白山泉鐵礦二采區采礦方法優化

張冬冬 王 靖 鄭海峰3

（1.哈密博倫礦業有限責任公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；3.華為金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司）

白山泉鐵礦位于新疆和甘肅交界以西，屬哈密市管轄。現已形成年采鐵礦石140萬t、年產鐵精粉40萬t的生產能力，是西北地區鐵精粉主要生產和供應基地。白山泉鐵礦二采區已開拓4個中段，最低開采標高為1 590 m，二采區出礦集中在二中段Fe8號礦體。

隨著淺部鐵礦資源減少，礦山開采逐步向深部礦體轉移。礦山原采用潛孔留礦法，工人暴露在頂板下鑿巖爆破，在高應力情況下開采，存在較大的安全隱患。同時，該方法還存在積壓礦石、機械化程度低、損失率、貧化率大問題。為適應礦山開采需要，亟需對采礦方法進行優化，提高礦山生產效率，確保礦山安全生產。

1 礦山概況

1.1 礦體特征

礦山二采區+1 710 m中段以下的礦體主要為Fe8號礦體，礦體走向長度為304 m，最小埋深為25 m，最大埋深為258 m，為極傾斜中厚礦體。礦體呈透鏡體狀，傾向為200°，傾角為72°，平均厚度為21 m，平均TFe品位為23.50%。

1.2 工程地質概況

礦體上盤圍巖為綠泥陽起石片巖，下盤圍巖以結晶灰為主，上、下盤圍巖硬度系數f=7～8，礦石硬度系數f=8～10，上下盤圍巖及礦體為中等穩固。

1.3 原采礦方法

礦山原采用潛孔留礦法，當礦體厚度小于12 m時，礦塊沿走向布置，礦塊沿走向長為40～50 m，寬度為礦體厚度，兩端設6 m間柱，底柱為5 m，頂柱為4 m；當礦體厚度大于12 m時，礦塊垂直走向布置，礦塊長為礦體厚，寬度為12 m。兩邊設6 m間柱，底柱為5 m，頂柱為4 m，礦房高為40 m。

潛孔留礦采礦法采切工程包括中段運輸巷道、切割天井、聯絡道、拉底巷道及漏斗等［1］。設計中段運輸巷道在礦體下盤沿脈掘進，然后在中段運輸巷道內向上掘進脈內切割天井，并與上中段平巷或地表貫通，天井內設人行梯。沿天井垂直方向每隔5 m向兩側掘進聯絡道，采場兩端聯絡道在高程上應錯開布置，隨著回采工作面的逐步提高，各聯絡道與兩邊礦房依次貫通。回采作業的全過程中，須確保采場兩側的聯絡道有2個以上隨時保持暢通，以滿足作業人員進出采場及通風需要。

在沿脈運輸巷道中，每隔5.0 m靠近礦體下盤掘進漏斗頸（斷面為1.8 m×1.8 m）至拉底平巷，相鄰漏斗辟漏形成拉底巷道，作為備采工作面，拉底巷道高度為2.5 m。設計石門和運輸巷道斷面為2.2 m×2.0 m，切割天井斷面為1.4 m×1.4 m，聯絡巷斷面為1.8 m×1.8 m。

原采礦方法主要有3個缺點：一是大部分礦石暫留礦房，積壓資金；二是礦房生產能力小，單個礦塊生產能力約80 t/d；三是鑿巖工人長期暴露在頂板之下，具有較大的安全隱患。

2 采礦方法優化

2.1 優化后采礦方法及采場結構參數

礦山優化后的采礦方法為下向平行深孔階段空場法。根據前期試驗、結合同類型礦山的開采經驗［2］，優化后的礦塊分垂直礦體走向和沿礦體走向2種方式布置，階段高度為50 m。對于礦體厚度大于20 m的礦體，礦塊垂直礦體走向布置，礦塊內劃分礦房和礦柱，礦房寬度為13 m，礦柱寬度為12 m，長度均為礦體厚度，待礦房回采結束后，礦柱間隔回收；礦體厚度小于20 m的礦體，礦塊沿走向布置，以礦塊長度為40～50 m布置礦房，寬度為礦體厚度，礦塊與礦塊之間留設10 m的間柱，礦塊間柱不回收。

