分段凿岩阶段矿房采矿法在乌吐布拉克铁矿中的改进和应用

分段凿岩阶段矿房采矿法在乌吐布拉克铁矿中的改进和应用钟福生1（厦门紫金工程设计有限公司，福建厦门，邮编：361006）摘要：乌吐布拉克铁矿床属急倾斜中厚的低品位矿体，矿山分段凿岩阶段矿房法回采矿体，矿石回采率为65%，经济效益不高。针对该矿体的赋存条件和特点，决定对现有采矿法的结构参数进行改进，增加矿柱回收工艺，并开展了采矿方法工业试验。工业试验表明，改进后的采矿方法其采切比为42.4m³/kt，矿石回采率从原有的75%提高至85%，明显改善了主要技术经济指标，并提高了采场生产能力。关键词：分段凿岩阶段矿房法矿柱回收采切比回采率中图分类号：TD853文献标识码：AModificationandApplicationofSublevelDrillingandStageStopinginWutublakeIronMineZhongFu-sheng(XiamenZijinProjectDesignCo.,Ltd.,Xiamen361006,China)Abstract:TheoredepositofWutublakeIronMinebelongstosteeplydipping,mediumthick,andlow-gradeorebodies.Astheminingmethodusedtobesubleveldrillingandstagestoping,therateofrecoveryistoolowtorecovereconomically.Regardingthecharacteristicsofoccurrenceconditions,thedecisionwasmadetoimprovethestructuralparametersoftheexistingmethodandaddapillarrecoveryprocesstothemodifiedmethod.Thenewminingmethodiscarriedoutasanindustrialtest,itindicatesthattheratioofextraction-to-cutis42.4m³/kt,andrecoveryrateincreasedto85%from75%.Itshowsthatthemaintechno-economicindexesincludingproductioncapacityhasbeenimprovedsignificantly.Keywords:subleveldrillingandstagestoping，recoveryoforepillars，ratioofextraction-to-cut，rateofrecovery0引言新疆乌吐布拉克铁矿位于阿尔泰山脉中部西南边缘山前地带，其开拓提升系统为主、副井和斜坡道联合开拓，矿石经胶带斜井和主井提升出地表，废石主要由斜坡道运出地表。矿山设计生产规模150万t/a，实际生产能力为120万t/a。矿体多为中厚急倾斜矿体，主要采用分段凿岩阶段矿房采矿法回采矿体，由于矿柱回收困难，矿块实际回采率仅为75%。加之矿石品位较低，材料、人工成本不断攀升，矿山运营并不理想。为了提高矿石回收率，增大采场生产能力，需要对目前的采矿方法进行改进，在满足矿山设计生产能力的同时，提高回采率。1.矿体特征与矿岩力学参数矿区主矿体产状主要为不规则似层状。矿体倾角一般呈65°~75°；矿体厚度为8.0～20m，平均15m，属中厚至厚的急倾斜低品位矿体。矿石平均密度3.98t/m3，岩石平均密度2.92t/m3，矿岩松散系数1.6～1.9。矿岩多为块状结构，风化程度不高，稳定性好，其主要岩石力学参数见表1。矿区内有较多的小规模破碎带，一般为0.6～3.5m，多为块状及碎块状，未发现大断裂带。自地表到深部，岩体完整程度逐渐增大，除部分构造破碎带外，岩体完整程度较高。该矿的工程地质条件良好。2.