西石门铁矿南区深部矿体开采方案研究

张建威

（安徽开发矿业有限公司，安徽 六安 237462）

1 概况

西石门铁矿是五矿邯邢矿业有限公司的主要生产单位，南二采区年产矿石40万吨，产量占西石门铁矿产量的三分之一以上。目前0m中段已基本回采完毕，即将对-40m中段进行回采，该段矿体位于西石门铁矿Fe1矿体背斜窿起底部，矿体属典型矽卡岩型磁铁矿，严格受接触带控制，矿体形态复杂，纵横均有波状起伏，呈不对称背斜构造，矿体底板为闪长岩，节理裂隙发育，局部有蚀变现象，稳固性差；顶板为灰岩，稳固性一般。

随着开采分层向深部延伸，矿体民采破坏现象严重，部分采场内矿石或被采出，或已塌落，而富矿石未被盗采的采场，矿岩破碎难以回采，这些矿体形成了残缺破损与破碎矿体。

2 无底柱分段崩落法结构参数优化

无底柱分段崩落法结构参数如图1 所示，包括分段高度（H）、进路间路（B）、步距（L）、进路尺寸（b×h）和崩矿边壁角（α）等。一般情况下，对矿石回收指标影响较大者为H、B和L，这里所述的结构参数就是指这三者H、B和L。

图1 无底柱分段崩落法结构参数与残留矿石堆

确定结构参数的步骤：

（1）根据中深孔凿岩设备和矿体条件确定分段高度。

（2）纯矿石放出体高度一般取2H。

（3）根据放出体试验绘制偏心率曲线, 由偏心率曲线图上找出和纯矿石放出体高度相对应的纵轴与横轴的偏心率值，据此计算纵轴（c）与横轴（b）。纯矿石放出体排列如图2所示。

（4）放矿步距（Lf）按与最大纯矿石放出体与端部矿岩界面相切条件确定（图2），即Lf= bcosθ+ asinθ。

图2 最大纯矿石放出体排列和放矿步距的确定方法

通过对上述结构参数H、B和L的分析，并结合-40中段矿体的实际赋存条件，确定将分段高度（H）由10m提高至13m；进路间距由10m增大至12m；歩距（L）由1.5m增大至1.6m。

增大结构参数优点为：

（1）减少采准工程量。增大分段高度使-40中段-23m分层采场布置由4个减少为3个；增大进路间距使采场的进路布置由40条进路减少为32条进路。降低采准工程量35%以上。

（2）增大每次爆破崩矿量。增大歩距减少中深孔施工量8%左右，增加了每次爆破的崩矿量，减少爆破作业次数，充分发挥铲运机设备的出矿能力。

（3）能减少矿石损失贫化产生次数和放矿过程中矿岩接触面积，有利于降低矿石损失贫化。

3 无底柱分段崩落法与堑沟平底结构相结合

由于-40中段矿体分为两部分，一部分倾角为10°~30°的缓倾斜矿体，一部分倾角为30°~55°的倾斜矿体。针对这种矿体无论用无底柱分段崩落法还是堑沟平底结构都会造成矿石损失较大，或采准掘进过多的问题。

3.1 缓倾斜矿体采用无底柱分段崩落法

通过对倾角为10°~30°的缓倾斜矿体分析研究，决定采用无底柱崩落法，能较为合理的发挥其特点，取得最大经济效益（图3）。

图3 缓倾斜矿体典型无底柱崩落法剖面图

图4 缓倾斜矿体典型堑沟法剖面图

如布置堑沟巷回收这部分矿体，则至少要布置3个以上的堑沟巷，增加了采准工程量，增大开采的损失率，造成不必要的浪费（图4）；且根据南区深部矿体的围岩特性及实际经验，在岩石与矽卡岩、矽卡岩与矿石的交界部位，顶板松散易碎，施工堑沟巷有较大困难，且巷道维护成本投入较高[4]。

3.2 倾斜矿体采用堑沟平底结构崩落法

通过对倾角为30°~55°的倾斜矿体分析研究，决定采用堑沟平底结构采矿法（图5），针对此类倾角的矿体来说选用堑沟平底结构采矿法相对无底柱分段崩落法（图6）有以下几个优点：

（1）降低了30%左右采准掘进工程量。

（2）巷道布置在稳固的围岩中，减少了U型拱架支护。

（3）在传统无底柱分段崩落法中，为后排爆破空间考虑而需崩落上部岩石，堑沟结构中深孔施工只需控制矿体轮廓即可。降低了贫化和损失率。

图5 倾斜矿体典型无底柱崩落法剖面图

图6 倾斜矿体典型堑沟平底结构法剖面图

（4）堑沟巷与上分层进路垂直布置，出矿巷与上分层进路菱形布置。便于处理上分层隔墙，使上下采空区联络起来，超过悬顶矿石与顶板围岩的临界冒落跨度，使上分层进路悬顶和两帮矿石自然冒落，然后通过出矿巷出矿。

4 实施跨分层开采方案的采准、回采施工管理

实现跨分层开采必须在采准、回采的施工中进行严格过程管理，来确保达到安全、可靠的要求。针对不同的回采形式制定完善的管理模式。

4.1 跨分层开采堑沟平底结构法采场的施工管理

依据南区-40中段跨分层开采采准设计，最下部-23m分层采场采准施工完毕后，按照1#-5#采场的顺序依次进行回采，在回采3#采场的同时，依次进行-10分层1#-5#采场的采准施工。

根据对西石门矿体岩性分析及长期回采经验，矿体顶板岩石破坏松胀系数（K）,根据经验取K＝1.15、矿体移动角为α=60°、塌陷角为β=65°。下部堑沟巷的回采不会对上部工程的采准施工造成影响。

4.2 跨分层开采无底柱分段崩落法采场的施工管理

依据南区-40中段跨分层开采采准设计，最下部-23分层采场采准施工完毕后，按照6#-10#采场的顺序依次进行回采，在回采8#采场的同时，依次进行-10分层6#-10#采场的采准施工。-23分层采场进路在回采完第Ⅰ阶段时，必须停止回采施工，等待-10分层采准、回采结束后，再回采完成第Ⅱ阶段。

4.3 跨分层开采安全技术要求

（1）-23分层回采采场必须与-10分层采准采场间隔一个采场（60米左右）以上的距离。

（2）堑沟平底结构采矿法跨分层开采，在-23分层回采完毕后必须定期对采场联巷情况进行观测，如发现异常情况，或较大位移变化，及时停止-10分层采场采准、回采施工。

（3）无底柱崩落法跨分层开采，在-23分层回采第Ⅰ阶段完毕后必须定期对采场联巷、进路情况进行观测，如发现异常情况，或较大位移变化，及时停止-10分层采场采准、回采施工。

（4）在上、下分层进行采准、回采爆破时必须通知附近人员撤离至安全地带。

4.4 实施跨分层开采方案的预期效果

通过在-40中段进行跨中段开采方案研究，预期在本中段会取得较好的回采效果，矿石回收率达到85%以上，且采准工程投入较单一设计方案减少35%采准工程投入，保证了矿产资源的最大限度回收，能获得较好的经济效益。

5 结束语

当前铁精矿价格持续低迷，针对西石门铁矿南区实际情况，在安全可靠、技术可行的前提下，对设计的结构参数、回采顺序进行了适当的革新。本着安全第一、经济合理的原则，以降低采准工程、提高采矿效益为目的，在-40中段采用无底柱分段崩落法与堑沟平底结构相结合的采矿方案，力求做到“对症下药”，成功解决复杂、多样地质条件下矿体回收的技术难题，为其它类似矿山提供了参考和借鉴。