镜铁山铁矿桦树沟矿区崩落法采矿大结构参数应用研究_程国华.pdf

收稿日期2019-10-30 作者简介程国华 （1972） ， 男， 高级工程师。 总第 522 期 2019 年第 12 期 金属矿山 METAL MINE 镜铁山铁矿桦树沟矿区崩落法采矿 大结构参数应用研究 程国华陈永祺王小林 1 （酒泉钢 （集团） 有限责任公司技术中心， 甘肃 嘉峪关 735100） 摘要针对酒钢桦树沟矿区存在的单次爆破矿量少、 掘采比高等问题， 依据其采场结构参数， 采用实验室模 拟放矿试验和理论计算方法研究了适合桦树沟铁矿的大结构参数。结果表明 桦树沟矿区采用大结构参数后， 回 采率指标可以稳定在85以上， 放矿效果比较理想； 同时结合镜铁山桦树沟矿区现有生产设备状况， 从生产准备、 爆破、 大结构参数过渡等多方面进行分析， 得出矿区应用无底柱分段崩落法大结构参数在技术上是完全可行的， 而 且经济上是合理的。研究结果对于采用崩落法生产的矿山探索应用大结构参数有一定的参考意义。 关键词铁矿崩落法大结构参数回采率 中图分类号TD853.36文献标志码A文章编号1001-1250 （2019） -12-066-04 DOI10.19614/ki.jsks.201912011 Application Study on the Large Structural Parameters of Caving in Huashugou Mining Area of Jingtieshan Iron Mine Cheng GuohuaChen YongqiWang Xiaolin2 （Technical Center， Jiuquan Steel Group Co.， Ltd.， Jiayuguan 735100， Gansu） AbstractIn view of the problems existing in Huashugou Mining Area of JISCO， such as less single blasting ore quantity and high mining ratio， according to the stope structure parameters， the large structural parameters suitable for Huashugou Min- ing Area are studied by laboratory simulation drawing test and theoretical calculation .The stduy results show that the recovery rate index of Huashugou Mining Area can be stabilized to more than 85 by using large structural parameters， and the ore drawing effect is ideal.At the same time， combined with the existing production equipment of Jingtieshan Huashugou Mining Area， from the aspects of production preparation，blasting，large structural parameter transition and so on， it is con- cluded that the application of sublevel caving without bottom pillar in Huashugou Mining Area is technically feasible and economically resonable.The above study results can provide reliable reference for stduying and applying the large structur- al parameters of the mines by adopting caving . KeywordsIron mine， Caving ， Large structural parameters， Recovery rate 酒钢镜铁山铁矿位于酒泉市南西 40方向直距 60 km处， 与嘉峪关市直线距离为55 km， 其下有桦树 沟和黑沟两个矿区。桦树沟矿区采用地下开采方 式， 黑沟矿区采用露天开采方式。2011年扩能改造 后， 镜铁山铁矿设计产能达到950 万t/a， 其中桦树沟 矿区产能为500万t/a， 黑沟矿区产能为450万t/a， 桦 树沟矿区采用无底柱分段崩落法开采。 无底柱分段崩落法以其安全高效和低成本的优 点被广泛应用于金属矿床地下开采。