采礦工程畢業(yè)論文--鐵礦傾斜礦體上向水平分層廢石充填法試驗(yàn)研究

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 緒 論1</p><p>　　1.1課題背景及研究意義1</p><p>　　1.2傾斜厚礦體的國內(nèi)外開采現(xiàn)狀及存在的問題2</p><p>　　1.3傾斜中厚礦體的國內(nèi)外開采現(xiàn)狀及存在的問題3</p><p

2、>　　1.3.1分段采礦法在中厚傾斜礦體開采中的應(yīng)用3</p><p>　　1.3.2充填采礦法在中厚傾斜礦體開采中的應(yīng)用7</p><p>　　1.4礦山廢石充填技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀10</p><p>　　1.5鐵礦山使用充填采礦法的應(yīng)用現(xiàn)狀11</p><p>　　1.6研究內(nèi)容和方法13</p><p

3、>　　1.6.1中厚礦體采礦方法研究技術(shù)路線15</p><p>　　1.6.2中厚礦體采礦方法研究技術(shù)路線15</p><p>　　第二章 東大山鐵礦開采技術(shù)條件與開采效果17</p><p>　　2.1東大山鐵礦開采技術(shù)條件17</p><p>　　2.1.1礦體規(guī)模、形態(tài)及產(chǎn)狀17</p><p>

4、;　　2.1.2水文地質(zhì)條件18</p><p>　　2.1.3工程地質(zhì)條件19</p><p>　　2.1.4環(huán)境地質(zhì)條件20</p><p>　　2.2開采效果評(píng)價(jià)20</p><p>　　第三章 上向水平分層廢石充填采礦法24</p><p>　　3.1 礦山開拓方式與生產(chǎn)能力24</p>

5、<p>　　3.2傾斜中厚礦體上向水平分層廢石充填法試驗(yàn)方案24</p><p>　　3.2.1采場結(jié)構(gòu)參數(shù)及采準(zhǔn)工程布置24</p><p>　　3.2.2回采工藝25</p><p>　　3.2.3廢石充填方式27</p><p>　　3.3上向水平分條分層廢石充填法試驗(yàn)方案29</p><p&

6、gt;　　3.3.1采場結(jié)構(gòu)參數(shù)及采準(zhǔn)工程布置31</p><p>　　3.3.2 回采工藝31</p><p>　　3.2.3 采場充填34</p><p>　　第五章 傾斜中厚礦體中采場結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)值模擬分析41</p><p>　　5.1數(shù)值計(jì)算模型的建立41</p><p>　　5.1.1 礦山幾何模型

7、的建立41</p><p>　　5.1.2 本構(gòu)模型和材料參數(shù)的選取43</p><p>　　5.1.3 邊界條件和初始條件46</p><p>　　5.1.4 計(jì)算中的幾點(diǎn)說明46</p><p>　　5.2 模擬方案及步驟46</p><p>　　5.2.1 模擬方案46</p><

8、p>　　5.2.2 模擬步驟47</p><p>　　5.3 模擬結(jié)果分析48</p><p>　　5.3.1 初始應(yīng)力狀態(tài)模擬48</p><p>　　5.3.2 模型開挖充填的模擬分析50</p><p>　　5.3.2.1 拉底層開挖模擬結(jié)果50</p><p>　　5.3.2.2 總體模擬結(jié)果分

9、析54</p><p>　　5.4 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)分析67</p><p><b>　　5.5小結(jié)75</b></p><p>　　第六章 傾斜厚礦體中采場結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)值模擬分析77</p><p>　　6.1幾何模型與巖石力學(xué)參數(shù)77</p><p>　　6.2邊界條件和初始條件78&l

10、t;/p><p>　　6.3 模擬方案及步驟79</p><p>　　6.3.1 模擬方案79</p><p>　　6.3.2 模擬步驟79</p><p>　　6.4 模擬結(jié)果分析81</p><p>　　6.4.1 初始應(yīng)力狀態(tài)模擬81</p><p>　　6.4.2 分層開挖充填模擬

11、82</p><p>　　6.4.2.1 第一組的數(shù)值模擬結(jié)果82</p><p>　　6.4.2.2 第二組的數(shù)值模擬結(jié)果105</p><p>　　6.4.2.3 第三組的數(shù)值模擬結(jié)果106</p><p>　　6.4.2.4 第四組的數(shù)值模擬結(jié)果106</p><p>　　6.4.2.5采場結(jié)構(gòu)參數(shù)最優(yōu)

12、方案的確定107</p><p>　　6.5 最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定及充填體強(qiáng)度分析115</p><p>　　6.6 本章小結(jié)117</p><p>　　第七章 灌漿充填體強(qiáng)度設(shè)計(jì)118</p><p>　　7.1 灌漿充填體強(qiáng)度計(jì)算119</p><p>　　7.1.1 楊森公式119</p>

13、<p>　　7.1.2 灌漿充填體強(qiáng)度計(jì)算121</p><p>　　7.2 礦山廢石粒度分級(jí)試驗(yàn)122</p><p>　　7.3 滲透灌漿現(xiàn)場試驗(yàn)124</p><p>　　7.4 本章小結(jié)125</p><p>　　第八章 工業(yè)試驗(yàn)情況及效益126</p><p>　　8.1項(xiàng)目提出的原

14、因（背景）126</p><p>　　8.2項(xiàng)目的進(jìn)一步論證127</p><p>　　8.3項(xiàng)目實(shí)施條件（開采技術(shù)條件）127</p><p>　　8.4 4穿—8穿傾斜中厚礦體上向水平分層廢石充填法工業(yè)試驗(yàn)128</p><p>　　8.4.1.采場結(jié)構(gòu)參數(shù)及采準(zhǔn)工程布置128</p><p>　　8.4

15、.2.回采工藝128</p><p>　　8.4.3.廢石充填方式129</p><p>　　8.4.4.項(xiàng)目預(yù)期技術(shù)指標(biāo)如下(按標(biāo)準(zhǔn)礦塊計(jì))130</p><p>　　8.4.5項(xiàng)目實(shí)施效果130</p><p>　　8.4.5.1.采出礦量、品位及采切比統(tǒng)計(jì)130</p><p>　　8.4.5.2.貧化

16、率及回采率計(jì)算130</p><p>　　8.4.5.3.采礦成本分析132</p><p>　　8.4.5.4工業(yè)試驗(yàn)采場經(jīng)濟(jì)效益133</p><p>　　8.5上向水平分條分層廢石充填采礦法工業(yè)試驗(yàn)133</p><p>　　8.5.1采出礦量及品位統(tǒng)計(jì)133</p><p>　　8.5.2實(shí)際采切比

17、134</p><p>　　8.5.3.貧化率及回采率計(jì)算134</p><p>　　8.5.4采礦成本分析135</p><p>　　8.5.5試驗(yàn)期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)效益135</p><p>　　8.6推廣應(yīng)用效益136</p><p>　　8.7項(xiàng)目開發(fā)成功的結(jié)論與經(jīng)驗(yàn)136</p><p&

18、gt;　　8.8今后的打算137</p><p>　　第九章 結(jié) 論139</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)141</b></p><p><b>　　附 錄144</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>

19、;<b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　1.1課題背景及研究意義</p><p>　　鋼鐵工業(yè)是發(fā)展我國國民經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)，鐵礦石是鋼鐵工業(yè)的主要原材料。隨著改革開放的深化，經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的高速發(fā)展，我國逐漸由鋼鐵大國轉(zhuǎn)變?yōu)殇撹F強(qiáng)國，因此，對(duì)鐵礦資源需求在不斷增加。但目前國內(nèi)鐵礦石只能滿足需求量的60％左右，供給不足的矛盾將長期存在。</p>

20、;<p>　　我國是一個(gè)人口眾多的發(fā)展中國家，資源總量豐富，但人均占有量很少，資源相對(duì)貧乏。礦產(chǎn)資源是不可再生資源，因此，珍惜有限的礦產(chǎn)資源對(duì)于我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有著極其重要的意義。資源的不合理開發(fā)利用，不僅是導(dǎo)致資源問題的根源，也是產(chǎn)生其它危機(jī)，如經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和穩(wěn)定等問題最重要的原因之一。從某種程度上說，資源問題的發(fā)展趨勢，將決定一個(gè)企業(yè)、一個(gè)區(qū)域、一個(gè)國家，乃至全球未來發(fā)展的趨勢和命運(yùn)。</p><p

