祝國(guó)強(qiáng)

（中鋼集團(tuán)山東礦業(yè)有限公司，山東 臨沂 277700）

中鋼集團(tuán)山東礦業(yè)有限公司蘭陵小閆莊礦段位于山東臨沂市蘭陵縣與棗莊市交界處，該礦始建設(shè)于2006年，2011年年底建成并投產(chǎn)。礦區(qū)周?chē)煌ㄝ^為發(fā)達(dá)，鄉(xiāng)間公路眾多，且有206國(guó)道貫穿，距離周邊的高速路口也較近。本礦山周?chē)兄T多其他鐵礦區(qū)環(huán)繞，且礦山之間相距較近。另外礦區(qū)的地上建筑和設(shè)施也相對(duì)完善，所以在采礦工作中需要首先考慮到保護(hù)周邊的居民住宅和相關(guān)的通訊、生活等設(shè)施。填充式的采礦方法能夠有效的防止地面塌陷事故的發(fā)生，根據(jù)礦區(qū)當(dāng)?shù)氐幕厩闆r，選擇應(yīng)用上向分層充填采礦法，加強(qiáng)地表監(jiān)測(cè)，從而保證整個(gè)礦區(qū)采礦工作的安全進(jìn)行。

1 開(kāi)采方式的選擇

1.1 采礦方法選擇原則

①采礦方法選擇以采場(chǎng)安全為前提條件。②新的采礦方法盡量利用礦山現(xiàn)有工程和設(shè)備，以減少投資。③實(shí)現(xiàn)采礦與充填有效銜接，保證礦山生產(chǎn)能力得到提高和穩(wěn)定。④充分回收礦石資源，礦石回收率達(dá)到80%。⑤滿足礦山年生產(chǎn)能力200萬(wàn)t的整體要求。⑥減少回采充填步驟。

1.2 初選采礦方法

由于礦區(qū)地表有公路、村莊、光纜等設(shè)施，搬遷費(fèi)用較大；礦區(qū)地形平坦，尾礦庫(kù)、廢石場(chǎng)占地面積大，選址困難。

從以上兩點(diǎn)考慮，根據(jù)《中鋼集團(tuán)山東礦業(yè)有限公司蒼山鐵礦采礦方法優(yōu)化論證》和《安全預(yù)評(píng)價(jià)報(bào)告》的建議，確定采用兩種類(lèi)型的采礦方法：①地表沒(méi)有建筑物的礦段，采用空?qǐng)龇ㄋ煤蟪涮畈煽諈^(qū)防止地表塌陷。②地表有建筑物需要保護(hù)的礦段，采用上向分層充填采礦法。以下主要針對(duì)礦區(qū)使用的上向分層充填法中的盤(pán)區(qū)點(diǎn)柱式上向分層充填法進(jìn)行論述。

2 上向分層填充采礦法的應(yīng)用

2.1 礦塊構(gòu)成要素

小閆莊礦區(qū)礦塊沿礦體底板偽傾斜布置。礦塊沿礦體走向布置中段高度為50m，礦塊長(zhǎng)度80m～120m，礦柱寬度為20m～40m，每次開(kāi)采的分層高度4m左右，開(kāi)采之后采用尾砂膠結(jié)材料進(jìn)行充填。礦房與礦柱長(zhǎng)度參數(shù)的選擇，主要是根據(jù)采場(chǎng)容許暴露面積的大小確定；分層高度主要根據(jù)采礦設(shè)備和處理頂板的措施確定。

2.2 采準(zhǔn)與切割

采準(zhǔn)工程采用脈內(nèi)外工程聯(lián)合布置的形式。

需要的采準(zhǔn)工程主要有：盤(pán)區(qū)斜坡道、拉底穿脈巷、沿脈切割巷、采場(chǎng)人行充填回風(fēng)井、脈外溜井及溜井聯(lián)絡(luò)道等。

方案簡(jiǎn)述如下：

首采分段中，由中段運(yùn)輸平巷向礦體開(kāi)鑿兩條拉底穿脈至Ⅲ號(hào)礦體上盤(pán)邊界，以控制礦體的變化；然后沿Ⅱ、Ⅲ號(hào)礦體的下盤(pán)掘進(jìn)沿脈拉底巷至盤(pán)區(qū)走向間柱，并與間柱內(nèi)的人行充填回風(fēng)井的聯(lián)巷相通；而后施工充填回風(fēng)井使之與盤(pán)區(qū)內(nèi)各個(gè)分段的拉底沿脈、上中段的回風(fēng)道相通；同時(shí)盤(pán)區(qū)斜坡道向盤(pán)區(qū)內(nèi)開(kāi)鑿第二個(gè)分段的進(jìn)路至Ⅲ號(hào)礦體上盤(pán)邊界，而后亦沿礦體下盤(pán)邊界開(kāi)鑿沿脈巷與分段回風(fēng)聯(lián)巷相通。

