峨口铁矿地下采矿方法优选

孙丽军 张撑校 代碧波

(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司;2.金属矿山安全与健康国家重点实验室;3.陕西邦田化工有限公司)

峨口铁矿系太钢(集团)有限公司重要铁矿石生产基地之一，是一大型露天开采的混合型贫铁矿床。矿山以山羊坪背斜为界划分为南、北2区。南区以山羊坪断层即38号勘探线为界划分为南东、南西采场，北区以山羊坪断层即32号勘探线为界划分为北东、北西采场，4个采场均采用露天开采。根据矿山设计及生产规划，北东采场2012年底已闭坑，南东采场2016年闭坑，北西采场2019年闭坑，南西采场2021年闭坑，露天境界内资源最长仅能服务8 a左右。境界外还保有大量资源，矿山面临由露天开采转入地下开采阶段。峨口铁矿矿产资源赋存条件极其复杂，同时矿山要求尽量实现露天向地下的平稳过渡，这些因素都影响着地下采矿方法的选择。

1 峨口铁矿境界外资源条件

1.1 北西境界外采区

该区域矿体主要分布于楼羊爬向斜南北两翼。矿体赋存标高+1 330～+1 930 m，矿体平均厚度35 m。北翼矿体走向近东西，倾向NNW，倾角85°左右。南翼矿体走向70°左右，倾向SSE，倾角85°左右。

1.2 南东境界外采区

该采区主要开采38～56号勘探线南东露天境界外的挂帮矿体，由西向东平行展布，走向北东东，南倾，倾角一般变化于60°～80°间，整体较陡，矿层平均厚度为59.44 m，矿体赋存标高为+1 400～+1 800 m。

1.3 南西西+1 840 m以下采区

该区域矿体主要分布于马鬃山向斜南北两翼。矿体最低赋存标高+1 450 m，矿体厚度变化与20～60 m。北翼矿体走向近东西，倾向NNW，倾角85°左右。南翼矿体走向50°，倾向SSE，倾角85°左右，由西向东逐渐变厚。

1.4 围岩稳固性

矿层及顶板主要围岩、夹石——角闪片岩、斜长角闪岩等比较致密坚硬，抗压强度较大，稳定性较强。而矿层底板及矿层中的部分夹层——云母石英片岩、云母绿泥石英片岩，片理发育，结构柔软，易被风化，岩层稳定性能差。

2 峨口铁矿地下采矿方法优选

2.1 采矿方法备选方案

峨口铁矿境界外矿体绝大部分属于倾斜急倾斜矿体，厚度在8 m以下及8～15 m矿体很少，绝大部分矿体厚度均在15 m以上，部分向(背)斜核部矿体倾角平缓处，矿体最厚可达70～80 m。根据国内外类似矿山的开采经验和峨口铁矿的开采技术条件，搜集并查阅相关资料，借鉴成功矿山的经验，可将其类似矿山的采矿方法作为初步研究备选方案。初步研究可以适应的采矿法有空场法、崩落法、充填法，具体的开采方法包括分段空场法、有底柱崩落法、无底柱崩落法、空场嗣后充填法。

2.2 备选方案比较

备选方案的比较主要针对以下几个指标:矿块的生产能力、矿石贫化率、、矿石损失率、矿石采切比。将备选方案的各指标及优缺点列表进行比较，见表1。

表1 备选方案的主要技术经济指标及优缺点比较

根据以上比较，空场嗣后充填首先排除，其原因有:

(1)峨口铁矿矿石平均品位20%左右，总体偏低，若采用嗣后充填，虽可在挂帮矿开采时实现露天地下同时开采，但充填成本将增加。

(2)总观峨口矿山地表总图布置情况，很难找到一个相对固定利于建设充填站的位置，而且充填站的建设费用高昂。

(3)若采用充填法，回采充填工艺复杂，必须有足够经验丰富的充填工艺及管理人员，否则充填工艺及管理跟不上，会严重影响矿山的产量。

2.3 采矿方法的多方案灰色优选

经过以上初步比较，无底柱崩落法、有底柱崩落法、分段空场法3种采矿方案在采切比、贫化损失率、采矿直接成本等方面各有优劣，工人对采矿工艺都比较熟悉，在同类矿山成功使用实例较多。为了综合比较出其中的最优，现利用灰局势决策进行优化选择。

