郎永忠 陳能革

(馬鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司)

·采礦工程·

多分層同步上向水平進(jìn)路采礦法在和睦山鐵礦的應(yīng)用

郎永忠 陳能革

(馬鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司)

和睦山鐵礦后觀音山礦段-200 m中段原采用分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法，在開(kāi)采過(guò)程中發(fā)現(xiàn)礦巖節(jié)理裂隙比較發(fā)育，礦體穩(wěn)固性差，礦石回采率僅為65%,貧化率高達(dá)18%，后期轉(zhuǎn)換為上向水平進(jìn)路充填采礦法，又因后觀音山礦體水平面積小，生產(chǎn)能力低，嚴(yán)重影響礦區(qū)的產(chǎn)量。通過(guò)技術(shù)攻關(guān)，礦山采用多分層同步上向水平進(jìn)路臺(tái)階式開(kāi)采，回采率達(dá)到90%，貧化率降至5%，生產(chǎn)能力達(dá)1 500 t/d以上，取得了很好的效果，采礦方法的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換取得成功。

采礦方法轉(zhuǎn)換 多分層同步上向水平進(jìn)路采礦法 回采率 貧化率

和睦山鐵礦位于安徽省當(dāng)涂縣境內(nèi)，距離馬鞍山市約25 km，是馬鋼集團(tuán)公司重要的鐵礦石生產(chǎn)基地。該礦床揭露后發(fā)現(xiàn)后觀音山礦段開(kāi)采技術(shù)條件極為復(fù)雜，礦體形態(tài)多變，尖滅再現(xiàn)現(xiàn)象突出，礦體穩(wěn)固性較差，先后采用多種采礦方法，效果均不理想，礦山通過(guò)復(fù)雜地下環(huán)境采礦方法轉(zhuǎn)換,各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

1 礦山概況

和睦山鐵礦地質(zhì)儲(chǔ)量為0.3億t，地下開(kāi)采，設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模70萬(wàn)t/a,其中磁鐵礦50萬(wàn)t/a，混合礦20萬(wàn)t/a，TFe品位在30%以上。礦山采用豎井+斜坡道聯(lián)合開(kāi)拓方式，目前主要開(kāi)采后和睦山礦段和后觀音山礦段，其中后和睦山礦段1#主礦體以混合礦為主，采用無(wú)底柱誘導(dǎo)冒落法，-150～-50 m中段開(kāi)采結(jié)束，正在開(kāi)采-200～-150 m中段。后觀音山礦段2#、3#主礦體以磁鐵礦為主，對(duì)2#礦體-200～-150 m中段分別采用了分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法、淺孔留礦法和上向水平進(jìn)路充填法回采。

2 原采礦方法存在的問(wèn)題

后觀音山礦段前后采用3種采礦方法，其中，淺孔留礦法只對(duì)-150 m水平以上少量邊緣礦體進(jìn)行了開(kāi)采，-200～-150 m中段則采用分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法，由于該礦體的礦巖節(jié)理裂隙比較發(fā)育，礦體穩(wěn)固性差，第一步礦柱采完后，相鄰礦房極易發(fā)生冒落和坍塌，致使第二步礦房回采作業(yè)難度增大，礦石損失比較嚴(yán)重，且采空區(qū)難以充填。該礦段礦石回采率僅為65%，貧化率高達(dá)18%。

根據(jù)已有采準(zhǔn)工程量和上向水平進(jìn)路充填采礦法的適用條件[1]，礦山在后期將該礦段采礦方法進(jìn)行了轉(zhuǎn)換。-193 m水平作為上向水平進(jìn)路充填采礦法首采水平，礦體平面面積僅為29 784.45 m2， 2#、3#、7#礦體沿走向長(zhǎng)度分別僅為550，650和350 m，受進(jìn)路充填能力、出礦能力、通風(fēng)能力限制，同一分層可布置進(jìn)路有限，生產(chǎn)能力不足1 000 t/d，嚴(yán)重影響礦區(qū)產(chǎn)能。后觀音山-193 m水平上向水平進(jìn)路式充填平面見(jiàn)圖1。

