和睦山鐵礦最終水平開采技術研究

朱文龍 李國平

（安徽馬鋼礦業資源集團姑山礦業有限公司）

和睦山鐵礦后和睦山礦段應用無底柱崩落與誘導冒落相結合的采礦方法［1-4］，目前已回采至-275，-287.5 m分段，采準工作已基本施工完畢。由于后和睦山礦段自-250 m分段以下東、西端部礦體逐漸萎縮，上盤礦體傾角逐漸增大且中間礦體紅礦增多，礦體的賦存狀態更加復雜，對礦石回采有一定影響。特別是-300 m分段是最后一個回采分段，礦體位于和睦山鐵礦-300 m水平運輸大巷（實際標高-296 m）附近，最終水平的回采有一定難度。

針對后和睦山礦段最終水平的礦石回采，對-300 m分段礦體賦存狀態、地壓活動規律進行研究，確定合理的開采方案，確保開采工作安全高效。

1 礦體賦存狀況研究

和睦山鐵礦早期地質資料不夠充分，部分勘探數據無法準確反映后和睦山礦段礦體的變化情況。歸集、分析后和睦山礦段已采分段的回采情況與礦體賦存狀態［5-7］，在現有地質資料的基礎之上，結合實際回采情況，修正后和睦山礦段的勘探剖面圖（圖1）。

根據修正后的地質剖面圖，后和睦山礦段-250 m以下礦體的賦存狀況主要有以下幾個特點。

（1）后和睦山-250 m及其以下水平位于16~17勘探線，上盤局部礦體呈現凸出體形狀，增加了采準布置及礦石回采難度。

（2）根據17~18勘探線剖面圖，后和睦山-250 m及其以下水平上盤礦體傾角逐漸增大，且赤鐵礦侵入較多，導致中部可利用礦體逐漸縮小。目前已揭露最大礦體厚度為-250 m分段63 m，-262.5 m分段48 m，-275 m分段35 m，-287.5 m分段27 m。

（3）后和睦山-250 m以下東、西端部礦體逐漸尖滅，無法垂直礦體走向布置進路，極大程度降底端部礦體的礦石回收率。

綜合分析修正后的地質剖面圖，根據后和睦山礦段-250 m以下礦體的賦存特點，圈定-300 m分段礦體界限，為-300 m水平礦段開采提供指導。

2 上、下盤地壓分布規律研究

2.1 上盤地壓分布規律

后和睦山礦體頂板圍巖向上依次為周沖村組灰巖、泥灰巖、黃馬青組砂、頁巖。-250 m水平以下靠近上盤礦體逐漸過渡為赤鐵礦，近礦圍巖主要是閃長玢巖，遠礦圍巖主要是完整的閃長巖。根據和睦山鐵礦地質資料，上盤礦巖的物理力學性質見表1。

后和睦山礦段-250 m水平以下礦體傾角為50°~65°，屬傾斜礦體，隨著采深的不斷增加，上盤圍巖將呈現出一個倒三角形狀的楔形體［8-10］，簡化后其形態如圖2所示。

考慮后和睦山礦段已回采至-300 m水平，忽略上部采空區散體的支撐作用，楔形體作用于后和睦山最終水平上盤礦巖單位長度的附加力ΔT可表示為

式中，H為巷道頂板埋深，300 m；γ為上覆巖層容重，26.05 kN/m3；α為礦體上盤傾角，58°；λ為應力集中系數，0.1。

美國對相關國家進口伊朗石油的“豁免”變相解救了伊朗。美國國務卿蓬佩奧宣布，美國給予8個國家伊朗制裁豁免權，允許他們繼續進口伊朗石油。由此，伊朗在制裁期間的石油出口量預計能夠達到100萬桶/日。這樣的出口量于伊朗而言，把日子過下去是毫無問題的。

經計算，ΔT=73.26 MPa。在上述計算的附加力作用下，若后和睦山礦段-300 m分段上盤沿脈運輸巷道布置于近礦圍巖位置，巷道開挖之后都會發生變形，由于上盤礦體赤鐵礦與粉狀磁鐵礦界限無法明確圈定。且上盤運輸巷道需保留至該分段礦石回采結束，因此，上盤運輸巷道需在遠礦圍巖位置進行開拓。結合后和睦山礦段-200 m以上分段外脈巷道的變形狀況及施工經驗，上盤運輸巷道需布置于上盤礦體界限外5.0~8.0 m。

2.2 下盤地壓分布規律

后和睦山礦體底板圍巖依次為灰巖、大理巖、閃長巖，底板以下有一層半堅硬為主、少量軟弱的巖層，其厚度為5.83~6.2 m，該層以下即為新鮮、堅硬、完整的閃長巖，屬堅硬、穩定級。下盤近礦圍巖蝕變閃長玢巖，內含蒙脫石等黏土類礦物，遇水易崩解，遠礦圍巖主要是完整閃長巖。根據和睦山鐵礦地質資料，下盤礦巖的物理力學性質見表2。

?

