王青文

（河鋼集團礦業(yè)有限公司承德黑山鐵礦，河北 承德 067412）

金屬礦山有三種比較常用的采礦方法，包括空場法、崩落法、充填法等，當然這些方法都是相對比較傳統(tǒng)的方法。中國工程院院士指出在當前全球經(jīng)濟恢復緩慢、中國經(jīng)濟結構深度調整的態(tài)勢下，全球和中國礦業(yè)都進入一個相對困難的時期，開拓先進的、非傳統(tǒng)的采礦新理論、新技術，是振興金屬采礦業(yè)的必由之路。

1 典型開采方法

1.1 崩落法

如引言部分所述，金屬礦山采礦技術中有三種非常常用的技術方法，崩落法是其中之一。崩落法是一種回采過程當中不劃分礦房和礦柱，隨著回采工作面的推進，用強制或自然崩落圍巖填充采空區(qū)，以實現(xiàn)采場地壓管理的采礦技術方法。

在崩落法采礦中，需要沿著礦體邊界開挖環(huán)形運輸巷道，在礦體的上或下盤開挖切割空間，并在塹溝中向上鑿鉆炮孔，并進行爆破，后退回采。采場結構相對簡單，一條航道多種用途，采掘工作量較少，采礦成本優(yōu)勢較好。

就崩落法而言，目前形成了多種類型的技術方法，如單層崩落法、分層崩落法等，這些方法都有共同的特點，即不再將礦塊劃分為礦房礦柱，而是以整個礦塊為一個單元，按照一定的順序開采?；夭蛇^程中圍巖自然或強制崩落，直接在覆蓋巖石的直接接觸下放礦，因而存在礦石損失貧化大的不利影響，需要對放礦進行科學的管理。該方法對礦山的影響較大，因為采取崩落法必須要允許地面塌陷。

1.2 空場法

空場法一般需要將回采單元劃分出礦房礦柱，且分兩步回采，先采礦房，再采礦柱，礦房采空區(qū)一般先不處理，依靠礦柱和圍巖的穩(wěn)固性來維護。

空場法設計中需要按礦石、圍巖特性、回采工藝以及設備等，確定礦塊的結構尺寸以及回采順序，如此才能有利地壓管理和安全生產(chǎn)。

其中結構尺寸主要包含頂柱高度、間柱寬度、底柱高度、階段高度、礦房長度與寬度，一般礦體厚度20m以內，礦房寬度可設計為礦體的厚度，若礦體厚度在20m以上，則礦房長度可設計為礦體的厚度?；夭煞矫姘涞V（爆破方式），礦石搬運兩個環(huán)節(jié)，一般要求從中央向兩端開采，或從兩端向中央開采，但順序不同結果會不一樣，需要借助數(shù)值分析。礦房采空后需要及時回采礦柱，并且有效處理采空區(qū)，這種方法工藝簡單，生產(chǎn)能力較強，作業(yè)條件相對較好，但需要留設大量礦柱，礦石損失率較大，而且必須要及時跟進采空區(qū)處理，否則將造成礦柱承受壓力巨大，一旦超過極限就會導致破壞，地表塌陷成必然。

1.3 充填法

充填法是根據(jù)回采工藝要求，用充填料將采空區(qū)回填，進而控制采場地壓，支撐圍巖，控制采空區(qū)圍巖破壞和移動，同時充填體保護采區(qū)，進行回采作業(yè)。

充填法需要按照礦床開采技術條件和回采方案確定充填料回填工藝，一般包含分層充填、嗣后充填。該方法可以有效回收礦柱，礦石損失率較低，且廢料可以直接回填，頂板相對穩(wěn)定，對地表影響較小。

