缓倾斜薄矿体采矿方法探索与评价

【摘 要】缓倾斜薄矿体常采用传统壁式崩落法，房柱法或空场法等方法开采，随着现代科技飞速发展，必须将原有开采工艺方法优化改进，以充分发挥缓倾斜薄矿体经济价值。本着投资省，见效快，回采高效，安全经济的开采原则，运用现代无轨铲运新型设备，探索出一种经济采矿方法――无轨铲运机械化开采方法，对传统开采方法进行优化升级，并在巫峡矿业公司桃花铁矿进行实践应用。彻底改变了传统电耙房柱法开采效率低，劳动强度大，成本高的局面，从而提升传统矿业开采竞争实力，为该矿山总体部署分步实施滚动发展战略奠定坚实基础。

【关键词】缓倾斜薄矿体；传统空场法；无轨铲运；沿脉平硐开拓

前言

本文针对巫峡矿业公司铁矿的资源特征和采矿方法探索并实践应用进行介绍，对轨铲运机械化开采方法特点进行重点对比分析客观评价，希望与国内地质赋存条件为缓倾斜薄矿体的类似矿山分享与借鉴，达到共同推广应用，丰富并改进传统开采方法。

1 矿区交通位置及隶属关系

桃花铁矿区位于重庆市巫山县抱龙镇，矿区东西长10.5km，南北宽1.4～4.4km，总面积28.75km2，由南、北2个矿段组成。

1958～1962年四川地质局万县地质队对桃花铁矿区初步普查和勘探，提交了《四川省巫山县桃花铁矿赤铁矿区初步勘探报告》，经四川省地质局审查后该报告降为《普查报告》。2006年4月，重庆市国土资源和房屋管理局下达桃花铁矿详查工作任务，由重庆市地质矿产勘查开发局川东南地质大队承担该项目详查任务，首期详查范围为北矿体1～35号勘探线。现已探明1-31号勘探线资源储量4259万t。该矿段矿石工业类型主要为鲕状赤铁矿占90%左右，铁矿石平均地质品位（TFe）48.09%，磷含量为0.6～1.1%，具有宁乡式沉积鲕状赤铁矿床矿石的基本特点，属难选矿石。

为了积极配合重钢环保搬迁新区和扩建这一重大项目实施，缓解公司铁矿石原料供应紧张的被动局面，重庆巫峡矿业股份有限公司决定开发利用桃花铁矿石资源。

本项目初步设计阶段的建设规模按80万t/a， 由于本矿上部几个阶段矿体走向短，可布置矿块数少，矿山投产初期难以达到设计规模，宜采用“总体规划、分步实施、滚动发展”的建矿思路。

桃花铁矿区位于重庆市巫山县，长江三峡之巫峡南岸，南距巫山县城60km，抱（龙）一楂（树坪）省际公路贯穿矿区，陆路和水路至重庆市距离为550～600km。交通方便。交通地理位置见图1。

图1 矿区交通位置图

2 矿床地质概况

2.1 地质简介

矿体主要受沉积环境和贺家坪背斜控制，为一长轴呈北东向的带状体。缓倾斜矿体的形态与贺家坪背斜基本一致，由于处于沉积边缘，为不规则的波状边缘形态。

矿体走向长5900m，宽400～2000m。根据85个单工程统计，单工程矿体真厚度0.46～5.92m，矿体平均厚度2.88m。其中厚度>4～5m的分布范围在0线、7线、13-19线、31线部分工程控制范围内，厚度2～4m的分布范围在矿区内最大。矿体厚度变化特征：厚度

2.2 矿床开采技术条件

矿区属岩溶地貌，地形切割强烈，地形有利于自然排水，矿于侵蚀基准面以上，为隐伏固体矿床，埋深大，围岩单一，力学强度较高，稳定性好，适于多平硐开采。属开采技术条件简单的矿床（Ⅰ类）。