21、>　　我國鐵礦資源礦情極為復(fù)雜，自然條件差，目前累計(jì)探明儲(chǔ)量為460多億噸，但已利用及可利用的鐵礦資源卻只有250多億噸。我國鐵礦資源具有如下特征：①品位較低，平均品位為30%左右，低于世界11個(gè)百分點(diǎn)；②SiO2含量高，絕大多數(shù)需經(jīng)選礦和燒結(jié)（球團(tuán)）才能入爐；③開采條件較差，露天比例下降到70%以下，平均剝采比接近3噸／噸。面對(duì)我國資源現(xiàn)狀，要保證安全供應(yīng)，必須堅(jiān)持開源節(jié)流、節(jié)約與保護(hù)并重的資源戰(zhàn)略。我國鐵礦資源供給不足，在今后

22、發(fā)現(xiàn)大礦藏可能性極小的情況下，高度重視并解決開采利用方面的問題，合理有效地利用現(xiàn)有探明鐵礦資源，保證安全供應(yīng)，事關(guān)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展【1～5】。</p><p>　　目前國內(nèi)外金屬礦山使用的采礦方法主要為：空?qǐng)龇?、崩落法和充填法。黑色金屬礦山大都是崩落法，其次是空?qǐng)龇?，在鐵礦山中很少采用充填法。眾所周知，充填采礦法是成本高的采礦方法，一般用于高品位、高價(jià)值的有色或貴重金屬的開采，雖然充填采礦法具有礦石回收率高、貧

23、化率低、作業(yè)安全、能適應(yīng)礦體產(chǎn)狀的復(fù)雜變化且能保護(hù)地表等優(yōu)點(diǎn)，但其原來存在的缺點(diǎn)，諸如現(xiàn)場作業(yè)條件惡劣、充填與回采相互制約嚴(yán)重、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、采礦強(qiáng)度低、成本高，礦山效益差等，給設(shè)計(jì)部門和采礦工程師留下了根深蒂固的印象。但是隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高，人們逐漸轉(zhuǎn)變觀念，認(rèn)識(shí)到礦山固體廢料給環(huán)境帶來的巨大破壞，采礦活動(dòng)的末端處理花費(fèi)了大量的人力、物力和財(cái)力。因此，隨著充填采礦技術(shù)的發(fā)展，充填采礦法在鐵礦中的應(yīng)用也越來越多的得到人們認(rèn)可。因此

24、，研究在鐵礦中應(yīng)用充填采礦法具有極其重要的意義【6】。</p><p>　　1.2傾斜厚礦體的國內(nèi)外開采現(xiàn)狀及存在的問題</p><p>　　傾斜厚礦體是指礦體傾角為30°～55°、厚度在10-15～40m之間的礦體【7】。目前，國內(nèi)礦山對(duì)于此類礦體一般廣泛應(yīng)用無底柱分段崩落法、有底柱分段崩落法、分段空?qǐng)龇ǖ?。我國傾斜厚礦體開采中的典型方案如表1-1所示[8～9]：&l

25、t;/p><p>　　表1-1 我國傾斜厚礦體開采的典型方法與主要指標(biāo)</p><p>　　從表1-1中可以看出，采用空?qǐng)龇ɑ夭蓛A斜厚礦體的有以下礦山：新冶銅礦、東大山鐵礦、新浦磷礦、廬江礬礦、金嶺鐵礦、萊蕪鐵礦等。這些礦山的損失率都在20%以上，最大為50.75%；貧化率都在19%以上，最大為33.37%。造成損失率和貧化率較大的原因是：空?qǐng)龇粝铝舜罅康捻?、底、間柱且這些礦柱不能得到有效回

26、收甚至不回收；采用崩落法回采傾斜厚礦體的有以下礦山：桃林鉛鋅礦、錦屏磷礦、符山鐵礦、程潮鐵礦等。這些礦山的損失率都在20%以上，最大為25%；貧化率都在13%以上，最大為32.8%。造成損失率和貧化率較大的原因是：采場崩落礦石散體的壓實(shí)放礦靜止角在65～70º之間,松散放礦靜止角在53～65º之間，采場底盤殘留體難以放出；采用充填采礦法回采傾斜厚礦體的礦山是凡口鉛鋅礦和柏坊銅礦。其中凡口鉛鋅礦的損失率可以降低到4%以

27、下，而貧化率一般都在10%左右。從以上分析中可以看出：應(yīng)用充填采礦法回采傾斜厚礦體的礦山，其損失貧化率相對(duì)于前兩類采礦方法有了較大幅度的降低。從國外開采此類礦山的情況來看，也存在上述問題。目前歐洲國家更多以偽傾斜布置的房柱嗣后充填法、分段充填法為主。</p><p>　　1.3傾斜中厚礦體的國內(nèi)外開采現(xiàn)狀及存在的問題</p><p>　　通常情況下，將傾角30°～55°

28、、厚度4.0—10～15m的礦體界定為傾斜中厚礦體[1]。從國內(nèi)外眾多傾斜中厚礦體的開采效果來看，總體呈現(xiàn)礦石損失率高、貧化率高、事故率高、效率低?？梢哉f，傾斜中厚礦體開采一直是采礦工程的一個(gè)難題[2～6]。從地下礦山采場礦石的搬運(yùn)方式來講，礦石搬運(yùn)方法主要有重力運(yùn)搬、機(jī)械運(yùn)搬、爆力運(yùn)搬和水力運(yùn)搬等。其中重力運(yùn)搬方式應(yīng)用最廣，機(jī)械運(yùn)搬發(fā)展迅速，爆力運(yùn)搬方式應(yīng)用范圍有限，水力運(yùn)搬方式應(yīng)用極少。急傾斜礦體開采一般借助重力運(yùn)搬，這種運(yùn)搬方式成

29、本最小，應(yīng)用較為廣泛。緩傾斜礦體開采一般借助機(jī)械運(yùn)搬，主要有電耙或自行無軌設(shè)備如鏟運(yùn)機(jī)、裝運(yùn)機(jī)等。而傾斜礦體的開采，運(yùn)搬歷來是個(gè)難題，若采用重力運(yùn)搬，由于傾角不夠陡，而采場崩落礦石的壓實(shí)安息角大多在65°左右，致使大部分礦石殘留在礦體底盤，無法實(shí)現(xiàn)自溜[7]。若采用機(jī)械運(yùn)搬，傾角又陡，采礦機(jī)械也很難直接進(jìn)入采場進(jìn)行采裝作業(yè)，有些礦山則采用偽傾斜布置出礦巷道和采準(zhǔn)工程來解決此問題。另外，對(duì)于傾斜中厚礦體的開采，由于頂板維護(hù)較困難

30、，作業(yè)的安全性差，在采場暴露空間內(nèi)鑿巖爆破或用機(jī)械運(yùn)搬礦石，都存在不同程度的安全隱患。用傳統(tǒng)的采礦</p><p>　　1.3.1分段采礦法在中厚傾斜礦體開采中的應(yīng)用</p><p>　　萊蕪鐵礦的馬莊礦區(qū)和谷家臺(tái)礦區(qū)，傾斜中厚礦體占有較大比例，其中，馬莊礦區(qū)曾對(duì)于這部分礦體開采，先是采用人工或裝巖機(jī)裝礦的無底柱端部放礦分段崩落法回采，后來改用有底柱分段強(qiáng)制崩落法回采，但效果都不夠理想，礦

31、房采切比為40～50(m/kt),1980年以前礦石綜合實(shí)際損失率為32.53%,而礦塊年采礦強(qiáng)度僅為幾千噸至一萬多噸。另外，由于礦巖不穩(wěn)固和回采周期長，礦房底部結(jié)構(gòu)維護(hù)困難，經(jīng)過多次維修后才將礦塊采完。六十年代中期，松樹山銅礦開始采用底盤漏斗傾斜電耙道分段崩落采礦法，回采礦體真厚度為10m左右、傾角約30° (最大37°)的松軟破碎礦體，該法在該礦的傾斜中厚礦體開采技術(shù)方面有一定的進(jìn)展，為解決高硫礦石崩落后的氧化自

32、燃方面積累了一些經(jīng)驗(yàn)，但是該法底部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大量斗頸斗穿及電耙巷道均需用素混凝土或鋼筋混凝土支護(hù)，大大增加了采礦成本，因此，這種方法仍不理想[9]。金嶺鐵礦在礦體傾角大于45°，厚度大于12m，選用分段采礦法。中段高20～50m，礦房長40～50m，分段高10～13m，間柱寬6～8m，一般不留頂?shù)字?漏斗間距7～7.5m。裝礦運(yùn)輸巷道和漏斗平巷布置在脈外，斜人行天井布置在</p><p>　　爆力運(yùn)礦

