門建兵,齊 炎

(中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038)

采礦方法一直是礦山建設(shè)和生產(chǎn)過程中的重點，礦企也一直追捧安全、高效、經(jīng)濟(jì)、合理的采礦方案，以提高資源利用率及經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。 據(jù)不完全統(tǒng)計，我國生產(chǎn)礦山各類采礦方法的采礦成本平均約占礦山總成本的60%~70%，這充分說明采礦方法是每個礦山的核心或要害，直接影響到礦山的生存和發(fā)展。底柱分段崩落采礦法多運(yùn)用于地表允許崩落、礦石穩(wěn)固性中等以上、急傾斜厚礦體或緩傾斜極厚礦體和礦石價值不高等條件的礦山[3]。 萬相宗[4]為提高銅陵老虎堂鐵礦的礦石回采率，根據(jù)該礦的礦體特征，改用無底柱分段崩落法采礦法后，明顯提高了礦山經(jīng)濟(jì)效益。李楠等[5]著眼于毛公鐵礦生產(chǎn)過程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不佳的實際問題，基于物理模擬實驗方法，對無底柱分段崩落法的崩礦步距與邊孔角2個重要參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，得到了最佳崩礦步距和邊孔角。 實踐表明，實驗結(jié)果大幅減少了巖石混入，提高了資源回收率。劉東等[6]針對深部巖體應(yīng)力的復(fù)雜變化情況，綜合考慮采場圍巖變形特征、地壓顯現(xiàn)等問題，研究了如何在深部高應(yīng)力條件下采用無底柱分段崩落法采礦工藝，以合理控制地壓，實現(xiàn)安全回采。

本文針對某鐵礦現(xiàn)有的開采技術(shù)條件，采用了無底柱分段崩落法，設(shè)計了開采過程中的采場布置、強(qiáng)制落頂方式、爆破出礦參數(shù)及采場通風(fēng)方案，對提高礦山經(jīng)濟(jì)效益、實現(xiàn)井下安全高效回采具有實際意義。

1 礦床開采條件

1.1 地質(zhì)條件

該鐵礦的礦床工程地質(zhì)條件： 礦石主要為磁鐵礦，次為黃鐵礦。礦石硬度f＝4～8。巖性破碎，穩(wěn)固性差。 礦體頂板圍巖主要為鐵鈣質(zhì)、泥質(zhì)粉砂巖，其次為粗安巖、熔結(jié)凝灰?guī)r。 巖石普遍具高嶺土化、鉀化及硅化，巖石硬度f＝6～7。 礦體底板主要為泥質(zhì)粉砂巖。巖石具綠泥石化、陽起石化、矽卡巖化及礦化，巖石硬度f＝5～7。

礦床水文地質(zhì)條件：礦區(qū)地處江準(zhǔn)丘陵南部，境內(nèi)呈丘陵、平原地貌景觀，地勢波狀起伏，總體上地形較為平坦，礦床北部與沖積平原連接，最低高程+9.0 m，為礦區(qū)地表排水基準(zhǔn)面。 境內(nèi)地表水體不發(fā)育，主要為谷地沖溝及零星池塘，受降水分布不均制約，流量隨季節(jié)性變化大，旱季常斷流。 在礦區(qū)東側(cè)有一黃屯河，河床高程+6～10 m，寬30 m 左右，河水流向北東。礦床水文地質(zhì)條件屬中等類型，地表允許崩落。

1.2 開采技術(shù)條件

該鐵礦床為一隱伏的中型高硫混合礦石磁鐵礦床，礦體主要賦存在碳酸鹽巖相向鐵、鈣質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖、碎屑巖相過渡的相變帶中，礦體嚴(yán)格受鐵、鈣質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖地層層位控制。 該礦以Ⅰ號鐵礦體規(guī)模最大，其儲量占礦床總資源儲量的99.84%，另有小礦體3 個，均為單線單孔控制，規(guī)模甚小。 礦區(qū)地處低山丘陵。 地勢總體為北部稍低，屬平原地形，標(biāo)高為+14～+26 m。 東、南、西部則稍高，多為山丘地，標(biāo)高一般在+30～+70 m，最高為西南的小山頭，標(biāo)高為+116.7 m。 礦區(qū)北側(cè)有廬（江）—桂（家壩）公路經(jīng)過礦區(qū)。

礦體總體走向為92°，向北～北北東微傾，最大傾角小于25°，屬形態(tài)簡單的層狀、似層狀緩傾斜單層礦體。 礦體厚度（鉆孔見礦視厚度），一般為4～27 m，最大視厚度為131.96 m（ZK81），最小為3.10 m（ZK269），平均視厚度為31.50 m。

