霍邱厚大第四系下鐵礦床采礦方法的探討

郭志勇 朱國濤 李金龍

(五礦邯邢礦業(yè)安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司)

霍邱厚大第四系下鐵礦床采礦方法的探討

郭志勇 朱國濤 李金龍

(五礦邯邢礦業(yè)安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司)

霍邱鐵礦床上部覆蓋第四系松散巖層中含流砂、礫石含水層，地表為良田和村莊，不允許塌陷，礦體屬低品位急傾斜緩傾斜中厚以上礦體，需保護第四系不被破壞。對該類礦體進行了采礦方法的探討，取得了較好的效果。

厚大第四系 中厚礦體 安全開采

霍邱鐵礦是一個大型全隱伏沉積變質(zhì)鐵礦床，南北走向約40 km，東西寬3～6 km，主要有重興集、吳集、李樓、周油坊、范橋、草樓、李老莊、張莊、周集、陶壩、劉寺、付老莊、劉塘坊、李營子班臺子、張家夏樓等大-中型礦床組成，已經(jīng)探明資源儲量25億t以上。礦石礦物主要為磁鐵礦、鏡鐵礦為主。鐵礦石品位較低，一般25%～35%。礦體形態(tài)多為似層狀、透鏡狀。延伸比較穩(wěn)定，埋深大多在100.3～702.5 m，礦體一般厚度小于40 m，部分40～90 m。礦體上方第四系覆蓋層厚度45～402 m。

霍邱鐵礦田第四系分布廣，厚度大，其流砂層孔隙承壓水水頭高，富水性較強。地表多為農(nóng)田、村莊、池塘溝渠。要求地表不沉降或塌陷，或少許移動。吳集、李樓、張莊、周集等礦床礦體傾角45°～75°，為傾斜～急傾斜礦體。以李樓鐵礦為例，探討急傾斜礦體采礦方法的選擇；范橋、劉塘坊、付老莊、張家夏樓等礦床礦體傾角15°～30°，為緩傾斜礦體，以張家夏樓鐵礦為例，探討緩傾斜礦體采礦方法的選擇。

1 開采技術(shù)條件[1]

1.1 李樓鐵礦開采技術(shù)條件

李樓鐵礦是霍邱鐵礦田的重要大型礦床，共8個礦體，主礦體為Ⅰ#礦體，走向近南北，長3.4 km，賦存標高-52～-862 m，平均厚度48.2 m，傾角為65°～85°。礦體形態(tài)為似層狀、透鏡狀，厚度較大，構(gòu)造簡單，基本無夾巖。礦石礦物成分主要為鏡鐵礦，次為磁鐵礦、赤鐵礦；脈石礦物主要成分為石英，次為閃石、云母類。鐵礦石平均品位TFe 34.08%，探明資源儲量2.76億t。礦石主要類型為沉積變質(zhì)石英鏡鐵礦石，f=7，穩(wěn)固。礦體頂板圍巖主要為片巖、角閃巖，裂隙不發(fā)育，f=3，穩(wěn)固性較差；底板圍巖主要為白云石大理巖，f=6～7，穩(wěn)固。礦體上覆第四系松散巖層，厚度33～130 m。

李樓鐵礦床埋藏于當?shù)厍治g基準面及地下水位以下，主要含水層為第四系松散巖組、青白口系裂隙含水巖組、周集組風(fēng)化帶裂隙含水巖組和含礦帶及礦體頂?shù)装搴M。分布厚度為71～80 m的第四系亞黏土，能起到一定的隔水作用，地表水與地下水水力聯(lián)系較弱，水文地質(zhì)條件屬中等偏復(fù)雜。第四系隔水層不被破壞的情況下，預(yù)計井下正常生產(chǎn)過程中，涌水量10 635 m3/d，最大涌水量17 696 m3/d。

