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上向进路充填采矿法在镇北铁矿的应用及优化研究
2020-02-28
镇北铁矿二期工程23#矿体-350 ~ -320 m 水平原设计采用阶段充填采矿法进行回采, 现改为上向进路充填采矿法,缩短了采准切割时间,并通过采矿方法优化,矿柱采场采用尾砂废石混 合胶结充填,矿房采场全部采用废石充填,大幅节约了充填成本,并减少了废石的提升量,进一步节约 了废石的提升运输费用。此外,在回采过程中,根据采场围岩结构变化,灵活采用分段回采、留设临时 矿柱等措施,确保了采场长进路、高分层回采落矿安全。
Serial No. 609 January 2020 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 609期 2020 年 1 月第 1 期 上向进路充填采矿法在镇北铁矿的应用及优化研究 田ꢀ 占ꢀ 厉洪涛 徐州铁矿集团有限公司) ( # ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 镇北铁矿二期工程 23 矿体-350 ~ -320 m 水平原设计采用阶段充填采矿法进行回采, 现改为上向进路充填采矿法,缩短了采准切割时间,并通过采矿方法优化,矿柱采场采用尾砂废石混 合胶结充填,矿房采场全部采用废石充填,大幅节约了充填成本,并减少了废石的提升量,进一步节约 了废石的提升运输费用。 此外,在回采过程中,根据采场围岩结构变化,灵活采用分段回采、留设临时 矿柱等措施,确保了采场长进路、高分层回采落矿安全。 关键词ꢀ 上向进路充填采矿法ꢀ 废石充填ꢀ 分段回采ꢀ 临时矿柱 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674ꢁ6082. 2020. 01. 076 ꢀ ꢀ 根据镇北铁矿矿体赋存条件、地表情况初步设计 体下盘掘进脉外运巷过程中发生出水,因此设计将- 310 ~ -210 m 水平的脉外运输巷道与铲运机斜道改 为布置在矿体上盘,确保整个采区在探水孔控制范围 内,发生出水现象后应立即进行注浆堵水工作。 由于 矿体围岩整体稳固性较好,设计分层高度为 10 m,由 15°铲运机斜坡道分别向各分层施工分层联络巷,并 沿矿体走向方向施工脉外运输巷道,而后由脉外运输 巷道向矿体施工各水平进路。 铲运机斜坡道、脉外运 输巷道、采场进路宽度均为 2. 8 m×2. 8 m,坡度 3‰, 各水平均使用铲运机配合溜井进行出渣(矿)。 由于 矿体在-360 ~ 310 m 段沿走向长度较长,因此布置 主要采用房柱法和全面留矿法两种方法开采,二期采 矿方法仍以空场法为主。 随着开采的延深,地压显现 将会愈加明显,因此矿山从开采安全出发,同时考虑 到矿石品位较高,决定将采矿方法变更为上向进路充 [ 1ꢁ2] 填采矿法 。 根据该采矿方法要求,本研究对镇北 # 铁矿 23 矿体进行了采准设计,设计采出矿量 100. 6 万 t。 1 ꢀ 地质条件 # 23 矿体属热液充填成矿,矿体赋存于花岗斑(花 岗斑岩局部风化严重)和灰岩的接触带中,有未蚀变 # # # # 、2 、3 、4 共 4 个溜井服务掘进、采矿工作,根据二 # 1 和蚀变强烈的闪长玢岩侵入其中。 该矿体位于 718 # 721 线。 矿体主要由 5 个矿块组成,即 A 矿块、B 期工程开拓布置,-410 m 水平作为底部运输水平,因 此溜井施工至-410 m,高度为 100 m;在-310 m 以上 ~ 矿块、C 矿块、 D 矿 块、 E 矿 块, 共 提 交 B + C 级 储 量 1 025 646. 