2 鐵礦緩傾斜厚大礦體采礦技術

2.1 緩傾斜厚大礦體采礦技術思考

埋藏淺、質量好品位高的鐵礦資源隨著開采的日趨深入而減少，開發(fā)并利用深埋藏、條件差的鐵礦資源成為關鍵點。近期我國開發(fā)的鐵礦礦山大多數(shù)都是厚大第四系下的礦床，比如安徽霍邱地區(qū)的鐵礦床、山東萊蕪地區(qū)、固家臺、淮北地區(qū)等等。據(jù)相關資料的不完全統(tǒng)計，厚大第四系下的礦床擁有50億t的鐵礦儲量。厚大第四系下鐵礦床通常具備如下一些特點，緩傾斜～急傾斜，礦體厚度薄～厚大同存，礦體資源量一般在幾千萬噸至數(shù)億噸。礦床的上部覆蓋物巨厚，且基本都是第三、第四系松散沉積物，地表地形平坦，通常多數(shù)都開發(fā)出來作為農(nóng)田，明顯若按照崩落法來開采這些礦體，很可能造成地表沉降，甚至塌陷。實際上不管是崩落法還是其他方法，緩傾斜厚大礦體的開采都必須要確保地表不塌陷、不沉降或減緩沉降，因而對于這類礦體的開采必須要選擇合理的采礦技術方法。

基于緩傾斜厚大礦體的特點，從近些年國內開發(fā)的礦場所采取的采礦方法以及相關的研究來看，這一類采場環(huán)境差，安全程度低，國內比較常用的緩傾斜礦體主要采取房柱法、全斷面法、長臂式崩落法、短壁式崩落法等，這些方法都有一些典型特點，如需要鑿巖、需要爆破、需要支護、需要有效運輸，但這些環(huán)節(jié)必須要在采場大面積暴露的頂板下進行，稍有不慎就會出現(xiàn)落石、冒頂或垮頂事故，尤其是開采緩傾斜厚大礦體時，采礦人員需要在高空區(qū)下作業(yè)，無法檢查并排除頂板上的浮石，作業(yè)環(huán)境非常差，安全程度很低。同時不論采取何種方法，目前都要遇到頂板管理上的難題，包括采場合理跨度如何確定，采場頂板、底礦柱、礦石點柱參數(shù)不好確定，一般采取保守參數(shù)，礦石容易損失，而且采空區(qū)該如何處理也是個難題。

所以不管采取何種采礦技術，都需要明確以下幾個要求。其一，安全。所選采礦技術方法應當能夠改善作業(yè)環(huán)境，提高安全性。

其二，盡量使用無軌采掘設備，提高生產(chǎn)能力，因而在采切工程布置時需要考慮相應的便利條件。

其三，建設少廢甚至零廢礦山，因為緩傾斜厚大礦床賦存的位置，地表很多都是農(nóng)田，開采活動會對周邊造成巨大影響，因而選擇的采礦方法必須要滿足廢石回填采空區(qū)的要求。

其四，地表不能塌陷或沉降。一般而言需要采礦方法合適而且回采順序合理。例如礦床隱伏在厚大第四系松散巖層下，且地表存在村莊、農(nóng)田不能使用崩落法。而緩傾斜厚大礦體所屬礦山規(guī)模通常都比較大，也不宜采用工藝復雜的充填采礦方法?？請霾傻V方法相對來說也不是最合適的，但卻擁有最大的優(yōu)化空間，可以設計空場法，礦房采空后，用廢石嗣后充填到采空區(qū)，這種方法是空場法和充填法各自優(yōu)勢的結合。同時要注意回采的順序一般而言從上至下是比較常用的順序，但是緩傾斜厚大礦體顯然不能按照此種順序，因為會影響地表，且采區(qū)容易發(fā)生事故，在開采過程中必須要對采空區(qū)進行及時處理，用廢石或尾砂充填，回采順序應當轉變?yōu)橛上碌缴?，因為礦體上下盤圍巖一般都比較穩(wěn)固，因而下層采空后立即用尾砂、廢石膠結充填，錯動范圍不會影響上盤的開采和采準巷道，但需要根據(jù)具體地質情況做支護。

