采礦工程畢業(yè)論文---采礦系統(tǒng)工程的現(xiàn)狀與發(fā)展

1、<p><b>　　西安科技大學(xué)</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　題 目 采礦系統(tǒng)工程的現(xiàn)狀與發(fā)展 </p><p>　　姓 名 孟兆奇 </p><p>　　

2、教育層次 專 科 </p><p>　　學(xué) 號 09040804040 </p><p>　　學(xué) 校 西 安 科 技 大 學(xué) </p><p>　　專 業(yè) 煤 炭 開 采

3、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 沈哲 </p><p>　　時(shí) 間 2012 年 4月 9日 </p><p>　　成人高等教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　年 月 日</p><p>&l

4、t;b>　　摘要</b></p><p>　　東大山鐵礦根據(jù)礦體賦存條件，為難采礦體，建礦40余年來，采礦工藝一直圍繞分段采礦法進(jìn)行，回收率一直在49.25%～55%之間、貧化率在29.92%～33.37%之間徘徊，難以突破。本項(xiàng)研究針對東大山鐵礦的實(shí)際情況，以提高回收率降低貧化率為目標(biāo)，針對傾斜中厚礦體提出了上向水平分層充填采礦法回采方案，并在1925m水平中段4穿～8穿采場進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)。結(jié)

5、合東大山鐵礦厚礦體開采技術(shù)條件，提出了采用上向水平分條分層廢石充填采礦法并在Ⅰ～Ⅲ線進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)。工業(yè)試驗(yàn)證明，該方法可以有效提高礦床開采強(qiáng)度，降低礦石損失率及貧化率，改善井下工人勞動(dòng)條件，提高礦山生產(chǎn)能力，有效控制礦山地壓，實(shí)現(xiàn)了低成本開采。</p><p>　　關(guān)鍵詞：采礦工藝；上向水平分層充填采礦法；礦山地壓</p><p><b>　　目 錄</b>

6、;</p><p><b>　　前言1</b></p><p>　　第一章 東大山鐵礦開采技術(shù)條件2</p><p>　　1.1東大山鐵礦開采技術(shù)條件2</p><p>　　1.1.1礦體規(guī)模、形態(tài)及產(chǎn)狀2</p><p>　　1.1.2水文地質(zhì)條件3</p><p&

7、gt;　　1.1.3工程地質(zhì)條件3</p><p>　　1.1.4環(huán)境地質(zhì)條件4</p><p>　　第二章 上向水平分層廢石充填采礦法4</p><p>　　2.1 礦山開拓方式與生產(chǎn)能力4</p><p>　　2.2傾斜中厚礦體上向水平分層廢石充填法試驗(yàn)方案5</p><p>　　2.2.1采場結(jié)構(gòu)參數(shù)及

8、采準(zhǔn)工程布置5</p><p>　　2.2.2回采工藝5</p><p>　　2.2.3廢石充填方式7</p><p>　　2.3.1采場結(jié)構(gòu)參數(shù)及采準(zhǔn)工程布置8</p><p>　　2.2.3 采場充填9</p><p>　　3.1 灌漿充填體強(qiáng)度計(jì)算11</p><p>　　3.

9、1.1 楊森公式12</p><p>　　3.1.2 灌漿充填體強(qiáng)度計(jì)算13</p><p>　　3.2 礦山廢石粒度分級試驗(yàn)14</p><p>　　3.3 滲透灌漿現(xiàn)場試驗(yàn)14</p><p>　　第四章 工業(yè)試驗(yàn)情況及效益15</p><p>　　4.1項(xiàng)目提出的原因（背景）16</p&g

10、t;<p>　　4.2項(xiàng)目的進(jìn)一步論證16</p><p>　　4.3. 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)16</p><p>　　4.3.1.采場結(jié)構(gòu)參數(shù)及采準(zhǔn)工程布置16</p><p>　　4.3.2.回采工藝17</p><p>　　4.3.3.廢石充填方式18</p><

11、;p>　　4.3.4.項(xiàng)目預(yù)期技術(shù)指標(biāo)如下(按標(biāo)準(zhǔn)礦塊計(jì))18</p><p>　　4.4.采礦成本分析18</p><p>　　4.5.工業(yè)試驗(yàn)采場經(jīng)濟(jì)效益18</p><p>　　4.6.上向水平分條分層廢石充填采礦法工業(yè)試驗(yàn)19</p><p>　　4.7.項(xiàng)目開發(fā)成功的結(jié)論與經(jīng)驗(yàn)………………………………………………………

12、……....19</p><p><b>　　結(jié) 論21</b></p><p><b>　　致謝23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　

13、　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><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)資源對于我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展

