浅谈田兴铁矿矿石资源合理开发利用

翟会超，闫满志

(河北钢铁集团矿业有限公司田兴铁矿， 河北 唐山市 063000)

随着我国采矿技术的不断进步，矿石产量也有较快的增加[1]，特别是在改革开放以后，中国经济快速增长，采矿工业得到突飞猛进的发展，采矿技术水平迅速提高[2]。然而，随着国民经济发展对资源的不断消耗，在国内开采条件好、品位高的矿床已基本投入开采，而上部有水体(流砂)、建筑物、主要运输干线(统称“三下”)的矿体，以及低品位矿石、残留矿体、深部复杂难采矿床也逐步被开发利用[3-4]。

田兴铁矿矿体总长度约10 km，东西宽约3 km，矿体厚度14～185 m，倾角30°～60°。设计矿石年产量高达1500万t，是目前世界在建最大充填法开采地下铁矿山。

矿区附近地表河流均属滦河水系，主要有滦河、新河、狗尿河。含水层主要由第四系孔隙水含水层和基岩裂隙含水层(带)组成。

矿区水文地质条件复杂，从基建工程所揭露的水文地质条件表明，地下水给矿山基建和未来铁矿石开采带来巨大压力，在竖井、平巷和斜坡道掘砌施工作业中，较多的采用了工作面预注浆(包括“止浆垫”、“岩帽”、“止浆墙”)、地表预注浆、表土层冷冻法开掘、射孔注浆等先进注浆治水技术，取得了预期效果。但治水后井下工作面涌水量依然较大，这都成为约束地下矿建设和矿体开采的主要影响因素。如何实现大水环境下矿体安全高效开采、保证矿石资源合理开发利用成为矿山未来发展的主要问题。

1 矿石资源的回收

1.1 地下水安全治理

田兴铁矿矿山水文地质条件复杂，地下涌水对矿石安全高效开发有极大不良影响。为使地下铁矿石资源能够得到安全合理回收，需对地下水进行治理。

大水矿床在基建和资源回收生产过程中，采取的防治水技术主要包括河道改道、疏水放水、注浆堵水、超前探水、隔水顶柱、帷幕注浆截水等[5-14]。文献[5]详细介绍了俄罗斯北乌拉尔铝土矿作为岩溶大水矿床代表的防治水途径。通过河道铺底与改道使得矿区排水系数有32 m3/t降至18 m3/t，后又经过矿区边缘群孔疏水和井下打钻放水，再次降低了矿区总排水量且确保了矿井安全,给我国大水矿床治水工作以借鉴；文献[6]针对高阳铁矿赋存条件，应用矿床水体下开采理论与数值计算法，预计裂隙带厚度，提出留设安全保护矿岩柱、帷幕注浆堵水、放水降压和注浆堵水相结合、超前探水等防治水措施，有效遏制了矿区水患对井下矿石资源回收的负面影响。另外，姜梨园铁矿大水环境下矿石开采采取隔水护顶矿层充填采矿法，通过对爆破参数和工艺的试验与应用，成功改善了爆破效果，而且有效地保护了隔水护顶矿层。

田兴铁矿矿床经大地震后地质条件异常复杂，又有滦河、新河、狗尿河3条水系通过，地下水分布规律的掌控就显得相当困难。

首先，应建立补全矿山水文地质勘探资料，全面准确掌握矿山地下水、裂隙带、破碎带、断层等不良地质因素的分布位置和规律，使之成为研究治水方法和矿体开采方法的有利依据。

其次，治水工作要有针对性、科学性。根据矿体实际分布位置和断层、裂隙带的分布情况，在矿床外围依据断层、裂隙导水通道及相对地下水涌水量的不同特点采取“封”、“隔”、“截”等治水方法，将地下水最大限度地阻隔在矿床之外，如采取帷幕注浆方法。在采场内部要根据矿床外围封水的实际效果制定治水方法，还要兼顾井下大规模开采下的多回采工作面和井下排水系统的担负能力问题。同时，可利用已有的超前探测设备TRT6000最大程度对井下采场周边环境进行实地勘测，确定裂隙、溶洞、地下涌水易发点的具体位置，对采场范围内的治水工作进行辅助研究。

1.2 矿体高效回收

我国金属矿山大水矿床开采过程中，三大类采矿方法均有所应用[14]，只是所占比例不同，其中充填法所占比例最高。在生产矿山中，采用崩落采矿法的矿山有西石门铁矿、北洺河铁矿、程潮铁矿和谷家台铁矿等；采用空场法的矿山有泗顶铅锌矿、金岭铁矿；采用充填法的矿山较多，充填法主要为上向水平分层充填法、空场嗣后充填法。其中，采用上向水平分层充填的矿山有水口山铅锌矿、凡口铅锌矿，采用空场嗣后充填的矿山有张马屯铁矿和新桥硫铁矿。从大水矿床采矿技术发展阶段看，主要是从留隔水矿柱的房柱法、超前疏水的崩落法到空场嗣后充填，再发展到现阶段普遍采用的点柱式充填采矿法。

