90采矿方法

1采矿方法1.1矿床开采技术条件矿区内铁矿床总体呈带状，产于变质表壳岩之中。矿带走向近南北，原地表出露长度1530m，宽度50m～150m，经多年开采,现地表出露长度1380m,宽度70m～158m,矿带往北延至13线北，逐渐尖灭,矿带南端至14线南被响山岩体吞噬。矿区内矿带由东向西共分为四个矿体，编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。其中Ⅱ号矿体规模最大，由多层矿体交织组成。1）Ⅰ号矿体位于矿带东北部，分布于13线附近。呈透镜状产出，矿体走向北东34°，倾向南东，倾角75°。地表出露长度122m，矿体厚度2m～5m，地表厚度可达10m，平均厚度3.5m。矿体出露最高标高503m，在13线延深至454m标高尖灭，斜深49m。2）Ⅱ号矿体分布于11线北至14线南，全长1380m，基本包括了目前的主要矿带。该矿体由多层矿体组成，总体呈南宽北窄中间厚大的层状展布。共分为三个矿体，编号为Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3号，各分矿体特征分述如下：①Ⅱ-1号矿体位于矿带西侧，地表分布在0线北至4线南，矿体向北侧伏至7线北，全长674m。矿体赋存标高：最高515.9m（不包括采出部分），最低-43m（7线）。在0线标高-27m以下，矿体被花岗岩体吞噬，最大斜深543.85m（0线）。矿体最大厚度72.41m（2线），一般厚度20m左右，平均厚度26.63m，厚度变化系数19.11%，厚度变化不大。矿体产状：2线以南走向近南北，倾向西，局部直立。2线以北走向逐渐变为38°，倾向东，倾角逐渐变缓，一般70°～85°。②Ⅱ-2号矿体位于Ⅱ-1号矿体东侧2m～20m附近，分布在9线北至14线南，全长1340m，与Ⅱ-1号矿体平行产出。矿体赋存最高标高640m（14线），一般标高504m左右（不包括采出部分）；最低标高-82m（1线），最大斜深597m（1线）。矿体最大厚度63.65m（6线），一般厚度23m左右，平均厚度22.85m，厚度变化系数7.02%，厚度变化不大。矿体产状：2线以南走向近南北，倾向西，局部直立。2线以北走向逐渐变为38°，倾向东，倾角逐渐变缓，一般70°～85°。③Ⅱ-3号矿体位于Ⅱ-2号矿体东侧2m～30m附近，与Ⅱ-2号矿体平行产出。分布在11线北至14线南，全长1380m。矿体赋存最高标高630m（14线），一般在504m左右（不包括采出部分），最低标高-56m（3线），最大斜深582m（3线）。矿体最大厚度45.77m（0线），一般厚度16m左右，平均厚度16.33m，厚度变化系数69.99%，厚度变化较大。矿体产状：2线以南走向近南北，倾向西，局部直立。2线以北，走向逐渐变为38°，倾向东，倾角逐渐变缓，一般70°～85°。3）Ⅲ号矿体位于Ⅱ号矿体的西侧，分布于0线北至2线南，呈透镜状产出，全部长度200m。矿体赋存最高标高505m（0线），一般504m左右（不包括采出部分），最低标高350m（2线），在350m以下逐渐尖灭，最大斜深157m（2线）。矿体最大厚度8.21m，平均厚度6.64m，厚度变化系数54%，厚度变化不大。矿体产状：走向27°，倾向西，倾角87°。4）Ⅳ号矿体位于Ⅲ号矿体的西侧，分布于0线两侧，呈透镜状产出，全部长度106m。矿体赋存最高标高505m（0线）（不包括采出部分），最大斜深74.5m（0线），432m标高以下逐渐尖灭。矿体最大厚度14.50m，最小厚度2m，平均厚度7.77m，厚度变化系数84%，厚度变化较大。矿体产状：走向27°，倾向西，倾角87°矿区内构造不发育，以块状岩类为主，沟谷内分布有较薄的第四纪松散岩类，由砂、砾石夹亚粘土组成，其厚度为0m～5m。7线以北地表存在变质岩类的强风化带，分别属于散体结构和碎裂结构，但风化深度均小于50m。矿体与围岩岩石致密坚硬，稳定性良好。F1、F2断层破碎带和片理化挤压带属于散体结构，稳定性较差。