霍邱厚大第四系下铁矿床采矿方法的探讨

郭志勇 朱国涛 李金龙

(五矿邯邢矿业安徽开发矿业有限公司)

霍邱厚大第四系下铁矿床采矿方法的探讨

郭志勇 朱国涛 李金龙

(五矿邯邢矿业安徽开发矿业有限公司)

霍邱铁矿床上部覆盖第四系松散岩层中含流砂、砾石含水层，地表为良田和村庄，不允许塌陷，矿体属低品位急倾斜缓倾斜中厚以上矿体，需保护第四系不被破坏。对该类矿体进行了采矿方法的探讨，取得了较好的效果。

厚大第四系 中厚矿体 安全开采

霍邱铁矿是一个大型全隐伏沉积变质铁矿床，南北走向约40 km，东西宽3～6 km，主要有重兴集、吴集、李楼、周油坊、范桥、草楼、李老庄、张庄、周集、陶坝、刘寺、付老庄、刘塘坊、李营子班台子、张家夏楼等大-中型矿床组成，已经探明资源储量25亿t以上。矿石矿物主要为磁铁矿、镜铁矿为主。铁矿石品位较低，一般25%～35%。矿体形态多为似层状、透镜状。延伸比较稳定，埋深大多在100.3～702.5 m，矿体一般厚度小于40 m，部分40～90 m。矿体上方第四系覆盖层厚度45～402 m。

霍邱铁矿田第四系分布广，厚度大，其流砂层孔隙承压水水头高，富水性较强。地表多为农田、村庄、池塘沟渠。要求地表不沉降或塌陷，或少许移动。吴集、李楼、张庄、周集等矿床矿体倾角45°～75°，为倾斜～急倾斜矿体。以李楼铁矿为例，探讨急倾斜矿体采矿方法的选择；范桥、刘塘坊、付老庄、张家夏楼等矿床矿体倾角15°～30°，为缓倾斜矿体，以张家夏楼铁矿为例，探讨缓倾斜矿体采矿方法的选择。

1 开采技术条件[1]

1.1 李楼铁矿开采技术条件

李楼铁矿是霍邱铁矿田的重要大型矿床，共8个矿体，主矿体为Ⅰ#矿体，走向近南北，长3.4 km，赋存标高-52～-862 m，平均厚度48.2 m，倾角为65°～85°。矿体形态为似层状、透镜状，厚度较大，构造简单，基本无夹岩。矿石矿物成分主要为镜铁矿，次为磁铁矿、赤铁矿；脉石矿物主要成分为石英，次为闪石、云母类。铁矿石平均品位TFe 34.08%，探明资源储量2.76亿t。矿石主要类型为沉积变质石英镜铁矿石，f=7，稳固。矿体顶板围岩主要为片岩、角闪岩，裂隙不发育，f=3，稳固性较差；底板围岩主要为白云石大理岩，f=6～7，稳固。矿体上覆第四系松散岩层，厚度33～130 m。

李楼铁矿床埋藏于当地侵蚀基准面及地下水位以下，主要含水层为第四系松散岩组、青白口系裂隙含水岩组、周集组风化带裂隙含水岩组和含矿带及矿体顶底板含水组。分布厚度为71～80 m的第四系亚黏土，能起到一定的隔水作用，地表水与地下水水力联系较弱，水文地质条件属中等偏复杂。第四系隔水层不被破坏的情况下，预计井下正常生产过程中，涌水量10 635 m3/d，最大涌水量17 696 m3/d。

1.2 张家夏楼铁矿开采技术条件

张家夏楼铁矿为一层主矿体和零星矿体，主矿体走向呈NW、NNW，赋存标高-180～-600 m，平均厚度25.36 m。倾角30°左右。矿体形态呈似层状、透镜状分布。矿物主要为磁铁矿、次赤褐铁矿。平均品位为TFe=27.89%，探明资源储量为0.31亿t。矿体顶底板围岩主要是黑云角闪片麻岩，基本稳固。矿石主要类型为沉积变质石英磁铁矿，基本稳固。矿体上覆第四系松散岩层，厚度180～210 m，埋藏于当地侵蚀基准面及地下水位以下。主要含水层为第四系流砂含水层、古风化带含水层。分布厚度为43 m第四系亚黏土能起到一定的隔水作用，地表水与地下水水力联系较弱，水文地质条件属中等矿床。第四系隔水层不被破坏的情况下，预计井下正常生产过程中，涌水量1 179 m3/d，最大涌水量7 779 m3/d。

2 采矿方法

2.1 采矿方法的选择原则[2]

(1)地表村庄民宅、农田、池塘等需要保护，地表不允许塌陷。

(2)矿体上部为破碎古风化带，节理裂隙发育，岩石破碎极不稳固，裂隙渗水漏水现象严重，工程地质条件较差。开采后应预留10～20 m厚水平保安矿柱。不能破坏顶板稳固性，防止破碎风化带裂隙水渗水补给。