以镜铁山铁矿 为例， 目前应用该方法采出的矿石量已占地下采出 总量的80 以上 ［1］。国外无底柱分段崩落法发展趋 势为 “两大、 一高、 一减少” ， 即采用大结构参数、 装备 大型高效设备、 高强度开采、 减少切工程量， 如瑞典 的基鲁纳铁矿， 分段高度进路间距取值发展趋势 为10 m 10 m →12 m 11 m →12 m16.5 m →20 m22.5 m →27 m25 m， 直到目前的30 m30 m， 一次崩矿量从800 t 逐渐增加到5 000 t， 采用斗容4～ 6 m3电动铲运机出矿， 使得采矿强度得到明显提升， Series No. 522 December2019 66 ChaoXing 采矿成本降低约 30％， 采准工程量减少约 50％ ［2］。 我国于20世纪60年代从瑞典引进无底柱分段崩落 法 ［3］， 当时的结构参数为10 m10 m （分段高度进 路间距） ， 随着采矿设备向大型化、 智能化方向不断 发展， 大结构参数开采已成为国内无底柱分段崩落 法的主要发展趋势， 如杏山铁矿为18.75 m20 m （分 段高度进路间距） 、 大红山铁矿结构参数设计采用 20 m20 m， 本溪大台沟铁矿一期设计结构参数为 28.5 m25 m ［4］。 桦树沟矿区采用无底柱分段崩落法回采， 其结 构参数为15 m18 m2.2 m （段高进路间距崩 矿步距） ， 存在以下问题 ①掘采比高， 2019年14月 掘采比为 25.07 m/万 t， 与国内先进矿山大红山铁矿 （2019年14月14.77 m/万t） 相比相差10.3 m/万t； ② 一次崩矿量小， 仅为2 123 t， 崩矿量不足梅山铁矿的 39， 是大红山铁矿的40， 从一次崩矿量来讲， 生产 效率差距明显。因此， 在桦树矿区研究应用无底柱 分段崩落法大结构参数， 对于降低矿山采矿生产成 本， 提高劳动生产效率， 提升酒钢市场竞争力具有重 要意义。 1矿区开采技术条件 桦树沟矿区为一复式向斜构造， 走向130～310， 向西倾伏， 矿层与围岩同步褶皱， 致使同一矿层在复 式向斜中重复出现而形成 7条矿体， 矿体倾角 65～ 85， 厚度 12～150 m， 为急倾斜厚矿体。矿石主要为 菱铁矿石， 硬度系数f 12～16， 坚硬致密， 受物理化 学风化作用影响不大， 矿体稳定性好。矿体顶板围 岩主要为石英绢云母千枚岩， 底板围岩主要为石英 绿泥石千枚岩、 含铁碳质石英绢云母千枚岩， 硬度系 数f 4～10， 岩石稳定性较好 ［5］。 2大结构参数理论计算 参照国内同类矿山大结构参数， 确定分段高度 为20 m， 而后按照崩落矿石堆体形态与放出体形态 保持一致的原则 ［6］， 以低贫化放矿最大可能形成的脊 部残留 （脊部残留坡面角按照70计） 进行计算， 确定 进路间距。计算公式为 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 2a H hDB 2 tanα 2b B ba 1 - ε2 1 2 ε2 1 - b2a2 ， 式中，H为分段高度， 20 m；B为进路间距， m；hD为进 路高度， 4 m；α为脊部残留坡线角度， 取70；a为放出 椭球体长半轴；b为放出椭球体短半轴；ε为放出椭球 体偏心率。 根据上式， 相关参数计算结果见表1。 由表1可知 当分段高度为20 m时， 椭球体的偏 心率参照类似矿山现场试验取值0.93时， 对应的合 理进路间距为18 m。 3大结构参数模拟放矿对比试验 本研究开展20 m18 m2.8 m （段高进路间 距放矿步距） 结构参数过渡条件下低贫化立面放 矿模拟试验， 并与20 m18 m3.0 m （段高进路间 距放矿步距） 结构参数过渡条件下的低贫化平面 放矿模拟试验结果进行对比分析。2种放矿方式取 得的技术指标如表2所示。 由表2分析可知 ①当分段高度为20 m， 合理的 进路间距为18 m； ②20 m18 m3.0 m结构参数， 在 覆盖层良好及低贫化放矿条件下， 采用平面放矿方 式， 回采率指标可以稳定到85以上， 贫化率可以控 制在8左右； ③良好的覆盖层条件对提高回采率、 降低贫化率指标至关重要， 通过过渡方式， 可以形成 2019年第12期程国华等 镜铁山铁矿桦树沟矿区崩落法采矿大结构参数应用研究 67 ChaoXing 良好的覆盖层； ④大结构参数下， 放矿方式对回采与 贫化指标影响较大， 平面放矿有利于良好覆盖层的 形成， 同时通过矿块之间平面放矿的配矿， 能够有效 稳定采出矿石质量。 4大结构参数确定及应用方案 4. 1大结构参数确定 根据本研究模拟放矿试验结果， 20 m18 m 2.8 m （段高进路间距崩矿步距） 和20m18m 3.0m （段高进路间距崩矿步距） 2种结构参数， 均 能满足桦树沟矿区采矿技术需求。 由于BCJ-41型混装炸药车能够满足的最大中深 孔孔径为90 mm ［7］， 故选择φ89 mm炮孔直径， 依据孔 网参数设计理论， 中深孔抵抗线 （崩矿步距） 为孔径 的25～30倍 ［8］， 对应的深孔排距应为2.2～2.7 m， 因此， 深孔排距确定为2.5 m， 每次爆破1排。 