周志剛 洪國敏 牟英杰 郝全明

(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)

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白云鄂博東礦掛幫礦體的回收

周志剛1,2洪國敏2牟英杰2郝全明1

(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)

白云鄂博鐵礦東礦露天開采結(jié)束后，在露天開采境界周邊遺留有掛幫礦，約占東礦開采總儲量的13%，分析了該掛幫礦體回收開采方案，對該掛幫礦開采生產(chǎn)能力及如何充分利用東礦現(xiàn)有的露天開拓運輸系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)備、采礦方法等進(jìn)行了探討。

掛幫礦體 開拓運輸 采礦方法

白云鄂博鐵礦是包鋼的主要鐵礦石和稀土礦原料基地，是我國大型露天鐵礦之一。該礦于1957年開始建設(shè)，至今已開采近60 a，累計采出礦石3億多t，為國家工業(yè)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。目前，白云鄂博鐵礦東礦礦石規(guī)模為500萬t/a，開拓運輸方式為汽車-破碎-膠帶聯(lián)合運輸。隨著礦山開采的逐年推進(jìn)，東礦采場已經(jīng)進(jìn)入深部開采，露天境界內(nèi)的可采礦量已經(jīng)不多，經(jīng)論證按采場300萬t/a的生產(chǎn)能力，東礦服務(wù)年限為7 a，穩(wěn)產(chǎn)4 a。為延長礦山服務(wù)年限，經(jīng)勘查，在東礦露天境界的下盤1 594～1 230 m賦存有掛幫礦，其中大部分位于1 404～1 230 m，經(jīng)計算掛幫礦量約2 558萬t。為此，利用東礦現(xiàn)有露天開拓運輸系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)備，在露天轉(zhuǎn)地下開采準(zhǔn)備工作完成之前，回收這部分掛幫礦資源。

1 地質(zhì)概況

1.1 地質(zhì)特征

東礦段是一個完整的東西向向斜構(gòu)造，兩翼為白云巖，軸部為富鉀板巖。礦體嚴(yán)格受構(gòu)造控制，北翼構(gòu)成東礦礦體，南翼為東介勒格勒礦體，東礦礦體長軸走向N70°E，西段礦體西部走向N60°E，東部走向近于東西向，東段礦體南部走向N75°E，北部走向N65°E，在礦體的東北角分叉，部分走向N65°W。礦體傾斜一般上盤較陡，下盤較緩，傾角為50°～60°，局部有較緩或較陡的變化。

1.2 礦巖物理力學(xué)性質(zhì)

根據(jù)《包鋼白云鄂博鐵礦東礦深部開采邊坡穩(wěn)定性研究報告》中對圍巖物理力學(xué)性質(zhì)的測試，東礦主要巖(礦)石物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

表1 主要巖(礦)石的物理力學(xué)性質(zhì)

2 掛幫礦體回收生產(chǎn)能力驗證

按采礦手冊推薦的計算公式，按下降速度驗證各分段生產(chǎn)能力

式中,A為分段生產(chǎn)能力，萬t/a；V為回采工作面下降速度，取26 m/a；S為回采分段礦量面積，根據(jù)分段礦量選取，萬m2；r為礦石體積密度，取3.34 t/m3；ρ為礦石損失率，取25%；β為廢石混入率，取20%；E為地質(zhì)影響系數(shù)，取0.9。

掛幫礦體采用強(qiáng)化開采，兩個分段同時回采，安排一個階段生產(chǎn)，基建采準(zhǔn)和生產(chǎn)采準(zhǔn)具有一定超前量，利用地下開采的方法將這部分礦石采出,經(jīng)過計算，可以形成200萬t/a礦石的生產(chǎn)能力。

3 開拓系統(tǒng)

3.1 開拓方案選取

根據(jù)包鋼集團(tuán)礦山研究院《白云鄂博鐵礦東礦采場深部礦體開采方案研究》報告，掛幫礦體采用平硐溜井開拓方案。

3.1.1 平硐開拓

根據(jù)平硐與礦體的相對位置不同可分為：上盤穿脈平硐開拓；下盤穿脈平硐開拓；沿脈平硐開拓。以下盤穿脈平硐開拓法(圖1)為例對平硐開拓主要組成系統(tǒng)進(jìn)行簡要說明。當(dāng)?shù)V脈和坡面的傾斜方向相反時，由下盤掘進(jìn)平硐穿過礦脈開拓礦床。平硐開拓出礦系統(tǒng)：平硐以上各中段采下的礦石，一般用礦車中轉(zhuǎn)，經(jīng)由溜礦井下放到平硐水平，再由礦車經(jīng)主運輸平硐運出地表。平硐開拓出巖系統(tǒng)：上部中段的巖石可經(jīng)專設(shè)的巖石溜井下放至主運輸平硐運出地面，或平硐以上各中段均有地表出口時，從各中段直接排往地表。