(3)回采凿岩爆破、出矿、运搬等作业尽量在巷道进行，使用无轨设备，要求采切工程与无轨设备相适应。

(4)将尾矿砂充填井下采空区，地表不允许塌陷和沉降，减少尾矿占用农田筑坝，建设无废或少废

绿色矿山。

(5)矿体厚度一般中厚以上矿体，矿石品位较低，为了获得盈利空间，采选规模较大，一般200～500万t/a。

(6)霍邱铁矿第四系厚度较大，矿体埋藏较深，传统开采顺序自上而下开采不适应，采用自下而上开采顺序，对保护地表构筑物、第四系含水层有利，矿体开采不需预留顶柱，上下中段不留间柱。上部中段作业在下部中段充填体之上，接顶更容易保证，充填体整体性、稳定性更好。

2.2 李楼铁矿

2.2.1 -425 m高分段凿岩空场采矿嗣后充填法

-425 m高分段凿岩空场采矿嗣后充填法见图1。

图1 李楼铁矿-425 m中段典型采矿方案

2.2.2 采场布置与结构参数

标准矿块长100 m，高100 m，分3个矿房和3个矿柱。矿房、矿柱分两步骤回采，一步采矿房，二步采矿柱，采场间不留间柱。采场垂直矿体走向布置，矿房矿柱宽均为20 m，长为矿体水平厚度，高100 m。分段高25 m，分3个分段凿岩，即-400 m分段为出矿水平，-375,-350,-325 m 分段为凿岩水平，-300 m为充填水平。

-400 m分段下盘沿脉平巷、出矿平巷、出矿进路、受矿巷断面尺寸均为4.2 m×3.8 m，下盘沿脉平巷布置距矿体20～25 m处，采用平底堑沟底部结构。出矿平巷与出矿进路夹角为45°，第一步骤矿房回采时，采场双边出矿；第二步骤矿柱回采时单边出矿。-375 m分段下盘平巷、凿岩硐室，-350 m分段下盘平巷、凿岩硐室，-325 m分段下盘平巷、凿岩硐室，-300 m分段下盘平巷、充填巷等断面尺寸均为4.2 m×3.8 m，下盘平巷布置距矿体约25 m处。

2.2.3 回采工作

采用25 m高分段向上垂直凿岩扇形深孔，simba1354型液压移动凿岩台车凿岩，孔径76 mm，孔深31 m。根据宽孔底距、小抵抗线的原则和爆破漏斗试验结果，孔网参数优化为排距1.6～1.8 m，孔底距2.6～2.9 m，边孔角40°～50°，上下分段孔间距0.5 m。采用炸药混装车和BQF-100型装药器装药，多孔粒状铵油炸药，非电微差雷管孔底起爆技术，孔底加起爆弹，适度加大前排与后排微差时间。分段爆破回采上分段超前下分段，形成下向梯形当头面。二步骤回采矿柱不能同时在充填体两侧回采，隔一采一。崩矿步距为2～3排，即3.2～ 5.4 m，必要时可为4～5排。每米炮孔崩矿量8～10 t，采场每次崩矿量1 800 t，炸药单耗0.45 kg/t。

2.2.4 采 矿

配置Boomer281型液压凿岩台车，ACY-3L安全高效柴油铲运机，斗容3 m3，20 t MT2010井下卡车运渣。

分段爆破集中在-400 m水平平底堑沟，凿岩分段爆破进行少量松动出矿。-400 m水平大量出矿采用LH514E电动铲运机，斗容6 m3，运至采场溜井，溜井安装双台板FZC4514振动放矿机放矿。采场底部残矿回收由ACY-3L遥控铲运机辅助出矿，保证作业人员安全，每个采场多回收残矿石 9 000 t。-425 m水平由20 t电机车牵引10 m3底侧卸式有轨矿车运输至卸矿坑，采用C-140型颚式破碎机在破碎硐室进行粗碎，通过皮带运输至矿仓，由主井箕斗提升至地表。

2.2.5 通 风

选用Ⅳ级级站机械通风，新鲜风流由Ⅰ级机站副井石门巷送至-425 m水平穿脉，由Ⅱ级机站为各分段供新鲜风流冲洗工作面，污风由Ⅲ级机站回风至-250 m水平回风巷，在南北风井配置Ⅳ级机站将污风抽出地表。

2.2.6 充 填

采用全尾砂胶结充填技术，既有效降低运营成本，充填体强度也能满足二步骤安全回采矿柱要求[6]。浓度10%的全尾砂经泵加压输送至充填站立式沙仓自然沉降，阶梯排水，约1 h后形成60%浓度尾砂进行压气造浆。全尾砂料浆供给搅拌机，散装水泥通过吹灰管卸入水泥仓，由水泥仓向搅拌机供水泥胶结剂。选用双卧轴搅拌机+高速活化搅拌机两段连续搅拌，全尾砂和水泥胶结剂搅拌均匀，制备成浓度为70%～72%全尾砂充填料浆，通过地表充填下料孔自流输送至井下-160 m水平，经φ110 mm钢管至-300 m 充填水平，换普通φ110 mm塑料管至采空区。

