分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法在金山店铁矿的应用

杨 乐

(武汉钢铁集团开圣科技有限责任公司， 湖北武汉 430000)

分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法在金山店铁矿的应用

杨 乐

(武汉钢铁集团开圣科技有限责任公司， 湖北武汉 430000)

金山店铁矿原采用无底柱分段崩落法开采，地表塌陷区范围大，保安矿柱量损失大，尾矿库库存紧张。试验采用分段凿岩阶段出矿嗣后全尾砂充填采矿法，能有效利用尾砂充填，缓解尾矿库的压力，同时为保安矿柱的回采提供了条件，提高了资源回收率，而且能解决因地表塌陷引起的环境破坏、征地和搬迁困难等问题。

分段凿岩阶段出矿嗣后充填法；全尾砂充填；回采工艺；充填工艺

金山店铁矿建于1958年，年采矿设计规模达300万t，铁精矿年生产能力140万t。金山店铁矿一直采用无底柱分段崩落法开采，地表多处形成塌陷坑[1]，地表塌陷的时间和范围远超出了预测，严重影响了车间东区的连续生产；随着矿区开采深度增加，地表岩石移动范围逐渐增大，保安矿柱量也越来越大，若不及时回采，将造成永久的损失；此外，金山店尾矿库容量比较紧张，即将面临闭库，目前征地和搬迁工作比较艰难。金山店铁矿应用充填法开采，采用高浓度全尾砂胶结充填工艺[2-3]，能有效解决上述问题。

1 开采技术条件

矿体产于岩体南缘接触带附近F3断层南盘T2－3pq与T2＋T1dy7地层分界线附近，受碳酸盐岩层发育程度、岩体与T2＋T1dy7地层接触构造、层间滑动破碎带及F3、F4断层等因素控制。上盘围岩主要为矽卡岩、泥质黑云母角岩、变余粉砂岩、英长角岩，次为闪长玢岩、磁铁矿条及石英闪长岩和大理岩等；下盘围岩主要为石英闪长岩、矽卡岩、大理岩，次为二长花岗岩、闪长玢岩及泥质黑云母角岩。矿体与围岩界线清楚，上盘界面较平直规则，下盘界面呈舒缓波状，局部过渡型。矿体倾向自西往东为203°～172°～202°，倾角由西往东为85°～61°，自上往下为85°～50°。

块状及浸染状磁铁矿矿石结构致密坚硬，节理裂隙不发育，属中等稳固性矿石；角砾状磁铁矿矿石及矽卡岩—磁铁矿矿石结构不甚紧密，节理裂隙发育，属稳固性差的矿石；粉状磁铁矿矿石结构松散，强度极低，属稳固性极差的矿石。本次试验研究矿块主要为浸染状磁铁矿，粉状矿石含量较少。

矿体的主要顶底板岩石中，闪长岩、大理岩致密坚硬，节理裂隙不甚发育，属稳固性好的岩石；变余砂岩、角岩结构致密，但节理发育，属稳固性中等的岩石；矽卡岩岩性软硬不均，节理裂隙发育，属稳固性差的岩石。

区内构造接触带(侵入体和围岩的接触带)岩石破碎，岩性松软，地下水活动性较强，岩石稳固性显著降低，是矿床的软弱带。矿床中的另一软弱带是粉状矿石，呈透镜状和不规则状夹于块状矿石之中形成软弱夹层。

本次试验矿块选择25＃～28＃线之间，矿体走向长度254m，平均厚度16.5m，开采深度标高－368～－396m。试验矿块矿石平均地质品位43.55%，地质资源储量99.9万t。

2 采矿方法试验研究

试验研究矿块主要为浸染状磁铁矿，属中等稳固性矿石，采用分段凿岩阶段出矿嗣后全尾砂充填采矿法[4]。采矿方法见图1。

2.1 矿块布置

矿体采场垂直矿体走向布置，采场长为矿体厚度，矿块高度为中段高度70m，分段高度14m，矿块宽为48～60m，进路间距为12m，矿块分两步骤回采，先采矿房后采矿柱，矿房、矿柱间隔布置。