依据矿体条件设计阶段空场嗣后充填法进行矿石开采，采用大直径深孔阶段凿岩落矿技术。该方法能够实现矿体高效回收，满足2000万t年产量的要求。

但在具体的实施中，仍要对采场围岩的稳定性、采场围岩对爆破震动的响应、充填体接顶技术、充填体流动性和输送性等问题进行预先谋划和研究。

首先，采场围岩稳定性关系到开采过程的安全，是实现高效开采的前提保障。采场围岩的稳定性与岩体、结构面及地下水作用息息相关，在分析田兴铁矿围岩稳定性的问题中要综合考虑上述主要因素，并建立相应的力学分析模型，进行数值模拟分析，研究采场布局的合理性和安全性。

其次，爆破冲击波对岩体的破坏程度及节理裂隙的扩展有着十分复杂的影响。不良爆破会使本已经治理好、封堵好的裂隙通道再次打通，或破坏隔水矿柱将含水层地下水引入采场，影响井下正常开采，甚至带来巨大的生命和财产危害。在采用大直径深孔阶段凿岩落矿时，要兼顾井下采场周边岩层含水、透水情况，必要时应从起爆顺序、段次划分、爆破方法等方面入手研究适合的降震防水爆破技术，有效避免裂隙扩展。

再次，将治水与开采相结合起来，形成“采治结合”的思想。在治水过程中，要充分研究设计采场的布局，优化设计治水方案，保证井下多采场工作面同时拉开的可靠性。在回采中，要充分利用采准、切割工程，对有突水可能的位置进行及时注浆治水，减少或避免治水工程的开掘，也可以出矿抵消治水所产生的费用。或采取适当的采矿方法如分层充填、进路充填代替隔水矿柱，使铁矿石资源得到充分回收利用。

2 尾矿的综合利用

根据已设计的年铁矿石产量，选矿厂每年排出的尾矿将达到1010万t/a，尾矿比重为2.91 t/m3。

排出的尾矿若不加以治理和利用，其一会给矿山周围环境造成污染;二来还会占用大量土地，增加矿山建设生产费用;三是造成可再回收资源的浪费;四是潜存较高的安全隐患。所以要改变传统观念，加强尾矿综合利用的管理，使尾矿变废为宝。

首先，将有再回收利用价值的尾矿进行保存，待选矿技术成熟以后对该部分尾矿中的有用组分进行充分回收，保证资源的充分利用。

其次，田兴铁矿年待充填采空区体积达600万m3，将回收价值低的尾矿作为充填材料输送到采空区，以维护围岩保护地表不塌陷，同时为矿山节约充填成本。

最后，还可以将尾矿和开拓过程中的废石作为建筑材料的加工原料进行处理。

3 结 论

田兴铁矿水文地质条件复杂，如何实现大水环境下矿体安全高效开采、保证矿石资源合理开发利用成为矿山未来发展的主要问题。今后应在补勘工作的基础上，在矿床外围和采场内部采取适宜的具有针对性的治水方法，将地下涌水封堵在外，保障矿石资源的安全回收。从采场稳定性分析、爆破震动作用等问题着手研究未来采场合理布局和避免裂隙扩展引水入井的降震防水技术，为保证资源的充分回收，给出了采治结合的建议。同时，还从尾矿回收、充填利用、建材原料三方面阐述了尾矿变废为宝的综合利用方式。

参考文献：

[1]周崇仁．矿柱回采与空区处理[M].北京：冶金工业出版社，1989．

[2]孙豁然，周 伟，刘 炜．我国金属矿采矿技术回顾与展望[J].金属矿山，2003(10)：6-9．

[3]郭金峰．我国复杂难采矿床开采的问题与对策[J].金属矿山，2005(12)：10-13．

[4]姚金蕊，等．“三下”矿体开采研究[J].地下空间与工程学报，2005(7)：1073-1075．

[5]封喜华．俄罗斯岩溶大水矿床治水途径[J].煤田地质与勘探，1992，20(3)：44-46．

[6]叶粤文，孟中华．复杂大水矿床安全开采技术研究[J].金属矿山，2006(12)：7-9．

[7]白聚波，等．帷幕注浆在矿山治水中的应用[J].西部探矿工程，2008(3)：96-98．

[8]祝世平,等．大红山矿帷幕注浆治水工程及其评价[J].金属矿山，2007(9)：79-83．

[9]孟广勤，周安澜．大水地下矿山注浆技术的实践[C]//地面岩石工程与注浆技术学术研讨会论文集，1997：389-393．

[10]张德辉．浅谈复杂地质条件下斜井筒注浆防治水技术[J].中州煤炭，2011(2)：37-39．

[11]冷云等．最新矿山井巷工程施工综合技术与标准规范实用手册[M].长春：吉林电子出版社，2005．

[12]刘 杰，廖春木．TRT技术在隧道地质超前预报中的应用[J].铁道建筑，2011(4)：77-79．

[13]闫高翔．TRT层析扫描成像预报系统的应用[J].铁道勘察，2009(2)：40-42．

[14]褚洪涛．我国金属矿山大水矿床的地下开采采矿方法[J].采矿技术，2006，6(3)：49-52．