小包山铁矿残矿回收方案设计

强 斌 芮 斌,2 高 娟

(1.西部矿业集团西藏玉龙铜业股份有限公司；2.武汉科技大学资源与环境工程学院)



小包山铁矿残矿回收方案设计

强 斌1芮 斌1,2高 娟1

(1.西部矿业集团西藏玉龙铜业股份有限公司；2.武汉科技大学资源与环境工程学院)

小包山铁矿长期以来采用房柱采矿法开采，残矿量较大，资源浪费较为严重。为了节省资源，开展残矿的二次利用，通过回采可行性分析研究，确定了东部矿体“露天凿岩爆破、露天出矿”的回采方案，将削坡的岩石和充填采空区；露头矿体采用露天开采回收，未露头矿体采取露天凿岩爆破至井下-50 m装车回收，有效回收矿石9.2万t，创收2 806.41万元，解决了资源回收安全问题，实现了经济、社会效益双赢。

残矿回收 浅孔凿岩爆破 削坡 充填

小包山铁矿位于湖北省大冶市灵乡镇南约400 m 处。该地区一般标高为80～150 m，向北地形开阔平坦，属中低山丘陵地形。区内构造极其发育，发育的褶皱、破裂带使岩石的稳定性受到很大的影响，且严格地控制着矿区的水文地质条件。本区属冬冷夏热、潮湿多雨的亚热带气候。现井下开采采用保留部分永久矿柱的房柱采矿法，设计开采能力为原矿10万t/a。长期以来，残矿量较大，资源浪费较为严重。采用恰当的方法处理好采空区和露天边坡，回收残矿，不仅能充分利用资源，也具有较好的经济效益。由于其他基础设施较完备，需要追加的投资并不会太多，所以残矿回收可行性较强。

1 矿山概况

小包山矿区大地构造位置位于淮阳山字型构造前弧西翼，靠近弧顶部位的大冶复式向斜南翼。矿体产出于小包山背斜北翼的斑状闪长岩与大冶灰岩接触带上，其形态、产状严格受构造和岩性的控制，走向为SEE—NWW，长约350 m；上部矿体约-90 m以上部分向NE倾斜，倾角为70°，-90 m以下部分其倾角折向SW。东端出露于地表，出露标高为65 m。西端倾伏于地下，向下延伸到-145 m。由0、0～2、1、2、3、3～2、4共7条勘探线控制，矿体厚度变化大，为3～75 m，平均为25 m。横剖面上形如靴状或烟斗状，上小下大，从纵剖面上看，近似呈上下两枝的叉形从东向西插入岩体。矿体上盘主要为大理岩，下盘为斑状闪长岩，矿体中残存大理岩捕虏体。可供开采的矿体主要有1#、2#和3#矿体，2#、3#矿体规模非常小，无开采价值。矿石自然类型单一，主要矿体绝大部分为上部赤铁矿、下部磁铁矿，呈致密块状，上部矿体局部见有粉矿。

露天开采部分最终形成南北向宽250 m、深75 m 的露天坑。地下开采与露天坑底间保留有10 m 厚的境界顶柱。目前仅有-88 m底板完整保留，-120 m 底板被采，-70 m底板采35%，-50 m底板采80%，-50 m场面顶柱(即露天西采坑底板)采穿长达50 m(图1)。由于该矿露天转地下以后，-35 m以下的矿体基本上已经采完，整个采空区的体积约为88 312.5 m3。通过对该区段的剩余矿量进行核算，矿柱总矿量约为12.3万t。

图1 小包山矿柱回收3线剖面

2 可行性分析

2.1 矿岩稳定性分析

矿体赋存于小包山背斜北翼的斑状闪长岩与大理岩接触带中，矿区在南北向和东西向2个构造应力的挤压作用下，岩层发生褶皱与破裂，形成小包山背斜、断裂和节理等构造。矿体的形态、产状受构造与岩性控制，矿体上盘围岩以大理岩为主，次为斑状闪长岩，下盘以斑状闪长岩为主，次为大理岩，矿体中有大理岩包体。斑状闪长岩属中等以上稳固，大理岩除局部节理裂隙发育稳定性较差，一般属中等稳固。矿石为赤铁矿和磁铁矿，呈致密块状，较稳固。

2.2 采空区稳定性分析

按上部矿体与下部矿体分别自上而下地下开采，上部矿体分-50，-70，-89 m 3个分段，下部矿体分-120，-140 m 2个分段，均采用留永久矿柱的房柱采矿法。目前，采空区整体基本上保持稳定。回收采空区与露天坑底间的部分矿柱将减弱矿柱的横向支撑作用，边帮产生位移或变形将影响采空区的稳定性。因此，在回收矿柱资源的同时，应采取相应的措施减轻边帮侧向压力，并采用碎石充填空区，提高空区围岩的承载能力。

2.3 露天边坡稳定性分析

露天坑北边帮以大理岩为主，局部节理裂隙发育，易产生局部滑坡。北边帮西坑原斜坡道东边的1#放泥井周围及西坑斜坡道以西的坡脚下分布有地下采空区，对边帮的稳定性不利。露天坑为狭长形，宽度不大，端帮整体基本稳定。东部端帮稳定性较好，西部端帮高度较小，但坡底有采空区，相对东帮的稳定性较差。因此，应采取削帮等措施减载，并采用碎石充填空区，减小下滑力，增大抗滑力，提高边坡体的整体稳定性。削坡台阶高度为10～16 m，台阶剖面角为60°，安全平台宽4 m。