区内岩石、矿石抗压、抗剪、抗拉强度大，属于坚硬岩类。岩石坚硬，稳定性好。1.2采矿方法选择根据庙沟铁矿露天开采境界以外的矿体的赋存条件，采矿方法选择要考虑以下几个问题：1）地下开采规模较大、开采年下降速度较快，矿石品位较低，所以选择的采矿方法必须为矿块生产能力大、生产成本低；2）采矿方法工艺简单，容易掌握。地下开采各采矿方法类别间的差别主要是地压管理中的回采空区处理方法不同，按地压管理将采矿方法分为三类，分别为空场法、崩落法、充填法。上述三类采矿方法中，空场法和崩落法都是采用崩落围岩的方法处理采空区。崩落法中的无底柱分段崩落法采矿安全性好，灵活性大，作业好组织、机械化程度高，可采用大型现代化采矿设备，生产能力大，劳动效率高，开采成本低。因此，无底柱分段崩落法在国内外的矿山中得到了广泛的应用。空场法中主要有分段空场法、阶段矿房法（或深孔阶段矿房法即VCR法）。空场法分两步骤回采，先回采矿房，后回采矿柱，不仅回采工序多，而且由于矿柱所占矿量较大（一般占阶段矿量的30%～40%），矿柱回收也较困难，导致生产工艺相对无底柱分段法复杂，生产能力也比无底柱分段崩落法低。因此如在空场法和崩落法中进行选择，庙沟铁矿适合的采矿方法为无底柱分段崩落法。充填法采用充填的方法处理采空区，其采矿成本较高，因此以往主要在矿石价值较高的有色金属矿山和贵金属矿山有少量应用，在矿石价值较低的黑色金属矿山应用较少。近年来影响采用充填法开采的因素发生了如下的变化：a、随着科学技术的发展，充填成本在不断下降。b、铁矿石的价格也有了较大幅度的上涨。目前采用充填法采矿的铁矿山，其由于矿石回采率增加和贫化率降低所产生的经济效益已足以抵销其充填成本。c、国家对耕地的保护、环境保护、安全生产的要求越来越高。因此目前采用充填法开采的铁矿山不断增加，迫使其选用充填法采矿的原因有为保护地表耕地、有为解决尾矿库占地、有为降低井下涌水、当然也有为保护地表村庄及其它建筑的。因上述原因采用充填采矿法的矿山有司家营铁矿、石人沟铁矿。庙沟现有尾矿库剩余库容约700×104m3，仅可继续服务10年左右。重建尾矿库的选址比较困难，需征用大量土地。因此对于本矿山来讲，采用充填采矿法将尾矿充填于井下，减少尾矿库库容、节省尾矿库投资，也是一个可行的方案。现将庙沟铁矿采用无底柱分段崩落法开采和采用充填法开采两个方案进行技术经济比较。1.2.1充填采矿法及充填系统充填采矿法：采用充填采矿时，开拓系统与无底柱分段崩落法相同，阶段高度仍为120m，采用大直径深孔的分段空场法。矿块参数适当扩大可降低采切比、提高铲运机采矿效率、降低生产成本。按本矿区矿岩稳固、允许暴露面积1200m2，确定矿块长×宽=40m×30m或50m×25m。穿脉巷道间距100m。出矿采用6m3铲运机，铲运机生产能力为60×104t/台年。回采采用两步法隔一采一，为节省充填成本，第一步矿块回采之后进行尾矿胶结充填，充填完毕后凝固时间不少于28天，充填体强度达到2MPa后进行相邻采场的回采，回采后采用全尾砂充填。1)充填采矿法矿山年产量的验证设计采矿方法为分段空场开采嗣后充填法，对矿山可能达到的生产规模进行如下验证。（1）按可布矿块数计算矿山生产能力矿块参数为：中段高度120m，凿岩分段高度60m，矿块宽度20m，矿块长度100m，出矿采用6m3铲运机，铲运机生产能力为60×104t/台.a。生产能力采用如下计算公式：A=KNqE/((1-Z))式中：A—分段生产能力×104t/aK—矿块利用系数0.25N—可布矿块数q—铲运机出矿效率60×104t/aE—地质影响系数0.9Z—副产矿石率10%由于回采采用两步法隔一采一，第一步骤矿块回采之后进行尾矿胶结充填，充填完毕后凝固时间不少于28天，充填体强度达到2MPa后才能进行相邻采场的回采。并且由于中段高度较高，第二步骤矿块采用全尾砂充填时，为了降低充填料浆对相邻矿块的侧压力，一般采用多个矿块交替充填，因此矿块利用系数较低。参考分段空场法矿块利用系数，开采条件中等一般为0.25～0.35；开采条件较差时为0.23～0.25。