厚大第四系霍邱铁矿床采矿方法的选择探讨

厚大第四系下霍邱铁矿床采矿方法的选择探讨

朱国涛

（五矿邯邢矿业安徽开发矿业有限公司霍邱 237462）

摘要霍邱铁矿床上部覆盖第四系松散岩层中流砂、砾石含水层，地表为良田和村庄名宅，不允许塌陷且矿体低品位急倾斜以及缓倾斜中厚以上矿体，安全开采技术难点保护第四系不被破坏。开展急倾斜以及缓倾斜中厚以上矿体采矿方法研究，成功解决开采此类矿山技术难题，取得了较好经济效益和社会效益。

关键字：厚大第四系；中厚矿体；安全采矿；效益

霍邱铁矿是一个大型全隐伏沉积变质铁矿床，南北走向约40km，东西宽约3kｍ～6km，主要有重兴集、吴集、李楼、周油坊、范桥、草楼、李老庄、张庄、周集、陶坝、刘寺、付老庄、刘塘坊、李营子班台子、张家夏楼等大-中型矿床组成，已经探明资源储量约25亿顿以上，矿石矿物主要为磁铁矿、镜铁矿为主。铁矿石品位较低，一般25%～35%。霍邱铁矿矿体形态多为似层状、透镜状。延伸比较稳定，埋深大多在100.3m～702.5m，矿体一般厚度小于40m，部分在40m～90m。矿体上方第四系盖层厚度高达45m～402m。

霍邱铁矿田第四系分布广，厚度大，其流砂层孔隙承压水水头高，富水性较强。地表多为农田、村庄、池塘沟渠。开采此类矿床的采矿方法选择要求保护地表不沉降或塌陷，或少许移动。吴集、李楼、张庄、周集等矿床矿体倾角一般为45°～75°，为倾斜～急倾斜矿体，以李楼铁矿为例探讨急倾斜矿体采矿方法的选择。但是范桥、刘塘坊、付老庄、张家夏楼等矿床矿体倾角一般为15°～30°，为缓倾斜矿体，以张家夏楼铁矿为例探讨缓倾斜矿体采矿方法的选择。

1 开采技术条件

李楼铁矿是霍邱铁矿田的重要大型矿床，已知共8个矿体，采矿主矿体为Ⅰ号矿体，走向近南北，长3.4km，赋存标高-52～-862m，平均厚度48.2m，倾角为65～85°。矿体形态为似层状、透镜状，厚度较大，构造简单，基本无夹岩。矿石矿物成分主要为镜铁矿，次为磁铁矿、赤铁矿，脉石矿物主要成分石英，次为闪石、云母类。铁矿石平均品位为TFe=34.08%，探明资源储量为2.76亿吨。矿石主要类型为沉积变质石英镜铁矿石，f = 7，稳固。矿体顶板围岩主要为片岩、角闪岩，裂隙不发育，f = 3，稳固性较差，矿体底板围岩主要白云石大理岩，f=6-7，稳固。矿体上覆第四系松散岩层覆盖，厚度约为33m～130m。

李楼铁矿床埋藏于当地侵蚀基准面及地下水位以下，主要含水层为第四系松散岩组、青白口系裂隙含水岩组、周集组风化带裂隙含水岩组和含矿带及矿体顶底板含水组。分布厚度为71-80m第四系亚粘土，能起到一定隔水层作用，地表水与地下水水力联系较弱。水文地质条件属中等偏复杂的矿床。第四系隔水层不被破坏情况下，预计井下正常生产过程中，正常涌水量10635 m3/d，最大涌水量17696 m3/d。

张家夏楼铁矿为一层主矿体和零星矿体，主矿体走向呈NW、NNW，赋存标高-180m～-600m，平均厚度25.36m。倾角30°左右。矿体形态呈似层状、透镜状分布。矿山矿物主要为磁铁矿、次赤褐铁矿。平均品位为TFe=27.89%，探明资源储量为0.31亿吨。矿体顶底板围岩主要黑云角闪片麻岩，基本稳固。矿石主要类型为沉积变质石英磁铁矿矿石，基本稳固。矿体上覆第四系松散岩层，厚度约为180～210m。埋藏于当地侵蚀基准面及地下水位以下，主要含水层为第四系流砂含水层、古风化带含水层。分布厚度为43m第四系亚粘土，能起到一定隔水层作用，地表水与地下水水力联系较弱。水文地质条件属中等矿床。第四系隔水层不被破坏情况下，预计井下正常生产过程中，正常涌水量1179 m3/d，最大涌水量7779 m3/d。