14、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>　　第一章 東大山鐵礦開采技術(shù)條件</p><p>　　1.1東大山鐵礦開采技術(shù)條件</p><p>　　1.1.1礦

15、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。

16、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>　　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

17、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

18、。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

19、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。號盲礦體分布在Ⅱ～Ⅳ線間，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。

20、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)?、豆莢狀產(chǎn)出。沿走向及傾向存在</p><p>　　1.1.2水文地質(zhì)條件</p><p>　　東大山鐵礦地處

21、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，相對高差250米左右，不利于地下水聚集，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0.0018～0.0

22、043L/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?？傊?，礦區(qū)水文地質(zhì)條件較簡單。</p><p>　　1.1.3工程地質(zhì)條件</p>

23、<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

24、。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。</p><p>　　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

25、性也屬中等偏好。</p><p>　　1.1.4環(huán)境地質(zhì)條件</p><p>　　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>

26、<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；對采礦生產(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)和對周邊環(huán)境的影響。同時(shí)加強(qiáng)了對生產(chǎn)一線工人的勞動(dòng)保護(hù)措施。</p>&

27、lt;p>　　綜上所述，礦區(qū)開采技術(shù)條件良好。</p><p>　　第二章 上向水平分層廢石充填采礦法</p><p>　　2.1 礦山開拓方式與生產(chǎn)能力</p><p>　　東大山鐵礦屬坑采礦山，以1965m水平為界分兩期工程進(jìn)行開采。其中1965m 水平以上采用平硐－溜井開拓方式，1965m 水平以下采用盲斜井開拓方式。全礦分為東、西兩個(gè)采區(qū)。目前，礦山1

28、965m水平以上開采基本結(jié)束，1965m水平以下斜井系統(tǒng)工程已全面完工，1925中段進(jìn)行采礦和部分采準(zhǔn)工程、1885、1845、1805中段開拓工程。1965m水平以下設(shè)計(jì)中段高度40m，穿脈間距60m，各中段開拓均采用下盤沿脈+穿脈方式。1965m水平以上運(yùn)輸系統(tǒng)為礦山主運(yùn)輸系統(tǒng)。礦石運(yùn)輸路線為：采區(qū)分層溜礦井→中段大溜井→大溜槽。1965m水平以下礦石運(yùn)輸路線為：采場溜礦井→中段車場→主斜井→1965m水平運(yùn)輸巷→大溜槽。</

29、p><p>　　設(shè)計(jì)礦井生產(chǎn)能力為20萬t/a，選礦利用現(xiàn)有的系統(tǒng)，產(chǎn)品方案為鐵礦石，企業(yè)工作制度為年330d連續(xù)工作制。由于1965m水平以上采用平硐－溜井開拓方式，主要采用自然通風(fēng)，獨(dú)頭工作面利用5.5KW局扇通風(fēng)。采掘生產(chǎn)轉(zhuǎn)入深部以后，由于開拓系統(tǒng)沒有完成，因此沒有形成完好的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)主要利用11.5KW風(fēng)機(jī)通風(fēng)。</p><p>　　2.2傾斜中厚礦體上向水平分層廢石充填法試驗(yàn)

30、方案</p><p>　　由于地表地形條件有利，東大山1965m水平以上各中段均有平硐（有主平硐、輔助平硐、通風(fēng)平硐等）直通地表，在各平硐車場附近設(shè)有堆石場，布置有完整的運(yùn)輸路線四通八達(dá)。礦山原用采礦方法采切比高，廢石量大。據(jù)礦山估計(jì)，東大山1965m水平以上堆存有約300萬噸采掘廢石，廢石塊度小但細(xì)粒組含量適中，-30cm占約46%左右，廢石含土量小自然堆集密度大，且鏟運(yùn)方便。根據(jù)礦山估算，利用地形優(yōu)勢將廢石拉

31、運(yùn)至1965m中段已棄用的礦石溜井中的成本約20元/m3。顯然，若利用廢石充填噸礦增大成本約7～10元/噸，以此為代價(jià)，若能將采礦回收率提高至80%左右，則可在采礦成本增大不超過10%的條件下實(shí)現(xiàn)該礦傾斜中厚礦體的低貧損開采，效益相當(dāng)顯著。</p><p>　　綜上，根據(jù)國內(nèi)外傾斜中厚礦體充填采礦工藝特點(diǎn)，結(jié)合東大山鐵礦具備廢石充填的有利條件，試驗(yàn)提出了上向水平分層廢石充填法回采方案。</p>&l

