常 帥,任鳳玉,李 楠,全桂光,李明旭
(1.東北大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院,遼寧 沈陽110004;2.雙鴨山建龍礦業(yè)有限公司,黑龍江 雙鴨山 155126)
雙鴨山鐵礦為沉積變質(zhì)磁鐵礦床,北區(qū)礦體呈層狀產(chǎn)出,平均厚度6~10m,傾角60°~90°。礦石以條帶狀磁鐵礦為主,含微量的赤鐵礦,平均品位30.79%。礦體為磁鐵石英巖,上盤圍巖主要為石英片巖及片麻巖,下盤圍巖主要為石英片巖及大理巖。礦巖節(jié)理裂隙發(fā)育,穩(wěn)定性較差(表1)[1]。
表1 北區(qū)礦巖穩(wěn)定性分級結(jié)果
設(shè)計采用淺孔留礦法開采,實際生產(chǎn)中,由于上下盤圍巖不穩(wěn)固,在礦房回采過程中,設(shè)計留下0.5m厚的護(hù)壁礦柱,即使這樣,在穩(wěn)固性較差的區(qū)段,還是不能很好地控制上盤圍巖的冒落。有的采場在大放礦早期冒落,使冒落巖石過早混入礦石中,造成貧化率過高,采場被迫中途停止放礦;還有的采場在礦房回采過程中冒落,加大空場寬度,引起頂板礦巖發(fā)生大量冒落,使采場被迫中途停止回采。由此損失了大量礦石。
礦石損失量的增大,加快了回采工作面的下降速度,造成備采儲量嚴(yán)重不足。礦山在2008年初從220m中段轉(zhuǎn)入170m中段回采,采場銜接不上,生產(chǎn)組織比較緊張。為完成生產(chǎn)任務(wù)和充分回收礦產(chǎn)資源,在220m中段第1~12勘探線之間,進(jìn)行了殘礦回收試驗。
北區(qū)采用電耙出礦的淺孔留礦法開采,沿走向布置礦塊,礦塊長度50m,間柱寬度6m,階段高度50m,頂、底柱高度6m。采場內(nèi)的礦石藉重力流入電耙道,由電耙直接耙入穿脈巷道的礦車內(nèi)。
在礦房回采過程中,最嚴(yán)重的冒落狀態(tài)如圖1所示。當(dāng)采到礦房的中上部位時,或因松動出礦引起暴露高度較大,或因暴露時間較長,頂板圍巖發(fā)生松脫片落。而且因片落與冒頂幾乎持續(xù)進(jìn)行,難于處理,導(dǎo)致空場跨度越來越大,最終礦巖同時冒落,使采場無法繼續(xù)上采,被迫提前進(jìn)行大放礦。當(dāng)廢石混入量超半時,停止放出,此時礦石回采率不足60%,有相當(dāng)大的一部分崩落與冒落礦石,殘留于礦體的下盤壁上。
為估計圖1所示礦體的冒落范圍,我們在260m水平穿脈巷道觀察了冒落區(qū)的邊界位置,得出冒落拱的邊壁傾角約85°。按85°冒落角估算冒落區(qū)域,并運用隨機(jī)介質(zhì)放礦理論傾斜邊界條件下的散體移動方程估計礦巖接觸面界線[2],得出的上盤圍巖下盤殘留體形態(tài)如圖2所示。
由于下盤近礦圍巖的穩(wěn)定性很差,難以形成底部結(jié)構(gòu)與沿脈巷道,因此設(shè)計了用進(jìn)路回收下盤殘礦的技術(shù)方案。進(jìn)路式回收方式的工程暴露面積小,減小工程的擾動范圍,利于穩(wěn)定,安全條件好。進(jìn)路垂直礦體走向布置,進(jìn)路間距8m,
斷面尺寸:寬×高≡2.6m×2.8m。進(jìn)路的布置形式及其與耙道斗穿位置的投影關(guān)系見圖3。
圖1 采場冒落狀況
圖2 采場不同類型殘礦及回收設(shè)計
圖3 220中段殘礦回收工程設(shè)計圖
北區(qū)220中段1~12線的5個采場,都是在礦房回采過程中上盤塌落,采場內(nèi)的間柱已由穿脈巷道回采。
由于礦體節(jié)理裂隙發(fā)育及殘礦回收部位對準(zhǔn)下中段的誘導(dǎo)冒落試驗采場,為確保方案的順利實施,研究組針對殘礦回收進(jìn)路與170中段試驗采場冒落邊界的相互位置、回收進(jìn)路的支護(hù)、炮孔裝藥的問題,提出了以下措施:①新打回收進(jìn)路與相對應(yīng)的下中段(170中段)誘導(dǎo)冒落采場相結(jié)合,確定冒落邊界,同時協(xié)調(diào)上下階段的施工進(jìn)度,控制上階段當(dāng)前作業(yè)位置始終處于下階段當(dāng)前崩落、冒落范圍之外,以保證進(jìn)路作業(yè)人員的安全;②巷道支護(hù)方式視具體情況而定,穩(wěn)定性不高的利用錨桿進(jìn)行支護(hù),比較破碎的要緊跟工作面噴漿,使水泥漿充滿裂隙,同時采用錨桿加固,增強(qiáng)整體強(qiáng)度,保證穩(wěn)定性。