石人沟铁矿矿区开采方案的选择

石人沟铁矿矿区开采方案的选择

石仁沟采矿区于1975年7月竣工并开始生产。这是一家采购和开采公司。经过近30年的生产，露天开采完成，形成南北长2800米、东西宽230米的室外采矿坑，坑底高度15米。2001年7月转入地下开采,经过两期建设和开采,-60m以上矿体基本采完,现已转入第三期开采试生产。三期开采-60~-180m的矿体,开采条件有了很大的改变,需对开采方法进行讨论,选择合适的采选方法。1全矿开采及工程工况该矿为铁硅质沉积建造变质铁矿床,通称“鞍山式”铁矿。矿石自然类型为石英岩型磁铁矿。矿体内夹层为黑云角闪斜长片麻岩、含铁斜长片麻岩、磁铁石英岩及中基性岩脉。一般情况下,矿岩坚硬、稳固性好,南段受断裂带影响,矿岩稳固性相对北段差。三期工程开采矿体属多层、急倾斜矿床。矿区主要有5层矿,即M0、M1、M2、M3和M4矿体,呈南北向分布在花椒园北-2线至龙潭南30线间,全长约3600m。三期工程设计范围为5~30线,长约2700m。主要为M2矿体,次为M1、M3和M4矿体。M2矿体为主矿体,具有规模大,纵横变化较小之特点,分布在F10-28线南,全长3000m,斜深910m,厚9~40m,一般为15~20m,在18线深部明显变薄,为4~7m,倾向W,矿体倾角50°~70°。三期工程设计共利用矿石储量5483万t,占总保有储量24259万t的22.6%。2首采地段的选择矿床采用自上而下的开采顺序,先采上部中段,后采下部中段,中段内自下而上回采,先采下中段,后采上中段。由于矿体走向较长,沿矿体走向从中央副井向南北两端前进式回采,厚度方向自矿体上盘向下盘回采。首采地段的选择取决于基建开拓工程的布置原则:(1)储量可靠,品位较好;(2)开采条件相对简单;(3)基建工程量小、能够早日出矿。根据矿山目前的施工进度,北段9~12线穿脉已经完成,可以较早出矿,所以首采地段选择在-180m中段、北段9~12线。该地段储量大部分达到333类型,级别较高,较为可靠。3矿岩树型充填采矿法三期工程最初设计崩落法开采,由于矿山尾矿库库容已满,地表移动范围大,超出原征地范围,露天坑汇水面积大,井下防排水要求高,后改为充填法开采。充填采矿法有分层充填和嗣后充填,分层充填采矿法适用于矿岩,尤其是矿体破碎、稳固性差的情况,嗣后充填适用于矿岩条件较好的情况。石人沟铁矿属于急倾斜、多层矿体,具有岩石夹层多,矿体和夹层厚度变化大的特点,嗣后充填法可以选择浅孔留矿法和分段空场法,并按矿体厚度分为:矿体厚度小于6m采用浅孔留矿法,厚度大于6m采用分段空场法。选用分段空场嗣后充填法当岩石夹层厚度小于8m时,夹层与矿体混合开采;当夹层厚度大于8m时,夹层与矿体分采。分层充填法当夹石厚度小于3m时,夹层与矿体混合开采;当夹层厚度大于3m时,夹层与矿体分采,生产时可以根据矿体厚度和矿岩稳固性情况调整。3.1分段采空调区分层充填法应用于北段矿岩稳固性较差的矿床开采。(1)结构参数。矿块沿走向连续布置,长度100m,矿块划分4个矿房,一步骤回采、二步骤回采各2个矿房,交替布置。一步骤回采矿房宽度20m,二步骤回采矿房宽度30m,底柱高度8m,不留顶柱和间柱。矿块走向方向分两步骤回采,一步骤回采采用1∶8尾砂胶结充填,二步骤回采采用尾砂充填。第一个矿房分层采用1∶4胶结充填,必要时可以回收底柱。(2)采准切割。一个中段内划分8个分段,分别与斜坡道连通,分段高度15m,每个分段划分4个分层。由于留底柱,第一个分段回采高度为14.5m,每个分层高度为3.625m,第2~8分段的分层高度3.75m。(3)回采。(1)回采顺序,采准工程布置在下盘,矿房内从矿体下盘向上盘前进式回采;(2)采用凿岩台车钻凿,孔深3.7m,孔径43~45mm水平孔,每个循环进尺3.2m,凿岩效率60m/(台·班);(3)采用导爆管起爆,硝氨粒状炸药爆破,装药车装药,装药车型号为Charmec6135XCR;(4)采场通风,新鲜风流由采区斜坡道或进风天井进入分段巷道,再由分段巷道经分段联络道进入采场,污风经回风充填天井回到上中段回风巷道;(5)每次崩落的矿石由TO-RO400E型4m3电动铲运机运出,卸入溜井内;(6)采场充填,矿房回采结束后,分层(段)联络道挑顶(创造下一循环的联络道,挑顶高度为2.8m)和加高顺路人行泄水井,挑顶的废石用铲运机运搬到矿房充填。