3 回采方案

从采矿工艺角度出发，东部矿体选择“露天凿岩爆破、露天出矿”回采方案，-35 m以下采空区的体积约为88 312.5 m3，为了保证矿柱回采安全，在-25～-35 m水平矿柱回采前，必须对地下-50～-80 m采空区全部充填，充填体积约为56 823 m3，同时为了提高矿柱回采的安全性，考虑留下3个矿柱支撑上下盘围岩；充填完毕以后，采用露天开采的方法回采矿柱，即从露天坑的坑底向下分层回采，矿石从露天坑用斜坡道矿车运至地表。西部矿体(即Ⅲ#矿柱以西的矿体)采取露天凿岩爆破至井下-50 m 水平装车，通过原主斜井运至地表。

4 回采工艺

矿柱回采前首先完成主要措施工程，即分步进行露天坑坑底黄泥清理、露天边坡削坡治理和地下采空区充填、露天运输斜坡道施工等。矿柱回收工程整体上以3#条柱为分界，其西的矿体为保证上下盘围岩的安全，必须留3个矿柱，先露采东部坑底部分矿量，待局部与井下击穿后，开始扩帮回填，再采坡底矿量。

回收过程中采用凿岩爆破，先对露天坑北坡2#～3#勘探线的凸型边坡进行削坡处理，东部将削坡的岩石和以前地采时排放在边坡上的废石一起充填到采空区(图2)。从露天坑底自上而下分层回采，直至设计标高。先采坑底-27m以上矿量，利用原上盘斜坡卷扬提升；-27m以下矿石从露天坑底用矿车运至东部斜坡道，提升至20m水平，然后用汽车运至地表。

图2 矿柱回收削坡工程示意

西部削坡工程量为16 067 m3，东部削坡工程量为29 587 m3，合计45 654 m3。削坡工程采用浅孔凿岩爆破，在最临近边坡的一排炮必须采用光面爆破，钻孔直径为42 mm，底盘抵抗线为0.72 m，炮孔间距为0.6 m，采用2#岩石炸药、8#电雷管微差爆破(图3)。削坡回填体积为57 067 m3。底板矿柱回收采用浅孔爆破，钻孔直径为42 mm，炮孔按梅花型布置3排，第一排和第三排为29个炮孔，第二排为28个炮孔，最小抵抗线为1.2 m；炮孔孔距为 1.2 m，炮孔排距为1 m，采用2#岩石炸药、8#电雷管微差爆破(图4)。出矿采用人工装矿，0.75 m3小型矿车运输，人工推车；采用露天斜坡道运输，人工推车至通往-25 m水平的斜坡道口，由提升机将矿车提升至20 m储矿水平，地表采用汽车运输。

图3 矿柱回收削坡工程光面爆破炮孔布置(单位：mm)

图4 底板矿柱回收浅孔爆破炮孔布置(单位：mm)

5 技术经济指标

5.1 矿柱回采技术指标

矿柱回收单项工程主要技术指标见表1。

表1 矿柱回收单项工程主要技术指标

5.2 经济效益

矿柱回收系统新增工程项目主要有基建工程费用195.55万元和安全环保费用等共247.29万元。研究范围保有储量为12.3万t，采出矿量为9.2万t。正常年产量为4万t，则其服务年限为3 a，基建期为0.5 a。采矿单位成本为56.46元/t，单位总成本为86.46元/t，正常总成本费用为351.04万元/a。项目总销售收入为3 956万元,总利润额为2 806.41 万元，项目投入产出比为0.063，经济效益较好。

6 结 论

小包山铁矿长期以来采用房柱采矿法开采，残矿量较大，安全回收困难。通过削坡、充填采矿区、浅孔爆破等技术措施，使得矿柱回采变得安全可行，有效回收矿石9.2万t，预计项目总销售收入为3 956 万元，总利润额为2 806.41万元，社会效益和经济效益显著，为本矿山可持续生产提供了技术支持，也为类似条件矿山残矿回收工程提供借鉴。

Design of the Residual Ore Recycling Scheme of Xiaobaoshan Iron Mine

Qiang Bin1Rui Bin1,2Gao Juan1

(1.Tibet Yulong Copper Mining Co., Ltd., Western Mining Group;2.School of Resources and Environmental Engineering, Wuhan University of Science and Technology)

The room and pillar mining method is used in Xiaobaoshan iron mine for a long time, which results in large quantity residual ore, so, the waste phenomenon of iron ore is serious. In order to save the iron ore resources and recycle the residual ore, the stopping scheme of the eastern ore-bodies is determined by analyzing the feasibility of stoping. The basic idea of the scheme is the drilling, blasting and ore transportation are conducted in the open air, the mined-out area can be filled effectively by using the rock caused by cutting slope; open-pit mining method is used to deal with the outcrop ore-bodies, while the mining of remaining ore-bodies can be conducted by using open-pit drilling and blasting method, the ores can be recycled by automobile transportation way in -50 m level. The results show that the ore can be recycled about 9.2×104t, the economic benefits is about 28.064 1 million yuan, the safety of recycling of the residual ore in Xiaobaoshan iron mine is realized, the social benefits and economical benefits are both obtained.

Residual ore recycling, Shallow hole drilling and blasting, Cut slope, Filling

2016-08-10)

强 斌(1989—)，男，助理工程师，854000 西藏自治区昌都市江达县青泥洞乡。