采矿方法矿山采用分段凿岩阶段矿房法回采矿体。该采矿法安全性好，适合采用高效回采设备[1-2]，目前采场实际生产能力最高可达468t/d。根据矿山现场实测数据，由于矿柱较难回收，该法的矿石的回采率仅为65%。为提高回采率，矿方决定对分段凿岩阶段矿房法进行改造，并增加矿柱回收环节。作者简介：钟福生（1986—），男，福建龙岩人，助理工程师，主要从事采矿工艺研究.E-mail:[e-mail]表1岩石力学参数岩石名称体重(t/m3)抗压强度/MPa抗剪强度(Mpa)坚固性系数松散系数岩石等级垂直水平矿石3.98145.40110.0112.2～3.07～131.7～1.9I～III围岩2.92125.60103.209.4～6.76.0～101.6～1.8I～VI2.1采场结构参数如图1所示，矿块高即为阶段高度50m，在阶段高度上分3个分段（上两个分段高均为15m，最下部分段高12m）。矿块顶柱高8m。矿块沿走向布置时[3]，矿房长50m，间柱长8m；矿块宽为矿体水平厚度。2.2采切工程采准工程主要有穿脉运输巷、出矿沿脉运输平巷、装矿进路、人行天井、分段凿岩平巷。每隔50m布置一条穿脉运输巷（即一个矿块长度）。受开拓系统布置因素的影响，出矿沿脉运输巷布置在矿体上盘，并尽量款靠近矿体，同时还须与穿脉运输巷联通，构成环形运输回路。人行天井布置在间柱中央并靠近矿体下盘。人行天井掘进完成后，在人行天井内的每隔一个分段高度位置，掘进分段凿岩平巷，构成人行及通风的主要通道[4-5]。由于在采切过程中，无轨设备难以进入凿岩平巷内，因此凿岩平巷的掘进出渣主要依靠电耙。与此同时，自出矿沿脉运输平巷内每隔12m以45°角向矿体下盘方向掘进装矿进路，装矿进路与矿房最下分段凿岩平巷联通[6]。切割工程有拉底、切割天井掘进。切割槽虽属于切采工序，但计算时归于回采中。切割天井布置于矿房中央，切割天井上端（矿块顶柱内）作为回风小井，与上中段沿脉运输平巷联通。在矿房最下分段凿岩平巷中掘进扇形炮孔，爆破出矿后形成V形堑沟。根据采切工程布置及各采切巷道、硐室的断面规格，可计算标准矿块采切比，见表2.表2采切工程量计算表所属工程项目名称数目断面规格掘进断面长度/m工程量/m3(条/组)(m)(m2)岩石中矿石中岩石矿石采准工程穿脉运输平巷13.9×3.813.622615354.12204.3沿脉运输平巷13.8×3.211.49500574.50人行天井12.0×2.040520208分段凿岩平巷22.8×2.87.4301000743装矿进路43.8×3.211.490640735.4溜井联络道13.8×3.211.494045.960采场溜井1Φ3.07.07520367.640振动给矿机硐室1————4000切割工程切割天井12.0×3.060520312切割槽1—417.602.501044装矿拉底巷道12.8×2.87.430500371.5合计采切比：42.1m3/kt，4.24m/kt总长467.5m工程总量5360.4m33回采工艺3.1采场凿岩采场凿岩爆破的参数主要取决于矿体及围岩的工程地质条件，单次爆破所担负的爆破面积，其次为爆破施工时所采用的钻孔设备，炸药类型等[7]。采场凿岩和爆破的原始条件如表3所示。图1分段凿岩阶段矿房法在分段凿岩平巷中用YGZ-90钻机钻凿孔径φ70mm的上向扇形中深孔。根据矿体赋存条件及炮孔参数绘制的炮孔布置图[8]，计算的每米炮孔崩矿量约为8t/m（铁矿石密度较大，在同等条件下，其每米崩矿量一般比其他类型的矿石大）。表3脉内凿岩巷道掘进的原始条件项目名称数量单次爆破所担负的矿体面积262.8m2（棱形）岩层性质f=7-13；整体坚固涌水少量凿岩设备YGZ-90；孔径φ70mm；炸药品种和规格粒状铵油炸药装药形式BQF-100装药器起爆器材非电毫秒雷管，导爆管，导爆索3.2采场爆破回采前，将切割天井沿矿体全断面拉开，为回采提供足够的自由面。拉槽工序完成后开始钻凿回采中深孔，其凿岩爆破参数见表4。