1.2 張家夏樓鐵礦開采技術(shù)條件

張家夏樓鐵礦為一層主礦體和零星礦體，主礦體走向呈NW、NNW，賦存標高-180～-600 m，平均厚度25.36 m。傾角30°左右。礦體形態(tài)呈似層狀、透鏡狀分布。礦物主要為磁鐵礦、次赤褐鐵礦。平均品位為TFe=27.89%，探明資源儲量為0.31億t。礦體頂?shù)装鍑鷰r主要是黑云角閃片麻巖，基本穩(wěn)固。礦石主要類型為沉積變質(zhì)石英磁鐵礦，基本穩(wěn)固。礦體上覆第四系松散巖層，厚度180～210 m，埋藏于當?shù)厍治g基準面及地下水位以下。主要含水層為第四系流砂含水層、古風(fēng)化帶含水層。分布厚度為43 m第四系亞黏土能起到一定的隔水作用，地表水與地下水水力聯(lián)系較弱，水文地質(zhì)條件屬中等礦床。第四系隔水層不被破壞的情況下，預(yù)計井下正常生產(chǎn)過程中，涌水量1 179 m3/d，最大涌水量7 779 m3/d。

2 采礦方法

2.1 采礦方法的選擇原則[2]

(1)地表村莊民宅、農(nóng)田、池塘等需要保護，地表不允許塌陷。

(2)礦體上部為破碎古風(fēng)化帶，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石破碎極不穩(wěn)固，裂隙滲水漏水現(xiàn)象嚴重，工程地質(zhì)條件較差。開采后應(yīng)預(yù)留10～20 m厚水平保安礦柱。不能破壞頂板穩(wěn)固性，防止破碎風(fēng)化帶裂隙水滲水補給。

(3)回采鑿巖爆破、出礦、運搬等作業(yè)盡量在巷道進行，使用無軌設(shè)備，要求采切工程與無軌設(shè)備相適應(yīng)。

(4)將尾礦砂充填井下采空區(qū)，地表不允許塌陷和沉降，減少尾礦占用農(nóng)田筑壩，建設(shè)無廢或少廢

綠色礦山。

(5)礦體厚度一般中厚以上礦體，礦石品位較低，為了獲得盈利空間，采選規(guī)模較大，一般200～500萬t/a。

(6)霍邱鐵礦第四系厚度較大，礦體埋藏較深，傳統(tǒng)開采順序自上而下開采不適應(yīng)，采用自下而上開采順序，對保護地表構(gòu)筑物、第四系含水層有利，礦體開采不需預(yù)留頂柱，上下中段不留間柱。上部中段作業(yè)在下部中段充填體之上，接頂更容易保證，充填體整體性、穩(wěn)定性更好。

2.2 李樓鐵礦

2.2.1 -425 m高分段鑿巖空場采礦嗣后充填法

-425 m高分段鑿巖空場采礦嗣后充填法見圖1。

圖1 李樓鐵礦-425 m中段典型采礦方案

2.2.2 采場布置與結(jié)構(gòu)參數(shù)

標準礦塊長100 m，高100 m，分3個礦房和3個礦柱。礦房、礦柱分兩步驟回采，一步采礦房，二步采礦柱，采場間不留間柱。采場垂直礦體走向布置，礦房礦柱寬均為20 m，長為礦體水平厚度，高100 m。分段高25 m，分3個分段鑿巖，即-400 m分段為出礦水平，-375,-350,-325 m 分段為鑿巖水平，-300 m為充填水平。

-400 m分段下盤沿脈平巷、出礦平巷、出礦進路、受礦巷斷面尺寸均為4.2 m×3.8 m，下盤沿脈平巷布置距礦體20～25 m處，采用平底塹溝底部結(jié)構(gòu)。出礦平巷與出礦進路夾角為45°，第一步驟礦房回采時，采場雙邊出礦；第二步驟礦柱回采時單邊出礦。-375 m分段下盤平巷、鑿巖硐室，-350 m分段下盤平巷、鑿巖硐室，-325 m分段下盤平巷、鑿巖硐室，-300 m分段下盤平巷、充填巷等斷面尺寸均為4.2 m×3.8 m，下盤平巷布置距礦體約25 m處。

