔回采間柱，從初始回采進(jìn)路開始，向采場邊界順序推進(jìn)。最后用密閉墻封閉與外界相通的進(jìn)路和通道，用管道輸送地表充填站全尾（非膠結(jié)）砂漿分次充填至接頂。

（2）采場落礦

進(jìn)路回采用YT-27型氣腿式鑿巖機和“一”字型釬頭鑿巖，釬桿長度為2.5m，炮孔直徑38～40mm，平均深度2.2米，二步采炮孔距充填體≥0.7m。光面爆破孔距為0.6m，光爆層厚度為0.7m，炮孔線裝藥密度為0.25kg/m。采用非電導(dǎo)爆管半秒差遠(yuǎn)程電子起爆系統(tǒng)起爆。

（3）采場出礦和二次破碎

回采進(jìn)路寬為4m，控頂高度為3.5～4m，回采步距為2.2m，每次落礦體積約為27m3，每循環(huán)落礦量約為90t。每次落下礦石由斗容為1.0m3鏟運機搬運至采場出礦溜井中，溜至中段運輸水平裝車運出或在運輸平巷中直接裝車。由于礦體節(jié)理裂隙充分發(fā)育，礦體較破碎，爆破塊度一般較細(xì)且均勻，在出礦過程中出現(xiàn)的少量大塊，一般集中在工作面用人工破碎后清除。

（4）采場頂板管理

試驗采場采用分步進(jìn)路回采和嗣后充填工藝，在一步驟進(jìn)路回采時，頂板暴露面寬度為進(jìn)路寬度4.0m左右，待二步間柱間隔回采后，進(jìn)路頂板間相互連通，形成點柱支撐下的大暴露面。經(jīng)巖石力學(xué)試驗和計算機數(shù)值模擬分析計算，在試驗礦巖物理力學(xué)特性和試驗回采工藝條件下，采場頂板的最大暴露面積為200～300m2，即暴露面跨度大時取小值，跨度小時取大值。在采場回采過程中，一步驟進(jìn)路回采時的頂板暴露面較狹長，有利于頂板穩(wěn)定；而在二步驟間柱間隔回采后，各分散的狹長頂板連成一片較寬大的暴露面，此時依賴頂板巖體的自身強度無法支撐較高的頂板應(yīng)力，因此，須對頂板進(jìn)行支護(hù)加固方可保持穩(wěn)定，特別是巖體較為破碎的局部區(qū)域。

采場暴露頂板采用錨桿聯(lián)合支護(hù)或錨桿金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，護(hù)頂錨桿采用管縫式金屬錨桿，長為2.2m，錨固網(wǎng)度為1.0×1.5m，對于局部構(gòu)造破壞或巖體特別松軟區(qū)段，則視情況增加金屬網(wǎng)或工程塑料網(wǎng)護(hù)頂，以防止巖石冒落。

回采試驗表明，礦石點柱、金屬錨桿和局部金屬網(wǎng)對頂板的支護(hù)作用明顯。

（5）采場安全及通風(fēng)

安全：采場作業(yè)人員必須嚴(yán)格遵守《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》、《爆破安全規(guī)程》和公司的相關(guān)安全規(guī)定，嚴(yán)禁違章作業(yè)。

通風(fēng)：采場采礦時采用局扇強制通風(fēng)，局扇應(yīng)有完善的保護(hù)裝置。中段的新鮮風(fēng)流自主副井進(jìn)入-270m中段運輸大巷，通過輔助斜坡道進(jìn)入采場，流經(jīng)工作面后，污風(fēng)經(jīng)采場附近的通風(fēng)天井流到-230m中段回風(fēng)巷，z最后由風(fēng)井排到地表。

（6）采場充填及脫水

①充填砂漿經(jīng)管路自副井進(jìn)入-230m中段主運大巷，再經(jīng)穿脈從采場充填井流至采場空區(qū)；充填采用全尾砂充填或毛石充填，全尾砂時充填濃度應(yīng)達(dá)到70%以上。

②回采完畢進(jìn)路，在進(jìn)路口處用木板、原木架設(shè)擋墻，木板厚度4～5cm，每塊木板之間留2公分空隙，內(nèi)側(cè)鋪設(shè)土工布作濾水層，出礦巷與木擋墻的間隙要用土工布封嚴(yán)，防止漏漿、跑砂現(xiàn)象發(fā)生。充填管為φ108mm的塑料，沿充填天井進(jìn)入采場。

③采場內(nèi)充填必須接頂。充填可3次進(jìn)行，第一層充完，停8個小時，再進(jìn)行第二層充填。若發(fā)現(xiàn)接頂不足時采用噴漿、填充充填雜物等措施補充接頂，未接頂空間較大時，要進(jìn)行第3次充填。

④充填泄水。為防止充填泄水污染巷道，須在充填木板擋墻外5m處架設(shè)0.5m高的二道擋墻

（7）采場作業(yè)制度

采用“三班一倒”工作制，回采包括鑿巖、爆破、通風(fēng)、出礦、撬頂、支護(hù)和充填等作業(yè)。

3.2.5 試驗采場主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

聯(lián)合控頂分步全面采礦、嗣后全尾砂充填采礦法回采試驗技術(shù)指標(biāo)，如表5所示。

4 經(jīng)濟效益

工業(yè)試驗結(jié)束后，將該采礦方法陸續(xù)在其它采場推廣應(yīng)用，至2013年3月份，利用聯(lián)合控頂分步全面采礦、嗣后全尾砂充填采礦方法已采出礦石30萬噸，平均出礦品位為22.2%，65%的鐵精礦粉產(chǎn)量為7.5萬噸，工業(yè)價值為890萬元，實現(xiàn)利潤188萬元。

5 綠色無尾礦山建設(shè)

礦山尾礦將采用井下充填的方式進(jìn)行處理；增加尾礦干排設(shè)施，干拋廢石和部分濕拋粗粒廢石當(dāng)做石子賣給有關(guān)單位，用做工程材料。采用聯(lián)合控頂分步全面采礦、嗣后全尾砂充填采礦方法采礦，昌邑鐵礦尾礦產(chǎn)出率與井下充填采空區(qū)尾砂材料消耗基本平衡，可以不建尾礦庫，實現(xiàn)綠色無尾礦山建設(shè)。

6 結(jié)語

聯(lián)合控頂分步全面采礦、嗣后全尾砂充填采礦方法是開采昌邑礦業(yè)有限公司東辛莊礦區(qū)緩傾斜復(fù)雜中厚礦體的一種高效率、低成本、安全性好的采礦方法，它有效解決了東辛莊貧鐵礦體開采中的礦體規(guī)模小、傾角緩、礦體和上盤圍巖穩(wěn)固性較差等一系列關(guān)鍵技術(shù)難題，已在礦山得到推廣和應(yīng)用，并取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟效果，對類似礦山具有示范作用和推廣價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]采礦設(shè)計手冊.中國建筑工業(yè)出版社，1989年.

[2]解世俊.金屬礦床地下開采.冶金工業(yè)出版社，1979年.

作者簡介：曲發(fā)科，助理采礦工程師、初級爆破工程師，主要從事：采礦方法研究。