32、t;p>　　2.2.1采場結(jié)構(gòu)參數(shù)及采準(zhǔn)工程布置</p><p>　　采場結(jié)構(gòu)參數(shù): 階段高度40m。以階段穿脈運(yùn)輸為軸心沿礦體走向布置采場,一般情況下采場長度可布置為40～60m，采場分層控制高度一般可定為3.5～5.0m。</p><p>　　采準(zhǔn)布置: 上向水平分層充填法多采用脈內(nèi)采準(zhǔn)方式。在穿脈內(nèi)布置向礦車內(nèi)裝礦的采場短溜井并安裝簡易漏斗(用鋼板焊制漏斗),短溜井高度5m(在

33、中段運(yùn)輸水平以上5m)。在中段水平礦體下盤沿脈布置聯(lián)絡(luò)道,并在采場兩端掘進(jìn)人行通風(fēng)短井(5m)。貫通采場短溜井與兩側(cè)人行通風(fēng)短井之間的聯(lián)絡(luò)后,即在該水平沿礦體全厚進(jìn)行拉底,拉底層高度2.5m。并由拉底層開始上掘采場脈內(nèi)中央人行天井和充填井與上中段貫通，以形成完整的通風(fēng)行人系統(tǒng)。充填井傾角不小于60°。采場滿足至少兩個(gè)安全出口和人行通風(fēng)條件后采準(zhǔn)完成。</p><p><b>　　2.2.2回采

34、工藝</b></p><p>　　完成拉底層出礦并整平采場底板后，鋪設(shè)鋼砼假底（作為回收下階段采場最上分層礦石的人工頂板）。混凝土假底總厚度300～500㎜，底部鋼筋保護(hù)層厚度50㎜，混凝土標(biāo)號C15～C20（假底厚度及砼標(biāo)號視礦體厚度和品位而定），鋼筋網(wǎng)采用直徑14mm的螺紋鋼鋪成，網(wǎng)度（20～30）㎜×（20～30）㎜，搭結(jié)部位用6#鐵絲扎牢。在拉底層上下盤圍巖中以網(wǎng)度0.6m鑿入Φ18

35、mm螺紋鋼錨桿(L=1.8m), 鋼筋網(wǎng)與Φ18mm螺紋鋼錨桿焊接,為確保假底的整體性和穩(wěn)定性,混凝土在采場內(nèi)直接拌制，并整平、最好振實(shí)。鋪好假底并適當(dāng)養(yǎng)護(hù)后，即可進(jìn)行正?；夭伞?lt;/p><p>　　采場落礦采用上向淺孔崩礦,設(shè)計(jì)孔網(wǎng)參數(shù)0.5～0.6m,落礦合格塊度≤350㎜（要求塊度≤1/4溜井直徑，否則容易卡漏）。每次落礦高度1～2.5m，具體視充填料情況和采場礦體穩(wěn)定性而定。采場內(nèi)出礦可用電耙或鏟運(yùn)機(jī)設(shè)備

36、出礦。</p><p>　　采場出礦溜井采用順路架設(shè)方式在每次充填前上向分層架設(shè)，用厚度4～5mm鋼板卷制或在采場內(nèi)直接焊制并搭結(jié)，也可用塊石混凝土膠結(jié)制成。溜井搭結(jié)牢固與否非常重要（采場礦石的唯一通道）。</p><p>　　采場兩側(cè)人行通風(fēng)井用圓木按上向分層順路架設(shè)方式形成。為確保相鄰采場回采時(shí)不發(fā)生廢石塌落，對先行采場兩側(cè)邊壁處采用下列處理方式：當(dāng)?shù)V體厚度小于6m時(shí)，人工堆碼裝滿廢石

37、的蛇皮袋,此種情況下要求兩個(gè)采場開采高差要大于10m；當(dāng)?shù)V體厚度大于6m時(shí)，人工拌制重量45～50%的325#水泥凈漿，在距邊壁500mm 范圍內(nèi)進(jìn)行自滲流膠結(jié)廢石形成隔離墻，水泥用量根據(jù)試驗(yàn)而定，一般情況下水泥用量為80～100Kg/m3，每次滲透厚度控制在1m左右即可。</p><p>　　采場廢石充填料由充填井下放至采空區(qū)，廢石充填料用電耙扒平或鏟運(yùn)機(jī)設(shè)備搬運(yùn)。每次充填要求保持空頂距2～2.5m。分層充填結(jié)

38、束后,可用噴漿機(jī)噴射砼50～100㎜,作為隔離層避免礦廢混雜造成貧化與損失；也可鋪設(shè)廢舊膠帶或人工拌制混凝土作隔離層。對于隔離層，當(dāng)然可根據(jù)廢石碾壓情況和表面平整度情況而定，若平整度好則采礦的貧化與損失就小，可3層左右做一次隔離。采場作業(yè)循環(huán)見圖2-1。</p><p>　　圖2-1 采場回采作業(yè)循環(huán)</p><p>　　采場回采至最后(上)一個(gè)分層時(shí)，為確保作業(yè)安全,應(yīng)采用低控頂距和進(jìn)