后和睦山礦段深部沒有發現明顯的構造應力跡象，可認為開拓工程主要受重力場作用。以后和睦山礦段埋深300 m巷道為例，下盤圍巖主要為頁巖、灰巖，容重為28.1 kN/m3。在重力場作用下，巷道表層圍巖的受力狀態見圖3［11-12］。

頂板圍巖主要受到水平壓力T的作用，兩幫圍巖主要受到垂直壓力R的作用。根據力系平衡原理，可得關系式

整理得

式中，T為巷道頂板圍巖所受水平壓應力，kN/m2；R為巷道兩幫圍巖所受垂直壓應力，kN/m2；h為巷道高度，3.5 m；l為巷道寬度的一半，2.0 m；q為垂直壓應力，q=γH，其中，γ為上覆巖層容重，28.1 kN/m3；H為巷道頂板埋深，300 m。

經計算，R=16.86 MPa，T=4.82 MPa。

兩幫的垂直壓應力已經超過后和睦山礦段-300 m分段下盤近礦圍巖的平均抗壓強度，因此后和睦山礦段最終水平靠近下盤的沿脈巷道應布置在遠礦圍巖區域，結合回采經驗，下盤運輸巷道需布置于下盤礦體界限外8.0~12 m。

3 最終水平開采方案

后和睦山礦段最終水平采礦方法沿用無底柱分段崩落法［13-15］，階段高度為12.5 m，沿脈運輸巷道為4.0 m×3.5 m（寬×高）的三心拱形，回采進路為3.7 m×3.5 m（寬×高）的三心拱形，回采進路垂直礦體走向布置。采用無軌電動鏟運機進行出礦，經過格篩倒入主溜井。

根據后和睦山礦段-300 m分段礦體賦存狀況及上、下盤應力分布規律，制定后和睦山礦段-300 m分段采準設計及回采方案。

3.1 上盤運輸、下盤回采

結合上盤地壓分布規律分析結果，上盤運輸巷道需布置在遠礦圍巖區域，布置于上盤礦體界限外5~8 m處（圖4）。其他采準設施布置如下。

（1）采準巷道。由-287.5 m平巷掘進斜坡道至-300 m水平，然后通過3#回采進路掘進上盤運輸巷道，貫通進路后，由下盤往上盤退采。

（2）采區出礦。斜坡道開口處貫通1#主溜井，礦石由鏟運機運至主溜井，由振動放礦機放至-300 m礦車。

（3）采區通風。新鮮風流由13#進路與-300 m運輸巷道貫通處進入，循環采區后由斜坡道出去。

（4）采區排水。在13#進路與-300 m運輸巷道貫通處設置水倉，采區積水進入水倉，由水泵抽送至-300 m水溝。

3.2 下盤運輸、上盤回采

結合下盤地壓分布規律分析結果，下盤運輸巷道需布置在遠礦圍巖區域，即下盤礦體界限外8~12 m處（圖5）。其他采準設施布置如下。

（1）采準巷道。由-287.5 m平巷掘進斜坡道至-300 m水平，沿礦體外側10 m處掘進下盤運輸巷道，貫通進路后，由上盤往下盤退采。

（2）采區出礦。斜坡道開口處貫通1#主溜井，礦石由鏟運機運至主溜井，由振動放礦機放至-300 m礦車。

（3）采區通風。新鮮風流由13#進路與-300 m運輸巷道貫通處進入，循環采區后由斜坡道出去。

（4）采區排水。在13#進路與-300 m運輸巷道貫通處設置水倉，采區積水進入水倉，由水泵抽送至-300 m水溝。

3.3 方案選擇

針對以上2種開采方案，通過礦石回采、出礦、通風及排水等方面的對比分析，方案1上盤運輸巷道位于礦體附近，受楔形地壓影響，巷道穩定性較差且礦石難以充分回收。斜坡道與上盤運輸巷道由進路貫通，服務期限較長，后期維護困難。方案2中下盤運輸巷道布置在礦體外側10 m處，巷道穩固性相對較好。由于下盤礦石相對于上盤儲量較多，該方案由上盤往下盤退采，可較好地回收下盤礦石。

綜上所述，結合安全、經濟和技術等相關因素，最終確定下盤運輸、上盤回采作為后和睦山礦段最終水平的回采設計方案。

4 結語

針對后和睦山-250 m以下礦體賦存狀況較為復雜，以及-300 m水平礦體的回采難度較大的問題，通過修正后和睦山礦段勘探剖面圖，研究、分析后和睦山礦體上、下盤圍巖地壓的分布規律，確定下盤運輸、上盤回采的開采方案，極大程度地保障了后和睦山礦段最終水平礦石的安全高效回采，延長了后和睦山礦段的回采期限。