急倾斜地下铁矿采矿方法的选择*

施振跃 王清标 温小康 张 聪

(1.山东科技大学矿业与安全工程学院；2.山东科技大学资源与土木工程系)

急倾斜地下铁矿采矿方法的选择*

施振跃1王清标2温小康2张 聪2

(1.山东科技大学矿业与安全工程学院；2.山东科技大学资源与土木工程系)

随着我国铁矿储量的不断开采，易采资源越来越少，面临大量急倾斜矿床的开采，必须对其采矿方法进行探讨选择。通过对卧虎山铁矿急倾斜铁矿地质矿带的分析，确定了上向水平分层(干式)充填法、浅孔留矿采矿法(采后充填)两种采矿工艺。

急倾斜矿体 浅孔留矿 充填法

目前，我国有很大比例的急倾斜矿床等待开发。急倾斜矿床采矿方法的选择面临着很多需要解决的问题，比如：地表沉陷问题、尾矿处理问题等社会和技术热点问题。以卧虎山铁矿地下开采为例，通过对矿床地质和矿带条件的分析，并考虑“三下”生产地面沉降问题，选择上向水平分层(干式)充填法、浅孔留矿采矿法(采后充填)两种采矿工艺，都能够处理尾矿堆积，有效的控制地表沉降，保证安全生产，创造了巨大的环境和经济效益，值得推广。

1 矿区地质

韩旺铁矿区域内构造以断裂居多，地层走向和断裂带及岩浆岩分布均呈北西向，以韩旺—石桥的北西断裂为界，以北区域裸露的古老结晶为基底，南区域为古生界沉积覆盖层，该矿就形成于断裂北侧基底的变质岩系中，火山沉积形成变质矿床。矿床的层位稳定，其顶板和底板岩石为片麻岩。含铁岩系主要集中于片麻岩、含铁角闪石英片岩和含铁石英角闪片岩，铁矿层为富铁部分。矿床由一个大矿带组成，各个矿带出现多层分枝复合、尖灭再现现象。矿床的内部结构相对复杂，除特定的成矿地质条件外，也受到伟晶花岗岩的顺层镶嵌，更有晚期脉岩的侵入，造成矿体结构十分复杂，各剖面间的矿层很难相互对应。

2 矿带特征

该矿带的显著特征是矿体与顶板和底板围岩间呈整合连接，分界明显。单层矿发育较薄、多夹层、矿体内部结构相对复杂。矿体一半为多层带状，排列紧密，断层上、下盘的地层产状相近。矿带沿NW—SE向展布，总体走向330°，倾向SW，倾角为30°～60°，平均50°，矿床发育为急倾斜，在走向和倾向上皆出现小幅度的波状弯曲。矿带长1 800 多m，厚度集中在21～50 m，最大时达到57.74 m，平均厚度32 m。单矿层的厚度一般为2～25 m。矿体顶部裸露于地表，最大出露标高312 m，扩大区的控制标高为100～-300 m，厚度变化22.74%，矿体厚度具上厚下薄的特点，但控制深度范围内矿体未尖灭，仍具向下延伸趋势。见表1。

3 采矿方法选择

根据该矿床矿体赋存条件和地表地形条件，为预防上盘地表塌落，以及在多矿层、多夹层的条件下减少回采作业中的矿石损失贫化，采矿方法选择要考虑到各矿层要素在空间分布上复杂多变的特点，及夹层在矿层中的分布状态；部分“三下”资源开采时，必须考虑地面下沉问题。为满足矿山100万t/a 的生产能力的需要，设计选择以下两种方法：上向水平分层(干式)充填法；浅孔留矿采矿法(采后充填)[1]。

3.1 上向水平分层(干式)充填法

3.1.1 构成要素

矿块分为沿走向和垂直走向两种布置[2]。对于矿体水平厚度处在8～25 m的单层矿,以及矿层和夹层的总厚度小于25 m的多层矿，矿块一般沿走向布设，标准矿块长度为50 m，矿块宽度取决于矿体的水平厚度，两个矿块之间留设6 m间柱，但不留底柱和顶柱[3]；当多层矿水平总厚度超过25 m、夹层总厚度不超过矿层总厚度的一半时，矿块应垂直走向布设，矿块(纯矿体)的长度最大为42 m，最小为25 m，矿块宽度为30 m，两个矿块之间留有 6 m 的间柱，但不留底柱和顶柱。

表1 矿带特征

在实际布设时，应根据矿体厚度的变化状况按以上两种方式布设，以保证采场顶板暴露面积控制在1 250 m2。两种布设形式的矿块高度均为中段高度(50～60 m)[4]。