39、路式的回采方法,由采場兩端向中央后退式擴(kuò)幫回采，避免人工假底直接全部暴露。</p><p>　　2.2.3廢石充填方式</p><p>　　試驗(yàn)期間將西部1965m水平9穿地表堆存的廢石利用鏟車裝至手扶拖拉機(jī)運(yùn)至1965m水平4穿充填井，靠自溜方式放至4穿采場，利用電耙在采場內(nèi)部廢石平場，簡單方便。廢石充填工藝流程見圖2-2。</p><p>　　根據(jù)采礦方法的特點(diǎn)

40、，采場充填廢石主要為上行采礦提供工作平臺，保證在壓實(shí)條件下鏟運(yùn)機(jī)正常運(yùn)行，其次也具有限制采場上下盤移動(dòng)功能，保證采礦安全。因此，廢石級配非常重要。一個(gè)良好的廢石集料級配組成應(yīng)該是空隙率最小的情況下，集料之間處于最緊密的狀態(tài)，即粗集料之間的空隙由細(xì)料填滿，細(xì)料料之間的空隙應(yīng)更細(xì)的集料充滿，從而增加廢石集料顆粒之間的嵌鎖能力，使混合堆集料最大限度地發(fā)揮其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度效應(yīng)。</p><p>　　圖2-2.廢石充填工藝流程&

41、lt;/p><p>　　目前常用的級配有連續(xù)級配和間斷級配。連續(xù)級配是指集料中各級粒徑的粒料由大到小逐級按一定的比例組成，連續(xù)級配混合料的級配曲線平順圓滑，具有連續(xù)不間斷的性質(zhì)。連續(xù)級配又分連續(xù)密級配和連續(xù)開級配。間斷級配是在礦料中剔除其中一個(gè)或幾個(gè)分級，形成一種不連續(xù)的混合料。目前常用的級配理論主要采用Fuller最大密度曲線理論, 該理論從物料的粒度和級配出發(fā)，以獲取最大的密度、最小的孔隙率和最大的強(qiáng)度值為目標(biāo)，

42、并給出了級配方程。</p><p>　　為了分析確定東大山地表廢石的堆積密實(shí)性質(zhì)，試驗(yàn)對其進(jìn)行了塊度分級，結(jié)果見表3-1。根據(jù)表中分級結(jié)果，回歸其粒度特性方程如下[26]：</p><p>　　式中：—— 某一種粒級的篩下百分率（負(fù)累積產(chǎn)率），%；</p><p>　　——第i級篩孔孔徑（或第i級廢石最大塊度尺寸），mm；</p><p>　

43、　——廢石粒度模數(shù)，mm,即理論最大粒度(),當(dāng)篩孔寬()達(dá)到時(shí),全部集料能進(jìn)入篩下,即負(fù)累積率y=100%。根據(jù)現(xiàn)場廢石鏟裝情況看，廢石中基本沒有塊度大于400mm的廢石塊，因此本次分析中取=400mm。</p><p>　　廢石級配分析結(jié)果表明，東大山廢石的級配指數(shù)為0.43268，與Fuller理想級配指數(shù)0.5較接近，表明該廢石系級配較好，堆集密度較大，在碾壓情況情況下可獲得更好的強(qiáng)度，利于鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)行。另

44、外，若對采場兩側(cè)采取灌漿自滲流膠結(jié)隔離，所用水泥漿也較省。現(xiàn)場實(shí)踐表明，鏟運(yùn)機(jī)在碾壓廢石上可直接出礦，很少出現(xiàn)“挖底”、“刨坑”現(xiàn)象，采場上3～5個(gè)層后做一次隔層即可。</p><p>　　2.3上向水平分條分層廢石充填法試驗(yàn)方案</p><p>　　對于厚礦體部分，采用垂直礦體走向的布置方式是比較合適的。經(jīng)綜合分析，上向水平分條分層廢石充填法方案得以提出，該方法可以有效提高礦床開采強(qiáng)度，

45、降低礦石損失率及貧化率，改善井下工人勞動(dòng)條件，提高礦山生產(chǎn)能力，有效控制礦山地壓，并且如果充填工藝成本控制得當(dāng)，完全可以實(shí)現(xiàn)低成本開采。 </p><p>　　2.3.1采場結(jié)構(gòu)參數(shù)及采準(zhǔn)工程布置</p><p>　　上向分條分層廢石充填采礦法采用階段之間不留頂(底)柱、采場之間不留間柱(分條分步梯段式布置回采)的連續(xù)采礦布置方案。該法的有關(guān)參數(shù)如下:</p><p&