圖1 后觀音山-193 m水平上向水平進(jìn)路式充填平面

3 多分層同步上向水平進(jìn)路采礦法的應(yīng)用

分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法采用中深孔落礦，采場(chǎng)生產(chǎn)能力較大，而上向水平進(jìn)路充填法采用獨(dú)頭工作面淺眼崩礦，回采效率低，進(jìn)路采礦生產(chǎn)能力小。對(duì)于礦床展布面積大(走向長(zhǎng))或可多中段同時(shí)生產(chǎn)的礦山，可在同一分層布置多條進(jìn)路同時(shí)回采。但對(duì)于小規(guī)模礦床或單中段生產(chǎn)礦山，由于不可能在同一分層上布置較多的回采進(jìn)路，礦山生產(chǎn)能力可能會(huì)出現(xiàn)較大幅度的降低。為保持產(chǎn)能穩(wěn)定，必須采用多進(jìn)路、多分層同步開(kāi)采的上向水平進(jìn)路充填開(kāi)采技術(shù)以彌補(bǔ)進(jìn)路采場(chǎng)產(chǎn)能的降低[2]。

3.1 采場(chǎng)布置及開(kāi)采順序

后觀音山礦段-200～-150 m中段原劃分為4個(gè)分段，分段高12.5 m，其中-200 m水平為出礦水平，-187，-175和-162.5 m水平為回采分段， -150 m為回風(fēng)水平。該中段分為4個(gè)盤(pán)區(qū)(0#、1#、2#和3#)，采礦方法轉(zhuǎn)換后新增3個(gè)盤(pán)區(qū)(圖2)，并在-187，-175，-162.5 m分段以4 m為分層高度新增了11個(gè)開(kāi)采水平，進(jìn)路規(guī)格為4 m×4 m。

圖2 盤(pán)區(qū)劃分

根據(jù)具體的礦體形態(tài)和原巷道布置形式，進(jìn)路可靈活布置。自下而上回采，分別為-193， -189，-185，-181，-177，-173，-169，-165， -161，-157，-153 m分層，每個(gè)一分層劃分為幾個(gè)采場(chǎng)。 在每分層的各個(gè)盤(pán)區(qū)中央布置垂直于礦體走向的分層進(jìn)路，沿礦體走向向兩翼掘進(jìn)進(jìn)路采場(chǎng)，進(jìn)行回采。同一盤(pán)區(qū)的進(jìn)路采場(chǎng)采用間隔回采的方式，先采上盤(pán)進(jìn)路，采一充一，待盤(pán)區(qū)進(jìn)路回采結(jié)束后，密閉、充填盤(pán)區(qū)進(jìn)路。

回采作業(yè)時(shí)，重點(diǎn)挑選1～2個(gè)盤(pán)區(qū)集中作業(yè)，率先回采，充填完畢，率先升層，其余盤(pán)區(qū)放慢回采速度，仍在當(dāng)前分層作業(yè)，形成各盤(pán)區(qū)臺(tái)階式回采布置，以增加同時(shí)回采進(jìn)路?？紤]到已形成的盤(pán)區(qū)巷道及已回采的礦塊位置，為了保證回采效率和作業(yè)安全，將同一水平礦體按照盤(pán)區(qū)劃分形成具有單獨(dú)進(jìn)出口、通風(fēng)、出礦和泄水的系統(tǒng)。通過(guò)規(guī)劃后盤(pán)區(qū)間總體回采順序沿礦體走向由0#盤(pán)區(qū)依次向4#盤(pán)區(qū)推進(jìn)，根據(jù)生產(chǎn)需要，局部做出調(diào)整。當(dāng)0#、5#盤(pán)區(qū)回采充填結(jié)束后，迅速升至上分層進(jìn)行采準(zhǔn)切割作業(yè)，此時(shí)1#、6#盤(pán)區(qū)在下一分層進(jìn)行回采。依此類(lèi)推，在采場(chǎng)內(nèi)最終形成多分層同步上向水平進(jìn)路充填開(kāi)采模式(圖3)。

圖3 多分層同步上向水平進(jìn)路充填開(kāi)采示意

3.2 采準(zhǔn)工程

采準(zhǔn)工程包括斜坡道、分段巷道、分層聯(lián)絡(luò)道及充填回風(fēng)井、泄水井和溜礦井等。采用下盤(pán)脈外階段斜坡道采準(zhǔn)方式，中段和各分段間由采準(zhǔn)斜坡道聯(lián)通。由于礦巖接觸界限極不規(guī)則，且礦體厚度較大，將分層巷道布置在礦體中央，沿礦體走向布置，與采場(chǎng)人行通風(fēng)天井和放礦溜井貫通，形成通風(fēng)、出礦的通路，然后布置垂直(或斜交)走向的進(jìn)路。