综上分析， 为保持工艺技术与技术经济指标的 平稳过渡， 大结构参数的选择尽可能与现有结构参 数相结合， 故确定20 m18 m2.5 m结构参数具有 合理性和可行性。 4. 2大结构参数应用方案 无底柱分段崩落法大结构参数的应用， 其目的 是通过加大结构参数， 提高一次性崩矿量， 采用大型 机械化设备， 有助于大幅度提高生产效率， 降低采准 与深孔生产成本， 提升矿山生产经济效益。大结构 参数应用方案有必要与桦树沟矿区现有的生产工艺 与设备相适应， 为此， 本研究设计的应用方案如下。 4. 2. 1铲装出矿设备 无底柱分段崩落法6 m3电动铲运机应用比较早 的为山特维克TORO1400E， 大红山铁矿、 梅山铁矿、 杏山铁矿均有应用， 其生产效率达到70万t/a ［9］， 约为 目前桦树沟矿区使用的4 m3电动铲运机的2倍。结 合桦树沟矿区生产现状， 大结构参数可配套应用 LH514E 6 m3电动铲运机， 年台效可以达到70万t， 使 用年限为20 a， 其巷道断面要求为4.5 m4.5 m （宽 高） 。 4. 2. 2平巷掘进设备 桦树沟矿区采用Boomer 282台车掘进平巷已有 十多年， 积累了丰富的经验， 形成了一整套掘进技术 体系。目前平巷掘进效率处于于国内领先水平， Boomer 282台车完全能够满足大结构参数的掘进需 求， 且通过推进梁的改进 （钎杆加长为 4.3 m 或 4.9 m） ， 可提高掘进效率 （500～1 000 m/a） 。 4. 2. 3深孔凿岩设备 目前， 国内大型矿山中深孔凿岩设备应用较多 的是瑞典 Atlas公司 Simba系列潜孔 1354、 M4C凿岩 台车， 以及山特维克DL2720台车 （表3） 。国内梅山 铁矿、 首钢杏山铁矿均已引进并成功应用了Atlas公 司的SimbarM4c电脑采矿凿岩台车， 实现了深孔凿岩 的远程操控， 提高了凿岩质量与效率， 凿岩月台效可 达9 000 m ［10］， 较人工操作的同类凿岩设备工作效率 提高了1.5倍以上。山特维克DL2720凿岩台车适应 更小的巷道断面， 且钻管凿岩精度较高， 应用前景更 为广泛 ［11］。结合镜铁山矿的生产实际， 为保证凿岩 精度， 选择山特维克DL2720台车， 施工φ89 mm中深 孔进行回采落矿。目前， 桦树沟矿区拥有Simba 1354 台车5台， Simba M4C台车1台， DL2720台车2台， 基 本满足大结构参数深孔凿岩要求， 后续可逐步更新。 深孔台车性能对比见表3。 4. 2. 4爆破工艺技术与设备 2014年4月， 北京北矿亿博科技有限责任公司经 过多年的研究试验， 推出了BCJ-41型井下现场混装 乳化炸药装药车， 并于2014年5月开始在首钢矿业 公司杏山铁矿进行了为期1 a的生产试验 ［12-13］。经试 验完全能够满足分段崩落法开采爆破作业要求， 特 别是大结构参数下的超深孔爆破。桦树沟矿区于 2017年引进了1台BCJ-41型全自动混装炸药车并成 功应用， 后期逐年引进混装炸药车， 即可满足大结构 参数应用需求。 4. 2. 5结构参数过渡问题 采用无底柱分段崩落法生产的矿山在改变采场 结构参数时， 都会遇到不同结构参数的过渡问 题 ［14-15］。由于桦树沟矿区只改变了分段高度， 问题相 对比较简单， 只需考虑凿岩爆破参数匹配、 设备能力 问题。镜铁山桦树沟矿区现有装备可以满足大结构 参数平巷掘进和深孔凿岩需求， 只需后续逐年引进 混装炸药车和 6 m3电动铲运机即可。 5结论 （1） 通过大结构参数理论计算及放矿试验， 认为 20 m18 m3.0 m结构参数在覆盖层良好及低贫化 放矿条件下， 采用平面放矿方式， 回采率指标可以稳 定到85以上， 贫化率可以控制在8左右。根据桦 树沟矿区现有设备应用状况， 考虑到保持工艺技术 金属矿山2019年第12期总第522期 68 ChaoXing 与技术经济指标的平稳过渡， 将大结构参数确定为 20 m18 m2.5 m （段高进路间距放矿步距） 。 （2） 应用大结构参数后， 分段高度增加5 m， 崩矿 步距增加0.3 m， 矿山原有60 m阶段的4个分段缩减 为3个分段， 每100 m回采巷道减少5.5排深孔， 初略 计算可减少采切工程量以及凿岩炮孔量约25， 可降 低采矿成本8～10； 同时， 一次崩落矿量由原来的 约2 123 t增加到3 400 t左右， 较矿山现有的一次崩 落矿量增加约60， 将大幅度提升采矿生产能力与效 率。 参 考 文 献 常贯峰， 路增祥， 常帅， 等.毛公铁矿大结构参数无底柱分段 崩落法多分段放矿实验 ［J］ .金属矿山， 2017 （11） 48-51. 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