金岭铁矿中厚缓倾斜矿床开采方案优化

张　奇　徐祥熙　陈　哲

(1.山东金岭矿业股份有限公司；2.山东省黄岛出入境检验检疫局)



金岭铁矿中厚缓倾斜矿床开采方案优化

张奇1徐祥熙1陈哲2

(1.山东金岭矿业股份有限公司；2.山东省黄岛出入境检验检疫局)

摘要金岭铁矿一直沿用的采矿方法为分段凿岩阶段矿房法，尽管工艺成熟但存在矿石回采率偏低的问题。为此，在现有生产系统和生产工艺流程的基础上，对新探矿体的采矿工艺进行了优化调整，采用嗣后充填无矿柱连续采矿法进行回采。将矿体划分为几个矿块，调整凿岩切割巷道、出矿进路和脉外联络巷道的布置方式，采用后退式连续开采的方式回采矿块。实践结果表明：优化后的采矿方案提高了矿石回采率，降低了万吨采掘比，达到了降本增效的目的，提高了经济效益，此外，采用全尾砂胶结充填，减少了尾矿存量，有效控制了地压，社会效益显著。

关键词缓倾斜中厚矿体嗣后充填无矿柱连续采矿法回采率全尾砂胶结充填

金岭铁矿召口矿区北金召北矿床08#矿体为新探矿体，捕虏体成矿，赋存于奥陶系马家沟组石灰岩与燕山期闪长岩及矽卡岩的接触带上，为热液接触交代矽卡岩型磁铁矿床。矿岩接触界线清楚，产状受接触带控制，矿体缓倾斜，平均厚度8 m，最厚达18 m，矿体部分地段煌斑岩脉发育，围岩为结晶灰岩和矽卡岩。区内主要含水层为奥陶系马家沟组灰岩，含水类型为岩溶裂隙水，该处灰岩含水层从局部看，地下水静储量不大，补给来源不充分，补给量相对较小。本研究在分析该矿原设计开采方案存在问题的基础上，对08#矿体的开采工艺进行优化。

1原设计开采方案

金岭铁矿主要使用的采矿方法为分段凿岩阶段矿房法，阶段高度60～70 m，分段高度18～20 m，阶段采用脉外下盘设备井与脉外下盘分段联络道的联合采准系统，在矿体端部布置回风天井，矿房底部采用堑沟结构，垂直走向布置矿房，沿穿脉巷道掘进出矿巷道与堑沟连接，一般分为2～3个分段，矿房宽度20～30 m，矿柱宽度10～14 m。根据矿体围岩结构，先房后柱，矿柱采用深孔爆破方式回收，矿柱回采条件差，回采率低且贫化率大。使用KQJ-100B型潜孔钻机钻凿φ100 mm深孔，底部阶段水平布置平底结构，使用铲运机出矿。北金召北矿床08#矿体属于缓倾斜中厚矿体，设计回采率66%，万吨采掘比64 m/万t，设计回采率低，严重影响了矿山的经济效益，迫切需要改进采矿方案。

2开采方案优化

2.1方案优化要点

根据08#矿体的形态和产状，结合现有的生产系统和生产工艺，将房柱二步回采改为嗣后充填无矿柱连续回采(图1)，优化设计的要点主要有：

(1)提高回采率。采用不留矿柱连续回采的方式回采矿体，利用胶结充填体支撑采空区顶板控制地压，可有效降低矿柱损失，提高矿体的回采率。

(2)确保较高的采矿效率。以矿块为独立回采充填单元，调整回采顺序，待充填体达到设计强度后，连续回采相邻的矿房[1]。采场生产能力大，劳动生产率高，且矿石损失贫化低。各矿块之间强化与协调落矿、出矿、运矿三大工序，使其具有相对独立的作业条件，各工序可在不同矿块平行连续进行，组成连续的开采作业系统[2]。

(3)优化巷道布置，降低采准比。每个矿块作为一个独立的作业单元，采准工程布置以减少工程量为目标，仅保留所需的基本工程，共用出矿巷道、脉外联络巷道和溜井系统。出矿巷道贯穿于整个矿块，供矿块内所有矿房出矿使用，矿房由矿块的一端依次向后回采，逐步退入联络道内。增加公共巷道的布置，可有效降低矿块内采准工程的采掘比。

