海南鐵礦掛幫礦體誘導冒落法安全開采技術研究

王春賢+李海英+曾永春++張歡

摘 要：在露天轉地下過渡期，海南鐵礦的掛幫礦體與坑底礦分別用地下與露天同時開采，根據礦巖的穩定性以及與露天協同開采的要求，掛幫礦體實施了誘導冒落法高效開采方案，并解決了誘導工程的安全回采以及冒落礦石的合理回收等技術問題，取得了良好的實施效果。

關鍵詞：掛幫礦 誘導冒落法 安全開采

中圖分類號：TD8 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0056-02

海南鐵礦屬于沉積變質礦床，礦體似層狀產出，向斜構造，軸部厚度較大，兩翼變薄。礦石為赤鐵富礦，頂底板圍巖主要為白云巖、透輝石透閃石灰巖等，礦巖一般中等穩定到穩定，局部不穩定。礦體主要賦存標高在100～-100 m之間，原設計露天開采到0 m水平之后轉入地下開采，后經優化，露天坑底向下延續開采到-76 m水平，由此增大了掛幫礦量，并延長了掛幫礦體地下開采與坑底礦體露天同時開采的時間，從而對掛幫礦安全開采提出了更高的要求。針對掛幫礦體條件以及與露天協同開采的要求，海南礦業股份有限公司與東北大學合作，研究出應用誘導冒落法開采掛幫礦的技術方案，同時研究了誘導工程的安全回采技術以及冒落礦石的合理回收技術，較好地解決了掛幫礦高效開采與露天地下同時生產的安全問題，取得了顯著的技術經濟效果。

1 誘導工程及其安全回采技術

海南鐵礦的掛幫礦體賦存于+110 m之下，設計由0 m中段開采，采用無底柱分段崩落法，分段高度15 m、進路間距18 m，中段生產能力140萬t/a。后經研究，改用誘導冒落開采方案，主體誘導冒落工程設置在60 m水平，其上礦巖利用60 m分段回采形成的連續采空區誘導冒落，冒落礦石在45 m與30 m分段回采時逐步放出，冒落巖石留于采場，為下面分段的回采需要形成覆蓋巖層（圖1）。

在圖1所示的采場結構中，作為主體誘導工程的60 m分段，要求在回采過程中促使上部礦巖全部冒落，而且這些冒落的礦巖全部落入采空區內，以免影響露天采場的正常生產。為實現這一功能，60 m分段須滿足如下三方面要求：其一、采空區跨度遠大于上部礦巖的持續冒落跨度，以保障上部礦巖如期充分冒落；其二、回采進路的回采順序，不僅要滿足上部礦巖合理冒落順序的要求，以避免在冒落過程中發生礦巖摻雜，而且要滿足露天邊坡巖移控制的要求，使采空區冒透地表時形成的塌陷坑，能夠控制邊坡巖移的方向，使四周巖移均指向塌陷坑內；其三、采空區的高度，需保證地表塌陷坑的體積足以容納邊坡巖移散體，保障移入塌陷坑內的巖移散體全部存留于塌陷坑內，而不向露天采場滑落。

60 m分段采準工程的布置形式如圖2所示，為便于形成合理采空區形狀，沿露天邊坡方向布置回采進路，并將切割巷道布置在礦體的中部。該分段的回采跨度約125 m，根據現場實測的礦巖力學參數分析計算得出，上部礦巖的持續冒落跨度約為40～60 m[1]。可見回采跨度遠大于上覆礦巖的持續冒落跨度，由此保證上覆礦巖可充分冒落。

在圖2中，利用回采跨度大的有利條件，可以在較大的范圍內選擇首采部位，為保證上部礦巖合理冒落與控制巖移方向，經過研究確定，首先回采5#～7#進路，采用從切割巷道向兩側退采的回采順序，以使采空區快速達到持續冒落跨度。

根據圖1幾何關系計算得出，圖2誘導工程的合理崩礦高度（從巷道底板算起）為19 m。同時由現場爆破漏斗試驗得出，爆破礦石的合理炸藥單耗為0.34 kg/t。取炮排間距1.8 m，利用SimbaH1254型液壓鑿巖臺車鉆鑿Φ85 mm的炮孔，每排布置8個炮孔。

回采誘導工程的主要目的是安全誘導上覆礦巖自然冒落，為下分段高強度開采創造條件。為加快回采速度與保障回采安全，采取了兩項措施，一是從切割巷兩側同時退采，二是限制每一步距的出礦量。取崩礦步距1.8 m，每次爆破一排炮孔，采用斗容4.0 m3電動鏟運機出礦，起初每一步距出礦到端部口微敞空為止，至上部礦巖大量冒落使端部口出不空后，按崩礦量控制每一步距的放出量。

+60 m分段于2014年5月開始回采，截止2014年6月底，回采跨度已經達到30 m，超過了上覆礦石的臨界冒落跨度，采空區中部頂板礦石發生了自然冒落，從進路端部口的流動狀態可以看出，冒落礦石的流動性較好。在此條件下，為減少圍巖崩落量和加快上覆礦巖的冒落速度，進一步調整了誘導工程的回采方式與回采順序，將切割槽南部礦體中出露的一條橫貫東西方向、厚度10～12 m的夾層，留于采場不進行回采。本著經濟、可靠與高效開采的原則，采取不崩落該夾層、另開切割槽回采后面礦體的技術措施，由此形成以該夾層為界的南北兩個采區。南側采區的跨度較小，上覆礦巖利用+60 m與45 m兩個分段的回采空區誘導冒落；北側采區的跨度大，按均勻擴展等價圓面積的方式[1]，按四個區依次擴展采空區，如圖3所示。其中1區為誘導礦石持續冒落區，2區為誘導上覆巖層冒落區，3區為誘導上覆巖層持續冒落區，4區為強化誘導區。在1區回采完成后，方能進入2區回采，依此類推。根據礦巖持續冒落跨度值推測，在3區回采后，采空區的冒落高度即可通達地表。

2 冒落礦量的接收技術

誘導冒落的礦石，需要在其下分段的回采過程中加以回收。在圖1采場結構中，在+60 m分段誘導工程的下部，布置了45 m、30 m與15 m三個接收分段，其中45 m分段主要接收北側較大采區的誘導冒落礦量；30 m分段主要接收南側較小采區的誘導冒落礦量。一般誘導工程采出的礦石量不足正常回采進路的1/3，而主要接收分段的采出礦石量，一般超過崩礦量的幾倍。由于礦石層高度大，主要接收分段為高強度回采分段。為增大基建礦山的前期生產能力，需要盡可能提前回采主要接收分段。在海南鐵礦條件下，45 m分段南側采區可滯后60 m分段5～8個步距開始回采，北側采區在上部礦石充分冒落之后便可投入回采。

海南鐵礦掛幫礦量的開采條件見圖4，不同步距誘導冒落的礦石層高度差異很大，此時主要接收分段（45 m與30 m分段）的放礦管理方法，可根據冒落礦石的流動性而靈活調整。如果冒落礦石的大塊含量較大、流動性較差，主要接收分段應采取削高峰放礦，即每一步距均按上方冒落礦石層的高度控制步距放礦量，以保持礦巖接觸面均緩慢下降。如果冒落礦石的流動性較好，則可放寬對步距出礦量的限制，對其下有接收條件的出礦步距，出礦到在端部口見覆蓋層廢石為止；對其下沒有接收條件的出礦步距，一直放礦到截止品位。endprint