石人沟铁矿露天转地下三期基建工程的设计与实践

石人沟铁矿露天转地下三期基建工程的设计与实践

该项目于2004年8月开始，并于2005年10月完成。项目最初设计的采矿方法是无底柱分段崩落法,基建过程中,由于受国家环保政策调整,采场陷落区内涉及张庄子36户村民搬迁,以及尾矿库库容量不足等多种因素的影响,委托中钢集团马鞍山矿山研究院对石人沟铁矿露天转地下三期基建工程项目重新进行了可研和初步设计,推荐的采矿方法是分段凿岩阶段出矿的嗣后充填法,并在地面增建了充填系统。设计范围为-60～-300m中段,设计规模为年产原矿200万t,年产铁精矿69.93万t,采出矿石品位TFe26.7%,精矿品位TFe68%。按公司要求和工程的实际进展情况,主体工程预计到2010底结束,并陆续转入工程结尾和初步投产阶段。以8～12线为首采矿段的首采矿块的采切工程已开始施工,并计划到2011年3月底结束,2011年采出矿石30万t以上。为此,需尽早考虑三期地下开采初期各方面可能出现的问题。实现井下生产的安全顺畅高效,确保过渡期产量的相对平稳,实现矿山的顺利投产、达产。1由于工业开始时存在问题1.1未方面的问题(1)已探明非法采空区的存在,没得到及时有效的处理,致使安全隐患大大增加,通风系统几遭破坏,井下风流非常混乱。据辽宁省冶金地质勘查局四○一队2010年1月提交的《石人沟铁矿非法采矿采空区勘查报告》显示,查明的非法采空区有35个,而且这些采空区标高各异,大小不等,形状复杂多样。为此,需对已查明的非法采空区进行针对性的治理,消除其隐患。(2)未探明采空区的安全隐患。在三期-180m水平的水仓部位施工过程中,发现此处渗水,据此推测在其下面有断层,或破碎带,或采空区,但其具体走向、大小以及是否与其他部位贯通等情况尚未查明。(3)三期投产后主体生产设备的操作人员均是新招录的年轻工人,整体上还属于不安全群体,必须对他们进行岗位再培训。(4)三期投产后主要采矿方法是中深孔落矿,该法工艺复杂、技术要求高,管理要求严格,炸药量大大增加,给安全和民爆物品的管理均提出了诸多新要求,必须建立相应的管理制度和考核办法。1.2采矿条件的适应性三期地下开采使用分段凿岩阶段出矿的嗣后充填法,但矿体的赋存条件非常复杂,不仅在断层、破碎、褶皱以及岩石侵入等地质构造方面变化多,在矿体厚度、倾角等方面也变化频繁,因此要求采矿方法的多样性与之相适应。所以在三期投产初期,必须在加强生产地质勘探工作,弄清矿体实际的赋存条件,进而选用与矿体赋存条件相适应的采矿方法。设计除了推荐分段凿岩阶段出矿的嗣后充填法之外,还需要研究、论证潜孔留矿法嗣后充填法等。1.3优化爆破方案由于石人沟铁矿采矿方法的多样性,必然导致了爆破技术的多样性。实践证明,即使是在同一种采矿方法和一定的爆破技术下,通过不断地对爆破方案优化,不仅可以改善爆破效果,而且可以降低炸药单耗,降低开采成本。另外,中深孔爆破技术虽然经过北区22#矿房的实验,取得了一些实践经验,但大面积的推广应用,在该矿仍属首次,有必要继续加以深入的研究。另外,不同的爆破方法对爆破过程安全管理的要求是不同的,特别是对矿柱回采爆破方案进行设计和施工时,更有必要结合每个矿柱的具体情况制定采矿方法和爆破施工方案。1.4采空区阶段的参数优化对于石人沟铁矿来讲,充填采矿法是一种新的采矿方式,针对该矿实际,解决以下三个问题尤为重要:(1)对矿山岩石力学或地压的研究,如采空区状态下应力的测试与研究和开采岩体节理裂隙的变化趋势,采空区岩石稳定性分析和采场结构参数优化,巷道支护及地压监测,以及地表沉降的移动与观测等;(2)充填工艺参数的制定与优化,如充填料浆制备浓度、流量及配比的准确及稳定,料浆的顺利输送,充填站较完善的自控系统,以对充填系统各运行参数的检测和调节等;(3)胶结充填后脱水技术问题的研究,脱水质量不仅直接影响充填质量,还影响到下步骤回采能否顺利进行。1.5矿柱的充填回收主要是一、二期-60m中段开采后形成的采空区的间柱、顶住和底柱。矿柱矿量约占一二期总地质储量的20%,达200万t以上,这部分矿量必须要进行回收。因此,需进行采矿区地质调查、围岩应力分布的研究、岩层节理的变化趋势研究与预测等。1.6断裂多且破碎严重矿山经过几十年的露天开采,特别是近10a的地下开采,地质条件相当复杂,主要表现在不仅矿体厚度、倾角等变化多端,而且断层多且破碎严重。事实上,一、二期由于生产地质工程严重滞后,严重影响了一、二期生产任务的顺利完成和整体服务年限,特别是一期南区的地质条件更是复杂,其服务年限几乎减少了一半。因此,三期工程地质勘探,必须对此给予高度重视,从总体上把握三期全区的地质情况和首采矿块较为详细的矿体赋存条件,尽力消除、避免由于忽视工程地质工作而造成的严重损失。1.7矿柱回收的规划三期与一、二期相互关系是涉及到技术层、管理层,安全等多层面的技术难题和安全保障、生产能力、通风系统、充填方案的选择等诸多决策性重要问题。比如一、二期最终服务年限的确定,矿柱回收的回采强度,一、二期与三期同时生产时的通风系统的相互干扰问题,以及三期生产能力的提升等。特别是三期-60m水平回风巷的建设速度,三期回风巷的空间位置与一、二期主运输巷之间相互关系问题,必须进行综合的考虑,否则对一、二、三期的生产、安全、通风等一系列关键环节都将造成极大地负面影响。2做好生产技术问题2011年初,矿山地下开采三期工程的主体工程将基本结束,在三