沿脈切割拉底巷掘進(jìn)至溜井附近時(shí)，開(kāi)鑿溜井聯(lián)絡(luò)巷，使之與分段間的采場(chǎng)連通。

完成上述工程后，第一分層從沿脈巷垂直走向向上盤(pán)施工切割巷，再拉底。二分層后向下盤(pán)邊界施工切割巷，再拉低，壓頂。期間根據(jù)允許暴露面積的大小留有上下對(duì)應(yīng)的點(diǎn)柱，以支撐上盤(pán)頂板。暫時(shí)按12m×12m間距布置斷面為4.0m×4.0m的點(diǎn)柱支撐頂板。

計(jì)算采準(zhǔn)切割工程量時(shí)，考慮了以下幾點(diǎn)因素：

（1）設(shè)計(jì)時(shí)形成的采場(chǎng)頂板為理想狀態(tài)下的形態(tài)，而蒼山鐵礦頂板為大部分為層狀頂板，為保護(hù)頂板需要形成抗壓性較好的拱形。因此實(shí)際上，當(dāng)?shù)V體傾角較緩或較厚時(shí)，回采上一分層時(shí)下盤(pán)礦體回采需要增加切割工程，計(jì)算采切工程量時(shí)適當(dāng)考慮；

（2）-140m中段運(yùn)輸巷階段開(kāi)采時(shí)已經(jīng)形成，計(jì)算時(shí)不考慮。

根據(jù)上述原則，以標(biāo)準(zhǔn)采場(chǎng)為例（礦體厚度地質(zhì)報(bào)告中的平均值，礦體傾角取42°），則采礦回收率見(jiàn)表1。

表1 盤(pán)區(qū)礦房礦柱回采礦量表

盤(pán)區(qū)共采出礦量為∶

式中：L-采場(chǎng)長(zhǎng)度，400m。H1-可采高度，50m。B-采場(chǎng)寬度，33.12m。γ-礦石體重，取3.47t·m-3。ρ-采礦回收率，81.6%。

其中礦房采出地質(zhì)礦量為1733.343kt，故標(biāo)準(zhǔn)方案的千噸采切比2.93標(biāo)準(zhǔn)m/kt。

2.3 回采

2.3.1 采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)

盤(pán)區(qū)長(zhǎng)400m，中段高度50m，一次分層回采高度6.5m，盤(pán)區(qū)間留有走向間柱15m，頂柱根據(jù)上中段的充填情況可留或不留，若留則一般為5m，底柱不留；在盤(pán)區(qū)內(nèi)預(yù)留點(diǎn)柱時(shí)，要結(jié)合采場(chǎng)當(dāng)時(shí)的實(shí)際狀況設(shè)置，但是要保證上盤(pán)頂板的暴露面積不超過(guò)600㎡。

2.3.2 分層回采參數(shù)

盤(pán)區(qū)內(nèi)工作面以切割小井為自由面沿走向或傾向推進(jìn)，對(duì)于礦體厚度在3m左右的礦脈，切割平巷完成后，全厚一次開(kāi)采；礦厚大于3m時(shí)，分層開(kāi)采。

2.3.3 鑿巖

分段上按自下而上逐層回采，并超高分段水平1.5m作為上一分段的作業(yè)空間。采用YT-27鑿巖機(jī)配40mm“一”字型鉆頭，人首先站在充填體上進(jìn)行鑿孔工作，打水平孔，孔深1.5m～2m，排距為0.6m，眼距為1m。崩下一層礦，平場(chǎng)后，再站在礦堆上繼續(xù)進(jìn)行鑿孔工作。壓頂采用控制爆破，保證頂板平整和穩(wěn)定。鑿巖結(jié)束后，清潔炮孔，采用人工裝藥，炸藥采用2#巖石乳化炸藥，導(dǎo)爆索-導(dǎo)爆管微差雷管復(fù)式起爆系統(tǒng)，CHA-300型起爆器配CCH型導(dǎo)爆管非電擊發(fā)針擊發(fā)雙導(dǎo)爆管一段雷管，雙導(dǎo)爆管一段雷管再引爆雙傳爆導(dǎo)爆索。