圖1 平硐開拓法示意

3.1.2 東礦掛幫礦體開拓

掛幫礦體采用階段開采，1 230 m水平為階段運輸水平，1 404 m水平以上掛幫礦量較少，不予開采。布置2條礦石溜井、1條回風(fēng)天井、1條進(jìn)風(fēng)天井和1條廢石溜井。

(1)平硐。平硐設(shè)在1 230 m水平，位于東礦露天境界底。平硐內(nèi)采用汽車運輸，礦車在平硐溜井下礦口裝礦后沿平硐公路運出硐口，礦石運至東礦采場南幫礦石倒裝臺，巖石運至1 502 m水平巖石膠帶破碎站，破碎后經(jīng)由巖石膠帶運往Ⅲ#排土場。掛幫礦體生產(chǎn)規(guī)模為200萬t/a時，利用3臺現(xiàn)有露天汽車即可滿足運輸要求。

(2)斜坡道。斜坡道硐口設(shè)在露天采場下盤1 404 m 標(biāo)高回頭彎道處，坡度按照15%設(shè)計，掛幫礦體基建期掘進(jìn)至1 305 m水平，作為無軌設(shè)備進(jìn)入采場的通道和基建采準(zhǔn)施工，伴隨開采水平的下降，逐分段向下延深，并與采場通風(fēng)天井一起作為掛幫礦體開采新風(fēng)通道。

(3)回風(fēng)井?；仫L(fēng)井的設(shè)置充分考慮了在深部礦體開采時繼續(xù)利用，且離掛幫礦體最近的位置。同時，為了施工安全起見，考慮利用風(fēng)井施工1 230 m 平硐。

1 230 m運輸平硐為單線車道，汽車直接在溜井下礦口裝礦，并在硐口設(shè)置信號源。

掛幫礦體通風(fēng)系統(tǒng)為單翼對角式通風(fēng)，采場進(jìn)風(fēng)天井、斜坡道、1 230 m平硐進(jìn)風(fēng)，風(fēng)井回風(fēng)和采場天井回風(fēng)。采用主扇抽出式通風(fēng)，主扇布置在風(fēng)井地表工業(yè)場地風(fēng)機(jī)機(jī)站。

采場進(jìn)風(fēng)天井布置在掛幫礦體開采錯動界線以外，內(nèi)設(shè)梯子間，上口標(biāo)高1 650 m，下口標(biāo)高1 230 m，并作為采場第二安全出口。采場回風(fēng)天井布置在礦體端部。

掛幫礦體開采的地下涌水經(jīng)平硐自流到露天采場集水坑，然后利用原露天采場排水系統(tǒng)抽排至地表泵站，用于地表公路運輸灑水降塵。

掛幫礦體采用無底柱分段崩落法開采，分段高度15 m，最上兩個分段(60，75 m分段)合并為一個分段，作為放頂分段，形成礦石覆蓋層。1 404 m水平以上掛幫礦體礦量較少，不開采。

3.2 巖石錯動界限圈定

掛幫礦體開采巖石錯動角如表2所示。以此為依據(jù)圈定巖石錯動界線，并考慮相關(guān)開拓工程的布置。

表2 采區(qū)深部開采巖石錯動角

3.3 掛幫礦體端部礦柱

掛幫礦體端部外為露天采場，必須保留礦柱以防止崩落的礦石落入露天采場內(nèi)，同時為回采擠壓爆破創(chuàng)造條件，以改善爆破效果。考慮到掛幫礦體開采后該部位邊坡會滑坡，位于底部分段的礦體端部會有覆蓋層，因此，底部分段可以不留端部礦柱。本次方案考慮對1 404～1 260 m分段留端部礦柱，1 245 m 分段不留端部礦柱。實際生產(chǎn)中可以根據(jù)回采分段端部覆蓋層情況，決定底部幾個分段是否需要保留礦柱。