挑顶完成后,分层联络道口用木板打好隔墙,隔墙上留泄水检查孔。顺路人行泄水井直径1.5m,采用组合钢筒加高形成,每节钢筒高度与分层高度一致,即3.75m,由3mm钢板卷制而成,在筒身上留泄水孔,使用时现场焊接,用麻布包裹1~2层,便于泄水、挡砂。胶结充填养护达到要求强度后,进入下一轮采充循环;尾砂充填无需养护,充填结束后即可进行进入下一轮采充循环。分层充填法采准切割布置见图1,分层充填法主要技术经济指标见表1。3.2分段采矿,分段开采分段空场嗣后充填法适用于矿岩稳固、矿体厚度大于6m地段。(1)结构参数。矿块沿走向连续布置,长度100m,矿块划分4个矿房,一步骤回采、二步骤回采各2个矿房,交替布置。一步骤回采矿房宽度20m,二步骤回采矿房宽度为30m。底柱高度15m,不留顶柱和间柱。矿块走向方向分两步骤回采,一步骤回采采用1∶8尾砂胶结充填,二步骤回采采用尾砂充填。(2)采准切割。一个中段内划分8个分段,分别与斜坡道连通,分段高度15m,其中第一个留下作为底柱。中段范围内有7条分段平巷,第一条和第四条分段平巷为出矿平巷并兼作凿岩平巷,其余为凿岩平巷。(3)回采。(1)回采顺序:采准工程布置在下盘,从矿体上盘向下盘回采;(2)凿岩:采用Simba253型单臂凿岩台车凿上向扇形中深孔,炮孔直径80mm,炮孔排距1.5~2m,前倾角80°~90°,边孔角45°~60°,孔底距3~4m,钻机效率90m/(台·班),7万m/(台·a),炮孔爆破量16t/m时,台年爆破量100万t;(3)采用Charmec6135XCR型装药车装药,铵油和2#岩石散装炸药,非电起爆系统双路起爆,一次爆破1~2排孔,爆破用药量400~800kg/次;(4)采用1台TORO400E型4m3电动铲运机出矿;(5)采场通风:新鲜风流从中段运输平巷进入斜坡道、分段平巷以及分段联络道,污风由通风井排出至上中段运输平巷。(4)采场充填。矿房下部三个分段回采结束后,每个分段联络道砌筑充填挡墙,并留好泄水检查孔,充填管由充填回风天井下放到第四个分段平巷、分段联络道,向矿房内充填。胶结充填养护达到要求强度后,才能进行下阶段采充循环;尾砂充填无需养护,充填结束后即可进行进入副中段采充循环。分段空场嗣后充填法采准、切割布置见图2,主要技术经济指标见表2。3.3拉底采场工作面当矿体厚度小于6m时,采用浅孔留矿法回采。(1)采场结构参数。采场沿走向布置,长度100m,宽度为矿体厚度,间柱宽度8m,顶柱高度3m,底柱高度6m,采用平底结构,铲运机进路出矿,进路间距9~19m。(2)采准切割布置。为了减少废石掘进量,运输平巷布置在矿体内,抬高6m布置出矿巷道;人行天井布置在间柱内,上下与中段运输平巷相通;作为行人、通风和材料上下的通道,并在垂直高度上每隔6m掘进联络道与采场相通;拉底巷道位于采场底部,作为向上回采的自由面。(3)回采。(1)在拉底平巷内逆倾斜向上推进,采用YT-27型凿岩机打上向倾斜炮眼,炮眼孔径ue78838~40mm,孔深1.8~2.0m,成梅花型或之字型布置,眼距0.8~1.0m,也可采用水平炮眼崩矿;(2)采用2#乳胶炸药,导爆管雷管起爆;(3)出矿分局部放矿和大量放矿两个阶段,每次爆破落矿以后,用2m3铲运机放出崩落矿量的30%左右,使回采工作面保持1.8~2m高的作业空间,当矿块全部采完以后,最终集中放出所有存留矿石;(4)采场通风,采场工作面利用中段运输平巷和人行天井通风,新鲜风流由中段运输平巷经人行天井进入采场工作面,污风由另一侧的天井排出;(5)采场充填,由于浅孔留矿法所占比例不大,回采后形成的空区规模不大,为了减少充填挡墙砌筑量,矿体走向长度方向的下部副中段全部回采后一次性嗣后充填。采准、切割工程布置见图3,技术经济指标见表3。4尾砂充填法的经济效益(1)经过生产能力论证,崩落法改为充填法,能够达到原设计200万t/a的生产规模;(2)矿山采用充填法,不改变三期工程的开拓、运输系统、通风系统,对采掘设备不作大的改变;(3)石人沟铁矿采用尾砂充填法及尾矿过滤处理,虽然加大了生产成本,但避免了移动范围征地和尾矿库建设,社会效益和环境效益可观;(4)-60m以上空区采用灰砂比1∶8胶结充填,在保证充填质量的情况下,能够有