46、gt;　　采場結(jié)構(gòu)參數(shù): 階段高度40m(1965m～1925m)，分段高度10m。垂直礦體走向布置分</p><p>　　條采場,采場寬度暫定為4～6m，采場長度為礦體厚度。分條采場采用隔一采一方式，先采一步分條采場，當(dāng)一步分條采場與二步分條采場相距高度為10～15m時(shí)，再回采二步采場。一步采場兩側(cè)采用廢石灌漿膠結(jié)充填，灌漿寬度定為0.5m，二步采場采用廢石充填。采場回采采用上向分層回采方式，控頂高度根據(jù)充填料

47、初定為3.5～5m。</p><p>　　采準(zhǔn)布置:采用脈外采準(zhǔn)方式。沿礦體走向每一個(gè)分段開鑿一條分段平巷，分段平巷相距礦體25m左右，分別布置在1937m、1947m和1957m，每個(gè)分段包括4個(gè)分層。然后在分段平巷垂直礦體走向打分層聯(lián)絡(luò)巷道，聯(lián)通每一分層。通過斜坡道將分段平巷聯(lián)通。斜坡道坡度為14～17%，最小彎道半徑為4.1m。在脈外布置溜礦井和廢石充填井，半徑均為1.5m，傾斜角度為60°。&l

48、t;/p><p>　　2.3.2 回采工藝</p><p>　　當(dāng)分層聯(lián)絡(luò)道打到一步分條采場后，開始拉底，拉底層高度為2.5m。一條分層聯(lián)絡(luò)道控制三個(gè)一步分條采場，當(dāng)中間一步分條拉底至礦體邊界時(shí)，即沿礦體邊界向兩邊打巷道與相鄰兩個(gè)一步分條貫通，當(dāng)三個(gè)一步分條拉底完成并出礦后，開始上向回采。采用淺孔崩礦，設(shè)計(jì)孔網(wǎng)參數(shù)0.5～0.6m，落礦合格塊度≤350㎜（要求塊度≤1/4溜井直徑，否則容易卡漏

49、）。每次落礦高度1～2.5m，具體視充填料情況和采場礦體穩(wěn)定性而定。采場內(nèi)采用鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行出礦。每層礦石崩落并出礦后，即對采場進(jìn)行充填。采場廢石通過充填井下放到分段巷道，通過鏟運(yùn)機(jī)將廢石充填到三個(gè)分條采場，采用排土場碾壓式充填，每次充填厚度不得大于0.5米，每次充填要求保持空頂距2～2.5m。每條斜坡道運(yùn)輸巷承擔(dān)10米分段高度，自下而上形成張開的“枝丫形”，隨著回采進(jìn)路上移，對斜坡道運(yùn)輸巷放頂墊底，做為運(yùn)輸通道。人工拌制重量濃度為45～5

50、0%的325#水泥凈漿，將水泥漿充填管路架設(shè)到采場，在距邊壁500mm 范圍內(nèi)進(jìn)行自滲流膠結(jié)廢石形成隔離墻，水泥用量根據(jù)試驗(yàn)而定，一般情況下水泥用量為80～100Kg/m3，每次滲透厚度控制在1m左右。</p><p>　　當(dāng)一步分條采場回采高度達(dá)到10～15m時(shí)，開始回采二步分條采場。分層聯(lián)絡(luò)道依然控制三個(gè)分條采場，與一步分條所不同的是，分層聯(lián)絡(luò)道需從中間主干道分為三個(gè)巷道與三個(gè)二步分條采場回采工作面相連通，回

51、采礦體過程與一步分條相同。由于二步分條巷道進(jìn)路多，為保證工程質(zhì)量，打眼放炮必須采用“多打眼少裝藥”的原則，為保證一步采場充填體不出現(xiàn)大面積垮塌，在回采二條采場炮孔布置時(shí)，必須在靠近一步采場充填體預(yù)留0.5m間距。當(dāng)完成礦石出礦后，即進(jìn)行廢石充填。</p><p>　　2.2.3 采場充填</p><p>　　上向分條分層廢石充填采礦法采用廢石灌漿充填（一步采場）和全廢石充填（二步采場）方案

52、。該法一步采場的灌漿充填有相當(dāng)難度，如果濃度過大則難以實(shí)現(xiàn)滲透而導(dǎo)致廢石膠結(jié)效果差，若濃度過小，雖然滲透性好，但膠結(jié)時(shí)間長且采場會(huì)存在漏漿脫水等問題，因此此項(xiàng)工作需要做試驗(yàn)才能確定。充填工藝流程如圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3 充填工藝流程</p><p>　　第三章 灌漿充填體強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)無廢開采模式，將廢石或其它廢料充填到