2 采矿方法的选择原则

（1）地表村庄名宅、农田、池塘等需要保护不破坏，单个矿体长度约1km～7km，矿体埋

藏较深，地质资源储量一般为几kt～几亿t，采矿区地表发生崩落带和移动带范围大，因此开采此类铁矿地表不允许塌陷。

（2）矿体上部为破碎古风化带，节理裂隙发育，岩石破碎极不稳固，裂隙渗水漏水现象严重，工程地质条件较差。所选用的采矿方法应能保护矿体上部破碎风化带不破坏，不能破坏顶板稳固性以及防止破碎风化带裂隙水渗水补给，应宜预留10～20m厚水平保安矿柱。

（3）作业要安全，回采凿岩爆破、出矿、运搬等作业尽量在巷道进行。提高生产产能，需要无轨设备应用，实现规模化生产，要求采切工程与无轨设备运行相适应，也能相应降低矿山运行成本，提高经济效益。

（4）矿区地表比较平坦，尾矿堆放需要解决。将尾矿砂充填井下采空区，保护地表不塌陷和沉降。减少尾矿占用农田筑坝，破坏生态环境，建设成无废或少废绿色矿山。

（5）采矿工艺成熟安全可靠，资源回收率要高，采矿成本要低。矿体厚度一般中厚以上矿体，矿石品位较低，为了获得盈利微利空间，一般采选规模比较大，一般200万/a～500万/a。

（6）合理开采顺序，对保护第四系松散岩土层不被破坏有利。霍邱铁矿第四系厚度较大，矿体埋藏较深，传统开采顺序自上而下开采不适应，虽然采场准备时间较短，投资见效益快，但是容易破坏矿体上覆厚大第四系，可能出现淹井安全事故。开采下一中段，需要预留保安顶柱或矿柱，资源回收率低。自下而上开采顺序，对保护地表构筑物、第四系含水层有利，矿体开采不需预留顶柱，上下中段不留间柱。上部中段的作业在下部中段充填体之上，接顶更容易保证，充填体的整体性更好，永久的稳定更好。

霍邱铁矿开采地表不允许塌陷和沉降，崩落法显然不适用。霍邱铁矿矿体中厚以上矿体，例如，采用房柱法回采，须留点柱，资源回收率正常情况只有70%，顶板管理难度较大，采场确定合理的跨度难度较大，采矿区处理也有难度，采矿工艺较复杂。例如，采用分层充填法，采矿工艺复杂，采矿生产能力较小。霍邱铁矿厚度较厚，围岩比较稳固，开采优先选择采矿方法是分段空场嗣后充填法，具有安全高效，机械化程度高，采矿成本低等特点。

3 可供霍邱铁矿开采几种采矿方法简介

根据开采技术条件以及水文地质条件，结合工程实际。李楼铁矿为急倾斜中厚矿体，采矿方法宜采用25m高分段凿岩空场采矿嗣后充填法。张家夏楼铁矿为缓倾斜中厚矿体，较适宜下盘脉外分段空场法。均能实现安全、高效、大规模化生产。

3.1李楼铁矿采矿简介

3.1.1 25m高分段凿岩空场采矿嗣后充填法,图1.

图1 李楼铁矿-425中段典型采矿方案图

1、-425中段下盘运输巷；

2、-400分段采区溜井；

3、-400分段下盘运输巷；

4、受矿巷；

5、切割井；

6、-375分段凿岩巷；

7、-350分段凿岩巷；

8、-325分段凿岩巷；

9、-425中段运输穿脉；10、-400分段出矿平巷；11、-400分段上盘运输巷；12、-425中段上盘运输巷；13、-400分段出矿平巷；14、-375分段下盘沿脉巷；15、-350分段下盘沿脉巷；16、-325分段下盘沿脉巷；17、采区回风井；18、充填井；19、-300分段回风巷

3.1.2 采场布置与结构参数

一个标准矿块长100m，高100m，分3个矿房和3个矿柱。矿房、矿柱分两步骤回采，一步采矿房，二步采矿柱。采场与采场间不留间柱。采场垂直矿体走向布置，矿房矿柱宽均为20m，采场长为矿体水平厚度，采场高度100m。分段高度为25m，在采场高度内分3个分段进行凿岩，即 -400m分段为出矿水平，-375m、-350m、-325m分段为凿岩水平，-300m充填水平。

-400m分段下盘沿脉平巷、出矿平巷、出矿进路、受矿巷，断面尺寸均为4.2m×3.8m，下盘沿脉平巷布置距矿体20～25m处。采用平底堑沟底部结构，出矿平巷与出矿进路的夹角为45°，第一步骤矿房回采时，为采场为双边出矿，第二步骤矿柱回采时采场为单边出矿。-375m分段下盘平巷、凿岩硐室、-350m分段下盘平巷、凿岩硐室、-325m分段下盘平巷、凿岩硐室、-300m分段下盘平巷、充填巷等，断面尺寸均为4.2m×3.8m，下盘平巷布置距矿体25处左右。