33、采礦法在傾斜中厚礦體中也有使用，該法是借助于炸藥爆炸的作用力將礦石沿礦體傾向拋擲，并能繼續(xù)沿采場底板運(yùn)行到底部漏斗的一種采礦方法[11]。我國曾經(jīng)或現(xiàn)在仍使用爆力運(yùn)礦采礦法的有青城子鉛礦、胡家峪銅礦、龍煙鐵礦、潘洛鐵礦、凡口鉛鋅礦深部傾斜中厚礦體等。青城子鉛礦榛子溝坑289及310號(hào)脈，為似層狀礦體。礦體走向長1500m，4～8m的中厚礦體占全礦的46%，礦體傾角為25°～55°，平均40°。礦石較穩(wěn)固。礦

34、體的直接上盤頂板大多數(shù)為2～lOm的石墨化白云石大理巖，不太穩(wěn)固。礦體的直接下盤為0.5～1.7m厚的石英云母片巖，節(jié)理發(fā)育，不太穩(wěn)固。下盤為粘質(zhì)沉積變質(zhì)的混合巖，f為12～14，但局部地區(qū)節(jié)理發(fā)育。該礦采用爆力運(yùn)礦空?qǐng)龇āｋA段高度30m，分為兩個(gè)垂高15m的高分段回采，留4m間柱，形成礦房，或不留間柱連續(xù)回采。礦房長32m，中間設(shè)計(jì)兩個(gè)鑿巖天井。分段電耙槽布置在底盤脈外，各分段有溜井及人行井與階段運(yùn)輸巷道連通。端部有通風(fēng)井與上階段回風(fēng)

35、道相通。切割平巷靠下盤開挖，用淺孔形成一個(gè)4m寬的小立槽，然后布置垂直扇形中深孔。沿礦體走向布置塹溝，塹溝漏斗間距5～6m,斗高4m。采場生產(chǎn)</p><p>　　湘西金礦礦石穩(wěn)固，圍巖不穩(wěn)至中穩(wěn)，礦體傾角2O°～38°,網(wǎng)脈狀礦體厚度12m，采用錨桿護(hù)頂中深孔落礦房柱采礦法。階段斜長55～60m，礦房寬lOm，礦壁2～3m，不留頂柱和底柱。礦房由上而下分為兩分段，分段切頂和分段回采先從頂部切

36、割天井將第一分段礦房沿頂切開，高度3m，用砂漿錨桿護(hù)頂。在下部由兩個(gè)切割天井將底拉開，高度2.5m。在分段下部開切割槽。在切割天井中用YG一4O型鑿巖機(jī)打上向扇形中深孔，導(dǎo)爆管一非電導(dǎo)爆系統(tǒng)微差爆破。礦房底部沿走向布置電耙道，礦房回采的礦石用電耙耙入溜井， 由中段運(yùn)輸平巷裝車運(yùn)出。礦房兩側(cè)留2～3m 礦壁，部分礦壁在回采相鄰礦房時(shí)一并回收[10]。</p><p>　　在國外金屬礦山,中厚傾斜礦體主要以房柱法、分

37、段空?qǐng)霾傻V法。近年來，隨著無軌采礦的推廣和采掘設(shè)備的日益完善以及支護(hù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，針對(duì)中厚傾斜礦體的采礦方法也取得了很大進(jìn)展：①.使用大型液壓鑿巖臺(tái)車，采礦進(jìn)路的斷面和分層高度隨之加大?，F(xiàn)在，厚度小于6～8m的礦體一般都不分層開采，采礦強(qiáng)度和效率顯著提高。②.廣泛使用各種錨桿支護(hù)和錨桿臺(tái)車，采場空頂高度和跨度相應(yīng)增大，節(jié)約了坑木，加快了支護(hù)速度，改善了安全條件。③.遙控出礦設(shè)備的應(yīng)用日漸增多，既保證了出礦工人的作業(yè)安全，又減少了礦石損

38、失。④.為了使房柱采礦法擴(kuò)大應(yīng)用于傾斜中厚礦體，創(chuàng)造了分段房柱法和沿走向推進(jìn)的斜巷運(yùn)輸房柱法，并視礦石價(jià)值而決定是否留連續(xù)礦柱和是否使用充填體替代回收礦柱。⑤.在無軌采礦的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造了新的組合式采礦方法，既適用于傾斜中厚礦體的下盤漏斗分段空?qǐng)龇?，又適用于急傾斜薄至中厚礦體的無底柱分段空?qǐng)龇ā＂?在礦巖不甚穩(wěn)固的情況下，使用長錨索對(duì)上盤圍巖和頂柱進(jìn)行預(yù)加固，有效地降低了礦石的貧化和損失，提高了采礦安全性。</p><

39、p>　　德國瓦爾韋爾瓦特鐵礦開采3～6m厚、傾角16～48°的貧鐵礦床，原先用氣腿鑿巖機(jī)鑿巖和電耙出礦，逆傾斜方向分梯段回采，勞動(dòng)效率低下。后來改為斜巷運(yùn)輸房柱法，該方法是根據(jù)自行設(shè)備的爬坡能力，在采場內(nèi)相應(yīng)地布置偽傾斜運(yùn)輸巷道，采礦工作沿走向推進(jìn)，采下的礦石用汽車或鏟運(yùn)機(jī)通過斜巷運(yùn)到主運(yùn)輸水平。在礦體內(nèi)布置坡度為10%的折返式斜坡道，工作面以3%的坡度向上推進(jìn)，礦房寬9m，礦柱4×4m。折返式斜坡道由3條平行

40、巷道組成，彼此用4m寬的礦柱隔開，中間一條巷道用于維修和材料供應(yīng)，外面兩條巷道運(yùn)輸?shù)V石，分別行駛重車和輕車。鑿巖使用Boomer H132型雙機(jī)臺(tái)車，配COP1038型液壓鑿巖機(jī)，炮孔深度4.8m，裝載采用自卸汽車。礦山年產(chǎn)礦石45萬噸，勞動(dòng)生產(chǎn)率90～100噸/工班，比以前提高了近3倍。</p><p>　　前蘇聯(lián)維什涅夫礦開采微晶花崗巖金屬礦床，礦體傾角15～45°，平均約28°，礦體厚度

41、1～12 m，平均3.5～4 m。礦石圍巖穩(wěn)固，硬度系數(shù)f=12～14。礦山原采用沿傾斜方向耙礦的房柱法，后來采用分段房柱采礦法。該法是在兩個(gè)主要水平之間，沿傾斜方向?qū)⒌V體分成許多沿走向布置的礦房（即分段平巷）和頂柱，回采工作自上向下分段進(jìn)行。上下兩個(gè)相鄰的分段平巷掘進(jìn)完成后，回采部分頂柱，從而在采空區(qū)留下規(guī)則的礦柱，以支撐上盤?；夭刹糠猪斨鶗r(shí)，從分段平巷每隔一定距離向頂柱鉆鑿一組中深炮孔，爆下的礦石從下面的分段平巷中用裝運(yùn)設(shè)備運(yùn)出。采

42、區(qū)長180m，分段平巷寬6.5～7.5m，頂柱寬3m。各分段平巷用一條坡度為10°，斷面20 m2的脈內(nèi)斜坡道聯(lián)接。斜坡道旁有兩個(gè)放礦溜井，一條靠近下水平，一條在中部標(biāo)高位置。上下兩個(gè)分段平巷掘完后，回采部分頂柱，使留下的礦柱沿走向的長度為4～8m。鑿巖使用CBY—2M型雙機(jī)臺(tái)車，孔深2.2m，用銨油炸藥爆破。礦石用ΠЛ—8型鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)往溜礦井，平均運(yùn)距80～100m，臺(tái)班效率260噸。采用新方法后，礦塊平均產(chǎn)量從60噸/班提高

43、至145噸/班，成本降低17.5%。</p><p>　　1964年以來，贊比亞的穆富里拉銅礦通過試驗(yàn)并推廣了開采傾斜中厚礦體的所謂“瀑布”采礦法，即下盤漏斗(后改為放礦塹溝)分段空?qǐng)龇?該法兼有爆力運(yùn)搬和房柱法的優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用中取得了甚為理想的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。礦體平均厚度9～12m，傾角30～35°，礦房和礦柱的礦量各占2/3和1/3。分段高度9～12m，每個(gè)分段有兩條分段平巷，一條是布置在礦房內(nèi)的鑿巖出礦

44、平巷，另一條是布置在下盤圍巖中的塹溝拉底平巷。兩條每隔12～15m用出礦橫巷貫通。第一步先采礦房，從礦塊邊界切割槽處后退式回采。在上一分段的鑿巖平巷和下一分段的塹溝拉底平巷內(nèi)分別鉆鑿垂直的扇形炮孔。爆下的礦石從下分段的出礦橫巷和出礦平巷內(nèi)運(yùn)出。當(dāng)?shù)V房回采工作面后退至接近上一分段的出礦橫巷時(shí)，隨即進(jìn)行第二步回采，即留存一段長約12～15m的頂柱。以第一步采空的礦房為自由面，依次分排爆破，礦石借爆力作用，基本上垂直地落入下盤塹溝。為了減少礦