2.2.3 回采工作

采用25 m高分段向上垂直鑿巖扇形深孔，simba1354型液壓移動鑿巖臺車鑿巖，孔徑76 mm，孔深31 m。根據(jù)寬孔底距、小抵抗線的原則和爆破漏斗試驗結(jié)果，孔網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化為排距1.6～1.8 m，孔底距2.6～2.9 m，邊孔角40°～50°，上下分段孔間距0.5 m。采用炸藥混裝車和BQF-100型裝藥器裝藥，多孔粒狀銨油炸藥，非電微差雷管孔底起爆技術(shù)，孔底加起爆彈，適度加大前排與后排微差時間。分段爆破回采上分段超前下分段，形成下向梯形當頭面。二步驟回采礦柱不能同時在充填體兩側(cè)回采，隔一采一。崩礦步距為2～3排，即3.2～ 5.4 m，必要時可為4～5排。每米炮孔崩礦量8～10 t，采場每次崩礦量1 800 t，炸藥單耗0.45 kg/t。

2.2.4 采 礦

配置Boomer281型液壓鑿巖臺車，ACY-3L安全高效柴油鏟運機，斗容3 m3，20 t MT2010井下卡車運渣。

分段爆破集中在-400 m水平平底塹溝，鑿巖分段爆破進行少量松動出礦。-400 m水平大量出礦采用LH514E電動鏟運機，斗容6 m3，運至采場溜井，溜井安裝雙臺板FZC4514振動放礦機放礦。采場底部殘礦回收由ACY-3L遙控鏟運機輔助出礦，保證作業(yè)人員安全，每個采場多回收殘礦石 9 000 t。-425 m水平由20 t電機車牽引10 m3底側(cè)卸式有軌礦車運輸至卸礦坑，采用C-140型顎式破碎機在破碎硐室進行粗碎，通過皮帶運輸至礦倉，由主井箕斗提升至地表。

2.2.5 通 風(fēng)

選用Ⅳ級級站機械通風(fēng)，新鮮風(fēng)流由Ⅰ級機站副井石門巷送至-425 m水平穿脈，由Ⅱ級機站為各分段供新鮮風(fēng)流沖洗工作面，污風(fēng)由Ⅲ級機站回風(fēng)至-250 m水平回風(fēng)巷，在南北風(fēng)井配置Ⅳ級機站將污風(fēng)抽出地表。

2.2.6 充 填

采用全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)，既有效降低運營成本，充填體強度也能滿足二步驟安全回采礦柱要求[6]。濃度10%的全尾砂經(jīng)泵加壓輸送至充填站立式沙倉自然沉降，階梯排水，約1 h后形成60%濃度尾砂進行壓氣造漿。全尾砂料漿供給攪拌機，散裝水泥通過吹灰管卸入水泥倉，由水泥倉向攪拌機供水泥膠結(jié)劑。選用雙臥軸攪拌機+高速活化攪拌機兩段連續(xù)攪拌，全尾砂和水泥膠結(jié)劑攪拌均勻，制備成濃度為70%～72%全尾砂充填料漿，通過地表充填下料孔自流輸送至井下-160 m水平，經(jīng)φ110 mm鋼管至-300 m 充填水平，換普通φ110 mm塑料管至采空區(qū)。

采場礦石出完后，對進路、各分層鑿巖巷澆筑雙層鋼筋厚600 mm擋墻。擋墻位置需距采空區(qū)邊界4 m以上，擋墻預(yù)留口，方便對擋墻里側(cè)素噴 50 mm 密封，擋墻底部每上1 m布置2個臨時脫水管兼觀察管，在采場內(nèi)敷設(shè)2條適當直徑的波紋脫水塑料管，排出滲水。在采場頂部多點下料充填，保證充填料充分接頂。充填作業(yè)開始時，一次充填高度控制在1 m以內(nèi)，保證充填擋墻的穩(wěn)定，待充填體凝固后方可繼續(xù)充填。充填面超過充填擋墻最高點后，一次充填高度可1.5～2 m，以充填體表面無積水為原則。充填體頂部和底部強度要求相對較高，充填料按照不同部位可采用配比1∶4、1∶6、1∶8，平均灰砂比1∶5，強度達到2.15 MPa以上，滿足二步驟礦柱安全高效回采的要求，二步采采場充填可采用較低配比的尾砂膠結(jié)充填。

2.3 張家夏樓鐵礦

2.3.1 下盤脈外分段空場嗣后充填采礦法

下盤脈外分段空場嗣后充填標準采礦方法[5]見圖2。

2.3.2 采場布置與結(jié)構(gòu)參數(shù)