3.4 運輸平硐布置

掛幫礦體礦石運輸可以考慮利用礦山現(xiàn)有露天運輸汽車。運輸平硐布置在1 230 m水平礦體下盤脈外巖石中，后期作為1 230 m水平礦體開采時的分段下盤聯(lián)絡(luò)道。

考慮到掛幫礦體開采過程中露天采場西端部邊坡會產(chǎn)生滑坡，為安全起見，運輸平硐硐口布置在露天采場北幫邊坡最大滑坡覆蓋位置以外。

3.5 礦巖溜井布置

掛幫礦體開采時采用2個分段同時回采，為了卸礦安全，布置2條礦石溜井和1條廢石溜井，1條礦石溜井服務(wù)1個分段，避免兩個分段同時向1條礦石溜井卸礦。

3.6 斜坡道布置

掛幫礦體斜坡道只承擔(dān)掛幫礦體開采服務(wù)，服務(wù)到1 245 m水平以上。根據(jù)斜坡道的功能，斜坡道分為三段區(qū)域：①一段,1 404～1 350 m，承擔(dān)采場進(jìn)風(fēng)設(shè)備下井任務(wù)，以及基建開拓、采準(zhǔn)出渣通道;②二段,1 350～1 290 m，承擔(dān)設(shè)備下井任務(wù);③三段,1 290～1 230 m，滿足深部礦體開采設(shè)備從1 230 m平硐進(jìn)入到1 260，1 245 m分段,以強(qiáng)化開采掛幫礦體。

4 采礦方法的選擇

由于掛幫礦體賦存在采場北端幫邊坡下部，該處邊坡高約350 m，開采礦體標(biāo)高以上邊坡高達(dá)200 m 左右，礦體厚度較大，采用無底柱分段崩落法作為1 230 m水平以下鐵礦體開采方法，此方法安全、高效[1-2]。

為了保證回采進(jìn)路安全，回采進(jìn)路與露天端部邊坡垂直，從靠近露天端部邊坡處后退回采。分段鑿巖、分段出礦，礦石卸到礦石溜井。

結(jié)合國內(nèi)礦山生產(chǎn)實際經(jīng)驗以及大間距試驗數(shù)據(jù)，東礦掛幫礦體適合較大結(jié)構(gòu)參數(shù)，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)。

礦體厚度大于15 m時采礦進(jìn)路垂直礦體走向布置，礦體厚度小于15 m時采礦進(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50 m，每6條進(jìn)路1個礦塊，礦塊平面尺寸90 m×50 m。

采礦進(jìn)路斷面參數(shù)(寬×高)為4.0 m×4.0 m，只要礦體穩(wěn)固性允許，進(jìn)路寬度還可以更大一些，以獲得較好的放礦效果。

5 結(jié) 語

東礦采場已經(jīng)進(jìn)入深部開采，露天境界內(nèi)的可采礦量已經(jīng)不多，露天開采結(jié)束后應(yīng)首先開采掛幫礦體，然后開采1 230 m水平以下礦體，以保證東礦露天轉(zhuǎn)地下開采持續(xù)生產(chǎn)和地下開采盡早達(dá)產(chǎn)。對于東礦掛幫礦體的開采建議：①對露天礦幾個生產(chǎn)水平編制生產(chǎn)計劃，根據(jù)礦山設(shè)備條件、采場條件、掛幫礦體基建時間，綜合確定露天生產(chǎn)最終結(jié)束時間；②根據(jù)露天礦生產(chǎn)時間安排掛幫礦體的基建周期，以保證掛幫礦體生產(chǎn)出礦能夠與露天礦生產(chǎn)結(jié)束有機(jī)地銜接，實現(xiàn)露天開采向地下開采過渡；③掛幫礦體回收過程中生產(chǎn)安全非常重要，爆破落礦引起的震動和邊坡變形是主要的安全隱患，應(yīng)根據(jù)實際情況布置爆破震動和邊坡變形監(jiān)測系統(tǒng)，以保障生產(chǎn)安全。

[1] 蔡路軍，馬建軍，江 兵，等.高陡邊坡掛幫礦開采方法研究[J].金屬礦山，2016(1)：65-67.

[2] 周志剛，郝全明，牟英杰，等．無底柱分段崩落法在白云鄂博鐵礦東礦的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(11)：31-33.

2016-08-26)

周志剛(1984—)，男，工程師，014010 內(nèi)蒙古包頭市。