45、石貧化，下盤附近的那段炮孔不裝藥，以便爆破后留下一排連續(xù)的三角礦柱，用來阻擋上部廢石順著下盤滾入塹溝。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：鑿巖出礦平巷不是布置在下盤接觸線上，而是布置在礦體內(nèi)；用放礦塹溝代替放礦漏斗，拉底工作效率高；</p><p>　　1.3.2充填采礦法在中厚傾斜礦體開采中的應(yīng)用</p><p>　　雞冠嘴金銅礦I號(hào)礦體走向北東30°，傾角30°～45°，礦體

46、平均厚度8m, 兩礦體礦石均為中等以上穩(wěn)固。礦體上下盤圍巖主要為大理巖、矽卡巖、閃長巖和白云質(zhì)大理巖，硬度系數(shù)f=8～l2，屬中等以上穩(wěn)固。該礦區(qū)位于大冶湖南緣的圍墾區(qū)內(nèi)，礦區(qū)地勢平坦，地面標(biāo)高15m左右，常年最高洪水位17.31m，常年洪水期湖水被阻于圍墾堤外，特大洪水期礦區(qū)全部被洪水淹沒。礦區(qū)地表不允許塌陷。該礦幾經(jīng)易改,后來試用了留礦全面法。該采礦方法主要缺點(diǎn)有：(1)礦柱占礦量較多。礦柱占礦塊礦量的25%左右，礦石回采率約為50

47、%，作業(yè)條件差，成本高。(2)當(dāng)?shù)V體變化較大時(shí)，采場底板礦石損失量也較大，當(dāng)?shù)V體變厚時(shí)，采場頂板管理難度加大。(3)在采礦過程中，由于電耙運(yùn)搬礦石不易控制，加大了人工運(yùn)搬礦石的強(qiáng)度。1996年,該礦試驗(yàn)成功了中深孔分段分條充填采礦法,礦石回收率達(dá)92%,2000年試驗(yàn)成功了全水全尾固化高濃度自流充填工藝和階段無礦柱連續(xù)充填采礦法,并推廣應(yīng)用至今[12]。陜西銀礦13號(hào)主礦體呈層狀似層狀產(chǎn)出,近東西走向,傾向北北東。礦體頂板為灰綠色千枚巖

48、,節(jié)理、裂隙和層理面十分發(fā)育,從試采區(qū)原巖揭露情況看,頂板暴</p><p>　　總而言之，對(duì)于傾斜中厚礦體的開采，空?qǐng)龇?、崩落法充填法都有?yīng)用 [15]，大體如下：圍巖和礦體均穩(wěn)固、礦石價(jià)值中等的礦山，大量使用分段空?qǐng)龇ǎ渲斜\(yùn)礦采礦法應(yīng)用較為廣泛。在傾角介于傾斜礦體下限時(shí)多使用房柱法，如法國地下開采鐵礦采用房柱法的約占鐵礦石總產(chǎn)量的73%。另外前蘇聯(lián)、瑞典、德國、 芬蘭、印度等國采用房柱法的比重也很大[5

49、]。另外，也有使用留礦法。圍巖和礦體中等穩(wěn)固到不穩(wěn)固，礦石價(jià)值中等或中等以下時(shí)，廣泛使用分段崩落法。圍巖和礦石中等穩(wěn)固，礦石價(jià)值較高,地表需要保護(hù)時(shí)，多采用充填采礦法。</p><p>　　據(jù)調(diào)研和有關(guān)文獻(xiàn)，國內(nèi)部分礦山中厚傾斜礦體的開采技術(shù)條件和所采用的采礦方法以及技術(shù)指標(biāo)見下表1－2，將這些礦山采礦貧損指標(biāo)根據(jù)采礦方法進(jìn)行分類比較見圖1-1。</p><p>　　由圖1-1可見，應(yīng)用崩

50、落法（主要以有底柱分段崩落法）的礦山貧損指標(biāo)很高，損失率>30%，有些礦山竟高達(dá)55%；應(yīng)用空?qǐng)霾傻V法的礦山貧損指標(biāo)基本處于損失率20%～30%之間，貧化率20%～30%，個(gè)別礦山損失率高達(dá)40%；而采用充填采礦法的礦山貧損指標(biāo)基本處于10%的水平，有些礦山因采用膠結(jié)充填方式而貧損指標(biāo)更低。</p><p>　　表1－2 國內(nèi)部分礦山中厚傾斜礦體的開采技術(shù)條件和技術(shù)指標(biāo)[16]</p>&

51、lt;p>　　從國內(nèi)外開采中厚傾斜礦體的實(shí)踐來看，采用分段空?qǐng)龇ɑ虮缆浞ㄩ_采主要存在以下問題：①采場地板殘留了大量礦石無法放出增大了礦石損失；②貧化比較大；③采準(zhǔn)比較高。究其造成礦石損失、貧化大和采準(zhǔn)比較高的原因，主要有以下幾點(diǎn)原因：</p><p>　　首先，采用分段空?qǐng)龇ɑ蚍侄伪缆浞?，采場?nèi)均采用重力放礦，而礦體的傾角在30°～55°之間。眾所周知，礦石的松散放礦靜止角介于53

52、76;～65°，壓實(shí)放礦靜止角在65°～70°之間，因此造成大量礦石殘留在底盤難以放出，這使得使用分段采礦法開采此類礦體損失指標(biāo)居高不下的本質(zhì)原因。</p><p>　　第二，使用分段法，一般每個(gè)中段都分成了幾個(gè)小分段，這種布置形式造成了采切比的增大。另外分段中留了大量的間柱和底柱。這部分間柱和底柱很難回收，也造成了大量的礦石損失。</p><p>　　第三，

53、使用中深孔落礦時(shí)，難以有效控制邊界，使得大量的廢石混入礦石中，造成了礦石的貧化。當(dāng)采用崩落法放礦時(shí)，由于傾斜邊壁制約，漏口頂部覆蓋層廢石易大量混入，也易造成貧化大，放礦時(shí)很快達(dá)到放礦截止品位，造成采場內(nèi)大量礦巖混雜，使漏口兩側(cè)礦石無法放出而造成損失大。</p><p>　　在我國地下開采的金屬礦山，中厚傾斜礦體約占開采礦體總數(shù)的23%，而且隨著采深的增加，許多厚大礦體也分枝成中厚傾斜礦體，因此中厚傾斜礦體在深部開

54、采中的比例將會(huì)進(jìn)一步增大[17]。因此，對(duì)傾斜中厚礦體開采方法，降低損失和貧化成了重要的研究課題。</p><p>　　1.4礦山廢石充填技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀</p><p>　　礦山充填技術(shù)是為了滿足采礦工業(yè)的需要發(fā)展起來的，但早期的充填是從礦山排棄地下廢料開始的，那時(shí)并不是礦山開采計(jì)劃的一部分。國外在20世紀(jì)40年代以前，以處理廢棄物為目的，將礦山廢石送入井下采空區(qū)。如澳大利亞的塔斯馬尼

55、亞芒特萊爾礦和北萊爾礦在20世紀(jì)初進(jìn)行的廢石干式充填。國內(nèi)在20世紀(jì)50年代以前，均是以處理廢棄物為目的的廢石干式充填工藝。廢石干式充填采礦法曾在50年代初期成為我國主要的采礦方法之一，1955年在有色金屬礦床地下開采中占38.2%，在黑色金屬礦床地下開采中竟達(dá)到了54.8%[10]。然而由于干式充填存在的諸多缺點(diǎn)，干式充填采礦法所占比重逐年下降，以至于后來幾乎處于被淘汰的地位。</p><p>　　20世紀(jì)60

56、～70年代，在水砂充填工藝得以發(fā)展并推廣應(yīng)用后，開始發(fā)展采用膠結(jié)充填技術(shù)。國內(nèi)的膠結(jié)充填早期均為傳統(tǒng)的混凝土充填，即完全按照建筑混凝土的要求和工藝制備和輸送膠結(jié)充填料。其中凡口鉛鋅礦從1964年開始采用壓氣缸風(fēng)力輸送混凝土進(jìn)行膠結(jié)充填，充填體水泥單耗為240kg/m3,金川龍首鎳礦亦于1965年開始應(yīng)用戈壁料作為充填集料的膠結(jié)充填工藝，并采用電耙接力輸送，其充填體水泥單耗量為200 kg/m3[10]。這種傳統(tǒng)粗骨料膠結(jié)充填的輸送工藝較

