李楼－吴集铁矿底部结构回采方案研究

        0引言

李楼－吴集铁矿采用分段凿岩阶段矿房采矿法，阶段高度为100m，分段高度为25m，是典型的大结构地下采场［1］。分段凿岩阶段出矿采矿法底部出矿结构留下了大量的矿石，据不完全统计该部分矿体占大结构采场总矿量的8%～10%，如果不对该部分矿体进行回采，将造成巨大的矿石浪费［2-4］。
      根据矿山现状，有的采场已经充填完毕，有的采场尚未充填，采场有无充填对底部结构的回采影响较大。采场未进行充填时，底部结构将在采空区下回采，采空区空间高大，人员设备难以进入空场内作业，回采安全性差。采场充填后，底部结构回采受充填体稳定性影响大，由于底部结构多以三角形式存在，上部充填体与底部矿柱两侧斜面接触，对底部结构两侧面的压力大，并且爆破对充填体的破坏大，充填体一旦破坏坍塌，将造成巨大的安全事故。因此，底部结构回采一直是各大矿山的生产难题［5］。本研究根据矿山实际情况，结合国内矿山回采经验，建议采用无底柱崩落法和房柱法回采底部结构。
      1开采技术条件
      李楼－吴集矿体顶板岩石主要为片岩、片麻岩、角闪岩、大理岩，裂隙不发育，又多被绿泥石及碳酸盐矿物充填，完整性较好，但受力易沿片理裂开，其稳定性较差。矿体底板岩石主要为白云石大理岩，裂隙、岩溶均不发育，岩石完整性、稳定性较好。矿床构造相对简单，矿床工程地质条件中等偏复杂。
      矿、岩石普氏硬度系数:矿石f=12～16;岩石(一般)f=6～7。矿、岩石松散系数均为1．5。矿床属隐伏型裂隙充水矿床，矿体位于当地侵蚀基准面与地下水位以下，地形不利于自然排泄。矿床水文地质条件总体属简单———中等［6-7］。
      分段空场嗣后充填法采场垂直矿体走向布置，长度为矿体厚度，采场宽度20m，间隔式回采，矿房矿柱间隔布置。采场分－400m、－375m、－350m、－325m4个水平进行回采，底部结构布置在－400m水平。矿房回采凿岩采用Simba1354型液压凿岩台车凿垂直上向扇形孔，炮孔排距1．7m，孔底距2．6～3m，－375m、－350m、－325m3个水平的边孔角为40°，－400m水平的边孔角为55°。在切割巷中间拉切割槽，以切割槽为自由面逐排爆破。崩落的矿石由－400m底部结构经铲运机运至溜井。
      底部出矿结构受矿巷边孔角为55°，一个标准采场(100m×20m)其底部结构矿量占到了9%左右;按厚大矿体平均厚度60m计算，一个标准采场的底部结构大概有3．8万t矿石［8］。
      2开采方案
      针对李楼－吴集铁矿开采技术条件，提出了无底柱崩落法遥控铲运机出矿方案和浅孔房柱法回采底部结构方案，对未充填采场底部采用无底柱崩落法回采，对已充填采场的底部采用浅孔留矿法回采。
      2．1无底柱崩落法回采方案
      采用无底柱崩落法回采的效率高，安全性好，成本低，技术成熟。利用出矿进路进行凿岩，以空区为自由面逐排爆破，由受矿巷往出矿横巷方向退采，出矿采用遥控铲运机。如图1所示，以出矿进路作为凿岩巷道，出矿横巷为出矿巷道。

       凿岩:在出矿进路内，利用Simba1354型液压凿岩台车配Φ76mm钻头凿上向扇形炮孔，排距为1．7m，孔底距为2．5～2．7m，炮孔孔底至底部结构顶部之间留1．5m的距离，前后排面之间炮孔错开布置。
       为了更多的回收矿石，考虑到Simba1354型液压凿岩台车凿小角度孔和水平孔较困难，因此底部结构下部的矿体凿岩采用YG－40型凿岩机凿小角度孔和水平孔。
爆破:采用BQF－100型装药器装药，起爆装置放入孔底，孔口用炮泥加木塞进行堵塞。采用非电微差雷管排间微差爆破，崩矿步距5．1m，即每次爆破崩3排。由受矿巷往出矿横巷后退式爆破回采。
       通风:新鲜风流经中段沿脉运输巷进入底部结构，通风困难时可布置局扇加强采场通风。