標準礦塊長100 m，高100 m。分2個礦房和一個間柱。采場沿礦體走向布置，礦房長度44 m，寬為礦體的水平厚度，高為100 m，房間柱12 m。分段高度12.5 m，在采場高度內(nèi)分8個鑿巖出礦水平。-475 m中段為有軌運輸水平，-450，-437.5， -425，-412.5，-400，-387.5，-375，-362.5 m 為鑿巖出礦水平。

在每個分段礦房中部布置鑿巖(集礦)巷，斷面尺寸均為3.3 m×3.7 m。鑿巖(集礦)巷與分段沿脈間每隔12 m布置一條出礦進路，斷面尺寸均為3.0 m×3.2 m。一個標準礦塊布置4條礦石溜井，礦房上下盤布置進風(fēng)井和充填回風(fēng)斜井。

2.3.3 回 采

采用simba1354液壓移動臺車鑿向上垂直扇形中孔，孔徑76 mm，排距1.5～1.7 m，孔底距2.6～2.9 m，邊孔角50°。采用炸藥混裝車和BQF-100型裝藥器裝藥,多孔粒狀銨油炸藥，非電微差雷管孔底起爆技術(shù)，孔底加起爆彈，適度加大前排與后排微差時間。崩礦步距2～3排，即3.2～5.1 m，必要時可為4～5排。炮孔崩礦量5～7 t/m，崩礦量1 100 t/次，炸藥單耗0.45 kg/t?；夭捎傻V房自下而上順序開采，采礦出礦搬運采用CYE-2電動鏟運機。

圖2 張家夏樓鐵礦分段空場嗣后充填標準采礦方法

2.3.4 通 風(fēng)

新鮮風(fēng)流由副井石門巷進入-475 m水平穿脈，經(jīng)進風(fēng)小井或分段沿脈巷進入采場沖洗工作面，污風(fēng)從上部回風(fēng)充填斜井至回風(fēng)水平，最后經(jīng)南回風(fēng)井或中回風(fēng)井排出地表。

2.3.5 充 填

礦房回采結(jié)束并大量放礦后，對各分段出礦進路砌筑封堵?lián)鯄Γ没疑氨?∶6全尾砂充填采空區(qū)。采用多點下料多次回充，充填接頂較好。

3 結(jié) 語

生產(chǎn)實踐證明:高分段鑿巖嗣后充填法能解決厚大第四系下中厚以上急傾斜礦體開采難題，采礦產(chǎn)能高、配套機械化程度高、作業(yè)安全、采礦成本低于同類礦山。下盤脈外分段空場嗣后充填法能較好解決緩傾斜中厚以上礦體開采難題,適合霍邱鐵礦賦存特點。技術(shù)經(jīng)濟能力較強的礦山，可以采用脈內(nèi)分段空場嗣后充填法，遙控鏟車輔助出礦，能有效避免作業(yè)人員進入采空區(qū)作業(yè)。與脈外分段空場嗣后充填法比較，可省去分段出礦巷道和裝礦進路等采準工程，大大降低了采準費用。

[1] 中冶京誠(秦皇島)工程技術(shù)公司.李樓鐵礦和吳集鐵礦(北段)聯(lián)合建設(shè)工程實施方案[R].秦皇島：中冶京誠(秦皇島)工程技術(shù)公司，2007.

[2] 胡永泉,葉振華,趙繼銀，等．厚大第四系下緩傾斜礦體采礦方法的選擇[J]．金屬礦山(增刊),2009(11):151-154,161.

[3] 張立新．李樓鐵礦采礦方法和充填工藝探討[J]．礦業(yè)研究與開發(fā),2012(2)：1-3.

[4] 魏曉明，李長洪，張立新.急傾斜厚大礦體采礦方法的選擇[J].金屬礦山,2014(4)：31-34.

[5] 劉 哲，金曉剛，劉培正.緩傾斜中厚至厚礦體采礦方法探討[J].現(xiàn)代礦業(yè),2014(4)：20-21,37.

[6] 張立新.全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)在李樓鐵礦的應(yīng)用[J].有色金屬:礦山部分,2012(3)：17-20.

2014-07-22)

郭志勇(1977—)，男，助理工程師，237462 安徽省霍邱縣經(jīng)濟開發(fā)區(qū)(白廟)。