53、井下是一個(gè)主要的發(fā)展方向。傳統(tǒng)的廢石膠結(jié)充填技術(shù)主要沿用混凝土學(xué)的基本理論和技術(shù)，其制備與輸送工藝成本較高，因此難以滿足礦山大規(guī)模充填的要求。近年來，粗骨料膠結(jié)充填新技術(shù)得以應(yīng)用，該項(xiàng)技術(shù)的理論基礎(chǔ)是建立在基于充填料屬于水泥用量不飽和的低標(biāo)號范疇和允許存在局部缺陷之上而發(fā)展起來的，通過自淋混合來制備充填集料。</p><p>　　豐山銅礦和銅坑錫礦是我國采用粗骨料膠結(jié)充填技術(shù)的代表性礦山，其所采用的充填技術(shù)分別為

54、碎石水泥漿膠結(jié)充填技術(shù)和塊石砂漿膠結(jié)充填技術(shù)。前者是將水泥漿通過軟管直接澆淋于集料堆上，通過自淋混合后由鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)往采場并卸入采空區(qū)，由于水泥單耗指標(biāo)波動(dòng)較大，因此需要充填工嚴(yán)格控制。而后者是將砂漿與集料直接下放到采場，最終形成中央強(qiáng)度低、周邊強(qiáng)度高的膠結(jié)體。</p><p>　　粗骨料膠結(jié)充填技術(shù)對粗骨料的級配有相對嚴(yán)格的要求。例如豐山銅礦采用-40mm碎石作為集料，要求-5mm細(xì)物料達(dá)22%～25%；銅坑錫礦采

55、用-300～+25mm塊石作為骨料，-25mm細(xì)物料達(dá)16%；基德克里克采用-150mm碎石料作為集料，要求-10mm細(xì)骨料占25%【49】。為了保證充填體質(zhì)量，使得粗骨料的使用范圍受到限制。粗骨料膠結(jié)充填采用分流輸送工藝將粗骨料與膠結(jié)劑分別輸送到井下附近再混合，混合時(shí)間在充填前或充填過程中均可，使膠結(jié)劑粘附于粗骨料表面而不需脫水。如果在粗骨料充填進(jìn)采場后再進(jìn)行膠結(jié)，則需合理控制膠結(jié)劑濃度，否則可能會(huì)導(dǎo)致砂漿滲透距離小，或者砂漿發(fā)生離析

56、而需要脫水造成水泥流失。</p><p>　　東大山鐵礦廢石灌漿充填采用的是自然級配的廢石，是在一步采場兩側(cè)進(jìn)行滲透灌漿，采用的是一定濃度的純水泥漿或細(xì)磨爐渣。廢石采用分層充填方式，當(dāng)該分層廢石充填完成后，即在廢石充填體兩側(cè)進(jìn)行滲透灌漿，灌漿后形成膠結(jié)充填體，充當(dāng)“擋墻”，以保證二步分條回采時(shí)工人作業(yè)的安全。為此，需要確定灌漿充填體的強(qiáng)度，防止一步采場廢石進(jìn)入到二步采場。首先對灌漿充填體強(qiáng)度進(jìn)行理論上的計(jì)算，得出

57、其理論強(qiáng)度。同時(shí)，為保證水泥漿順利實(shí)現(xiàn)自流滲透，以及合理確定水泥漿的濃度，必須先了解礦山廢石的粒級組成，為此做了礦山廢石分級實(shí)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了滲流灌漿室外實(shí)驗(yàn)。從而得出合理的膠結(jié)劑濃度及灌漿范圍，保證礦山實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。</p><p>　　3.1 灌漿充填體強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　許多由大量大致同樣的單個(gè)顆粒所組成的物體（砂土、礫石土、碎煤、水泥及其它粒狀和粉狀的材料），按物

58、理性質(zhì)它們介于固體和液體之間的中間狀態(tài)，被稱為散粒體或簡稱散體。</p><p>　　散粒體與固體所不同的是：前者顆粒具有流動(dòng)性；僅在一定范圍內(nèi)能保持其形狀；具有對擋護(hù)面產(chǎn)生壓力的性質(zhì)，不能或不大能抵抗拉力；抵抗剪應(yīng)力的能力取決于作用的壓力。液體與散粒體所不同的是：前者分子具有更大的流動(dòng)性；沒有固定的形狀；抵抗剪切力的能力更小。</p><p>　　散粒體顆粒按照材料、大小和形狀可以是同樣

59、的或不同樣的，所有三個(gè)尺度具有同階或不同階，表面為光滑的或粗糙的。顆?？商幱趶椥誀顟B(tài)或塑性狀態(tài)，并具有一定的強(qiáng)度。散粒體顆粒的形狀可以是極其不相同的。顆粒之間的間隙稱為孔隙，其中可能由空氣、水或某種膠結(jié)物質(zhì)所充填。</p><p>　　散粒體結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù)是研究散粒體與其它物體的相互作用，以及散粒體顆粒的相互作用和此時(shí)所產(chǎn)生的力與位移。在散粒體力學(xué)中有兩個(gè)方向。第一個(gè)方向是假定滑動(dòng)面為某種形狀而建立的理論，它可以