57、為復(fù)雜，對(duì)物料組配的要求也較高，因而一直未獲得大規(guī)模的推廣使用。</p><p>　　20世紀(jì)90年代，長沙礦山研究院開發(fā)了廢石水泥漿膠結(jié)充填技術(shù)和廢石砂漿膠結(jié)充填技術(shù)。廢石膠結(jié)充填是以礦山的掘進(jìn)廢石或破碎廢石作為充填集料，以水泥漿或砂漿作為膠結(jié)介質(zhì)，經(jīng)自淋混合后充入采空區(qū)的工藝與技術(shù)。其特點(diǎn)是在礦山內(nèi)部充分利用礦山固體廢料，可以實(shí)現(xiàn)礦山廢石減量排放和井下掘井廢石零排放。 </p><p>

58、;　　廢石膠結(jié)充填采取廢石與料漿分流輸送、在井下通過漿料自淋廢石的方式進(jìn)行混合。自淋混合方式不需要龐大的機(jī)械攪拌系統(tǒng)，且制備能力大。廢石料通過自重輸送或機(jī)械輸送，避免了管道輸送粗集料工藝對(duì)集料級(jí)配要求高和易堵管的缺點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。國內(nèi)成規(guī)模應(yīng)用廢石膠結(jié)充填的礦山有豐山銅礦、龍首鎳礦、吉林鎳礦、金山金礦、望兒山金礦、新橋硫鐵礦和銅坑錫礦，而部分應(yīng)用的礦山則較多，如凡口鉛鋅礦、金川二礦和白銀深部銅礦等均部分利用井下廢石進(jìn)行膠結(jié)充填。&

59、lt;/p><p>　　廢石是礦山的大宗固體廢料，因此如何處理并利用好廢石，對(duì)金屬礦山企業(yè)的發(fā)展具有重大意義。目前廣泛應(yīng)用的是廢石膠結(jié)充填，除此之外，采用房柱采礦法的有色礦山和黃金礦山，將大塊廢石用于采空區(qū)的回填已經(jīng)比較廣泛。如紅透山銅礦建立了一套井下塊石充填系統(tǒng)并形成較大的充填能力，實(shí)現(xiàn)了廢石不出坑。在一些采用分條采礦法的礦山中，一步分條采用廢石膠結(jié)充填，二步分條采用全廢石充填，也是一種很好的處理廢石的方式。<

60、;/p><p>　　1.5鐵礦山使用充填采礦法的應(yīng)用現(xiàn)狀</p><p>　　充填采礦法通常用于開采礦石品位高或價(jià)值大的有色、稀有和貴重金屬，有發(fā)火危險(xiǎn)、開采條件復(fù)雜和露天與地下同時(shí)開采的礦床。為保護(hù)地表耕地、森林、建構(gòu)筑物、河流、湖泊和礦床上部貧礦，防止和緩和礦山地壓活動(dòng)，有效地處理尾砂和廢石等，也常采用充填采礦法回采地下礦體 [11]。60年代初，充填采礦法仍然是一種工藝復(fù)雜、采場生產(chǎn)能力

61、低、勞動(dòng)強(qiáng)度和成本高的采礦方法。受這種思維的影響，充填采礦法很少用于低品位、低價(jià)值礦床開采，在鐵礦山，尤其是低品位鐵礦山更是如此。但近年來，充填采礦法的應(yīng)用比例逐步提高。充填采礦法特別對(duì)分枝復(fù)合、尖滅再現(xiàn)現(xiàn)象嚴(yán)重等形態(tài)變化較大的礦體具有很高的適應(yīng)性，損失貧化低、采切比小。目前，充填采礦法隨著充填工藝和充填料制備、輸送技術(shù)等方面的不斷發(fā)展和完善，以及無軌自行設(shè)備的廣泛應(yīng)用，已成為一種高效率的采礦方法。因此，充填采礦法在鐵礦山的應(yīng)用也逐漸增

62、多，這樣不僅有效的提高了礦山的經(jīng)濟(jì)效益，而且使資源得到了充分利用。</p><p>　　萊蕪鐵礦始建于60年代中期，主礦體頂板多為大理巖和結(jié)晶灰?guī)r，極個(gè)別為蝕變閃長巖和透輝石矽卡巖。透輝石矽卡巖、蝕變閃長巖較疏松易破碎，故而在粉礦率高的區(qū)段其頂?shù)装宸€(wěn)固性較差。礦體傾角呈 45 º～70 º，礦層厚 3～47m，平均13m，地質(zhì)品位均TFe45.32％，地質(zhì)儲(chǔ)量為1320萬噸,礦山設(shè)計(jì)規(guī)模為45

63、萬t／a。礦坑多年開采后，部分地表開始出現(xiàn)移動(dòng)、下陷。根據(jù)萊蕪鐵礦的開采技術(shù)條件，考慮到地表移動(dòng)范圍內(nèi)的大量建筑物和村莊需要進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)，礦區(qū)又位于城市邊緣，需要對(duì)環(huán)境進(jìn)行保護(hù)，故礦山采用分段尾砂固結(jié)充填采礦法。礦房在中厚以下礦體沿走向布置,在中厚以上礦體垂直走向布置。分段高度10m,寬度垂直布置時(shí)為10m；沿走向布置時(shí)為礦體厚度,礦房長不超過60m，采準(zhǔn)比為66m/萬t。鑿巖設(shè)備采用YG-80和YGZ-90型中深孔鑿巖機(jī),出礦設(shè)備為

64、WJD-0.75電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)。由于采用的是“高水速凝固化材料”，在充填固結(jié)體中35%是結(jié)晶水，解決了鐵礦山尾砂量不足的矛盾，降低了充填成本，并且礦山采用了斜坡道和鏟運(yùn)機(jī)出礦及高效率的管道輸送充填料的方式,大大的提高了采礦強(qiáng)度和采礦能力，收到了良好的經(jīng)濟(jì)效</p><p>　　銅陵新橋硫鐵礦一期西部坑采，設(shè)計(jì)規(guī)模為60萬t/a。Ⅰ#主礦體賦存于高麗山砂頁巖與棲霞組灰?guī)r或船山灰?guī)r之間，埋藏深度200m，屬緩傾斜中厚礦體

65、，平均傾角12°，真厚23m，工業(yè)儲(chǔ)量860萬t，礦物以硫鐵礦為主，伴生銅、金、銀等，礦巖中等穩(wěn)固，f=6～10，開采范圍為-230m中段Ⅰ#主礦體西翼，由于礦石價(jià)值高，所以采用分段空?qǐng)鏊煤笠淮纬涮畈傻V法。分兩步回采，即先采礦柱，回采結(jié)束后一次性膠結(jié)充填采空區(qū)，待兩邊形成人工礦柱后，再回采礦房，然后用廢石或水砂充填礦房。實(shí)踐證明，該采礦方法應(yīng)用于新橋硫鐵礦坑下生產(chǎn)整體上是成功的。采場生產(chǎn)能力 200 t/d, 采掘比12～14

66、m/kt,損失率5%,貧化率8%[14]。</p><p>　　白象山鐵礦礦體賦存在閃長巖與砂巖接觸帶部位，近地表部位主要為第四系沖坡積層，地表有一較大水系——青山河流過，地表不允許塌陷。由于開采技術(shù)條件的限制，該礦的采礦方法為分段鑿巖階段礦房嗣后充填法[15]。</p><p>　　2O世紀(jì)8O年代初，張馬屯鐵礦山采用的是分段空?qǐng)霾傻V法。前期空區(qū)充填采用的是水砂充填，因充填水污染巷道、充

67、填管道磨損嚴(yán)重，充填成本過高而被棄用。8O年代中期，開始采用人工翻斗車矸石充填工藝，因經(jīng)常在空區(qū)內(nèi)掉車，充填巷道塌方，效率低，充填作業(yè)安全性差，也被棄用，以上兩種充填工藝因充填體沒有凝聚力，無法形成穩(wěn)固自立的幫壁，礦柱無法回采，礦石回采率僅在5O %左右，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，后采用廢石干式充填，但由于是矸石松散充填，因此礦柱無法回采。到目前為止，張馬屯鐵礦實(shí)施全尾砂塊石膠結(jié)充填、水碴代替部分水泥全尾砂膠結(jié)充填已經(jīng)十年。全尾砂充填技術(shù)工藝日趨成

68、熟，礦石回采率達(dá)到了85% 以上[16]。</p><p>　　寶山鐵礦采用階段充填采礦法。階段充填采礦法是一種全新的采礦方法，其基本特征是以礦巖自身穩(wěn)固性和嗣后一次性充填礦房的充填體的有機(jī)組合來控制采場地壓。該采礦方法是在階段內(nèi)將礦體劃分為一步礦房和二步礦房，先回采一步礦房，嗣后膠結(jié)充填，待其凝結(jié)沉實(shí)后，再回采二步礦房，嗣后松散充填料充填。通過階段充填采礦法在寶山鐵礦的實(shí)踐與研究，解決了寶山鐵礦兩大難題。一是回