3.1.2 采准切割

采切工序主要包括：切割平巷、人行通风联络巷、人行通风天井、充填天井(也用作设备通道)、充填联络巷、回风天井、矿石溜井、回风联络巷、出矿联络巷和穿脉平巷(卸载和存放充填料)等。

3.1.3 回采工艺

根据垂高分层划分矿房，除第一层高度为4.6 m 外，其余每层高度为3 m，回采工作依照分层从下至上进行。回采工序一般包括凿岩、爆破落矿、采场运搬、充填平场。采用7655型凿岩机，打近水平浅孔，2#岩石炸药爆破，1.5 m3电动铲运机将崩落矿石从工作面转运到采场溜矿井。

各分层资源回采完成后分层充填。利用电机车将碎石全尾砂充填料从充填井转载到矿块上部的充填联络巷和穿脉平巷中，通过充填天井自溜到充填工作面中，然后使用采场电动铲机转运充填，直至该分层充填达到要求。分层充填高度为3 m，其中干料高度2.6 m，胶结抹面厚度0.4 m[5]。

对于垂直走向布置的矿块，一般情况下矿体中都含有夹层，以两个夹层之间的区域为单元进行充填。区域内分层矿石回采后，先崩落夹石充填分层下部，上部用碎石全尾砂充填。充填结束用铲运机对充填体表面平整压实，然后再进行上一分层的回采作业[2]。

根据估算，在多层矿中布置充填法，单分层一次最大充填量为2 876 m3,其中碎石全尾砂一次最大充填量为1 438 m3,可在4～6 d内完成。回采作业与充填作业时间的比例关系为3∶1。

3.2 浅孔留矿采矿法(采后充填)

3.2.1 构成要素

矿块沿走向布置，长度为48～100 m(根据矿体的厚度来确定)，以采场顶板暴露面积小于1 000 m2为界，矿块宽取决于矿体的水平宽度，两矿块之间留设有6 m间柱，但不留顶柱和底柱，矿块高度为阶段高(50～60 m)。浅孔留矿采矿法要求矿体中无夹层、上下盘无夹层或者夹层超过8 m。

3.2.2 采准切割

采切工程主要包括：切割平巷、人行通风天井、人行通风联络巷、矿房人行通风联络巷、出矿联络巷、矿石溜井和回风兼充填联络巷等。

3.2.3 回采工艺

回采主要包括凿岩、爆破落矿、放矿和采后充填工序。采用7655型凿岩机打近水平浅孔；使用2#岩石炸药爆破落矿；放矿活动分两歩，矿房内的矿石未回采完全时，每次落矿后放出崩落矿石的1/3，待到矿房内的矿石完全回采完成后，再进行大量放矿。

采用0.75m3电动铲运机运输矿石，从采场底部经出矿进路和出矿联络巷转运到阶段溜矿井[6]。

采空区的充填活动及其完成时间：将掘进产生的废石(或碎石全尾砂)充填料从掘进工作面(或充填井装载站)转运到矿块上部的上盘充填联络巷中，直接自溜到采空区。废石充填料与碎石全尾砂充填料最好交替回填，废石连续充填高度不应高于10m，采空区顶层5m范围应全部使用碎石全尾砂充填。采空区的充填作业完成时间应当超前上中段矿块采准工作的半年前开始。

4 结 语

上向水平分层(干式)充填法、浅孔留矿采矿法(采后充填)适应于急倾斜矿床的开采，尾矿填充采空区技术，解决了大量尾矿堆积问题，减少了尾矿带来的危害，节省了原料成本，具有巨大的经济环保效益；有效控制了地表沉陷问题，避免了对地面建筑、河流等构筑物造成破坏，危及居民安全，社会效益巨大，值得在同类急倾斜矿床开采中推广应用。

[1] 刘 方.金属矿山地下采矿方法选择系统[D].武汉：武汉理工大学，2010.

[2] 王东华.上向分层全尾砂胶结充填法采场结构参数优化研究[D].武汉：武汉理工大学，2012.

[3] 李全京.李官集铁矿首采矿段采矿方法优化研究[J].现代矿业，2010,497(9):66-68.

[4] 宋远兵,朱 玮,徐明生,等.用沙坝矿多中段开采矿区稳定性分析[J].现代矿业，2012,524(12):17-18.

[5] 田昌进,何茂才,孙德民.上向水平分层胶结充填采矿法在某矿山的应用[J].有色冶金设计与研究，2011,32(1)：1-3.

[6] 邱俊刚,范作鹏,张忠辉，等.中深孔崩落嗣后充填采矿技术的应用[J].中国矿山工程，2012,41(5):23-25.

*国家自然科学基金(编号：41372289)。

2015-01-15)

施振跃(1989—)，男，硕士研究生，271000 山东省泰安市泰山区岱宗大街223号。