1、1三道沟矿应用分段空场法的可行性探讨谷中元（中国钢研集团吉林工程技术有限公司，长春 130022）摘要：本文简要阐述了三道沟铁矿的地质情况及矿床开采技术条件，然后在分析国内空场法研究方向的基础上，根据矿山实际情况选择无底柱、铲运机出矿分段空场法作为该矿采矿方法，并对无底柱、铲运机出矿分段空场法的结构参数、出矿工艺以及采切工程量等做一些简要介绍，突出了该法具有的高回收率和低贫化率的优势。实践表明，该方法作业条件安全、可靠，有较大的出矿能力和较强的灵活性，矿石的损失贫化小，采切工程量小，在该矿生产中取得了良好效果。关键词：无底柱、铲运机出矿分段空场法；结构参数；回收率、贫化率。Feasibilit
2、y discussion of the application of Sublevel open-stope method in Sandaogou mineGu zhongyuan(China Iron structural parameter; recovery rate; dilution ratio2引言三道沟铁矿位于吉林省桦甸市东约 70km。矿区面积约 1.6km。设计生产规模为年产铁矿石 60 万吨。矿体为极倾斜、薄中厚矿体，矿岩稳固性较好，地表为林地，第四系覆盖层较厚，局部达 30 余米。选择合适的采矿方法是决定矿山安全生产和达产的关键因素。1 地质情况1.1 矿体赋存特征全矿
3、段有五个矿组，19 条工业矿体，主要为 42 号、43 号、44 号三个矿组。矿床赋存于太古代鞍山群三道沟组地质层中，主要含矿层位为三道沟组上亚组一、二岩段，属于鞍山式沉积变质型贫铁矿床。主要矿体特征见表 13表 1 主要矿体特征表Table1 Properties of the main orebody 矿体规模 矿体产状 地质储量延伸（ m） 厚度（ m）矿体编号分布范围赋存标高 露头情况 走向长（ m）波动 平均 波动 平均走向 倾向 倾角（ ）矿体 形态 矿石量平均品位TF（ %）占矿段量（ %）备注42-4 30-36线 650-94 出露地表 1393.26 68.5-438.6
4、304.14 1.74-32.32 13.42 300-311 NE 60-78 透镜状 1296.54 30.72 50.22 矿石主要为镁铁闪石型42-2 29-37线 648-0 断续出露地表 断续1714.88 30.75-403.5 210.67 1.86-11.70 6.10 298-311 NE 60-75 透镜状 490.38 32.24 18.99矿体形态变化大，且具分枝，矿体累计长 548.58m42-1 29-40线 626-156 大部出露地表 断续2507.8 39.5-319.5 187.46 1.60-12.88 4.45 293-313 NE 60-75 似层状
5、 397.52 31.85 15.4矿石为石英型，主要储量在 3740线间42-2-2 29-31线 230-104 208-245 637.32 224-335 279.38 2.50-5.0 4.09 NW NE 65 似层状 130.14 31.28 5.04 矿石为石英型42-3 29-37线 468-168 局部出露地表 484.75 61.5-158 110.00 2.01-4.45 2.88 296 NE 60-75 似层状 25.31 31.08 0.98矿石主要为石英型，31线见闪石型矿体两部见分枝41.2 矿床开采技术条件1）矿体围岩及其稳定性矿体顶底板围岩的岩性变化较大，
6、一般以条痕状混合岩为主，斜长角闪岩、角闪岩、眼球状混合岩次之，以及片岩、变粒岩等。强风化带裂隙发育，岩石稳定性较差，强风化带深度平均 26m。原生带岩石均较坚硬，据地质报告提供，岩心破碎程度一般 1530%；矿层直接顶板 10m 以内，破碎状岩占顶板总数 25%，工程地质条件属中等。2）构造对稳定性的影响区内 NE 向、E W 向两组断裂对矿体的破坏作用，开采时应注意构造岩的不稳定因素。3）矿岩物理力学性质：i、体重： 矿石 3.33t/m 岩石 2.70t/ mii、松散系数：矿石 1.65 岩石 1.5iii、矿石湿度：0.08%iv、矿岩力学性质指标见表 2-2表 2 矿岩力学性质指标表