根据确定的矿块参数及各中段矿体平面图，确定可布矿块数，分别按利用系数0.20、0.23计算生产能力如下表：分段生产能力计算表表1中段（m）可布矿块数生产能力（104t/a）K=0.23K=0.224022303.626412018248.4216012165.6144（2）按矿山开采年下降速度验证生产能力国内采用充填法开采年下降速度最大的矿山为红透山铜矿，该矿山的矿体走向长度330m～450m，矿体厚度3m～35m，矿体倾角70°～85°，矿体及围岩均稳固。采用2m3铲运机出矿的机械化分层充填采矿法和阶段空场嗣后充填采矿法，实际年下降速度31m。其他矿山的年下降速度均较小，一般为10m～12m。本次验证按年下降速度20m进行验证。计算公式为：A=V×Q×α×E/h/（1-β）式中：A—年产量，×104t/a；V—年下降速度，m/a；Q—中段可采储量，×104t；α—矿石回采率，90%；β—废石混入率，15%；h—中段高度；E—地质影响系数，取0.9。经验证各中段生产能力见年下降速度验证表2。年下降速度验证表表2中段中段高度(m)中段可采矿量(×104t)地质影响系数规模240m中段1201694.890.9242.2696120m中段1201767.920.9252.70860m中段120840.30650.9120.1144三个中段平均36043,03.10.9205.0308根据可布矿块数计算和年下降速度验证，确定采用充填法开采时，矿山生产规模为200×104t/a。2）充填系统设计（1）开采顺序及首采中段目前国内外采用充填法开采的矿山主要从安全性好和回采率高等方面考虑，一般采用从下向上开采顺序。因此推荐本矿山采用从下向上开采顺序，首采中段为0m中段。（2）充填方式设计采用：“两步法”开采，第一步骤矿块胶结充填，第二步骤矿块全尾砂充填。两种矿块结构参数一致，考虑局部矿体厚度较小，并且矿体之间有一个较厚的岩石夹层，初步统计第一步骤矿块和第二步骤矿块的比值约为4:5，因此胶结充填的比例为45%，全尾充填的比例55%。（3）充填材料选择本矿山采用充填法采矿的目的主要为减少尾矿库，因此充填骨料应尽量采用本矿山选矿厂尾矿，尾矿粒度为-200占60%～70%，平均粒径0.2mm，粒度中等偏粗。胶结材料为普通硅酸盐32.5#水泥。另外，目前部分充填法矿山采用“胶固粉”作为胶结材料。据调查“胶固粉”比较适合粒度较细的尾矿，用量与水泥相当，充填体强度与采用水泥时相当或略高。但“胶固粉”的售价比水泥略低（外购），若自建“胶固粉”加工厂，胶固粉成本约为水泥售价的60%～70%。充填成本中胶结材料费用占70%左右，若自建“胶固粉”加工厂可大幅降低充填成本。（4）充填工艺尾砂胶结充填在国内外应用越来越广泛，从分级尾砂充填发展到全尾砂充填，从低浓度尾砂充填发展到高浓度尾砂充填，以及近年来的膏体充填技术。高浓度全尾砂结构流胶结充填以略高于尾砂最大沉降浓度的浓度，降低了充填料浆输送阻力，可进行自流或以自流为主部分泵送，充填料浆进入采场后基本不脱水、不离析。高浓度全尾砂结构流胶结充填克服了低浓度尾砂胶结充填强度低和膏体充填料浆输送困难的缺点，吸收了其优点，提高了充填质量，降低了运营成本。目前已在南京铅锌银矿、草楼铁矿、诺普铁矿、山东张马屯铁矿等矿山相继使用，效果良好。因此，推荐采用全尾砂-水泥为充填材料的高浓度全尾砂结构流胶结充填，充填料浆的质量浓度暂定为70%。（5）充填体强度本矿山中段高度120m，充填体高度约100m，暴露面积约5000m2，应取较高的强度值。建议通过充填试验确定，暂按2MPa设计。（6）充填材料配比全尾充填时材料配比为（1m3料浆）：全尾砂1311.8kg，水598.2kg，底部约10m掺加少量水泥，按灰沙比1:8，每m3料浆掺加水泥144.6kg。1.2.2充填系统设计地表充填系统主要由尾砂的浓缩、输送系统；水泥（或胶固粉）的储存、输送系统；充填料浆的制备与输送系统；供水、供风系统；充填站的检测与控制系统五部