西石門鐵礦南區深部礦體開采方案研究

張建威

（安徽開發礦業有限公司，安徽 六安 237462）

1 概況

西石門鐵礦是五礦邯邢礦業有限公司的主要生產單位，南二采區年產礦石40萬噸，產量占西石門鐵礦產量的三分之一以上。目前0m中段已基本回采完畢，即將對-40m中段進行回采，該段礦體位于西石門鐵礦Fe1礦體背斜窿起底部，礦體屬典型矽卡巖型磁鐵礦，嚴格受接觸帶控制，礦體形態復雜，縱橫均有波狀起伏，呈不對稱背斜構造，礦體底板為閃長巖，節理裂隙發育，局部有蝕變現象，穩固性差；頂板為灰巖，穩固性一般。

隨著開采分層向深部延伸，礦體民采破壞現象嚴重，部分采場內礦石或被采出，或已塌落，而富礦石未被盜采的采場，礦巖破碎難以回采，這些礦體形成了殘缺破損與破碎礦體。

2 無底柱分段崩落法結構參數優化

無底柱分段崩落法結構參數如圖1 所示，包括分段高度（H）、進路間路（B）、步距（L）、進路尺寸（b×h）和崩礦邊壁角（α）等。一般情況下，對礦石回收指標影響較大者為H、B和L，這里所述的結構參數就是指這三者H、B和L。

圖1 無底柱分段崩落法結構參數與殘留礦石堆

確定結構參數的步驟：

（1）根據中深孔鑿巖設備和礦體條件確定分段高度。

（2）純礦石放出體高度一般取2H。

（3）根據放出體試驗繪制偏心率曲線, 由偏心率曲線圖上找出和純礦石放出體高度相對應的縱軸與橫軸的偏心率值，據此計算縱軸（c）與橫軸（b）。純礦石放出體排列如圖2所示。

（4）放礦步距（Lf）按與最大純礦石放出體與端部礦巖界面相切條件確定（圖2），即Lf= bcosθ+ asinθ。

圖2 最大純礦石放出體排列和放礦步距的確定方法

通過對上述結構參數H、B和L的分析，并結合-40中段礦體的實際賦存條件，確定將分段高度（H）由10m提高至13m；進路間距由10m增大至12m；歩距（L）由1.5m增大至1.6m。

增大結構參數優點為：

（1）減少采準工程量。增大分段高度使-40中段-23m分層采場布置由4個減少為3個；增大進路間距使采場的進路布置由40條進路減少為32條進路。降低采準工程量35%以上。

（2）增大每次爆破崩礦量。增大歩距減少中深孔施工量8%左右，增加了每次爆破的崩礦量，減少爆破作業次數，充分發揮鏟運機設備的出礦能力。

（3）能減少礦石損失貧化產生次數和放礦過程中礦巖接觸面積，有利于降低礦石損失貧化。

3 無底柱分段崩落法與塹溝平底結構相結合

由于-40中段礦體分為兩部分，一部分傾角為10°~30°的緩傾斜礦體，一部分傾角為30°~55°的傾斜礦體。針對這種礦體無論用無底柱分段崩落法還是塹溝平底結構都會造成礦石損失較大，或采準掘進過多的問題。

3.1 緩傾斜礦體采用無底柱分段崩落法

通過對傾角為10°~30°的緩傾斜礦體分析研究，決定采用無底柱崩落法，能較為合理的發揮其特點，取得最大經濟效益（圖3）。

圖3 緩傾斜礦體典型無底柱崩落法剖面圖

圖4 緩傾斜礦體典型塹溝法剖面圖

如布置塹溝巷回收這部分礦體，則至少要布置3個以上的塹溝巷，增加了采準工程量，增大開采的損失率，造成不必要的浪費（圖4）；且根據南區深部礦體的圍巖特性及實際經驗，在巖石與矽卡巖、矽卡巖與礦石的交界部位，頂板松散易碎，施工塹溝巷有較大困難，且巷道維護成本投入較高[4]。

