房柱法与留矿法联合采矿法在大红山铁矿的应用

刘明许 陆玉根

(1.昆明钢铁集团玉溪大红山矿业有限公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司)

房柱法与留矿法联合采矿法在大红山铁矿的应用

刘明许1陆玉根2

(1.昆明钢铁集团玉溪大红山矿业有限公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司)

结合大红山铁矿Ⅲ2-3采区西段矿体生产现状及矿体特征,以在保证安全的前提下最大限度地回收矿石资源为原则，采用房柱法与留矿法联合开采矿段矿体。实践表明，联合采矿方案技术可行、经济合理、安全可靠，在一定程度上缓解大红山铁矿坑露矛盾，保障生产持续稳定，对类似矿山的开采有一定的借鉴及参考价值。

房柱法 留矿法 回收率 坑露矛盾

大红山铁矿为我国特大型的地下矿山，资源丰富，矿区铁矿石储量为4.58亿t。一期开采范围是Ⅱ1矿体380 m标高以上，阶段高100 m，设计生产规模为400万t/a。根据矿体赋存状态及技术条件，设计采用高分段大间距无底柱分段崩落法，胶带斜井+辅助斜坡道+盲竖井开拓运输方案。自2006年12月底投产以来，实现了2 a达产并超产的良好业绩。Ⅲ2-3采区西段矿体为一铜铁矿，品位相对较高,但该部分矿体与露天坑矛盾突出，加之大红山铁矿的快速发展，如何进一步提高资源回收率,保障生产持续稳定对公司的发展尤为重要。

1 地质概况

Ⅲ2-3矿体西段位于A36′～A37′勘探线，矿体走向基本为东西向,倾斜南。矿体沿走向长100 m左右，宽4.5～17 m,平均宽10.7 m。该矿体835 m分段地质储量约9.55万t，矿体倾角30°～80°，属于倾斜—急倾斜矿体，铜铁伴生，铁矿地质品位约38.5%，铜矿为不连续矿体，地质品位沿走向波动较大。 该区域岩石多属坚硬半坚硬类型，矿岩抗压强度较高，稳定性较好，尚未发现较大构造、断层，有细小裂隙、断层出现。

2 工程概况

Ⅲ2-3矿体东段在平面图上位于露天开采范围与400万t/a深部采区之间，开采上下受制。根据地勘资料，整个Ⅲ2-3东段矿体约有80%的矿量都在2010年深部采空区的移动范围内,并且在A37、A37′、A38剖面上反映出露天边坡也处在深部采空区移动带内。

在A38勘探线北侧，Ⅲ2-3矿体东段处于露天最终境界和边坡的正下方，高差为210～285 m(标高1 160～950 m，1 160～875 m),并直接与露天最终境界和边坡搭接，搭接长度为50 m；在A38勘探线南侧，Ⅲ2-3矿体东段处于400万t/a深部采区440 m分段采空区的侧上方，平距为38 m，高差为335 m，矿体边界与空区边的连线与水平面呈84°，并且在A38勘探线上6300X轴线以南的矿体均处于深部采区440 m分段采空区的移动范围内，移动角为70°。Ⅲ2-3矿体与露天矿位置关系见图1。

图1 Ⅲ2-3矿体与露天矿位置关系

由于受露天矿压制，Ⅲ2-3西段矿体的回采将影响到露天开采安全。结合大红山铁矿的生产现状，Ⅲ2-3采区东段矿体已经回采至最低分段，如不及时回采西段矿体，将来需重新施工开拓及采切工程，或作永久损失。以节约工程投资、缩短回采周期、在保障安全的前提下最大限度地回收矿石资源为原则，对Ⅲ2-3采区西段矿体进行回采。

3 开采方案

Ⅲ2-3采区东段矿体原设计采用无轨斜坡道开拓，全面法开采，无底部结构，装载机直接进入装车。由于Ⅲ2-3采区不具备充填条件，必须严格控制采空区暴露面积，不宜采用中深孔进行爆破，须依靠矿柱支撑顶底板以管理地压。

结合Ⅲ2-3采区前期的开采现状、矿体特征及安全要求， Ⅲ2-3采区西段矿体选用房柱法与留矿法相结合联合开采，该方案能够满足地压管理要求，利用现有工程和无轨设备，减少投资，大大提高生产效率。联合采矿方法示意见图2。

图2 房柱法与留矿法联合采矿法示意

3.1 采场结构参数

根据设计手册，在最稳定的岩体中施工井巷、硐室， 15 m≤井巷、硐室跨度≤20 m时，要求喷100～150 mm混凝土，且用2.5～3 m锚杆支护。露天矿开采服务年限为10 a，因此，本设计中要求矿房能长期自稳，采空区跨度不宜过大[1]。

另根据岩体分类系统(RMR)，15 m跨度不支护隧道平均自稳时间达到20 a的条件为内聚力大于4.08 MPa，内摩擦角大于45°。在Ⅲ2-3矿区矿体内聚力为8.23 MPa，内摩擦角为49.5°，因此矿房跨度取15 m完全可以满足生产要求，并可以适当增大跨度。