矿层底板为砂页岩，岩石较坚硬，属软弱～半坚硬岩类，稳固性好。矿体间接顶板为中～厚层状灰岩夹页岩，灰岩较坚硬完整，稳固性较好。矿体直接顶板为黄龙组中～厚层状灰岩，属软弱～半坚硬岩类。矿体顶板稳固性较好。但局部地段矿层顶板断层与岩溶发育，破坏和降低了岩体的稳固性，矿坑开采时易产生掉块或冒顶。值得一的是，矿层顶板有0.20～2.50m铝土质页岩（伪顶）。

3 采矿工艺

3.1 矿床开拓方法选择

本次设计开采原矿规模80万t/a，最低开采标高为1185m水平。

设计采用平硐开拓，各平硐均位于矿体内（即沿脉内布置中段运输平巷），采用地下自卸卡车运输矿石、废石。采场上部1285m水平附近掘进平硐出地表，作为回风出口。

3.2 矿山年产量、服务年限和工作制度

前期开采范围为已进行详查的1～31勘探线、1185m标高以上的矿体，开采原矿规模为80万t/a。

本次设计范围内地质矿量435.06万t，均为（332类）储量。考虑开采过程中的矿石回采率为80%和废石混入率5%，采出矿量为367.42万t，按采矿许可证范围内资源量共计4259万t，基建时间2年，第3年投产，第4年达产。含基建和生产总服务年限为50年（不含基建为47年）。

矿山采用连续工作制，年工作330天，每天三班，每班8小时工作制。

3.3 采矿方法选择

本次设计1185m以上开采范围内的矿体多为倾角小于30°的缓倾斜、薄矿体。在铲装运输方式上，最初设计全部采用电耙留矿法开采，根据国内外目前缓倾斜薄矿体开采现状，结合国内外地下无轨铲运设备快速发展，经过反复考察调研，对比评价分析论证，最终确定开采方法为：无轨铲运机械化开采方法，仅在局部地段（倾角大于30°的矿体）采用电耙留矿法开采。

在落矿开采方法上，根据开采范围内的矿体埋藏条件，矿体倾角多在30°以内，矿体平均厚度为2.36m的缓倾斜、薄矿体，适合的采矿方法为浅孔房柱法和壁式崩落法。

采用壁式崩落法时，采场控顶距范围内，需要采用φ200mm以上的园木立柱支护，坑木消耗量大，重复利用率低，采场生产能力与房柱法差别不大，由于木材消耗量大，不宜采用。

由此可见，该缓倾斜薄矿床的采矿方法根据落矿工艺划分采用浅孔房柱法。再根据铲装运输工艺不同，具体又分为无轨铲运机械化开采（30°以下矿体）和电耙留矿法开采（30°以上矿体）。

3.4 传统电耙留矿法开采采矿方法构成要素

（1）矿块布置参数

矿块沿矿体走向每60m布置一个，矿块高度同中段高度即25m。采场崩落矿石由电耙耙运至采场下部集矿平巷，再用电耙耙运至中段集矿溜井运出。

沿矿块走向间，留4m连续间柱，运输中段留7m底柱，矿块中留4m×4m点柱，沿走向和倾斜方向视矿体顶板稳固程度，点柱间距一般约9～10m。

每矿块设中段溜井1个，均布置在矿体下盘岩石中；沿矿体底板布置上山4条；中段电耙硐室4个。

矿块回采出矿前，采准切割产生的废石可利用一条采场矿石溜井溜放。

采出原矿块度0～400mm。

采场工作面内，岩层不稳固矿段，在工作面附近靠近矿层顶板下留30cm左右厚的矿壁，再用网度0.8m～1.2m×0.8m～1.2m左右、长2.0m×2.5m的锚杆锚固顶板。

按照设计采用的采矿方法____房柱法开采，估算的矿石回采率约80%，废石混入率约5%，采出原矿的TFe品位约47.00%，P品位约0.7%。

应当指出：矿体直接顶板为黄龙组底部铝土质页岩，该层厚度约0.2-2.5m，容易冒落。要满足废石混入率5%指标，应采用金属锚杆护顶，使该层尽量少冒落混入原矿中或留护顶矿层。