60、用初等方法求解許多重要的實(shí)際問題；第二個(gè)方向稱為散粒介質(zhì)理論，它的出發(fā)點(diǎn)是對所研究的散粒體空間內(nèi)的每一點(diǎn)建立平衡微分方程式和狀態(tài)的條件。散粒體力學(xué)的這兩個(gè)方向之間的界限是無法明確劃分的，并且是不穩(wěn)定的。散粒體力學(xué)問題的某些解介于上述兩個(gè)方向之間的中間情況，把它劃歸哪個(gè)方向均可。</p><p>　　隨著散粒介質(zhì)理論的發(fā)展，散粒體結(jié)構(gòu)力學(xué)的簡化方法也跟著發(fā)展了。目前不僅局限于研究處于極限平衡狀態(tài)的散粒體，還必須研究

61、處于正常狀態(tài)下（即處于穩(wěn)定狀態(tài)或彈性平衡狀態(tài)）以及處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的散粒體。本文主要針對極限平衡狀態(tài)下的廢石充填體進(jìn)行力學(xué)分析，從而確定出一步采場充當(dāng)“擋墻”作用的膠結(jié)體強(qiáng)度，以保證二步分條回采時(shí)工人勞動(dòng)作業(yè)的安全。</p><p>　　3.1.1 楊森公式</p><p>　　用于儲(chǔ)存散體材料的倉庫，根據(jù)其高度與平面尺寸之比，分為淺倉和深倉。從出料口到儲(chǔ)料頂面的高度超過平面尺寸不到0.5～

62、1.0倍的倉庫稱為淺倉；其高度超過平面尺寸至少0.5～1.0倍的倉庫稱為深倉。故本文中的灌漿充填體可視為深倉。對于棱柱形或圓筒形深倉倉底和倉壁上散粒體靜壓力的確定，到目前為止，應(yīng)用最廣的還是楊森公式，它是根據(jù)下列假定推導(dǎo)出來的【50】。</p><p>　　第一 從散粒體表面算起的任意深度z處的垂直壓力，假定沿倉的水平斷面整個(gè)面積F上是均勻分布的。</p><p>　　第二 散粒體任意一點(diǎn)

63、（包括倉壁處）的水平壓力，假定與垂直壓力成比例，即</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 ——主動(dòng)側(cè)壓力系數(shù)。</p><p>　　第三 假定散粒體沿倉壁滑動(dòng)的阻力為</p><p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　式中

64、 ——儲(chǔ)料與倉壁的摩擦系數(shù)；</p><p>　　——儲(chǔ)料與倉壁之間的單位粘聚力。</p><p>　　第四 不計(jì)底的影響，即假定倉為無限深。</p><p>　　第五 認(rèn)為貯料是不可壓縮的。</p><p>　　在距表面深度為處取出一層厚為的單元體，研究一下它在下列力作用下的平衡條件：自重，從上面作用在該層上的垂直壓力和從下面作用在該層上的

65、垂直壓力，以及作用在倉壁上的摩擦力和粘聚力。</p><p>　　合并同類項(xiàng)并對這個(gè)微分方程在邊界條件下（即當(dāng)時(shí)，壓力）進(jìn)行積分，得</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　在計(jì)算深倉時(shí)一般不考慮粘聚力，那么公式將得到簡化并采用楊森公式的形式:</p><p><b>　?。?-5）

66、</b></p><p>　　為了得到倉壁上的側(cè)壓力，可利用關(guān)系式。</p><p>　　由公式（3-4）看出，壓力和的增量隨著深度的增大而減小，當(dāng)時(shí)，壓力趨近于極限</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　根據(jù)許多研究者所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，公式（3-5）給出的計(jì)算壓力與實(shí)際壓力

67、相比較，偏小很多。在散粒體倉的設(shè)計(jì)技術(shù)條例（CH302—65）中規(guī)定：倉底上的計(jì)算垂直壓力和長度為2/3倉高的下部倉壁的計(jì)算側(cè)壓力要比按公式（3-5）算出的增大一倍。應(yīng)該以所給出的下限作為和的計(jì)算值。</p><p>　　為了便于公式（3-5）的應(yīng)用，可以將它化成簡單的形式，將分子和分母同乘以:</p><p><b>　?。?-7）</b></p>&