采场出矿:矿石崩落后，采用遥控铲运机铲运至采区溜井，然后在－425m水平由电机车拉至主溜井。

顶板管理:在进入采场作业前，需进行敲帮问顶，确认安全后方可作业。
回采完毕，即可进行充填作业。充填前，在底部出矿横巷围岩稳固的部位用混凝土砌筑充填挡墙，在隔墙上安装滤水设施。采场底部采用1∶4的灰砂比进行充填，采场中间采用1∶8～1∶10的灰砂比进行充填;采场顶部采用1∶4的灰砂比进行充填。
        2．2房柱法回采方案
        对已充填采场的底部结构用浅孔房柱法回采。
       浅孔房柱法工艺简单，技术成熟，爆破规模小，有利用保护充填体。利用出矿横巷进行凿岩爆破，不增加采准工程，由切割槽往沿脉运输平巷后退式回采，以出矿横巷为自由面自下而上分层回采，前期出少量矿石，保证矿石堆离采场顶板留有2～2．5m的作业空间，出矿采用铲运机。
        如图2所示，矿房垂直矿体走向布置，矿房规格为:宽8m，长10m，高14m，垂直矿体走向每间隔10m布置一个点柱，点柱规格为:3m×3m。

        凿岩:在出矿横巷内，利用7655型气腿式凿岩机配Φ38mm钻头进行凿岩，排距为0．5m，孔底距为1．0～1．2m，炮孔平行交叉布置。
        爆破:采用人工装填2#岩石炸药，采用非电微差雷管排间微差孔底起爆。由出矿横巷自下而上分层爆破回采。
        通风:新鲜风流经中段沿脉运输巷进入出矿横巷冲洗工作面，通风困难时可布置局扇加强采场通风。
        采场出矿:矿石崩落后，前期出少量矿石，留下矿石作为下次凿岩爆破的工作平台，采场崩矿结束后采用铲运机集中出矿，由铲运机运至采区溜井，然后在－425m水平由电机车拉至主溜井。
        顶板管理:在进入采场作业前，需进行敲帮问顶，确认安全后方可作业;当采场顶板暴露面积过大时，应视情况采用锚杆护顶，以保护人员、设备安全作业。充填:充填作业与无底柱崩落法方案基本相同。
       3方案对比
       根据李楼－吴集铁矿底部结构开采技术条件及工程现状，对遥控铲运机出矿无底柱崩落采矿法、浅孔房柱采矿法进行技术分析，2种方案的优、缺点见表1，2种方案的技术经济指标对比见表2。由于底部结构所处的位置比较特殊，因此，该部分矿体回采矿石损失率均较大。无底柱崩落法采场生产能力大，由于采用中深孔爆破贫化也相对较大，凿岩效率相对较高，采用遥控铲运机出矿，出矿能力相对较小，并且遥控铲运机在出矿的时候存在视觉盲区，相对的矿石损失率较高。浅孔房柱法采场生产能力相对较小，但是出矿能力大;由于采用浅孔，贫化率较低。

        4结论
        (1)针对大结构采场底部结构回采难题，根据采场充填情况，分别提出了无底柱崩落法铲运机出矿方案和浅孔房柱法回采方案。
        (2)对无底柱崩落法和浅孔房柱法回采底部结构主要工艺进行了详细的叙述，2种方案对回采底部结构各有利弊，技术经济指标各有优劣。
        (3)底部结构回采是采矿界普遍的难题，安全高效的采矿方法一直是矿山所追求的，本研究对该类矿体回采提供了2种可行的方案，可对类似矿山矿体回采提供参考。
        (4)建议下一步进行现场试验，积累经验数据，在全矿推广应用。
        参考文献:
        ［1］任海科，弓上超，朱国涛．高阶段嗣后充填采矿大型采场底部矿柱回采探讨［J］．现代矿业，2014，30(7):50-53．
        ［2］陈庆坤．分段凿岩阶段矿房采矿法在蒙库铁矿中的应用［J］．采矿技术，2014(4):002．
        ［3］洪增友．分段凿岩阶段矿房法爆破工艺的实践［J］．矿业研究与开发，2000，20(5):45－47．
        ［4］任从坡，王聚永．分段凿岩阶段矿房法回采爆破方案的改进［J］．采矿技术，2009，9(6):88－89．
        ［5］李美富，王旭．分段凿岩阶段充填采矿法底部结构的回收［J］．采矿技术，2014(4):006．
        ［6］张立新．李楼铁矿采矿方法和充填工艺探讨［J］．矿业研究与开发，2012(1):002．
        ［7］朱国涛，郝红星，王晓飞．李楼铁矿厚大矿体安全回采研究［J］．现代矿业，2013(11):1－4．
        ［8］林卫星，詹进，等．大型采场回采充填工业试验及其关键技术研究［Ｒ］．长沙:长沙矿山研究院有限责任公司，2014．