69、采率不高的問題，應(yīng)用該方法后，實(shí)現(xiàn)了礦塊無礦柱或少留礦柱連續(xù)開采，使回采率由原來的不到80％ ，提高到95％左右；二是解決了環(huán)境保護(hù)問題，地下開采和露天開采采出的廢石以及選礦產(chǎn)出的尾礦充填于采空區(qū)，同時(shí)，井下廢水除用于其它生產(chǎn)用以外，都作為膠結(jié)充填用水，因而實(shí)現(xiàn)了無(低)廢開采[17]。</p><p>　　草樓鐵礦和中關(guān)鐵礦，采用的是全尾砂膠結(jié)充填方案[18～20]，還有其他一些鐵礦山也在使用充填采礦法，在此不

70、再贅述。</p><p>　　以上實(shí)例充分表明，充填采礦法在鐵礦山的應(yīng)用具有可行性，相對(duì)于其他采礦方法，能夠更好的保護(hù)環(huán)境，提高了資源的利用率，對(duì)于國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展意義重大。</p><p>　　1.6研究內(nèi)容和方法</p><p>　　當(dāng)前，資源效益越來越突出，誰擁有資源誰就擁有財(cái)富已成為共識(shí)，世界各國關(guān)于資源的爭奪愈演愈烈。在國內(nèi)資源占有和開發(fā)問題方面，人們?cè)絹碓秸J(rèn)

71、識(shí)到加強(qiáng)礦山環(huán)保和礦山資源綜合利用的重要性，迫切需要實(shí)現(xiàn)綠色采礦。根據(jù)我國礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)與污染防治技術(shù)政策( 環(huán)發(fā)[2005]109號(hào))的要求，礦產(chǎn)資源的開發(fā)應(yīng)推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)的“污染物減量、資源再利用和循環(huán)利用”的技術(shù)原則，礦床開采的主要發(fā)展方向是“發(fā)展綠色開采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境無損或受損最??；發(fā)展無廢或少廢的工藝技術(shù)，最大限度地減少廢棄物的產(chǎn)生?！?lt;/p><p>　　勿庸置疑，礦山固體廢料充填采礦工藝是綠

72、色采礦的主體支撐技術(shù)。充填采礦技術(shù)具有消除采動(dòng)引起的地表下沉和改善采礦應(yīng)力環(huán)境功能，具有低貧損開采、提高資源綜合利用率功能和“采富保貧”遠(yuǎn)景資源保護(hù)功能，具有降低廢石尾砂等固體廢料排放、甚至根本消除采礦末端處理達(dá)到無廢開采的功能，具有適應(yīng)各種復(fù)雜難采礦床開采的功能。利用充填新技術(shù)將廢石回填于井下采空區(qū)，從理論上可完全實(shí)現(xiàn)廢石的回填，達(dá)到零排放目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)綠色采礦。</p><p>　　東大山鐵礦隸屬金昌鐵業(yè)（集團(tuán)）

73、有限責(zé)任公司，是該公司唯一的自有礦山。礦體傾角在30～55º之間，厚度一般為2～27m，平均厚度6m,礦體屬貧磁鐵礦。礦體圍巖西部以片巖類為主，中、東部則是以沮合巖、偉晶巖、角閃石等為主的近礦圍巖,礦石普氏系數(shù)f＝7～11。礦體直接頂板為一層厚度1～3m的含鐵片巖（品位10%左右），易冒落，間接頂板穩(wěn)定性中等偏好，巖石穩(wěn)定性屬Ⅱ～Ⅲ類之間。從礦體開采技術(shù)條件綜合來看，該礦體應(yīng)屬難采礦體。東大山鐵礦建礦40余年來，地下采礦工藝一

74、直圍繞分段采礦法進(jìn)行，先后由多家大專院校和科研單位在該礦試驗(yàn)并應(yīng)用了有底柱分段崩落法、無底柱分段崩落法和分段空?qǐng)龇ㄟM(jìn)行回采，在生產(chǎn)應(yīng)用中還創(chuàng)造性地進(jìn)行了上述采礦方法的組合?？偟膩碚f，分段高度范圍在8～10m，且均采用下盤脈外沿脈布置方式；礦山也先后試驗(yàn)了中深孔和淺孔落礦方式，以及T4G出礦的塹溝式底部結(jié)構(gòu)和電耙出礦的漏斗式底部結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)說,上述采礦方法為礦山的穩(wěn)產(chǎn)與企業(yè)發(fā)展起至了積極的作用,但是實(shí)際采礦指標(biāo)差也是不爭的事實(shí)。礦山實(shí)際采出

75、礦石量的采切比達(dá)274m/萬噸,采切直接成本高, 多年來礦石回收率一直在49.25～60%之間、貧化</p><p>　　1.6.1中厚礦體采礦方法研究技術(shù)路線</p><p>　　針對(duì)東大山鐵礦傾斜中厚復(fù)雜礦體和礦巖穩(wěn)定性較好的開采技術(shù)條件，歷年來采礦方法試驗(yàn)情況及其效果，以及東大山鐵礦經(jīng)多年開采而堆放于地表的大量首段破碎磁選廢石可以通過溜井低成本轉(zhuǎn)運(yùn)至地下采場的有利條件，本著“因礦生法

76、”的采礦設(shè)計(jì)靈魂并結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外充填采礦的發(fā)展與應(yīng)用情況，我們提出上向水平分層廢石充填采礦法方案，以期實(shí)現(xiàn) “四低一高”（低損失、低貧化、低成本、低事故隱患與高效率）的開采目標(biāo)，延長礦山服務(wù)年限,提高礦山經(jīng)濟(jì)效益。試驗(yàn)的技術(shù)路線見圖1-2，項(xiàng)目預(yù)期技術(shù)指標(biāo)如下(按標(biāo)準(zhǔn)礦塊計(jì))：</p><p>　　.采準(zhǔn)系數(shù)：4.9m/kt(標(biāo)準(zhǔn)米)，采準(zhǔn)比：11.6～15m3/kt；</p><p>　

77、　.礦石回采率>80%，礦石貧化率<20%；</p><p>　　.采礦直接成本與當(dāng)前礦山采礦直接成本相比,增大不超過10%。</p><p>　　圖1-2 中厚礦體采礦方法研究技術(shù)路線</p><p>　　1.6.2中厚礦體采礦方法研究技術(shù)路線</p><p>　　東大山鐵礦礦體形態(tài)變化較大，尤其是礦體厚度變化大，且伴有分枝復(fù)合

78、現(xiàn)象。從礦體分布情況看，4～8川間礦體厚度較小，屬于典型的傾斜中厚礦體（水平厚度8～15米），礦量約占總體礦量的40%左右，在礦巖穩(wěn)定性中穩(wěn)以上的條件下，應(yīng)用上向水平分層廢石充填法是比較理想的。而該礦傾斜厚礦體（水平厚度15～27米）的區(qū)域主要集中在3川以東和9川以西，該部分礦量占總體礦量的比重約45%。從3川試驗(yàn)采場的工程揭露情況和拉底情況來看，仍采用沿走向布置方式，拉底空間形態(tài)接近于正方形，不利于控頂，采場內(nèi)出現(xiàn)了抽塊、局部失穩(wěn)現(xiàn)象

79、，為安全起見，不得不留礦柱，造成進(jìn)一步損失。盡管礦柱所占比重不太大，但將造成上向回收困難和員工心理恐懼：大面積正方形頂板暴露時(shí)間長、回采周期長，人員處于空頂條件下的作業(yè)時(shí)間長，采礦進(jìn)度緩慢。因此該類礦體中仍應(yīng)用上向水平分層廢石充填法則有些生硬、呆板。實(shí)際上，大量實(shí)踐證明，任何采礦方法都有其適應(yīng)性要求，一個(gè)礦山可以針對(duì)不同區(qū)段礦體開采技術(shù)條件靈活地選擇和應(yīng)用最適宜的采礦方法，可以同時(shí)存在多種采礦方法，相互補(bǔ)充，各盡其用。</p>

80、;<p>　　針對(duì)東大山鐵礦傾斜厚礦體和礦巖穩(wěn)定性較好的開采技術(shù)條件，歷年來采礦方法試驗(yàn)情況及其效果，以及東大山鐵礦經(jīng)多年開采而堆放于地表的大量首段破碎磁選廢石可以通過溜井低成本轉(zhuǎn)運(yùn)至地下采場的有利條件，因此，本著“因礦生法”的采礦設(shè)計(jì)靈魂，結(jié)合東大山鐵礦采礦方法前期試驗(yàn)情況和經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)研究，提出在東大山鐵礦厚礦體部分采用上向水平分條分層廢石充填采礦法，項(xiàng)目研究的技術(shù)路線見圖1-3：</p><p>