1 t。 该矿体呈不规则状分布,整体走向 NW—SE,倾向 SW,倾角 40° ~ 50°,局部呈直立状。 底部出露于-360 m 水平以下,顶部歼灭于-230 m 水 # # 段布置 5 、6 接力溜井服务该矿体采矿工程,深度为 0 m。 溜井断面直径为 2. 5 m。 2)采场结构参数及回采顺序。 根据采准布置, 7 ( 3 每隔 10 m 布置一条切割进路,每条进路即为一个采 场。 划分矿房和矿柱,采场宽度均为 10 m,长度为矿 体厚度,分段高度 10 m,每个分段划分为 2 个分层, 分层高度为 5 m。 回采顺序由下至上,按照分段高度 隔一采一,首先回采矿柱采场并进行废石与尾砂胶结 混合充填,待充填体强度达到设计要求后,回采相邻 矿房采场并进行废石充填,待本分段全部回采至同一 水平后方可进行下一步上向回采。 由于采用此方法 的矿段在垂直方向上一般达不到中段高度,因此为分 段出矿,利用铲运机直接将矿石卸入附近溜井,不设 底部结构。 平,在勘探过程中,多次发生出水,水量 10 ~ 60 m / h 不等,矿石以磁铁矿与赤铁矿为主,同时伴有少量的 矿化带(即贫化矿)。 围岩主要为闪长玢岩、花岗斑 岩与灰岩。 脉石矿物主要有次生高岭土与方解石。 2 ꢀ 采矿工程布置 ( 1)试验矿体采准与切割布置。 由于在-360 m 水平巷道开拓过程中,矿体下盘有出水现象,并且矿 体整体缓度较大。 所以-360 ~ -310 m 水平的设备运 输斜道选择布置在矿体侧翼,原设计-310 ~ -230 m 水平运输斜道布置在矿体下盘,但在-310 m 水平矿 ( 3)回采与充填工艺。 首先利用切割进路作为 爆破自由面,利用 YT24 型凿岩钻机首先沿进路方向 由前向后劈帮拉底至采场边界,然后沿进路方向由后 ꢀ ꢀ 田ꢀ 占(1987—),男,技术矿厂,工程师,221138 江苏省徐州市铜 山区利国镇。 2 53 总第 609 期 现代矿业 2020 年 1 月第 1 期 向前压顶,确保打水平炮孔,炮孔排距 0. 9 ~ 1. 0 m, 间距 0. 8 ~ 0. 9 m,排间炮孔交错布置,每次落矿厚度 接由采场内向上层施工,首先可施工小断面斜井,作 为充填斜井与通风井,待采场回采至要求高度后,即 可对通风井、充填斜井进行扩帮、降底板形成铲运机 斜坡道,通过此方法可节约大量工时与材料消耗。 通 2 ~ 3 m,一个分层分 3 次落矿。 当采场落矿高度距离 上一分层出口高度 3 ~ 5 m 时,即施工切割井作为安 全出口与通风井和充填井。 新鲜风流从各中段运输 巷经铲运机斜道进入各分段沿脉巷道和出矿联络道, 冲洗工作面后,污风从采场切割井到上分段巷道排到 # 过在采准与切割工程方面的优化布置,使 23 矿体的 采掘比由设计的 113. 6 m/ 万 t 降低至 85. 5 m/ 万 t, 总计可节约掘进工程 2 827 m。 3 回风井。 采场出矿采用 WJDꢁ1. 0 m 电动铲运机,每 ( 3)充填工艺优化。 原设计的上向进路充填采 次出矿结束后即进行充填工作,当矿柱采场进行尾砂 胶结与废石混合充填时,首先利用铲运机由外向内沿 采场中间充填废石,两侧留出 2 ~ 3 m 空间,待废石充 填结束后对采场两侧进行尾砂胶结充填,要求充填配 比为 1 ∶6(水泥:尾砂),浓度 65% ~ 68% 。 当回采矿 房采场时仅利用铲运机由外向内进行废石充填,充填 时应确保充填后的采场场地平整、密实,以避免下次 落矿造成矿石贫化。 无论采用何种形式充填,其充填 厚度应与落矿厚度一致。 