爆破作業(yè)完成后，作業(yè)區(qū)上層頂板和兩幫若存在凹凸不平的區(qū)域，要利用撬頂進(jìn)行穩(wěn)定，倒掛部分亦是如此。針對(duì)采場(chǎng)內(nèi)其他不穩(wěn)定區(qū)域利用錨桿和錨索完成支護(hù)工作，各個(gè)方位保證安全穩(wěn)定后方可出礦。

2.3.4 出礦

拉底時(shí)每次爆破后出礦?；夭蓵r(shí)分局部出礦和采后大量出礦，局部出礦的礦量，只要求留下的礦堆能保持必要的作業(yè)空間，一個(gè)分層采完后，才進(jìn)行大量出礦。

采用2m3電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)在出礦巷道進(jìn)行鏟裝作業(yè)，鏟取后經(jīng)溜井聯(lián)巷直接運(yùn)往各盤(pán)區(qū)的溜礦井，在溜井下部裝礦車(chē)運(yùn)輸至主井提出地表。分段回采結(jié)束后，清理采場(chǎng)，減少遺留礦石，以降低礦石損失。

2.3.5 采場(chǎng)通風(fēng)

采用上向風(fēng)流貫通式通風(fēng)，各分段的通風(fēng)從該分段的斜坡道或泄水風(fēng)井—采場(chǎng)—采場(chǎng)—兩翼回風(fēng)天井—上中段回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷，經(jīng)風(fēng)井排出地表。為了促進(jìn)采場(chǎng)的空氣流通，提升空氣質(zhì)量，可以在合適地點(diǎn)設(shè)置局扇等設(shè)施。

2.3.6 采場(chǎng)護(hù)頂及地壓管理

待開(kāi)采至設(shè)計(jì)高度后，進(jìn)行采場(chǎng)護(hù)頂。采場(chǎng)爆破并經(jīng)過(guò)超過(guò)40min的機(jī)械通風(fēng)排除炮煙后，安全人員操作采場(chǎng)服務(wù)臺(tái)車(chē)或人工進(jìn)行清理頂幫松石，若頂板礦巖破碎，經(jīng)撬毛處理后，仍無(wú)法保證正常作業(yè)的采場(chǎng)或采場(chǎng)高度在6m以上的頂板均要進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)。對(duì)局部不穩(wěn)固頂板進(jìn)行錨索-錨桿-鋼筋網(wǎng)-素噴混凝土等組合支護(hù)方式，支護(hù)密度視礦巖穩(wěn)固性而定。

2.3.7 采場(chǎng)充填

每分段的礦石清理完畢后，根據(jù)充填的要求，可進(jìn)行充填準(zhǔn)備及充填作業(yè)。在出礦巷道口砌筑充填擋墻，充填管道從每個(gè)盤(pán)區(qū)的回風(fēng)井下至每個(gè)分段的回風(fēng)平巷，經(jīng)回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入采場(chǎng)，充填至上一分層的巷道底板水平，留1.5m左右的作業(yè)空間。

礦山由于采用大型無(wú)軌機(jī)械設(shè)備，為充分發(fā)揮這些設(shè)備的作業(yè)效率，需要較高強(qiáng)度的充填體作為路面路基，應(yīng)確保0.4m～0.6m的膠結(jié)充填體。

2.4 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

2.4.1 鑿巖爆破技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

（1）鑿巖臺(tái)效：40m/臺(tái)班。

（2）炮孔密集系數(shù)：1.47。

（3）裝藥系數(shù)：85%。

（4）每米炮孔崩礦量：1.96t/m。

（5）主要材料消耗量：①釬頭：0.015個(gè)/t；②釬桿：0.025kg/t；③炸藥：0.35kg/t；④導(dǎo)爆管：0.25個(gè)/t。

2.4.2 綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

①采場(chǎng)生產(chǎn)能力：300t/d；②采切比：2.43m/kt；③礦石損失率： 16.55%；④礦石貧化率：9.78%。

3 結(jié)語(yǔ)

上向水平分層充填采礦法是一種適合蘭陵鐵礦用于開(kāi)采緩傾斜中厚礦體的高效、經(jīng)濟(jì)、安全的采礦方法。試驗(yàn)采場(chǎng)綜合回收率達(dá)到了85%左右，貧化率控制在10%以內(nèi)，單盤(pán)區(qū)出礦達(dá)到了80萬(wàn)t/a的生產(chǎn)能力，為緩傾斜中厚礦體的大規(guī)模連續(xù)化開(kāi)采，提供了一些參考借鑒的成功經(jīng)驗(yàn)，在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上，提高了整體效益。