采场矿石出完后，对进路、各分层凿岩巷浇筑双层钢筋厚600 mm挡墙。挡墙位置需距采空区边界4 m以上，挡墙预留口，方便对挡墙里侧素喷 50 mm 密封，挡墙底部每上1 m布置2个临时脱水管兼观察管，在采场内敷设2条适当直径的波纹脱水塑料管，排出渗水。在采场顶部多点下料充填，保证充填料充分接顶。充填作业开始时，一次充填高度控制在1 m以内，保证充填挡墙的稳定，待充填体凝固后方可继续充填。充填面超过充填挡墙最高点后，一次充填高度可1.5～2 m，以充填体表面无积水为原则。充填体顶部和底部强度要求相对较高，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，强度达到2.15 MPa以上，满足二步骤矿柱安全高效回采的要求，二步采采场充填可采用较低配比的尾砂胶结充填。

2.3 张家夏楼铁矿

2.3.1 下盘脉外分段空场嗣后充填采矿法

下盘脉外分段空场嗣后充填标准采矿方法[5]见图2。

2.3.2 采场布置与结构参数

标准矿块长100 m，高100 m。分2个矿房和一个间柱。采场沿矿体走向布置，矿房长度44 m，宽为矿体的水平厚度，高为100 m，房间柱12 m。分段高度12.5 m，在采场高度内分8个凿岩出矿水平。-475 m中段为有轨运输水平，-450，-437.5， -425，-412.5，-400，-387.5，-375，-362.5 m 为凿岩出矿水平。

在每个分段矿房中部布置凿岩(集矿)巷，断面尺寸均为3.3 m×3.7 m。凿岩(集矿)巷与分段沿脉间每隔12 m布置一条出矿进路，断面尺寸均为3.0 m×3.2 m。一个标准矿块布置4条矿石溜井，矿房上下盘布置进风井和充填回风斜井。

2.3.3 回 采

采用simba1354液压移动台车凿向上垂直扇形中孔，孔径76 mm，排距1.5～1.7 m，孔底距2.6～2.9 m，边孔角50°。采用炸药混装车和BQF-100型装药器装药,多孔粒状铵油炸药，非电微差雷管孔底起爆技术，孔底加起爆弹，适度加大前排与后排微差时间。崩矿步距2～3排，即3.2～5.1 m，必要时可为4～5排。炮孔崩矿量5～7 t/m，崩矿量1 100 t/次，炸药单耗0.45 kg/t。回采由矿房自下而上顺序开采，采矿出矿搬运采用CYE-2电动铲运机。

图2 张家夏楼铁矿分段空场嗣后充填标准采矿方法

2.3.4 通 风

新鲜风流由副井石门巷进入-475 m水平穿脉，经进风小井或分段沿脉巷进入采场冲洗工作面，污风从上部回风充填斜井至回风水平，最后经南回风井或中回风井排出地表。

2.3.5 充 填

矿房回采结束并大量放矿后，对各分段出矿进路砌筑封堵挡墙，用灰砂比1∶6全尾砂充填采空区。采用多点下料多次回充，充填接顶较好。

3 结 语

生产实践证明:高分段凿岩嗣后充填法能解决厚大第四系下中厚以上急倾斜矿体开采难题，采矿产能高、配套机械化程度高、作业安全、采矿成本低于同类矿山。下盘脉外分段空场嗣后充填法能较好解决缓倾斜中厚以上矿体开采难题,适合霍邱铁矿赋存特点。技术经济能力较强的矿山，可以采用脉内分段空场嗣后充填法，遥控铲车辅助出矿，能有效避免作业人员进入采空区作业。与脉外分段空场嗣后充填法比较，可省去分段出矿巷道和装矿进路等采准工程，大大降低了采准费用。

[1] 中冶京诚(秦皇岛)工程技术公司.李楼铁矿和吴集铁矿(北段)联合建设工程实施方案[R].秦皇岛：中冶京诚(秦皇岛)工程技术公司，2007.

[2] 胡永泉,叶振华,赵继银，等．厚大第四系下缓倾斜矿体采矿方法的选择[J]．金属矿山(增刊),2009(11):151-154,161.

[3] 张立新．李楼铁矿采矿方法和充填工艺探讨[J]．矿业研究与开发,2012(2)：1-3.

[4] 魏晓明，李长洪，张立新.急倾斜厚大矿体采矿方法的选择[J].金属矿山,2014(4)：31-34.

[5] 刘 哲，金晓刚，刘培正.缓倾斜中厚至厚矿体采矿方法探讨[J].现代矿业,2014(4)：20-21,37.

[6] 张立新.全尾砂胶结充填技术在李楼铁矿的应用[J].有色金属:矿山部分,2012(3)：17-20.

2014-07-22)

郭志勇(1977—)，男，助理工程师，237462 安徽省霍邱县经济开发区(白庙)。