2.2 采准切割

采用脉外采准，在矿体的下盘布置分段巷道和矿、废石溜井。采切工程有分段巷道、采准斜坡道、分段脉外运输巷、分段凿岩巷道、出矿进路、矿废石溜井、切割天井等。由采区斜坡道至各出矿水平掘出矿水平沿脉，由沿脉向采场矿房、矿柱掘回采进路，在端部向上掘切割天井与上中段回风巷道贯通。在相邻进路掘出矿巷道，与回采进路45°斜交，切割天井布置在矿体上盘。

图1 分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法

2.3 回采出矿

采用中深孔凿岩台车在分段凿岩巷道内凿上向扇形中深孔，排距为1.5～2.0m，孔底距为2.0m，钻孔直径76mm。采用2＃岩石炸药和非电雷管导爆系统起爆。上分段比下分段超前1～2排炮，爆破后形成梯段工作面。第一步回采矿房，第二步回采矿柱。选用WJD－1.5铲运机将爆落矿石运至矿石溜井，下放到主运输中段，铲运机铲运距离小于100m。

2.4 顶板管理

为了确保顶柱的整体稳定性，保障下部采场的安全作业，采用预控顶的支护方式，即在回采进路中，在原有支护条件的基础上，采用锚索加强支护。长锚索索体采用直径16mm钢绞线，长度8m，用YGZ－90钻机钻凿直径为65mm的锚索孔，锚索网度2.0m×2.0m。

2.5 采场充填

充填集料选用金山店矿选矿后的尾砂[5]，胶结剂采用标号32.5的普通硅酸盐水泥，高浓度的尾砂加水泥经机械搅拌后制成浓度为64%～68%的高浓度结构流体充填料浆。

充填系统主要由尾砂供料线、回水线、水泥储存供料线、调浓水供给线、充填料浆制备与输送、自动控制系统等组成。

充填体强度现场取样检测结果见表1。

表1 充填体强度检测值

一步骤先采矿房，阶段矿房回采结束后，采用全尾砂胶结充填，采场底部灰砂比1∶4，采场上部灰砂比1∶8；二步骤回采矿柱，矿柱采完后，采用全尾砂低强度胶结充填；部分废石填入采空区与充填料浆一起充填，采场不滤水。采空区在充填前需要架设充填挡墙，封闭采空区。

2.6 主要技术经济指标

本次试验研究主要采矿技术经济指标如下:

采场生产能力800 t/d；

采切比4.1m/kt；采矿贫化率10%～12%；

采矿损失率12%～15%；

充填单位成本79.89元/t。

3 结 论

(1)在中等稳固性矿体中，采用分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿方法能安全有效的回采保安矿柱，提高了矿石的回采率。

(2)全尾砂胶结充填的充填体强度达到2 MPa以上，对控制围岩地压、保护地表构筑物的起到了较好的效果，同时也消除了采场泥石流等安全隐患。

(3)采用全尾砂胶结充填，充填材料充足，同时缓解了尾矿库的库存压力，减少了尾矿库的建设投资。

[1]李春雷，蔡美峰，李晓璐.无底柱分段崩落法开采沉陷预测研究[J].中国矿业，2006(12):45-47.

[2]杨宏宝.廉江银矿上向进路尾砂胶结充填采矿法试验研究报告[R].长沙:长沙矿山研究院有限责任公司，2006.

[3]党高峰，张子超，杨玉学.尾砂胶结充填法对地表建筑设施稳定性影响分析[J].现代矿业，2013(8):26-29.

[4]李兴尚，吴法春，许家林.上向水平分层充填采矿法的优化研究[J].金属矿山，2006(4):16-18.

[5]祝 星，卢 俊，刘贱刚.全尾砂胶结充填技术研究与应用[J].湖南有色金属，2013，29(5):5-7.

2015-04-28)