表4采场凿岩爆破参数排距/m孔底距/m孔口距/m炮孔排面角崩矿步距/m炮孔孔径/mm一次崩面积/m21.61.8-2.20.6~0.985°3.280262.8单次爆破崩矿量/t单排炮孔总长/m单排炮孔堵塞总长/m线装药密度(kg/m)单次爆破药量/kg一次爆破炸药单耗(kg/t)每米炮孔崩矿量(t/m)250615623.55.011328.70.538t/m装药用2台BQF-100装药器充装粒状铵油炸药。非电毫秒导爆管孔底起爆，同排同段，各排分段加导爆管并联网络一次性起爆[9]。自矿房中央向两侧自上而下后退式回采，由内向外每次爆2排孔，多分段同时侧向崩矿，上下形成倒梯段工作面。1-阶段运输平巷2-沿脉运输平巷3-装矿拉底巷道4-分段凿岩平巷5-穿脉运输平巷6-装矿进路7-人行天井联络道8-采场溜井9-溜井联络道10-振动给矿机硐室11-人行天井12-切割天井13-回风小井14-矿块间柱15-矿房顶柱16-矿房底柱17-扇形炮孔18-崩落矿石3.2矿柱回收工艺从图1及表2中可以看出，矿柱所含矿量占整个矿块的35.3%。实际回采过程中，由于矿柱回收困难，整个矿块回采率不足75%。为解决这一问题，决定对矿柱实施分步回收的方案[10]。首先，回收本中段的矿房顶柱和间柱和上中段底柱，在本中段底柱的保护下出矿；待本中段矿房、顶柱、间柱、及上中段底柱回收完毕后，再对本中段底柱矿体进行凿岩爆破。具体步骤如下：顶柱回收：在不影响矿房回采的同时，在人行天井与顶柱相交区域掘进顶柱凿岩硐室，并钻凿水平平行深孔；在矿房回采快结束时，爆破顶柱，和矿房矿石一起落入V形堑沟内，在底柱的保护下进行出矿[8]。间柱回收：在人行天井联络道内钻凿垂直扇形深孔，利用微差爆破，待顶柱炮孔爆破后再爆间柱。底柱回收（上中段）：上中段矿块回采邻近结束时，在上中段底柱内的出矿巷道内钻凿上向扇形深孔，并装药连线。待本中段矿块采切完成后再进行爆破。这样，上中段底柱矿石就可以和本中段的顶住、间柱矿石一起落入V形堑沟内，在底柱的保护下进行出矿。矿柱回采率计算见表5。表5矿房、矿柱回采计算表（单位:万t）计算项目顶柱底柱间柱矿房合计工业矿量2.401.81.79.115.0采切工程量切割天井53.5500258.45312切割槽00010441044装矿拉底巷道0371.500371.5穿脉运输平巷0204.300204.3人行天井3601720208分段凿岩平巷00119624743装矿进路0735.400735.4合计89.61311.2291.01926.5—采切副产矿石0.040.520.120.771.45采切后剩余矿量2.361.31.68.313.6矿柱回采矿石1.580.761.017.9111.27矿柱回采+采切副产矿石1.621.291.138.6812.72回采率矿柱回采率68.47%95.42%85%4.主要技术经济指标根据采用的采场结构参数和凿岩爆破参数，及矿山目前使用的采掘装运设备所计算的主要技术经济指标如表6所示。现场工业试验表明，在采场内的YGZ-90凿岩台效可达35m/台班，铲运机出矿工效为260t/台班。矿山工作制度为330d/年，3班/d，8h/班。采场内设备的工时利用率约为60%，则采场综合生产能力为468t/d，根据矿山可布置的同时生产采场数不少于10个来估算，该分段凿岩阶段矿房法可以满足150万t/a的生产规模。表6主要技术经济指标序号技术经济指标数值1矿块工业矿量(万t)15.02矿房工业矿量(万t)9.13矿柱工业矿量(万t)5.94矿房回采矿石量(万t)8.335采切副产矿石(万t)1.456矿柱回采矿石量(万t)2.977矿块回采矿石量(万t)12.758矿柱回采率(万t)68.5%9矿块回采率(%)85%10矿石贫化率(%)14%11掘进工程量(m3)5360.412采切比(m3/kt)42.15.结论分段凿岩阶段矿房法具有回采强度大，劳动生产率高，采矿成本低，回采作业安全等明显优