張冬冬 王 靖 鄭海峰3
(1.哈密博倫礦業(yè)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(chǎn)資源高效循環(huán)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(xiàn)已形成年采鐵礦石140萬t、年產(chǎn)鐵精粉40萬t的生產(chǎn)能力,是西北地區(qū)鐵精粉主要生產(chǎn)和供應基地。白山泉鐵礦二采區(qū)已開拓4個中段,最低開采標高為1 590 m,二采區(qū)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(zhuǎn)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(yōu)化,提高礦山生產(chǎn)效率,確保礦山安全生產(chǎn)。
礦山二采區(qū)+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%。
礦體上盤圍巖為綠泥陽起石片巖,下盤圍巖以結(jié)晶灰為主,上、下盤圍巖硬度系數(shù)f=7~8,礦石硬度系數(shù)f=8~10,上下盤圍巖及礦體為中等穩(wěn)固。
礦山原采用潛孔留礦法,當?shù)V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?shù)V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(lián)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(nèi)向上掘進脈內(nèi)切割天井,并與上中段平巷或地表貫通,天井內(nèi)設人行梯。沿天井垂直方向每隔5 m向兩側(cè)掘進聯(lián)絡道,采場兩端聯(lián)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(lián)絡道與兩邊礦房依次貫通?;夭勺鳂I(yè)的全過程中,須確保采場兩側(cè)的聯(lián)絡道有2個以上隨時保持暢通,以滿足作業(yè)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(lián)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(chǎn)能力小,單個礦塊生產(chǎn)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。
礦山優(yōu)化后的采礦方法為下向平行深孔階段空場法。根據(jù)前期試驗、結(jié)合同類型礦山的開采經(jīng)驗[2],優(yōu)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(nèi)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(jié)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。
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(nèi)掘進出礦進路形成底部出礦結(jié)構(gòu)。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(wěn)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。
先在礦房底部形成拉底巷道,在拉底巷道內(nèi),選擇在礦體最厚大處施工切割天井;在拉底巷道內(nèi),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(jié)構(gòu)[2]。采場爆破時,則利用采場內(nèi)形成的垂直切割天井為自由面進行側(cè)向崩礦。為確保側(cè)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(jié)構(gòu)為塹溝式,采用雙側(cè)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。
中段回采順序為自上而下,采場內(nèi)每次向空區(qū)(切割槽)內(nèi)爆2~3排孔,中段內(nèi)的采場回采順序根據(jù)生產(chǎn)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??椎撞捎盟喽驴兹?,孔口要求3~5 m的炮泥堵塞[5-6]。
硐室內(nèi)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(nèi),炮孔和拉底空間相通,以利于通風和排水。
崩落礦石落至底部塹溝內(nèi),采用WJ-2型2 m3柴油鏟運機雙側(cè)出礦進路出礦,利用鏟運機將礦石運輸至8-1#溜井,經(jīng)運輸中段礦車運至卸載站,通過主井提升系統(tǒng)提升至地表。
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(nèi)側(cè)的出礦進路與空區(qū)保持通暢,施工的大孔保持為通孔,以起到回風作用。
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(yōu)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(qū)頂板下直接作業(yè),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(tǒng)計,現(xiàn)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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(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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(yōu)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(zhì)條件賦存礦體中大力推廣。