(4)充分利用已有生产系统，无需另外增加生产系统。采矿工艺流程和设备与原有的空场采矿法类似，易于作业人员熟练掌握生产流程，不影响安全生产。

2.2方案内容2.2.1矿房布置参数

在矿体中间位置保留12m的保安矿柱，运输、回风、充填等主要工程布置于该矿柱内。通过保安矿柱，将设计范围内的矿体划分为3个矿块，并确保彼此的独立性。矿块内划分矿房，每个矿块内的矿房平行布置，矿房宽度15～20 m，阶段高度16～20 m，矿房连续布置，由矿块一端依次顺序回采。一个矿房回采完成后应及时进行胶结充填，充填体达到充填强度后，方可进行下一个矿房的回采，出矿矿房交错布置，连续回采，保证出矿效率。

图1　嗣后充填采矿法

2.2.2采准布置

每个矿房内布置切割回风上山、出矿进路、凿岩道等工程。作业人员主要通过设备井或联络道进入采区，通风人行布置于端部并作为安全出口，出矿直接在巷道内装矿或通过直溜井装矿。每间隔10 m布置一条出矿巷道贯穿整个矿块，共用脉外联络道。切割上山布置于矿房一侧，与充填水平贯通，采后作为采区充填口。

2.2.3矿块回采

(1)凿岩。凿岩道不与出矿进路位于同一水平，凿岩平巷贯通后，形成施工条件后即可施工深孔，凿岩道布置于采场中央，采用KQJ-100B型潜孔钻机施工φ100 mm深孔，排间距2 m，孔底距3～3.5 m。施工深孔时，为保护充填体，应预留2 m缓冲层，严格按照设计施工深孔，禁止深孔超深，保护缓冲层。

(2)爆破。以切割上山为自由面进行拉槽爆破，形成爆破自由面后，再进行排孔爆破。矿房回采时，一侧为实体，另一侧为充填体，应对充填体进行适当保护。深孔爆破采用逐孔爆破，使用高精度非电导爆管毫秒延时起爆，严格控制装药量，减轻爆破振动。

(3)出矿。将矿体分为多个矿块，每个矿块作为一个独立的采充单元，由矿块一侧向另一侧推进，下一步回采的采场紧邻刚充填完毕的采场，通过多个矿块间的交叉作业，完成矿体的连续回采。底部出矿结构为堑沟结构，爆破后，矿石落入堑沟内，使用金-075铲运机后退式出矿。矿石通过溜井进入中段运输大巷，利用架线式电机车有轨运输运至矿仓。

(4)通风。新鲜风流经运输大巷和设备井进入各中段工作面，污风由端部回风人行进入上部回风水平后，通过中部回风系统排出地表。采场利用局扇加强通风，局部通风时间不少于30 min。

2.2.4采区充填

矿山采用全尾胶结充填工艺，通过自流输送充填料浆。充填施工前，应做好充填密闭墙的施工及滤水工作，挡墙的位置宜选择在岩石稳固的部位，采用钢筋混凝土结构。回采时，由于后采矿房出矿需在先采矿房的充填体附近进行，为保证正常出矿及减少贫化，充填物(胶固粉∶尾砂)配比取1∶6，浓度55%。将充填体试块(规格100 mm×100 mm×100 mm)养护28 d后，其抗压强度最小值不小于1.5 MPa。根据国内外矿山充填体设计强度与充填体高度的关系，采用归纳法进行分析，得到了矿山实际使用的胶结充填体的强度与充填体高度的关系曲线，公式为

式中，H为胶结充填体的高度，m；α为经验系数，当充填高度小于50 m时，取600，当充填高度大于50 m 时，取1 000；σc为胶结充填体的设计强度，MPa。

本研究H取20 m，α取600，代入上式，计算得σc为0.87 MPa。现有胶结充填试块的矿压强度(≥1.5 MPa)，满足设计要求。

2.3方案技术比较

新方案实践表明，矿石回采率提高16%，采掘比每万吨降低11.5 m，经济效益明显。全尾砂胶结充填材料的应用，一方面可减少尾矿存量，降低尾矿库存放压力，另一方面可控制地压，有效控制地表塌陷和变形，具有较好的社会效益。

3结语

对于缓倾斜中厚矿体回采难度较大，采用嗣后充填无矿柱连续回采方式具有开采强度大、回采率高、作业效率高、采矿成本相对较低、生产安全等优点。本研究针对金岭铁矿召口矿区北金召北矿床08#矿体，对该矿山原有的采矿方案进行了优化，取得了较好的实践效果，可供类似矿山参考。

参考文献

[1]于润沧.采矿工程师手册[M].北京：冶金工业出版社，2009.

[2]吴秀良.上向进路低强度膏体充填体强度设计研究[J].中国矿山工程，2015(4)：8-9.

(收稿日期2016-03-28)

张奇(1981—)，男，工程师，255081 山东省淄博市。