2.2 采準工程布置

采準工作包括1 650 m水平鏟運機出礦進路、1 700 m水平鑿巖硐室和少量輔助工程。1 650 m中段主運輸巷道布置在下盤脈外，穿脈巷道穿透礦體，下盤主運輸巷道朝拉底巷道內掘進出礦進路形成底部出礦結構。頂部鑿巖硐室布置在1 700 m水平，鑿巖硐室的水平范圍超出礦體的邊界范圍0.5 m，同時為確保鑿巖硐室的穩定，在鑿巖硐室的水平寬度超過10 m時，要求中間留設2 m的條柱作為臨時支撐。

2.3 切割工程布置

先在礦房底部形成拉底巷道，在拉底巷道內，選擇在礦體最厚大處施工切割天井；在拉底巷道內，采用上向扇形中深孔利用已形成的切割天井為自由面，爆破形成塹溝式拉底空間和受礦結構［2］。采場爆破時，則利用采場內形成的垂直切割天井為自由面進行側向崩礦。為確保側向爆破崩礦順利進行，要求切割天井垂直，切割天井采用人工掘進施工形成。采場底部結構為塹溝式，采用雙側進路出礦，底柱高為13 m，頂柱高為8 m。標準礦塊采礦方法見圖1。

2.4 回采工藝

中段回采順序為自上而下，采場內每次向空區（切割槽）內爆2～3排孔，中段內的采場回采順序根據生產能力需要，自東端或東西兩端向中間逐個采場回采，先期回采礦房采場，后期回采礦柱。

上部礦體深孔鑿巖設備用大氣缸FYZ100型圓盤潛孔鉆，在1 700 m水平鑿巖礦房布置下向傾斜深孔，下部礦體中深孔鑿巖設備采用YGZ-90型鉆機配CJ-1900型圓盤導軌架［3-4］。深孔炮孔直徑為90 mm，孔深為35 m，孔距為3 m，排距為2.6 m。扇形中深孔孔徑為60 mm，孔底距為3 m，排距為2.2 m。孔底采用水泥堵孔塞，孔口要求3～5 m的炮泥堵塞［5-6］。

硐室內采用人工裝藥，選用礦山2號巖石炸藥，導爆管雷管引爆起爆藥包，起爆炸藥。成槽后每次爆破2～3排炮孔，一次性爆破全孔全階段礦石。鑿巖要求偏斜率控制在0.5 m以內，炮孔和拉底空間相通，以利于通風和排水。

2.5 出礦

崩落礦石落至底部塹溝內，采用WJ-2型2 m3柴油鏟運機雙側出礦進路出礦，利用鏟運機將礦石運輸至8-1#溜井，經運輸中段礦車運至卸載站，通過主井提升系統提升至地表。

2.6 通風

上部鑿巖硐室的新鮮風流自穿脈進入，排至回風巷；底部出礦巷道的通風采用局部強制通風，對于垂直走向布置的采場，要求靠內側的出礦進路與空區保持通暢，施工的大孔保持為通孔，以起到回風作用。

3 現場實踐結果

目前Fe8礦體1 710 m中段以下均采用下行平行深孔階段礦房法，取得了較好的成果，優化后的采礦方法出礦效率高，單個采場出礦能力為800 t/d，是原采礦方法的10倍，此外，由于人員不在空區頂板下直接作業，采礦的安全性也得到了極大提高。

表1為某中段設計工程量統計，現采礦方法采切比為16.07 m3/kt，原采礦方法采切比為43.25 m3/kt，采切工程降幅超過62.84%，工程投入費用大大減少。

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4 結論

（1）實踐證明，下向平行深孔階段空場法能夠較好地適應白山泉鐵礦，提高了礦山生產能力，減少了采切工程布置，對比原潛孔留礦法單個采場日生產能力提升10倍以上，采礦綜合成本由原來的60.33元/t降低至目前的32.89元/t，降幅超過45.48%，經濟效益顯著。

（2）下向平行深孔階段空場法具有采切工程少、安全、出礦能力大等優點，該采礦方法工藝簡單，機械化程度較高，安全可靠，可在類似地質條件賦存礦體中大力推廣。