3.1.3 回采工作

采用25m 高分段向上垂直凿岩扇形深孔，采用simba1354型液压移动凿岩台车进行凿岩，孔径76m，孔深高达31m。孔网根据宽孔底距、小抵抗线的原则和爆破漏斗实验的结果。孔网参数优化为排距1.6～1.8m，孔底距2.6～2.9m，边孔角40～50°，上下分段孔间

距0.5m。采用炸药混装车和BQF-100型装药器装药。炸药为多孔粒状铵油炸药，非电微差雷管孔底起爆技术，孔底加起爆弹，增强爆破可靠稳定性，适度加大前排与后排微差时间。分段爆破回采上分段超前下分段，形成下向梯形当头面。二步骤回采矿柱不能同时在充填体两侧进行回采，隔一采一的原则。崩矿步距为2～3排，即3.2～5.4m，必要时可为4～5排。每米炮孔崩矿量8～10t，采场每次崩矿量1800t，炸药单耗为0.45kg/t。

3.1.4 采矿工作

采矿过程中使用主体设备配置安全高效的大型机械设备，掘进凿岩Boomer281型液压凿岩台车，出渣装岩机为ACY-3L安全高效柴油铲运机，斗容3m3，配置20tMT2010井下卡车运渣。

分段爆破集中在-400m水平平底堑沟装矿，凿岩水平分段爆破进行少量松动出矿，-400m 水平大量出矿采用LH514E电动铲运机，斗容6m3，运至采场溜井，溜井安装双台板FZC4514振动放矿机放矿。在100m高空区对采场底部位置聚集残矿回收存在安全隐患，配置由ACY-3L遥控铲运机进行辅助出矿，保证作业人员安全，每个采场多回收残矿石9000t。在-425m水平由20t电机车牵引10m3底侧卸式矿车有轨运输至卸矿坑，在破碎硐室进行粗碎，采用C-140型颚式破碎机，通过皮带运输至矿仓，由主井箕斗提升至地表。

3.1.5 通风工作

通风选用Ⅳ级级站机械通风方式，新鲜风流由Ⅰ级机站副井石门巷送至-425m水平穿脉，由Ⅱ级机站为各分段供新鲜风流冲洗工作面，污风由Ⅲ级机站回风至-250m水平回风巷，在南北风井配置Ⅳ级机站将污风抽出地表。

3.1.6 充填工艺

采场充填采用全尾砂结构流胶结充填技术，有效降低运营成本低，充填体强度也能满足二步骤安全回采矿柱。选厂的浓度10%全尾砂经泵加压输送至充填站立式沙仓进行自然沉降，阶梯排水，大约1h后可以形成60%浓度尾砂方可进行压气造浆，全尾砂料浆供给搅拌机，散装水泥通过吹灰管卸入水泥仓，由水泥仓向搅拌机供水泥胶结剂。搅拌机选用双卧轴搅拌机+高速活化搅拌机两段连续搅拌，全尾砂和水泥胶结剂搅拌均匀制备成浓度为70～72%全尾砂充填料浆。通过地表充填下料孔自流输送至井下-160m水平，在充填钻孔下套管接110mm钢编管敷设至-300m充填水平，换普通110mm塑料管至采空区。

采场矿石出完毕后对进路、各分层凿岩巷浇筑堵墙封堵，双层钢筋浇筑混凝土，厚600mm，挡墙位置需距采空区边界4m以上，对充填挡墙预留口方便人对挡墙里侧素喷50m 密封，挡墙底部每上1m布置2个临时脱水管兼观察管，在采场内敷设２条适当直径的波纹脱水塑料管，将水排出即可。在采场顶部对采场进行多点下料充填，保证充填料充分接顶。充填作业开始阶段，一次充填高度控制在1m以内，保证充填挡墙的稳定，待充填体凝固后方可继续充填。充填面超过充填挡墙最高点后，一次充填高度可为1.5～2m，但以充填体表面无积水为原则。充填体顶部和底部强度要求相对较高，充填料按照不同部位可采用配比1:4、1:6、1:8，平均灰砂比1:5，强度达到2.15MP以上，但充填体的强度需达到二步骤矿柱安全高效回采的要求，二步采采场充填可采用较低配比的尾砂胶结充填。