2 采礦方法選擇

該鐵礦具備產(chǎn)狀連續(xù)、完整、集中，走向長，厚度大，傾角平緩，礦石價值不高的特點，故采礦方法適宜采用階段空場法或無底柱崩落法。 因礦體和其頂?shù)装鍑鷰r穩(wěn)固性差， 采用空場法的安全生產(chǎn)難度較崩落法大得多。 同時無底柱分段崩落法具有以下特點[7]：1）無底部結(jié)構(gòu)，采場結(jié)構(gòu)簡單；2）采準(zhǔn)工程只需形成上部分段巷道就可投入生產(chǎn)，故基建工程量較?。?）回采及出礦工藝簡單，易于操作；4）對該鐵礦來說，產(chǎn)狀和厚度變化較大，加之傾角較小，用無底柱分段崩落法，分段和進(jìn)路回采出礦，靈活性大，易于調(diào)整和適應(yīng)礦體產(chǎn)狀、厚度、傾角的變化，控制損失貧化。 因此,采用無底柱分段崩落法開采，采礦方法示意，如圖1 所示。

圖1 無底柱分段崩落法回采示意

3 采礦工藝

3.1 采切布置

采準(zhǔn)：在脈外沿礦體走向每隔90～100 m 布置1個出礦溜井和人行通風(fēng)井， 每隔180～200 m 布置1個廢石溜井。 在垂直方向上，每隔15 m 掘進(jìn)分段巷道。 當(dāng)?shù)V體水平厚度大于80 m 時，在礦體內(nèi)增設(shè)沿脈巷道。 在分段水平上，垂直礦體方向布置進(jìn)路，間距為15 m。

切割：利用切割平巷和切割天井聯(lián)合拉槽，形成自由面及補(bǔ)償空間。 標(biāo)準(zhǔn)礦塊采切工程量，如表1 所示。

3.2 回采控制

無底柱分段崩落采礦法要求崩落礦石在覆蓋巖層下進(jìn)行出礦，初期需經(jīng)強(qiáng)制放頂才能形成覆蓋巖層。將強(qiáng)制放頂工程布設(shè)在基建礦塊范圍內(nèi)，強(qiáng)制放頂工程由放頂聯(lián)絡(luò)平巷和放頂鑿巖進(jìn)路（沿落頂聯(lián)絡(luò)平巷每隔30 m 左右布置1 條）組成。 放頂高度為30 m 以上。 選用T-100 潛孔鉆機(jī)，在落頂鑿巖進(jìn)路內(nèi)鉆鑿上向垂直扇形深孔，向先行開鑿的切割槽崩落巖石形成覆蓋巖層。 炮孔排距2.8～3.2 m，孔底距3.2～3.5 m。 每兩排炮孔為1 個崩落步距。

表1 標(biāo)準(zhǔn)礦塊采切工程量

3.3 爆破出礦

鑿巖選用T-100 型潛孔鉆機(jī)，在出礦進(jìn)路中鉆鑿上向垂直或前傾扇形炮孔，炸藥為粒狀硝銨炸藥，裝藥采用BQF-100 裝藥器，向先行開鑿的切割槽崩落礦石，出礦為3 m3電動鏟運(yùn)機(jī)，出礦效率為300 kt/a。爆下礦石由鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)至礦石溜井，再由振動放礦機(jī)裝入礦車，運(yùn)至主溜井，爆破參數(shù)如表2 所示。

表2 主要爆破參數(shù)

3.4 采場通風(fēng)

新鮮風(fēng)流經(jīng)中段進(jìn)風(fēng)井和斜坡道進(jìn)入分段，由局扇引入采場鑿巖和出礦工作面。 該類采礦法普遍存在通風(fēng)效果不佳的問題，尤其是采礦進(jìn)路工作面尤為突出。為改善工作面的通風(fēng)效果，除采用先進(jìn)鑿巖機(jī)、電動鏟運(yùn)機(jī)出礦、提高爆破效果之外，還需做好以下幾方面的工作：1）加強(qiáng)進(jìn)路內(nèi)局扇通風(fēng)，使進(jìn)路內(nèi)有流動風(fēng)流；2）加強(qiáng)工作面的礦堆的噴霧灑水，減少粉塵；3）改變工作面的通風(fēng)方式，后續(xù)生產(chǎn)可立項研究爆堆通風(fēng)的可能性與效果。

4 應(yīng)用效果分析

無底柱分段崩落法具有結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)械化程度高的優(yōu)勢， 使得該鐵礦廠礦塊生產(chǎn)能力達(dá)到800 t/d，損失率為18%，貧化率為12%，開采成本57.6 元/t，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較先進(jìn)，具體技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)值如表3 所示。

表3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

5 結(jié)論

無底柱分段崩落法運(yùn)用于走向長、厚度大、緩傾斜類礦床的開采，礦區(qū)生產(chǎn)能力可得到大幅提高，降低了生產(chǎn)成本。由于地下礦體的多變性，在生產(chǎn)實際中需根據(jù)現(xiàn)場情況，調(diào)整采場布置、爆破參數(shù)、通風(fēng)方案，為礦企的安全高效開采提供保障，也為類似工程提供一定的參考。