大青沟铁矿浅埋缓倾斜矿体安全开采方法研究

郑建明

（吉林化工学院信息与控制工程学院，吉林吉林 132022）

0 引言

矿山开采对于环境的影响较大，尤其是露天开采对地表会造成不可逆转的破坏，露天开采直接对地形地貌造成巨大破坏。地下开采可以最大坑内减小对地表的破坏性影响，但不同采矿方法其影响也有区别，如充填法开采对地表的破坏就比较小，几乎不会对地表造成影响；采用空场法开采时，尤其是对采空区不进行充填处理时，势必对地表造成影响，一般情况下会造成岩石移动，开采厚大矿体时还可能造成塌陷，尤其是缓倾斜的厚大矿体。采用崩落法开采时，就一定会造成地表塌陷，其对地貌的破坏性不亚于露天开采。

为此，对于近地表矿体而言，除了要考虑未来对于环境的影响，还需要考虑如何实现安全开采。

1 矿床特征

大青沟铁矿共发现三条矿体，均为磁铁矿体。其中Ⅰ号矿体规模最大，Ⅰ-1和Ⅱ号矿体规模很小，矿体地表控制长度为320m，矿体深部控制长度为430m，控制斜深35～50m，矿体的规模属于小型（沿走向长度小于500m）。矿体控制最低标高为996m，最高标高为1105.5m。总体走向近北西方向，矿体形态为似层状。矿体有分枝复合现象。矿体均向南西倾斜，倾向225°～295°，倾角在32°～40°之间变化，最大为51°。矿体厚度在0.83～7.21m之间变化，平均厚度为4.48m，厚度变化系数为Vm=60.4%，在矿体形态复杂程度方面属于厚度变化中等（Vm=50%～100%）。矿床平均品位为29.02%，最高品位为34.35%，最低品位为20.15%，品位变化系数（单样计算）Vc=11.9%，有用组份分布达到均匀程度（Vc＜50%）。估算资源/储量（122b+333）为433.24千t。

Ⅰ-1号矿体控制及推断长130m，矿体倾向延深较小，推断斜深23m，产状基本同Ⅰ号矿体。TFe平均品位为32.03%。估算333资源量为17.09千t。

Ⅱ号矿体由地表单工程控制，推断矿体长100m，推断矿体倾斜延深50m。单槽控制厚度1.93m。TFe平均品位在27.15%～32.8%之间变化，平均品位30.92%。走向为北西，倾向南西245°左右，倾角36°，矿体为似层状。估算333资源量为18.27千t。

2 开发方案简述

设计为地下开采，开采标高为1080～996m，经过评审备案的I号矿体。根据采矿许可证生产规模、矿床赋存条件和开采技术条件，矿山建设规模为6×104t/a，矿山服务年限为6.2年，最终产品为铁矿石。开采方式为地下开采，采矿方法为留矿全面法和干式充填法。

矿床采用斜坡道开拓，中段选用无轨汽车运输矿岩石，机械抽出式通风，对角式通风系统。

斜坡道位于矿区东南侧，坑口标高1060m，净断面9.86m2，斜坡道内直线段每隔30～50m设躲避硐，曲线段每隔10～15m设躲避硐，躲避硐规格1m×1m×1.9m。回风平硐硐口标高1080m，净断面5.44m2。

坑内运输设备选用UQ-8矿用卡车，线路曲线半径为20m（卡车最小转弯半径8m），矿石、废石运至地表后，在坑口堆场临时堆存。

采用循环烟气焙烧的方法，可以提高钼铼的收率，也提高产品质量，还可以获得高浓度的SO2烟气直接送去制硫酸，这是可以解释清楚的。例如这一炉辉钼矿需要5次循环烟气焙烧才能完成，那么前4次获得的SO2烟气都是高浓度的，只有最后一次才是低浓度的SO2烟气，这5次烟气混合起来肯定可以用于制硫酸。如果是2～3台以上的焙烧炉，错开作业，通过混合罐调节，就可以连续用于制硫酸。所以采用循环烟气焙烧钼精矿，是提高产品质量、提高钼铼回收率约100%、还可以用自己的焙烧烟气制硫酸的很好方案。

中段划分为1080m、1060m、1030m和996m四个中段，其中1080m为回风中段，风机设置于1080m平硐内。

采用机械排水，在996m中段斜坡道联络道附近分别设水仓和泵站，水仓容积为200m3，坑内涌水排至斜坡道1060m中段分岔处的高位水池。

3 开采顺序合理性分析

设计矿床自上而下分中段开采，中段内采用自远而近后退式开采。多中段作业时，上中段作业面应位于下中段作业面错动界限20m外。

新鲜风流由斜坡道进入，经过生产中段运输巷道→矿块运人行通风天井进入采场，污风由另一侧矿块人行天井进入上中段回风巷道，经过端部回风井→回风平硐，排至地表。在中段运输巷道端部设调节风门，即可调节生产中段的入风量，另通过在合适位置设置普通风门，可以保证新风和污风不会混流。结合目前省内金属非金属矿山的开拓方式及回采方式进行类比分析，设计开采顺序合理可靠，能够满足安全生产的需要。

4 采场支护方式及支护参数

采场一般不需支护，对局部不稳固地段，可采用锚杆或锚网支护，以确保采场（凿岩巷）稳固与安全。由于工程地质岩组为软质岩-坚硬岩薄层状结构，岩体结构稳定性较差，矿山实际生产时根据采场顶板稳固程度进行支护。选用的分段空场法矿块内自上而下开采，顶板不稳固时，回采分层（段）结束后及时对顶板进行锚杆或锚网支护。