3.2 张家夏楼采矿方法简介

3.2.1下盘脉外分段空场嗣后充填标准采矿方法，图2

图2 张家夏楼铁矿分段空场嗣后充填标准采矿方法图

1、凿岩巷；

2、出矿进路；

3、分段沿脉；

4、矿石溜井；

5、进风小井；

6、废石溜井；

7、穿脉运输巷；

8、沿脉运输巷；

9、矿石溜井联巷；10、废石溜井联巷；11、进风小井联巷；

12、回风充填斜井联巷；13、回风充填斜井；14、间柱；15、炮孔；16、切割平巷；17切割天井。

3.2.2 采场布置与结构参数

一个标准矿块长为100m，高为100m。分2个矿房和一个间柱。采场沿矿体的走向布置，矿房长度44m，宽为矿体的水平厚度，高为100m，房与房间柱12m。分段高度12.5m，在采场高度内分8个凿岩出矿水平。-475m中段为有轨运输水平，-450m、-437.5m、-425m、-412.5m、-400m、-387.5m、-375m、-362.5m为凿岩出矿水平。

在每个分段矿房中部布置凿岩（集矿）巷，断面尺寸均为3.3m×3.7m。凿岩（集矿）巷与分段沿脉间每隔12m布置一条出矿进路，断面尺寸均为3.0m×3.2m。一个标准矿块布置4条矿石溜井，矿房上下盘布置进风井和充填回风斜井。

3.2.3回采工作

采矿凿岩采用simba1354液压移动台车进行凿岩向上垂直扇形中孔，孔径76mm，排距为1.5m～1.7m，孔底距为2.6～2.9m。边孔角50°。采用炸药混装车和BQF-100型装药器装药。炸药为多孔粒状铵油炸药，非电微差雷管孔底起爆技术，孔底加起爆弹，增强爆破可靠稳定性，适度加大前排与后排微差时间。崩矿步距为2～3排，即3.2～5.1m，必要时可为4～5排。每米炮孔崩矿量5～7t，采场每次崩矿量1100t，炸药单耗为0.45kg/t。回采由矿房自下而上顺序开采。采矿出矿搬运采用CYE-2电动铲运机。

3.2.4 通风工作

新鲜风流由副井石门巷进入-475m水平穿脉，经进风小井或分段沿脉巷进入采场冲洗工作面，污风从上部回风充填斜井回风至回风水平，最后经南回风井或中回风井排出地表。3.2.5 充填工作

矿房回采结束后并大量放矿结束后，对各分段出矿进路砌筑封堵挡墙，用灰砂比1∶6全尾砂充填采空区。充填采用多点下料多次回充，充填接顶较好。

4 结语

霍邱铁矿埋藏较深、品位低、整个矿床被厚大第四系覆盖，开采难度较大。开采过程要保护生态环境，地表不允许塌落。霍邱铁矿单个矿体走向长，延伸深，储量大，厚度为中厚以上矿体，一般厚度小于40m。开采此类矿床采用安全、高效、机械化程度高的采矿方法，降本增效，获得微利，保证矿山正常生产，最适宜采矿方法分段空场嗣后充填法。

生产实践证明: 采用高分段凿岩嗣后充填法能解决厚大第四系下中厚以上急倾斜矿体开采难题，采矿产能高、配套机械化程度高、作业安全、采矿成本低于同类矿山。采用下盘脉外分段空场嗣后充填法能较好解决缓倾斜中厚以上矿体开采难题。技术经济能力较强的矿山企业，可以采用脉内分段空场嗣后充填法，采用遥控铲车辅助出矿，能有效避免作业人员进入采空区作业。与盘脉外分段空场嗣后充填比较，能省去分段出矿巷道和装矿进路等采准工程，采准费用大大较低。

霍邱铁矿开采也有必要开展采矿过程稳定性，充填体强度以及充填胶结替代材料，采矿方法选择与之配套设备国产化研究，降低低品位铁矿山运营成本，使霍邱低品位铁矿山开采也能获得经济效益。

参考文献

［1］京诚（秦皇岛）公司.李楼铁矿和吴集铁矿（北段）联合建设工程实施方案.［R］. 2007.11 ［2］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(2)：1-3 ［3］刘哲等. 缓倾斜中厚至厚矿体采矿方法探讨. ［J］现代矿业.2014（4）：20-21；37 ［4］魏晓明等. 急倾斜厚大矿体采矿方法的选择. ［J］金属矿山.2014（4）：31-34

［5］张立新. 全尾砂胶结充填技术在李楼铁矿的应用 . ［J］有色金属（矿山部分）.2012（3）：17-20

作者简介：朱国涛(1982-)，男，安徽开发矿业助理采矿工程师，主要从事采矿技术管理工作， E—mail：569629750@https://www.wendangku.net/doc/bf4534150.html,

通讯地址：安徽霍邱县霍邱经济开发区（白庙）安徽开发矿业有限公司采矿事业部调度室联系电话：155********