2.3.1 确定事件、对策、局势、目标

(1)事件。确定峨口铁矿采矿方法为事件a。

(2)对策。“对策”指初步研究的3种备选方案。对策1(记为b1):无底柱崩落法;对策2(记为b2):有底柱崩落法;对策3(记为b3):分段空场法。

(3)局势。S1=(a，b1)=(峨口铁矿采矿方法，无底柱崩落法);S2=(a，b2)=(峨口铁矿采矿方法，有底柱崩落法);S3=(a，b3)=(峨口铁矿采矿方法，分段空场法)。

(4)指标。①损失率;②贫化率;③采切比;④采矿成本;⑤采矿工艺难易程度。

2.3.2 给出局势的效果样本

局势S1、S2和S3的效果样本见表2。

表2 局势S1、S2和S3的效果样本

2.3.3 确认指标极性，做效果测度变换

以指标1(损失率为极小值目标)为例。

(1)下限效果测度算式:

(2)效果样本见表2。

(4)效果测度计算:

同理得出指标2、指标3、指标4、指标5的效果测度值，见表3。

表3 各指标效果测度结果

2.3.4 建立统一测度空间

计算局势Si的统一测度。i=1，S1=(a，b1)。

(1)效果测度:

(2)统一测度:

2.3.5 找出最优的对策

(1)峨口铁矿采矿方法选择统一测度空间r

这表明i*=1，即S1=(a，b1)=(峨口铁矿采矿方法，无底柱崩落法)。也就是说无底柱崩落法是各指标综合后的满意对策，即最优方案。

3 装备配套选择

预计峨口铁矿地采最终规模达到750万t/a，为保证达到如此大的生产规模，预期的出矿和凿岩能力必须保障，类比国内外同类型矿山，推荐配置先进的无轨采掘及装运设备。

3.1 凿岩设备

无底柱分段崩落法采用上向扇形中深孔落矿，为了有效地控制好崩矿后的最大块度和减少大块率，为铲运机出矿及后续运矿作业的顺利进行创造良好条件，同时又能实现高效作业，对采矿凿岩台车及凿岩机的要求是必须能在孔深30 m左右的范围内实现高效凿岩，钻凿炮孔的准直度高，偏斜小，同时还要能兼顾钻凿开掘切割槽的平行炮孔。

SimbaH1354采矿台车配Cop1838型高效液压凿岩机及Solo5－7P(或Solo5－7F)采矿凿岩台车配HL710LS型高效液压凿岩机，均比国内所有金属矿山目前使用的同类进口采矿凿岩台车及凿岩机性能先进，档次更高，对生产能力和钻孔精度的保证性更强。

3.2 出矿设备

由于无底柱分段崩落法的出矿作业是在独头进路中进行，通风条件较差。为了减少废气污染，改善作业环境，确保实现高效出矿，拟采用大型电动铲运机作为主要出矿设备，近年来，国内无轨设备虽有较大发展，但国内4 m3、6 m3级别的电动铲运机与国外相比，还存在较大差距。进口同级别的电动铲运机虽价格贵，但性能好，对产量的保证性强。Toro1400E电动铲运机(斗容6.0 m3)和EST－8B电动铲运机(斗容6.0 m3)性能先进，适于在峨口铁矿井下使用，确保生产能力维持在高产稳定状态。

4 结论

(1)通过矿体赋存情况及开采技术条件分析，对备选方案的技术经济比较，以及建立灰色数学模型，利用灰局势决策对备选方案进行优化选择，确定峨口铁矿地下开采采用无底柱崩落法。

(2)类比于国内同类型矿山，井下采用先进的凿岩和出矿设备，是对矿山地下产能的有力保障，确保了峨口铁矿露天转地下平稳过渡。

［1］ 代碧波，陈顺育，孙丽军，等.峨口铁矿露天转地下开采产能平稳过渡技术研究［J］.金属矿山，2011(7):1-7.

［2］ 邓聚龙.灰预测与灰决策［M］.武汉:华中科技大学出版社，2002.