81、　　圖1-3 研究技術(shù)路線</p><p>　　第二章 東大山鐵礦開采技術(shù)條件與開采效果</p><p>　　2.1東大山鐵礦開采技術(shù)條件</p><p>　　2.1.1礦體規(guī)模、形態(tài)及產(chǎn)狀</p><p>　　東大山鐵礦床大地構(gòu)造單元上屬于阿拉善臺(tái)塊龍首山隆起東延部分，礦區(qū)地層主要為前震旦系變質(zhì)巖系組成。礦床成因?qū)儆诔练e變質(zhì)鐵礦床，工業(yè)類

82、型屬鞍山式沉積變質(zhì)貧磁鐵礦。礦體與圍巖呈整合接觸，界線一般明顯，局部為過渡關(guān)系。礦體上、下盤直接圍巖除混合巖化片麻巖、片巖及條帶狀混合巖外，局部為斜長角閃巖或偉晶花崗巖、黑云母片巖。近礦變質(zhì)巖常含較多的磁鐵礦、黃鐵礦星點(diǎn)或黑云母、角閃石含量增加。偉晶花崗巖常具浸染狀、細(xì)脈狀磁鐵礦、黃鐵礦化或含有鐵礦俘虜體，這些特征在厚度數(shù)十厘米到1米左右的范圍內(nèi)明顯。礦體內(nèi)局部見少量厚>0.3m的夾石。</p><p>　

83、　含礦帶總體呈北西西—南東東帶狀延伸，Ⅶ線以西轉(zhuǎn)為南西西向，Ⅲ線以東呈近東西向，平面上呈一反“S”形，其突出部位膨大。含礦帶長約2200m，厚50～250m。主要含礦層位是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ礦層。其中以Ⅱ礦層層位最穩(wěn)定，延長最長，由四個(gè)不連續(xù)的礦體組成（Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3、Ⅱ4礦體），其它零星礦體多沿上述礦層附近分布。含礦層間垂直距離除Ⅱ、Ⅲ礦層較近外（0～50米、一般30m以內(nèi)）Ⅰ礦層距Ⅱ礦層30～100m、Ⅲ礦層距Ⅳ礦層45～95m。礦體

84、分布在礦區(qū)中部一帶，西起Ⅶ線西125m，東到0＇線東130m，礦體多集中在礦區(qū)東、西部的反“S”形轉(zhuǎn)彎處。礦體在空間展布上嚴(yán)格受龍首山群混合巖化片麻巖、片巖、條帶狀混合巖及東大山背斜控制。均產(chǎn)于東大山背斜南翼的混合巖化片麻巖、片巖及條帶狀混合巖中。在空間展布上，無論沿走向或傾向，次要礦體多圍繞主礦體分布，且多產(chǎn)于主礦體下盤，二者關(guān)系密切。說明均在同一個(gè)不太穩(wěn)定的沉積環(huán)境下形成的。</p><p>　　礦區(qū)內(nèi)共圈定

85、出大小礦體30余個(gè)，參與儲(chǔ)量計(jì)算的礦體為29個(gè)，其編號(hào)分別為Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3、Ⅱ4、Ⅲ、Ⅳ、—。其中Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3、Ⅲ、Ⅳ為5個(gè)主要礦體，占總儲(chǔ)量的75%；—、—為10個(gè)盲礦體，埋深多在1965米標(biāo)高以下，礦體頂端垂深直距地表多百余米。主礦體長360～700m，一般厚2～8m，最厚33.53m；控制最大斜深402～670m。主礦體1965m標(biāo)高以下，一般厚2～10m，最厚33.53米，最薄0.97m。號(hào)盲礦體分布在Ⅱ～Ⅳ線

86、間，埋深在1900m標(biāo)高以下，距地表100余米，呈305°方向延伸，控制長度236m，推測長度336m；厚5.02～5.41m，最厚10.91m；最大延深250m左右。號(hào)盲礦體分布在0～Ⅱ線間，埋深在2000米標(biāo)高以下，距地表近80米。其它次要礦體長數(shù)十米至300余米；厚1.5～2.5m，最厚11.87m；延深近于長度或略大于長度。礦體厚度比較穩(wěn)定。沿走向一般中部厚，向兩端變薄或分叉變薄尖滅；沿傾向除Ⅱ1礦體向下明顯變厚外，其

87、余礦體一般向下略有變厚或變化不大的在端部變薄或分叉變薄尖滅。礦體呈似層狀、透鏡狀、扁豆?fàn)睢⒍骨v狀產(chǎn)出。沿走向及傾向存在</p><p>　　表2-1 東大山各主礦體規(guī)模、形態(tài)及產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)表</p><p>　　礦石劃分為黑云母石英磁鐵礦、石英磁鐵礦、重晶石磁鐵礦、角閃石磁鐵礦四種自然類型。以前兩種類型為主，占90%以上。該礦氧化程度較弱，除地表為少許混合礦石外，其它全為原生礦石。礦

88、石呈灰黑、深灰綠色。中-細(xì)粒它形一半自形粒狀結(jié)構(gòu)，花崗鱗片變晶結(jié)構(gòu)。片狀、片麻狀、條帶狀、條紋狀、塊狀構(gòu)造。金屬礦物以磁鐵礦為主（40～50%），次為黃鐵礦及少許褐鐵礦、黃銅礦，偶見微量赤鐵礦、針鐵礦、磁黃鐵礦、孔雀石等。磁鐵礦呈它形—半自形粒狀，粒徑一般0.1～1毫米，最大2.5毫米，最小0.05毫米，呈浸染狀、條帶狀、團(tuán)塊狀分布于礦石中。非金屬礦物以石英、黑云母為主，次為角閃石、重晶石、長石、方解石，偶見磷灰石、石榴子石。非金屬礦物

89、含量變化較大，個(gè)別地段以角閃石為主或重晶石含量明顯增高。</p><p>　　2.1.2水文地質(zhì)條件</p><p>　　東大山鐵礦地處干旱地區(qū)，干燥多風(fēng)，雨量稀少，年平均降水量只有178.22mm，而70～90%的雨量多以暴雨形式集中在7～9月，形成瞬時(shí)山洪，對(duì)采礦巷道形成局部威脅。又無常年地表水體存在，地下水補(bǔ)給來源缺乏，且礦體多出露在分水嶺上，地勢高而陡峭，相對(duì)高差250米左右，不利

90、于地下水聚集，排泄暢通。礦體與圍巖的風(fēng)化裂隙率為2.0～6.6%，含少量裂隙潛水，水位埋深11.29—113.7m，據(jù)鉆孔簡易抽水試驗(yàn)和豎井提水資料，單位涌水量僅為0.0018～0.0043L/s·m，富水性極差；斷層破碎帶透水性一般較好，當(dāng)鉆孔穿過時(shí)沖洗液消耗有明顯增加，局部形成承壓水，水頭高出地面2.22m，單位涌水量為0.0014L/s·m。該承壓水雖在揭露初期水量較大，來勢也較猛，但由于無補(bǔ)給來源，故延續(xù)時(shí)間

91、很短，瞬時(shí)變小，在多年生產(chǎn)中從未出現(xiàn)礦坑涌水，開采突水等問題。總之，礦區(qū)水文地質(zhì)條件較簡單。</p><p>　　2.1.3工程地質(zhì)條件</p><p>　　礦體近礦圍巖為混合巖化片麻巖、片巖、混合巖、偉晶花崗巖、斜長角閃巖。這些巖石變質(zhì)較深，經(jīng)多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，褶皺斷裂發(fā)育，部分地段形成了擠壓破碎帶，降低了巖石的穩(wěn)固性。礦區(qū)西部頂板以片巖為主，局部地段厚達(dá)數(shù)十米，片巖類巖石易沿片理而滑動(dòng)，給

92、采礦生產(chǎn)帶來諸多困難，同時(shí)礦體內(nèi)有較多的偉晶花崗巖脈穿插，也影響了礦體的完整性。中東部頂板則以混合巖、偉晶花崗巖、斜長角閃巖等為主要近礦圍巖，巖石完整，堅(jiān)硬，較穩(wěn)固，其采礦生產(chǎn)條件尚好。礦區(qū)礦石平均體重3.46t/m3，礦石普氏系數(shù)f＝7～11。巖石體重為2.70t/m3，自然安息角為41°～43°，礦石、巖石的松散系數(shù)分別為1.50、1.60。巖礦石物理力學(xué)性質(zhì)見表2-2。</p><p>