斜坡道用以聯(lián)接各分段巷道，方便鑿巖臺(tái)車(chē)、鏟運(yùn)機(jī)等設(shè)備行走，斷面規(guī)格為3.2 m×3 m。分段巷道由斜坡道聯(lián)通，負(fù)責(zé)每一分段中各個(gè)分層的回采和出礦等，斷面規(guī)格為3.2 m×3 m。分層聯(lián)絡(luò)道聯(lián)通分段巷道與其所負(fù)責(zé)的各個(gè)分層，最大坡度不大于15%,斷面規(guī)格為3.2 m×3 m。每個(gè)采場(chǎng)或幾個(gè)采場(chǎng)用一個(gè)充填井，充填井布置在脈內(nèi)巷道，-189～-147.5 m，高41.5 m，充填管路從-150 m中段的充填巷道下放到充填井，充填井兼做通風(fēng)井，斷面規(guī)格為1.5 m×1.5 m。泄水井負(fù)責(zé)采場(chǎng)充填泄水、鑿巖水及巖石裂隙水等的排出，-195～-153 m，高42 m，最后匯集到-200 m中段水倉(cāng)。泄水井采用順路架設(shè)的方法，兼做人行井，斷面直徑為1 m。溜礦井將每一采場(chǎng)的礦石放至-200 m中段運(yùn)輸巷道集中出礦，-195～-153 m，高42 m。溜礦井可在采后的充填體中順路架設(shè)而成，也可布置在下盤(pán)巖石中，并與分段巷道或分段聯(lián)絡(luò)巷道聯(lián)系，斷面直徑為2 m。

3.3 回采工作

回采工作包括鑿巖、裝藥爆破、通風(fēng)、處理松石、出礦、進(jìn)路支護(hù)等。

鑿巖采用Boomer 281型全液壓鑿巖臺(tái)車(chē)，由于鑿巖臺(tái)車(chē)不接鉆桿可鉆3.7 m深炮孔，為提高鑿巖效率，確定炮孔深度為3 m，炮孔直徑為48 mm。進(jìn)路回采屬于掘進(jìn)式回采，炮孔布置與平巷掘進(jìn)布孔方式基本相同，采用楔形掏槽方式，每循環(huán)落礦134.8 t。進(jìn)路采場(chǎng)系獨(dú)頭掘進(jìn)作業(yè)，通風(fēng)效果差，需安裝局部風(fēng)機(jī)加強(qiáng)通風(fēng)，根據(jù)要求，風(fēng)機(jī)和啟動(dòng)裝置安設(shè)在離掘進(jìn)巷道進(jìn)口10 m以外的進(jìn)風(fēng)側(cè)巷道中，每次爆破結(jié)束后，用風(fēng)筒將新鮮風(fēng)流導(dǎo)入到工作面，進(jìn)行清洗，通風(fēng)時(shí)間不應(yīng)少于40 min，污風(fēng)沿進(jìn)路出采場(chǎng)，經(jīng)充填回風(fēng)天井排入上階段回風(fēng)平巷，通過(guò)回風(fēng)井排至地表。采場(chǎng)爆破并經(jīng)過(guò)有效通風(fēng)排除炮煙后，安全人員操作采場(chǎng)服務(wù)臺(tái)車(chē)，清理頂幫松石，如頂板礦巖異常破碎，經(jīng)撬毛處理后，仍無(wú)法保證正常作業(yè)，可考慮其他頂板支護(hù)方式，如懸掛金屬網(wǎng)、布置錨桿等。采場(chǎng)崩落礦石由WJD-1.5型鏟運(yùn)機(jī)鏟裝后，經(jīng)采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道、分段平巷卸入下盤(pán)脈外溜井，或者直接卸入采場(chǎng)內(nèi)的脈內(nèi)順路溜井，再由設(shè)在溜井底部的振動(dòng)出礦機(jī)向礦車(chē)放礦，通過(guò)電機(jī)車(chē)牽引運(yùn)至主井。為減少礦石對(duì)底部振動(dòng)出礦機(jī)和溜井的沖擊，溜礦井應(yīng)保持充滿(mǎn)狀態(tài)。

3.4 充填工作

進(jìn)路回采結(jié)束后，及時(shí)進(jìn)行充填，以控制地壓，阻止地表出現(xiàn)大變形。待完成一批進(jìn)路的回采工作后，進(jìn)行進(jìn)路清底，拆除設(shè)備及管線(xiàn)，運(yùn)料封口，然后充填。密閉前，應(yīng)將進(jìn)路封口處兩壁的浮石撬凈，在進(jìn)路封口構(gòu)筑物的內(nèi)側(cè)固定有滲濾材料(如麻袋布)。第一批回采的進(jìn)路采用膠結(jié)充填料，第二批回采的進(jìn)路采用尾砂充填料。為了提高上分層礦石的回收率，在尾砂充填體的上部用膠結(jié)充填料。為確保頂柱礦石的回收，第一分層所有進(jìn)路用灰砂比為(1∶4)～(1∶6)的膠結(jié)充填料充填。