3.2 傾斜礦體采用塹溝平底結構崩落法

通過對傾角為30°~55°的傾斜礦體分析研究，決定采用塹溝平底結構采礦法（圖5），針對此類傾角的礦體來說選用塹溝平底結構采礦法相對無底柱分段崩落法（圖6）有以下幾個優點：

（1）降低了30%左右采準掘進工程量。

（2）巷道布置在穩固的圍巖中，減少了U型拱架支護。

（3）在傳統無底柱分段崩落法中，為后排爆破空間考慮而需崩落上部巖石，塹溝結構中深孔施工只需控制礦體輪廓即可。降低了貧化和損失率。

圖5 傾斜礦體典型無底柱崩落法剖面圖

圖6 傾斜礦體典型塹溝平底結構法剖面圖

（4）塹溝巷與上分層進路垂直布置，出礦巷與上分層進路菱形布置。便于處理上分層隔墻，使上下采空區聯絡起來，超過懸頂礦石與頂板圍巖的臨界冒落跨度，使上分層進路懸頂和兩幫礦石自然冒落，然后通過出礦巷出礦。

4 實施跨分層開采方案的采準、回采施工管理

實現跨分層開采必須在采準、回采的施工中進行嚴格過程管理，來確保達到安全、可靠的要求。針對不同的回采形式制定完善的管理模式。

4.1 跨分層開采塹溝平底結構法采場的施工管理

依據南區-40中段跨分層開采采準設計，最下部-23m分層采場采準施工完畢后，按照1#-5#采場的順序依次進行回采，在回采3#采場的同時，依次進行-10分層1#-5#采場的采準施工。

根據對西石門礦體巖性分析及長期回采經驗，礦體頂板巖石破壞松脹系數（K）,根據經驗取K＝1.15、礦體移動角為α=60°、塌陷角為β=65°。下部塹溝巷的回采不會對上部工程的采準施工造成影響。

4.2 跨分層開采無底柱分段崩落法采場的施工管理

依據南區-40中段跨分層開采采準設計，最下部-23分層采場采準施工完畢后，按照6#-10#采場的順序依次進行回采，在回采8#采場的同時，依次進行-10分層6#-10#采場的采準施工。-23分層采場進路在回采完第Ⅰ階段時，必須停止回采施工，等待-10分層采準、回采結束后，再回采完成第Ⅱ階段。

4.3 跨分層開采安全技術要求

（1）-23分層回采采場必須與-10分層采準采場間隔一個采場（60米左右）以上的距離。

（2）塹溝平底結構采礦法跨分層開采，在-23分層回采完畢后必須定期對采場聯巷情況進行觀測，如發現異常情況，或較大位移變化，及時停止-10分層采場采準、回采施工。

（3）無底柱崩落法跨分層開采，在-23分層回采第Ⅰ階段完畢后必須定期對采場聯巷、進路情況進行觀測，如發現異常情況，或較大位移變化，及時停止-10分層采場采準、回采施工。

（4）在上、下分層進行采準、回采爆破時必須通知附近人員撤離至安全地帶。

4.4 實施跨分層開采方案的預期效果

通過在-40中段進行跨中段開采方案研究，預期在本中段會取得較好的回采效果，礦石回收率達到85%以上，且采準工程投入較單一設計方案減少35%采準工程投入，保證了礦產資源的最大限度回收，能獲得較好的經濟效益。

5 結束語

當前鐵精礦價格持續低迷，針對西石門鐵礦南區實際情況，在安全可靠、技術可行的前提下，對設計的結構參數、回采順序進行了適當的革新。本著安全第一、經濟合理的原則，以降低采準工程、提高采礦效益為目的，在-40中段采用無底柱分段崩落法與塹溝平底結構相結合的采礦方案，力求做到“對癥下藥”，成功解決復雜、多樣地質條件下礦體回收的技術難題，為其它類似礦山提供了參考和借鑒。