5 回采工艺

5.1 留矿全面法

主要有下盘脉外运输巷道、穿脉巷道，矿块天井（上山）、联络道、切割平巷、漏斗、装矿巷道等。设计矿块沿矿体走向布置，在水平距矿体下盘6～8m远处，掘进脉外运输巷道。每隔40～50m从脉外运输巷道向矿体打穿脉巷道，穿脉超出矿体上盘2m为宜。在矿房两侧间柱内沿矿体下盘掘进矿块天井（上山），断面尺寸1.8m×1.5m，与上中段连通。在间柱中每隔3m掘进一条长约2m，断面尺寸1.8m×1.5m的联络道连通采场。沿脉外运输巷道每隔6～8m设装矿巷道及漏斗。

回采工作从切割平巷开始，在矿堆上凿岩自下而上推进，每个矿块采用1台YSP-45型凿岩机浅孔落矿，炮孔呈“之”型布置，孔深1.8～2.0m，排距0.6～0.8m，孔距0.8～1.0m，爆破采用2#岩石乳化炸药，毫秒导爆管雷管起爆。采场内采用人工平场，电耙扒矿，矿石经漏斗下溜至装矿巷道，然后由扒渣机装入矿用卡车。每次放出矿量，要保证下一采矿作业循环安全操作所需高度，高度不大于2m。随回采工作面推进电耙向上部联络道内上移。矿房回采结束后利用电耙进行大量放矿，随矿堆高度的下降下移电耙。

留设矿柱不予回收，空区进行嗣后充填，并封闭处理。

5.2 干式充填法

当矿体品位较高时，矿块底部采用钢筋混凝土假底，钢筋网主筋采用直径16mm的螺纹钢，副筋采用直径12mm的螺纹钢，钢筋网度为200mm×200mm，与锚杆焊接。混凝土浇筑厚度一般不小于500～800mm，矿体厚度大时，应适当加厚，同时钢筋网加层。锚杆锚固端，应打入坚硬岩层内，并根据拉力试验测得的数据，调整锚杆锚固深度。钢筋混凝土假底垂直矿体方向，根据矿体上、下盘围岩稳固情况，嵌入矿体上、下盘围岩内500～1000mm。做假底之前，在底部铺500mm以上碎石爆破缓冲垫层。

在矿体下盘10m外掘进脉外运输巷道，一般不支护、不稳固区段采用喷混凝土或钢支架支护。在脉外运输巷道内，每隔40～50m，垂直矿体走向掘进穿脉巷道控制矿体，穿脉巷道穿过矿体1m左右为宜，一般不支护、不稳固区段采用锚杆或锚网支护。在穿脉巷道内，靠近矿体掘进人行通风天井，与上中段穿脉巷道连接。另在脉外运输巷道，每隔10～15m布置1条进路与矿体连通，其中靠近矿房两侧的进路作装矿进路，位于中间的进路作为下中段充填进路。在装矿进路端部，设溜矿井与矿体顶板根部连接，溜井可根据采用矿体厚度（矿石量大小），设置一条或两条，设置一条时与上部充填井错开5m以上，溜矿井全部采用采用钢结构，用厚3mm钢板围成，钢溜井直径800mm。在每个溜井底部设有木漏斗。另在拉底空间中部掘进下盘充填井与上中段充填进路连接。当矿体倾角较小时，在拉底空间中部向下盘掘进充填联络道使充填井倾角达到50°，然后与上中段充填进路连接。

切割工程包括切割平巷，在采场天井矿房底部掘进一条切割平巷与溜矿井相通，利用溜矿井出矿，将底部扩大至矿房边界，拉底结束后，在拉底巷道上铺一层废胶垫。

回采工作包括凿岩、爆破、通风、撬顶、出矿、充填及平场等工序。回采工作切割平巷开始，自下而上分层回采，由采场一侧向另一侧推进。设计分层高度1.8～2m，采用YSP-45凿岩机浅孔落矿，炮孔呈“之”型或梅花形布置，排间距为0.6～0.8m，孔间距0.8～1.0m。

由于矿石较破碎，设计采场采用光面爆破，2#岩石乳化炸药，人工装药，毫秒导崩落矿石块度大于350mm视为大块，在采场内二次爆破破碎。在落矿前，为减少矿石损失、贫化，在废石上铺一层废胶垫。

回采与充填工作交替进行，每采完一层矿石由溜井全部放出，清理后即可进行充填工作。充填料来自坑内所产废石，充填后作业面净高保持安全的作业空间。

矿山在生产中，应根据围岩稳固情况适当调整矿房结构参数，发现顶板或两帮不稳固时，可采用临时木柱（或钢柱）支护，以保证采场作业人员不受冒顶片帮威胁。

矿房顶、底、间柱均不予回收，连接空区的巷道必须全部采用浆砌石或浆砌砖封闭处理并留设泄水孔，处理完毕的空区及撤柱后的巷道严禁人员进入，可以有效控制岩移及地压，安全性好，对后续开采无影响。

6 结论

（1）采用的采矿方法能够满足矿山生产规模要求。

（2）采用的嗣后充填与干式充填工艺满足安全生产与地表岩移控制要求。

（3）为类似矿山提供了借鉴。