4 技術(shù)保障措施

為了確保多分層同步升層臺(tái)階式開(kāi)采，實(shí)現(xiàn)率先回采，率先充填，率先升層，必須結(jié)合后觀音山礦段現(xiàn)有的開(kāi)拓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。在后觀音山礦段礦體上盤(pán)新增一條-200～-175 m的斜坡道，礦體下盤(pán)增加一條-193～-150 m斜坡道，見(jiàn)圖4。新增2條斜坡道總出入口與和睦山鐵礦的總斜坡道相貫通，有利于材料運(yùn)輸及人員通行。當(dāng)分層盤(pán)區(qū)回采結(jié)束升入上一分層作業(yè)時(shí),可通過(guò)該斜坡道進(jìn)入，并作為回采分層上下盤(pán)安全生產(chǎn)通道。每一分層可沿礦體走向設(shè)計(jì)一條上盤(pán)聯(lián)巷，可加快盤(pán)區(qū)間采準(zhǔn)工程推進(jìn)速度。

圖4 新增斜坡道示意

5 應(yīng)用效果

多分層同步上向水平進(jìn)路采礦法使得采場(chǎng)暴露面積小，回采作業(yè)較安全，同時(shí)采場(chǎng)布置靈活，易于實(shí)現(xiàn)探采結(jié)合，礦石損失、貧化指標(biāo)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。其中-193 m分層各盤(pán)區(qū)生產(chǎn)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 后觀音山-193 m分層各盤(pán)區(qū)生產(chǎn)指標(biāo)

由表1可知，-193 m分層在設(shè)計(jì)回采范圍內(nèi)的礦石為35萬(wàn)t，累計(jì)回收礦石31.6萬(wàn)t，礦石回采率達(dá)到90%，貧化率為5%，與分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法相比，礦石回收率提高了25個(gè)百分點(diǎn)，貧化率降低了13個(gè)百分點(diǎn)。另外，采用盤(pán)區(qū)臺(tái)階式回采布置后，僅-193，-189 m水平同時(shí)開(kāi)采，后觀音山礦段生產(chǎn)能力可達(dá)1 500 t/d以上。

由于多分層同步上向水平進(jìn)路充填采礦法具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性和靈活性，而后觀音山礦段礦體賦存條件復(fù)雜，連續(xù)性差，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)以前未曾勘探到礦體，新增礦石約15萬(wàn)t，其他采礦方法很有可能遺漏此部分礦石，該方法不僅提高了礦石回收率，還避免了資源浪費(fèi)，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié) 語(yǔ)

采用多分層同步上向水平進(jìn)路式充填采礦法，充分利用已有的井巷工程，減少額外工程量，同時(shí)避免與應(yīng)用中的采礦方法間的影響，達(dá)到平衡銜接。開(kāi)展新型采礦方法平穩(wěn)轉(zhuǎn)換的技術(shù)研究，切實(shí)解決礦體開(kāi)采過(guò)程中遇到的關(guān)鍵技術(shù)難題，在確保安全生產(chǎn)的前提下，達(dá)產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，提高資源回收率，為礦山企業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)，對(duì)于類(lèi)似工程條件下存在采礦方法轉(zhuǎn)化問(wèn)題的礦山具有重要借鑒作用。

[1] 劉 銘.上向進(jìn)路(分層)充填采礦法在淮北礦區(qū)的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2012(7)：69-71,94.

[2] 王運(yùn)敏.現(xiàn)代采礦手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

Application of Multi-layers Synchronization Upper Level Approaching Mining Method in Hemushan Iron Mine

Lang Yongzhong Chen Nengge

(Mining Company Co.,Ltd., Masteel Group)

During the mining process of -200 m middle roadway of Guanyinshan ore block in Hemushan iron mine, the ore-bearing rock joints and fissures are developed, the orebody stability is poor, the ore recovery ratio is only 65%, and the dilution ratio is 18%. Then, the original mining method of sublevel open stope filling is converted to the method of upper level approaching filling. But the horizontal area size of orebody is small, the production capacity is low, so, the output of the mining area is affected seriously. Through technology researching, the multi-layers synchronization upper level approaching mining method is adopted to deal with the orebody, the ore recovery ratio is 90%, dilution ratio falls to 5%, the production capacity is more than 1 500 t/d, which obtains good effects, and the smooth transition of the mining method is succeeded.

Transition of Mining method, Multi-layers synchronization upper level approaching mining method, Recovery ratio, Dilution ratio

2015-05-27)

郎永忠(1982—)，男，工程師，243000 安徽馬鞍山市。