7、Table2 Mechanics index of ore-rock矿石 20563374 2131 1618角闪岩 13672283 1520 1014斜长角闪岩 18032453 1825 1416混合岩 7901687 816 1012混合花岗岩 18513506 1935 1216黑云变粒岩 15741929 1619 1014构造岩 12981710 15 8102 采矿方法选择针对矿床开采技术条件，不宜采用采矿成本较高、工艺复杂的充填法，以岩石性质 抗压强度（kg/）坚固性系数f（地质构造）坚固性系数 f（设计选取）5及对地表破坏较大、损失及贫化较大的崩落法，而采用空场法 1-2。
8、国内空场法的研究方向大致有 3-4：1）加强空区地压活动和空区处理的研究，对矿山出现程度不同的地压活动能及时控制；2）进行降低贫化、损失的研究，目前空场法内留有大量的顶、底、间柱，某些采矿法甚至留下大量的场内矿柱，目前回收率均较低；3）设备应用的研究。国外采场内已经应用了凿岩、出矿、装药和支护等的自行设备，振动放矿设备，连续回采工艺以及大直径深孔回采等综合机械化；而国内尚无进入采场内的大型设备，大多数矿山仍处于电耙运搬的现状；4）简化采场结构和适应自行设备的采场结构研究。针对本矿实际情况，以分段空场法为主（针对厚度大于 5m 的矿体） ，辅助以浅孔留矿法开采薄矿体。分段空场法由于生产能力大、成
9、本低，在国外被广泛应用。如英国占 83.2%，赞比亚占 53.6%，日本占 47.0%，扎伊尔占39.8%。传统分段空场法带有底部结构，采用电耙出矿，回收率和产量均受限制，如何提高回收率和产量的关键在于减少矿柱矿量和采用高效先进的出矿设备。为解决这一问题，设计采用无底柱、铲运机出矿分段空场法（见图-1） ，该法减少了 1012m 底柱占用矿量，采用电动铲运机出矿 5。6图 1 铲运机出矿、无底柱分段空场方法图Fig.1 Pillarless and scooptram mining sublevel open-stope method3 采矿方法概述3.1 矿块结构参数当矿体厚度为 520m
10、时，沿走向布置矿块，矿体厚度大于 20m 事垂直走向布置矿块。阶段高度 50m，矿块长 50m，矿块宽为矿体厚度，分段高度1012m，间柱 68m，顶柱 35m，无底柱。3.2 采准工作沿走向每隔 4050m，在间柱内沿矿体下盘开掘人行及材料天井，天井净断面 2.51.5m2。在垂直阶段高度上，每隔 10m 开掘分段凿岩巷道，断面2.62.5m2，采用平底出矿，在矿体下盘距矿体 68m 设铲运机行走道，断面3.03.0m2。每隔 810m 掘装矿进路，按出矿方向，进路与矿体成 4550角。每个采场设一条放矿溜井，净断面直径 2m。73.3 切割工作切割工程包括切割天井、拉切割立槽和拉底工程。首
11、先自主运平巷向采场中间部位掘切割天井，断面 22m2，以便为拉切割立槽创造补偿空间。为形成切割立槽，先从天井向上盘掘切割小横巷（高度同分段凿岩巷道） ，用上向中深孔形成切割槽。最后用浅孔凿岩完成切割拉底工程。3.4 回采工作在阶段矿房内自上而下分段回采，沿矿房长度从矿房中央向两侧推进。利用 YGZ-90 型凿岩机配 TJ-25 台架在分段巷道中钻上向扇形中深孔，孔径6265mm，最小抵抗线 1.5m，孔距 1.51.8m，孔深小于 15m。以中央切割槽为自由面向两侧分次侧向爆破，一次爆破 4 排炮孔，用微差爆破方式。使用 2#岩石乳化炸药，BQF-100 型装药器装药，每米崩矿量 4.55m3
12、。崩落矿石块度350mm 视为大块，在出矿进路中二次爆破破碎。采场出矿方式与无底柱崩落法基本相同，一般采用铲运机出矿。不同之处是崩落的矿石是在临时空场中铲出的，不与废石接触，因而矿石的贫化率和损失率比崩落法低得多。铲运机出矿效率高，但由于斗容、运距和大块率不同，其出矿效率差别很大。中等规模矿山，铲运机斗容一般为 1.53.8m3 ，大型矿山有 3.86.0m3。铲运机运距一般为 100200m。为提高矿石回采率，当崩矿步距较大时，应采用遥控铲运机出矿。铲运机在出矿进路中将矿石倒运至溜井，由下水平装矿车运出，在溜井底部设 FZC-3.51-5.5 型振动放矿机放矿 6-7。3.5 采场支护矿岩较
13、好，一般可不支护。围岩不稳固时，可打锚杆或锚杆金属网支护。分段空场法采场，预计围岩不稳固处，可自凿岩横巷向上盘掘小穿，后扩成凿岩硐室，打中深孔，做锚索支护。3.6 空区处理及矿柱回采矿房回采结束后，所留矿柱必须及时、有计划、有步骤地进行回收，同时处理采空区。矿柱回采工艺过程为：在运输巷道和矿柱采准工程内打中深孔，然后采用8非电雷管和导爆管微差起爆。爆破顺序是先间柱，后顶柱。以矿块为单元，后退式回采矿柱，矿柱回采应在矿房回采的上中段进行，不得破坏回采中段的开拓及通风行人井巷，且要滞后回采矿房 2 个矿块的距离。崩落矿柱前，采场底部矿石不能放空，要保留 1520m 左右厚的矿石作为垫层，保护采场底