2.2 適合緩傾斜厚大鐵礦開采的技術分析

基于前述思考，本節(jié)列舉部分適合緩傾斜厚大鐵礦的開采技術。

其一，分段空場采礦嗣后充填方法。這種方法比較適合礦體傾角在20°～40°，8m以上厚度，頂板圍巖穩(wěn)定，底板圍巖穩(wěn)固的礦體。礦塊按照礦體走向進行布置，長度可設定為100m，并劃分兩個采場，并布置6m寬礦石間柱，間柱內開路上山，同時該路與礦房、礦柱采場的溝相連，作為通風通道。采場設定44m凈長度，高度50m，按4礦房、4礦柱標準布置。巷道按由下到上的回采順序依次布置，每12.5m可布置一條沿走向的運輸巷道，這條巷道要與斜坡道連接，巷道內每8m設置出礦進路并與礦房、礦柱的鑿巖巷道連通，鑿巖巷道寬度3m。按無軌運輸水平，抬高10m，便于放礦，回采與運輸水平之間設置礦石溜井與人行天井?；夭蓵r結合礦體傾斜角度從下向上回采，然后先采相鄰礦柱，采后空場立即回填，充填體養(yǎng)護結束，回采礦房?；夭芍欣描弾r臺車配合鑿巖機打深孔，利用乳化油炸藥爆破。安全爆破后鏟運機在出礦進路鏟礦運走。礦柱采空后可使用1：6尾砂膠結料，從上山路鋪設充填管深入礦柱采空區(qū)進行充填，充填養(yǎng)護時間需要1個月～2個月。合格后開采礦房，并處理礦房采空區(qū)，可用1：12灰砂比的尾砂膠結料填充。

其二，對于傾角0°～10°，8m～20m厚度，頂板、底板圍巖穩(wěn)固的礦體可采用礦房采空嗣后充填方法。具體是先沿礦體走向布置盤區(qū)，長度100m為宜，并劃分4礦房、4礦柱。盤曲沿礦體的傾向長度宜為100m，端部應當預留8m礦柱。礦柱圍巖內需要布置一條運輸巷道，該巷道需要與采區(qū)貫通，礦柱頂板下礦體內需要設置回風、充填的巷道，該巷道要與運輸巷道平行，處于其正上方。一對礦房礦柱采區(qū)設置一條共用聯(lián)絡巷道，兩側布置出礦進路，該進路需要與礦房礦柱鑿巖巷道貫通。鑿巖巷道中部位置需要設置切割井，用作回采作業(yè)的初始作業(yè)面。回采時先以礦體傾向方向為基準，先采下盤，下盤采空并填充廢石、尾砂后再采上盤。沿走向的回采則要求后退回采，盤區(qū)內隔一采一，即先采礦柱，再采礦房?；夭晒に噭t與上一個方法相當。采空區(qū)充填需要設置充填巷道，充填料與上一個方法的相當。

2.3 仿真分析

基于上述幾個針對緩傾斜厚大鐵礦開采技術的分析，為了進一步明確其合理性，采取仿真分析方法，選取某鐵礦山為例進行研究，該礦山早期使用的是崩落法，因為不夠安全，崩落法逐步被取消，需要一些新的方法來開采緩傾斜厚大礦體。該礦山主礦體垂直厚度20m～40m，最厚位置達到63.58m，最薄位置進2.61m，平均厚度為27.07m，較穩(wěn)定，因為無底柱分段崩落法已經(jīng)不適應礦山要求，因而變更采礦方法，因此模擬盤曲分段鑿巖空場嗣后充填、盤曲無礦柱分段鑿巖空場嗣后充填、盤區(qū)大直徑深孔空場嗣后充填和盤區(qū)無礦柱大直徑深孔空場嗣后充填四種方法進行仿真分析。經(jīng)過仿真分析盤曲分段鑿巖空場嗣后充填方法是該礦山最優(yōu)化的緩傾斜厚大礦體開采技術方法，數(shù)值分析上位移的變化量受采區(qū)寬度的影響，不過選對方法后總體唯一變化值小，在相同的100m長度下，礦柱寬度8m，采區(qū)寬度設置13m、15m、17m分別仿真，三種寬度均能保證安全，但最安全的是13m，但空間相對狹窄，環(huán)境較差，15m是一個合適范圍，同時這個寬度范圍也能保證塑性破壞區(qū)范圍小，穩(wěn)定性有保證。

3 結語

綜上所述，金屬礦的開采方法有多種，這些方法各有優(yōu)劣，但單純的崩落法、空場法、充填法都不是很適合緩傾斜厚大礦體的開采，因此采取綜合性的方法，一般為空場法與充填法優(yōu)勢的綜合，經(jīng)過本文的分析，目前綜合采礦方法，是最優(yōu)勢的方法，既能保證安全，也能保證生產(chǎn)能力。