93、　　表2-2 東大山鐵礦巖礦石物理力學(xué)測試結(jié)果表</p><p>　　由表可見除黑云母石英磁鐵礦屬軟質(zhì)巖石外，其它均屬硬質(zhì)巖石。另外，由于礦體直接頂板為一層厚度1～3m的不穩(wěn)固的含鐵片巖（品位10%左右）易冒落外，其余礦石及主要近礦圍巖基本穩(wěn)固，工程地質(zhì)條件較為簡單，礦體間接頂板穩(wěn)定性也屬中等偏好。</p><p>　　2.1.4環(huán)境地質(zhì)條件</p><p>

94、　　東大山鐵礦礦區(qū)地形切割較深，地形陡峭，溝谷發(fā)育，礦區(qū)主要地層由前震旦變質(zhì)巖系組成，大部分裸露于地面。礦區(qū)出露的巖石中不含有害元素，開采后無地面塌陷、坍塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。而且礦區(qū)四周也無居民點(diǎn)及耕地、植被等。其環(huán)境地質(zhì)的影響主要表現(xiàn)為粉塵、噪聲、廢水及固體廢棄物、尾礦砂等。</p><p>　　因此，在注重生產(chǎn)的同時(shí)，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，采礦生產(chǎn)時(shí)采用濕式鑿巖、噴霧灑水降塵；鑿巖機(jī)加裝消聲器降噪；對(duì)采

95、礦生產(chǎn)過程中的廢石在地表集中堆放，避免了亂堆亂存對(duì)環(huán)境的破壞；加強(qiáng)采空區(qū)管理，及時(shí)處理懸頂，避免地壓活動(dòng)，造成塌陷、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。在選礦生產(chǎn)中加強(qiáng)灑水作業(yè)，主動(dòng)降塵；用生產(chǎn)的廢石筑壩，堆存選礦產(chǎn)生的尾礦砂，避免了尾礦砂四處飛揚(yáng)和對(duì)周邊環(huán)境的影響。同時(shí)加強(qiáng)了對(duì)生產(chǎn)一線工人的勞動(dòng)保護(hù)措施。</p><p>　　綜上所述，礦區(qū)開采技術(shù)條件良好。</p><p><b>　　2.2開采

96、效果評(píng)價(jià)</b></p><p>　　東大山鐵礦始建于1958年，期間歷經(jīng)三上兩下。1992年河西堡鐵廠劃歸酒鋼公司，同年10月1日正式恢復(fù)井下生產(chǎn)，現(xiàn)已形成年產(chǎn)原礦15萬噸穩(wěn)定生產(chǎn)能力。東大山鐵礦開采方式為地下開采，侵蝕基準(zhǔn)面（1965m）以上采用平硐—溜井方式開拓，侵蝕基準(zhǔn)面以下采用平硐—盲斜井方式開拓。由于東大山鐵礦礦體屬國內(nèi)難采的傾斜中厚貧磁鐵礦，礦山管理、技術(shù)人員與多家院校和科研單位進(jìn)行過長

97、期探索研究，曾先后應(yīng)用過有底柱分段崩落法、高分段崩落法、分段空?qǐng)龇ā⒘舻V法等多種采礦方法，但礦山綜合回采指標(biāo)一直不理想（50%左右）。92年礦山恢復(fù)生產(chǎn)后，盡管管理、技術(shù)人員相對(duì)減少，但礦山一直把提高回采率作為采礦生產(chǎn)的核心工作。</p><p>　　在80年下馬前，所有采場均以有底柱分段崩落法施工，92年恢復(fù)生產(chǎn)以后，礦山一直把有底柱分段崩落法作為主體采礦方法進(jìn)行布置，設(shè)計(jì)采用中深孔回采工藝，按礦體剖面形態(tài)設(shè)計(jì)

98、布置扇形中深孔鑿巖、落礦，底部漏斗結(jié)構(gòu)出礦。由于該采礦方法采切比高（280m/萬噸）、回采率低（50%左右）、貧化率高（32%左右），且原來采用的全采場一次爆破藥量大，出礦管理困難，在94年對(duì)該采礦方法落礦工藝進(jìn)行了改造，即將原來全采場一次落礦、全漏斗同時(shí)放礦改為分段多次爆破，實(shí)現(xiàn)了單斗放礦工藝，取得了較好的效果。但總的來說，受到切割槽爆破夾制性大、頂板提前塌陷造成的上下盤廢石截流等問題限制，該采礦方法盡管比較穩(wěn)定，但還是投資大、采礦成

99、本高、回采指標(biāo)不理想。</p><p>　　1996年，礦山又進(jìn)行了無底柱分段崩落法科研攻關(guān)。礦塊沿走向布置，扇形中深孔分段鑿巖、崩落，采用T4G無軌設(shè)備出礦。同時(shí)，又對(duì)有底柱分段崩落法及幾種空?qǐng)龇ㄟM(jìn)行了探索研究，由于礦體厚度不大、形態(tài)變化復(fù)雜、試驗(yàn)的回采指標(biāo)也不太理想。</p><p>　　1998年初，礦山工程技術(shù)人員一直不甘心當(dāng)時(shí)的回采指標(biāo)，又經(jīng)過多次論證后提出了分段空?qǐng)霾傻V法，同時(shí)

100、在四中段進(jìn)行了試驗(yàn)，該采礦方法分段高度20m，把以前的兩個(gè)分段“合二為一”，采用中深孔鑿巖，回采時(shí)先將下分段采空，再逐排爆破上分段，利用爆力運(yùn)搬至空區(qū)出礦，但由于受到礦體變化復(fù)雜、回采斜面長礦石無法流動(dòng)、采空區(qū)作業(yè)不安全、下分段爆破對(duì)上分段掘鑿工程破壞大、工程施工難度大等因素影響，空?qǐng)龇ú蓤霾⑽慈〉煤玫男Ч?lt;/p><p>　　2003年1月，西北礦冶研究院根據(jù)《1965m水平以下開采設(shè)計(jì)》，對(duì)設(shè)計(jì)中提供的爆力

101、運(yùn)礦高分段采礦方法進(jìn)行了試驗(yàn)，該采礦方法與分段空?qǐng)龇ǖ膮^(qū)別是上分段布置了上向進(jìn)路（上向進(jìn)路控制10m寬礦體），進(jìn)路內(nèi)布置傾斜中深孔，回采時(shí)先將下分段采空，再逐排回采上向進(jìn)路，利用爆力運(yùn)搬至空區(qū)出礦，由于受礦體變化極為復(fù)雜、中深孔施工難度大、拉底巷空間高安全性差、頂柱預(yù)留困難、裝藥爆破通道沒有安全保障等因素影響，該采礦方法的試驗(yàn)指標(biāo)也不理想。 </p><p>　　2003-2004年開始，為了降低采礦成本、提高回

102、采指標(biāo)、緩解采掘失調(diào)矛盾，礦山管理、技術(shù)人員又進(jìn)行了淺孔回采采礦法的探索實(shí)踐。該采礦方法布置為有底部結(jié)構(gòu)，利用淺孔在采場內(nèi)逐層回采，回采到頂部時(shí)，預(yù)留3m頂柱作為永久損失，礦塊之間預(yù)留5m間柱，礦房內(nèi)根據(jù)穩(wěn)定情況預(yù)留3m保安礦柱，實(shí)踐證明，盡管該采礦方法存人員在空區(qū)作業(yè)安全較差、預(yù)留礦柱較多礦量損失大，但由于采切比低，采礦成本大大降低，回采指標(biāo)有了較為明顯的改善。</p><p>　　總之，從1992年到2004

103、年底，礦山采出礦品位一般在21.32%左右，綜合礦石回采率56.04%，綜合貧化率為30.43%[24～25]。東大山鐵礦1992年至今歷年采礦主要技術(shù)指標(biāo)見圖2-1。</p><p>　　分析東大山鐵礦采礦工藝變革史，不難看出，地下采礦工藝一直圍繞分段采礦法進(jìn)行，先后由多家大專院校和科研單位在該礦試驗(yàn)并應(yīng)用了有底柱分段崩落法、無底柱分段崩落法和分段空?qǐng)龇ㄟM(jìn)行回采，并且在生產(chǎn)應(yīng)用中還創(chuàng)造性地進(jìn)行了上述采礦方法的組

104、合。上述工藝的采準(zhǔn)分段高度范圍在8～10m，且均采用下盤脈外沿脈布置方式；礦山也先后試驗(yàn)了中深孔和淺孔落礦方式，以及T4G出礦的</p><p>　　圖2-1 東大山鐵礦1992～2004年采礦技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　塹溝式底部結(jié)構(gòu)和電耙出礦的漏斗式底部結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)說,上述采礦方法為礦山的穩(wěn)產(chǎn)與企業(yè)發(fā)展起至了積極的作用,但是實(shí)際采礦指標(biāo)差也是不爭的事實(shí)。礦山實(shí)際采出礦石量的采切比達(dá)