（2）回采

电耙房柱法采用浅眼凿岩，炮孔直径38～42mm，孔深一般约2m，要求采场崩落矿石块度在400mm以内；每回采队配备2台7655型气腿凿岩机。

采用2#岩石炸药，电雷管或非电雷管和导爆管起爆。爆破在班末进行。由于矿层总体上部和下部地质赋存品位较低，平均TFe30%，为满足采出平均品位在TFe47%以上，实际采用分层爆破。矿层上部崩落矿石（TFe25%～35%）不运输出巷道，直接堆存矿房内。

（3）采场通风

电耙房柱法：新风由中段运输平巷，穿脉平巷、人行通风上山、电耙耙矿横巷、进入回采工作面；污风从矿块上山，进入上中段回风系统。

每个回采队配备一台局扇加强通风。

（4）采场搬运

矿房崩落矿石采用0.3～0.5m3电耙耙运至采场底部集矿平巷（电耙耙矿横巷），再用0.3～0.5m3电耙耙至采场矿石溜井，在中段装矿平巷装入地下自卸卡车。

（5）采空区顶板管理

桃花铁矿采用房柱法开采，为保证地表稳定及生产安全，采场顶、底部及采场中点柱，一般不进行回采。

（6）采场生产能力房柱法每个矿块生产能力约4万t/a。为满足开采80万t原矿规模，一期设计配备10个回采队同时工作。电耙房柱法立面及侧面示意图如下。

4 地下无轨铲运设备机械化开采方法评价

以上针对传统电耙房柱法（比较适用于倾角30°以上），这种方法还是无法摆脱低生产效率、劳动强度大，成本高的缺点，而今，随着地下无轨铲运设备大力推广，巫山矿业经过反复考察对比实际选用地下铲运机与配套地下自卸卡车机械化一体开采方法，该方法主要优点阐述如下：

（1）基建投资省。无需布置穿脉巷道，节约基建投资。尤其对于矿体倾角度在25度以下，穿脉巷道更长，大大节约基建费用。

（2）减少电耙经常安拆，以减少繁重体力劳动作业强度。经过类似比较，实际采矿效率一般提高到传统电耙房柱法三倍。

（3）提高矿石回采率。因为无需留置连续较宽底部矿柱（一般为4米，阶段为7米宽连续底柱），尤其对于矿体倾角很缓者更甚，开采更经济。

（4）不需设置溜井，减少基建投资和放矿设备投入。

（5）工作面布置灵活，机动，便捷。根据铲运机装车地点灵活机动特点，各掌子面出矿量可实行动态调整，为柔性生产组织和配矿创造条件。

（6）减少电耙需要电力动力系统初期安装投入费用。

5 结论与建议

针对上述两种开采方法比较，不难得出以下重要结论：

（1）对于赋存30°以下薄矿体优先选择开采方法：地下无轨铲运设备机械化开采方式无疑作为首选。

（2）传统电耙房柱法适用于赋存30°以上缓倾斜薄矿体，因为铲运机爬坡能力有极限，这仅是薄矿体缓倾斜还存在传统电耙房柱法即小空间。

（3）同样地下铲运，柴油铲运成本优于电动，因电动作业率相对较低，但随着地下开采环境污染物排放要求越来越严，电动铲运也将逐渐扩大市场分额，反之，柴油铲运可通过新技术进步得到提升，比如：增压中冷技术，冷却EGR技术，多气门结构等。最终使主要CO和NOx排放浓度达标。相信随着科学技术不断发展，这些局部问题会得到解决，最终无轨铲运卡车运输机械化开采占据缓倾斜薄矿体主导优势。

参考文献：

[1]王运敏.《现代采矿手册》.北京冶金工业出版社，2012.

[2]王运敏.《中国采矿设备手册》.科学出版社，2010.

[3]旭光.《爆破手册》.冶金工业出版社，2012.

[4]《重庆巫峡矿业股份有限公司桃 花铁矿80万t/a采选工程初步设计》.中冶长天国际工程有限责任公司，2012.