③進(jìn)路內(nèi)的鑿巖工作一次性完成后,要及時進(jìn)行爆破回采,以免炮孔變形破壞。對于內(nèi)部存在空場的采場,進(jìn)路不宜過于靠近端部,避免采場冒落塊石傷人。裝藥可根據(jù)炸藥類型及安全性確定是否預(yù)裝藥,也可待采場內(nèi)礦體冒落完全后裝藥,以利于提高工人作業(yè)的安全性。④由于礦石散體塌落已有一段時間,受壓力作用散體間孔隙度減小,呈壓實狀,故對于能直接出礦的進(jìn)路需先進(jìn)行出礦松動作業(yè),使得散體發(fā)生二次松散,為炮孔擠壓爆破提供足夠的補(bǔ)償空間,從而節(jié)省切割工程,減少鑿巖爆破工程量。
該方案從2008年3月開始實施,主要集中于220中段S4~S12穿脈之間。由于220中段南翼礦房回采已結(jié)束,巷道封閉,故首先對巷道內(nèi)的風(fēng)、水、電、運輸?shù)然咀鳂I(yè)條件進(jìn)行恢復(fù)工作?;謴?fù)用風(fēng)、水管分別為直徑3寸與1寸半的塑料管,總長各500m;動力及照明線路各恢復(fù)約480m;同時,對運輸軌道進(jìn)行了清理、加固。恢復(fù)材料總成本約2.5萬元。經(jīng)過近一個月的主巷恢復(fù)工作,礦山于2008年4月開始進(jìn)行殘礦回收進(jìn)路的采準(zhǔn)工作。主要施工南翼10號礦房3條出礦進(jìn)路,每條進(jìn)路平均長度6m。截至4月末,靠近11號穿脈的2條進(jìn)路共采出礦石約3000t,取得了較好的初期效果。
隨著采準(zhǔn)工程施工的深入,礦山采用邊采準(zhǔn)邊回采的方法進(jìn)行殘礦回收。截至工程結(jié)束,實際布置采準(zhǔn)進(jìn)路共10條,其中,4號礦房1條,9號礦房2條,10號礦房3條,11號礦房4條。其它礦房中,5號、6號礦房已回采完畢未布置進(jìn)路;7號、8號礦房仍有部分礦量,暫時未進(jìn)行回收作業(yè)?;夭蛇M(jìn)路內(nèi)炮排根據(jù)礦體厚度布置,炮孔采用垂直扇形布置方式,進(jìn)行逐排爆破回采。鑿巖設(shè)備為礦山現(xiàn)用的QJZ-100B潛孔鉆機(jī),炮孔直徑90mm,最大深度30m,排距1.5m,一次爆破一排。出礦采用人工裝填,電機(jī)車運輸方式,礦車規(guī)格0.75m3,每車載重約1.45t。
截至2008年7月末,殘礦回收工作結(jié)束,大部分回收進(jìn)路被地表塌落黃色巖土填塞。根據(jù)回收礦量及成本統(tǒng)計,殘礦回收期間實際共出礦巖18172.85t,其中,礦石16722.85t,巖石1450t。工程累計投入32.56萬元,按當(dāng)時價格計算,回收礦石折算成精粉后可取得純利潤292.6萬元。
現(xiàn)場實施結(jié)果表明,殘礦回收整體效果較好,在保證安全作業(yè)條件下回收節(jié)約了礦產(chǎn)資源,部分緩解了礦山產(chǎn)量的緊張程度,經(jīng)濟(jì)效益顯著。所提出利用巖體冒落特性的進(jìn)路式殘礦回收方案,可為國內(nèi)同類礦山提供參考。
(1)雙鴨山鐵礦北區(qū)主要應(yīng)用淺孔留礦法開采,由于礦巖穩(wěn)固性較差,造成220中段積壓了大量殘礦?,F(xiàn)場調(diào)研分析表明,采場內(nèi)殘留礦量包括冒落礦量、采場內(nèi)未放出礦量、未采及未回收間柱礦量三種類型。
(2)結(jié)合礦巖容易冒落的特性,提出220中段三種不同類型殘礦的進(jìn)路式回收方案。試驗表明,進(jìn)路式回收方案增加了回收工程的穩(wěn)定性、作業(yè)的安全性。同時,利用礦體容易冒落的特性,頂部礦體可自然冒落,減少了布置工程量。
(3)工程實踐表明,殘礦回收方案實施效果良好,具有簡單、高效、安全的特點。有效地減少了原有礦房的礦石損失,部分緩解了礦山產(chǎn)量緊張程度,經(jīng)濟(jì)效益顯著。所提出利用巖體冒落特性的進(jìn)路式殘礦回收方案,可為國內(nèi)同類礦山提供參考。
[1] 羊鼻山多層位復(fù)雜礦體高效開采工藝技術(shù)研究科研組.雙鴨山鐵礦北區(qū)巖體穩(wěn)定性分級報告[R].2007,10.
[2] 任鳳玉.隨機(jī)介質(zhì)放礦理論及其應(yīng)用[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1994:56-76.