当本分层落矿结束后,采场 应适当超前本分层 2 ~ 3 m,并确保形成拱形,采场充 填时两侧应接顶密实,中间部分作为上一分层继续上 采的爆破自由面。 如此类推,直至采场结束。 矿法为全尾砂胶结充填, 其中矿柱采场充填配比 为 1 ∶6(水泥:尾砂),矿房采场为 1 ∶12(水泥:尾砂)。 而在实际生产中,对于首先回采的矿柱采场采用尾砂 胶结充填与废石充填的混合充填工艺,矿房采场直接 利用废石进行充填,大大节约了尾砂与水泥用量。 根 # 据 23 矿体的实际生产能力(24 万 t/ a),初步估算每 年可节约水泥用量 1. 8 万 t,尾砂用量 14. 3 万 t,按照 集团的水泥与尾砂采购价格计算,每年可节约充填材 料费用约 1 054. 8 万元。 通过充填工艺优化后,虽然 充填费用大大降低,但矿石贫化率有所增加。 尤其在 废石充填体上方进行出矿作业时,容易铲出部分岩 石。 在胶结充填体上方出矿作业时,下部充填体面高 度的不一致性,造成底板垫矿深度不一,而铲运机出 矿须在相对平整的面上运行,铲运机运行高度以上的 充填体进入贫化,运行高度以下的垫矿成为采矿损 3 ꢀ 采矿工艺优化 ( 1)采场结构参数优化。 原设计采场长度为矿 体实际厚度,但在实际生产过程中,当矿体围岩及顶 板结构较差,而矿体厚度超过 40 m 以上时,若沿进路 方向一次性回采矿体全部厚度,则采场暴露面积过 大,对安全极为不利。 故在实际回采落矿过程中,为 确保落矿的安全性,采取了由内向外两步骤回采方 案,即沿矿体厚度方向一分为二,先回采进路里面一 部分至上一分层,胶结充填后再回采外面一部分。 通 过此方案,有效减少了采场暴露面积,实现了安全落 矿。 另外,在矿体局部厚度虽然不大,但在围岩结构 较差的采场中,为实现安全高效落矿,采取了在采场 中间留设临时矿柱的方案,减少采场暴露面积,并通 过在回采相邻采场时对临时矿柱进行回收,以减少矿 石损失,确保采场落矿安全。 [ 3ꢁ4] 失,贫损指标增大 。 4ꢀ 结ꢀ 语 为进一步提升镇北铁矿的生产效率,将该矿开采 # 方法变更为上向进路充填采矿法,不仅实现了 23 矿 体提前落矿,确保了矿山一二期工程的顺利接续;同 时,通过优化采矿工艺,大幅缩减了采准工程量,提高 了采矿效率,可供类似矿山借鉴。 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [ 1]ꢀ 何洪涛. 上向水平进路充填采矿法在和睦山铁矿的应用研究 [J]. 有色金属:矿山部分,2012,64(1):13ꢁ14. ( 2)采切工程布置优化。 根据原上向进路充填 采矿法设计,每一分层均设计施工切割进路,穿过矿 体,并在进路端部布置充填切割井。 在实际生产过程 中,为减少切割工程量,仅在矿体最深水平施工切割 进路,在向上回采过程中,当每一分层结束时可留设 足够的爆破自由面作为继续向上回采的空间,大大节 约了切割进路工程。 另外,分层出矿铲运机斜坡道直 [2]ꢀ 赵国彦. 上向进路充填采矿法关键问题的探讨[J]. 矿业研究与 开发,1997,17(1):12ꢁ16. [ 3]ꢀ 余ꢀ 磊,赵中波. 上向分层进路式充填采矿法生产实践及改进 J]. 有色矿山,2003,32(3):9ꢁ12. [ [ 4]ꢀ 路世豹,李ꢀ 晓,廖秋林,等. 充填采矿法的应用前景与环境保 护[J]. 有色金属:矿山部分,2004,56(1):1ꢁ4. ( 收稿日期 2018ꢁ11ꢁ20ꢀ 责任编辑ꢀ 王小兵) 2 54
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