综上所述，本设计中在不大量支护前提下，要求采空区10 a不跨塌，采场矿房跨度取15～20 m。

雾滴由喷头喷射出以后，在周围介质中的运动由系统的质量、动量和能量传递决定。根据热力学平衡假设下建立的漂移模型[12]，当雾滴和气体以一定混合速度流动时，气相相对于这个混合速度有一个漂移速度，液滴则有一个反向的漂移速度以保持流动的连续性。雾滴在流场中的运动主要靠气体对它的作用力推动。

矿房沿矿体走向布置，矿房尺寸为15～20 m，矿房宽度为矿体全厚,矿房与矿房间留设5 m连续隔离矿柱；矿房内部留设规则点柱，点柱中心间距为10 m，尺寸为4 m×4 m；分段间留设5 m顶柱，矿房回采高度控制在10 m以内[2]。

3.2 采准切割工程

为减少投资，尽量使用现有工程。从Ⅲ2-3采区斜坡道靠近矿体下盘位置沿矿体走向掘进沿脉干线，用作通风、行人及运输通道；从沿脉干线靠近矿体一侧于各矿房端部位置垂直矿体走向掘进回来联道至矿体上盘边界，用作前期的探矿巷道兼后期回采巷道；靠近矿体上盘位置掘进切割横巷，为减少废石混入，切割横巷布置于脉内。回采前，在回来联道与切割横巷交叉口处扩刷拉底，拉底高度为4～4.5 m，整个矿房拉底一次完成；根据顶板围岩情况，留设矿柱；掘进进风联道贯通835 m原有轨运输巷道与沿脉干线，形成通风。

3.3 回采工艺

分段自上而下回采，835 m分段分2步回采，总体回采顺序为后退式。首先回采4#～6#采场，矿石从835 m斜坡道上部运出；剩余1#～3#采场待 820 m 斜坡道贯通后再回采，回采矿石从820 m斜坡道下部运出。严格按照回采顺序逐一后退回采。

3.3.1 凿 岩

采用YT28手持式凿岩机，每次采高控制在2 m 左右，孔深2～2.5 m，炮孔直径为40 mm，排间距为1～1.2 m，孔底距为0.8～1.0 m，每次凿岩2～3排。回采联道与切割横巷交叉口向矿体上、下盘方向推进，直到矿体边界。拉底工作完成后，由矿房内向外压顶回采，每次压顶完成需对爆落矿石进行松动、平场，保证矿堆未形成悬空，方可进行下一循环凿岩。

起爆药包选用φ32 mm×200 mm乳化炸药(药卷)，孔内选用非电毫秒雷管分段起爆，网络选用400型磁电雷管起爆器起爆，采用人工装药，为保证装药质量，要求孔内装药密度为0.85～0.95g/cm3,装药系数为0.8，炮孔装药深度误差为±0.3 m，炮孔堵塞长度大于0.5 m。炮眼装药结构见图3。

图3 炮孔装药结构

3.3.3 出 矿

回采过程中每压顶一次即对矿石进行松动出矿，以能够满足人员进出及爆破为准。压顶由下往上阶梯推进。为确保安全，压顶过程中严格控制边界，压顶区形成拱形。待整个采场压顶回采结束后集中出矿，采用国产转载机进入采场铲装。出矿前需对采场顶板、矿柱进行撬毛检查，若顶板破碎，须进行锚杆或锚网支护，确认安全后方可出矿。

3.3.4 矿石运输

回采矿石经装载机运至Ⅲ2-3采区东段835 m分段,倒入5#溜井,下放至775 m运输水平，经自卸式汽车倒运至Ⅱ1头部790 m分段1#、2#溜井，最后下放至730 m有轨运输水平，经10 t电机车运至地表720 m矿仓。

3.3.5 通 风

新鲜风流从835 m分段有轨运输平巷进入，经进风联道与沿脉干线至工作面。为保障通风效果，每一采场安装局扇，将沿脉干线风流压入工作面，新鲜风流洗刷工作面后，污风经835 m沿脉干线端部回至Ⅲ2-3采区斜井后,经925 m回风平巷排出地表。

3.3.6 地压管理

采空区主要依靠围岩自重和所留间柱支撑。采场回采过程中遇到断层、破碎带等不稳定地质情况时，要加强观测和监督，并划分等级管理，适当增加采场内的点柱，对于特殊地段必须立即支护，发现异常后要按照应急路线及时撤出。

4 采矿技术经济指标

Ⅲ2-3835 m分段技术经济指标见表1。

表1 采矿技术经济指标

5 结 论

Ⅲ2-3西段矿体835 m分段现已基本回采完毕，回收矿石4万t左右，未对露天开采安全造成影响。实践表明，联合开采方法技术可行、经济合理、安全可靠，在一定程度上缓解了大红山铁矿坑露矛盾，保障生产持续稳定，对类似矿山开采有一定的参考价值。由于该方法需留设大量的条柱与点柱，矿石损失率较高，在今后的生产中还需进一步研究和优化，以找到最佳的回采方案。

[1] 《采矿设计手册》编委会.采矿设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1988.

[2] 解世俊.金属矿床地下开采[M].2版.北京：冶金工业出版社，1986.

2014-12-31)

刘明许(1988—),男,助理工程师,653405 云南省玉溪市新平县戛洒镇。