14、部结构。回采间柱时在天井分段巷道中用 YGZ-90 型凿岩机钻凿扇行中深孔，采顶柱时在两侧的天井顶柱硐室与位于顶柱下盘空区外的天井中钻凿水平扇形孔，垂直落矿。在矿柱回采前相当长时间内，要做好矿柱的维护和监测工作，为制订矿柱回采方案提供可靠的依据。空区处理的总的原则是：矿柱回采后，尽可能采用废石充填空区，也可强制崩落上盘围岩处理空区。个别独立采场空区可进行封闭 8。3.7 采场通风采场利用矿井主风流进行通风，新鲜风流由穿脉或沿脉平巷、人行通风井进入凿岩巷道和采场，污风由另一侧人行通风天井回到上段回风巷，由回风井巷排出地表。每个采场配备 1 台 JK55-2No4.5 型局扇以辅助通风。3.8 采
15、准、切割、回采计算采准、切割工程量计算见表 3、4。表 3 采准、切割工程量计算表Table3 Calculation of construction capacity 巷道长度（m）巷道断面（m2）工程量（m3）工程名称巷道数量（条）一条 总长 矿石中 岩石中 矿石中 岩石中合计工业矿量（t）采准工作行人通风井 1 65 65 3.75 243.75 243.75 819凿岩巷道 4 50 200 6.25 1250 1250 4200穿脉 1 20 20 5.12 5.12 40.96 61.44 102.4 137.6主运平巷 1 50 50 5.12 256 2569装矿进路 6 10
16、 60 9.0 540 540铲运机道 1 50 50 9.0 450 450溜井 1 50 50 4.91 245.5 245.5小计 495 1534.7 1552.9 3087.7 5157切割工作拉底巷道 1 42 42 16 352 352 1183切割槽 50 312.5 312.5 1050切割天井 1 40 40 4 160 160 537.6小计 132 824.5 824.5 2771合计 627 2359.2 1552.9 3912.1 7928表 4 矿块出矿量计算表Table4 Calculation of extracted ore tonnage4 结语无底柱分段
17、空场法在阶段高度上，将矿体划分为若干分段，凿岩、爆破、出矿作业在分段巷道内进行，因而作业条件安全、可靠。不留底柱，减少了矿柱矿量的损失和矿柱回收的难度，使用无轨铲运机出矿，具有较大的出矿能力和较强的灵活性，使掌子面工效提高。崩落的矿石是在空场中由铲运机铲装出矿，不像无底柱分段崩落法那样在覆盖岩层下出矿，因而矿石的损失贫化小。由溜井从下中段出矿，无需设设备井，减少了采切工程量。目前该矿采用无底柱、铲运机出矿分段空场法进行开采，实践表明，该方法作业条件安全、可靠，有较大的出矿能力和较强的灵活性，矿石的损失贫化工作阶段矿石量（t）回收率（%）贫化率（%）采出储量（t）采出矿量（t）占比重（%）采 准
18、 5157 100 2 5157 5260 5.9切 割 2771 100 2 2771 2826 3.2矿房回采 69996 90 20 62996 75595 84.3矿柱回采 9436 50 25 4718 5898 6.6总 计 87360 86.6 18.4 75642 89579 10010小，采切工程量小，在该矿生产中取得了良好效果。矿山今后应尽一步考虑矿柱回收和空区处理问题，寻求矿柱回收和空区处理的最佳方案。参 考 文 献1 谢世俊. 金属矿床地下开采M. 冶金工业出版社，1979.2 谢世俊，周德元，宋晓天等. 采矿手册M. 冶金工业出版社， 2004.3 邱建萍. 国内采矿
19、方法概述J. 矿业快报，2008，24 （6）：10-12.4 郭金峰. 我国地下矿山采矿方法的进展及发展趋势J. 金属矿山，2000， （2）：4-7.5 朱卫东，原丕业，鞠玉忠. 无底柱分段崩落法结构参数优化主要途径J. 金属矿山，2000（9）：12-16.6 任凤玉，马运时. 无底柱分段崩落法开采缓倾斜中厚矿体在玉石洼矿的应用J. 化工矿山技术，1995,24（5）：11-14.7 严成涛 . 中深孔高分段空场法开采急倾斜薄矿体C. 金属矿山，2009 年 11 月：196-1988 张军胜，李俊平，宋士生. 采空区处理新方法研究与应用J. 金属矿山，2009（8）：19-22.作者简介：谷中元（1979） ，男，工程师，本科，采矿工程专业，主要从事采矿技术工作。