68、lt;p>　　式中 （3-8）</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　系數(shù)，稱為相關(guān)系數(shù)。</p><p>　　3.1.2 灌漿充填體強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　一步分條廢石充填體兩側(cè)采用散體滲流灌漿技術(shù)，此時(shí)，可將

69、該采場看成是“倉庫”，中間裝的是廢石散體。倉庫的尺寸如圖3-1.1所示：</p><p>　　圖3-1.1灌漿充填體強(qiáng)度計(jì)算模型</p><p>　　根據(jù)方案所確定的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)，圖3-1.1中各參數(shù)確定如下：H=10m，h=2.5m，L=4m；可知,干礫石與混凝土的摩擦角范圍為24°～31°，取其下限，即=28°，則摩擦系數(shù)。</p><

70、p>　　一般采用處于極限平衡狀態(tài)下的貯料主應(yīng)力的比值作為側(cè)壓力系數(shù)，即：</p><p>　　根據(jù)公式，，根據(jù)公式（3-8），，</p><p>　　則倉底上的壓力根據(jù)公式可得</p><p>　?。↘pa）=0.12734（Mpa）</p><p>　　采用修正系數(shù)為2，則下部倉壁上的側(cè)壓力為：</p><p>

71、;<b>　　（Mpa）</b></p><p>　　由以上公式得出廢石充填散體對灌漿充填體的側(cè)壓力約為0.1034MPa。</p><p>　　通過FLAC 3D數(shù)值模擬可知，二步分條采場間的σyy應(yīng)力值范圍為0～0.2Mpa，而由散粒體結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算出來的廢石充填散體對灌漿充填體的側(cè)壓力為0.1034Mpa，介于此區(qū)間內(nèi)，從而得到有效驗(yàn)證。 </p>

72、<p>　　3.2 礦山廢石粒度分級試驗(yàn)</p><p>　　為了分析確定東大山地表廢石的堆積密實(shí)性質(zhì)，對采礦方法試驗(yàn)廢石充填料進(jìn)行了粒度標(biāo)定，廢石料總重1.24T。粒度分級為9個(gè)等級。根據(jù)表中分級結(jié)果，回歸其粒度特性方程如下：</p><p>　　式中：—— 某一種粒級的篩下百分率（負(fù)累積產(chǎn)率），%；</p><p>　　——第i級篩孔孔徑（或第i級廢石

73、最大塊度尺寸），mm；</p><p>　　——廢石粒度模數(shù)，mm,即理論最大粒度(),當(dāng)篩孔寬(=)達(dá)到時(shí),全部集料能進(jìn)入篩下,即負(fù)累積率y=100%。根據(jù)現(xiàn)場廢石鏟裝情況看，廢石中基本沒有塊度大于400mm的廢石塊，因此本次分析中取=400mm。</p><p>　　廢石級配分析結(jié)果表明，東大山廢石的級配指數(shù)為0.43268，與Fuller理想級配指數(shù)0.5非常接近，表明該廢石系級配較

74、好，堆集密度較大，在碾壓情況下可獲得更好的強(qiáng)度，利于鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)行。另外，對采場兩側(cè)采取灌漿自滲流膠結(jié)隔離，所用水泥漿也較省。現(xiàn)場實(shí)踐表明，鏟運(yùn)機(jī)在碾壓廢石上可直接出礦，很少出現(xiàn)“挖底”、“刨坑”現(xiàn)象。</p><p>　　3.3 滲透灌漿現(xiàn)場試驗(yàn)</p><p>　　根據(jù)試驗(yàn)情況和研究結(jié)果，分別進(jìn)行了濃度為35%～60%的滲透灌漿試驗(yàn)。試驗(yàn)共分為六組：濃度分別為35%、40%、45%、50%

75、、55%和60%。通過試驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)濃度小于45%時(shí)，水泥漿能夠很好的滲透到廢石底部，但膠結(jié)時(shí)間長，且采場存在漏漿脫水等問題；當(dāng)濃度大于50%時(shí)，采場膠結(jié)時(shí)間短，強(qiáng)度高，但是采場水泥漿卻很難較好的滲透到廢石充填體底部，對采場工作人員安全將構(gòu)成威脅；當(dāng)濃度介于45%～50%時(shí)，水泥漿滲透效果較好，且膠結(jié)充填體強(qiáng)度也較高，具有較好的效果。其中濃度為45%及50%的滲透灌漿試驗(yàn)情況比較穩(wěn)定。針對45%及50%濃度實(shí)驗(yàn)，用回彈儀對其強(qiáng)度進(jìn)行了測試

76、，測試結(jié)果表明，盡管膠結(jié)存在局部不均勻現(xiàn)象，但其強(qiáng)度基本可以達(dá)到0.5～3Mpa，大于滲透灌漿充填體理論強(qiáng)度0.1034Mpa，一步采場進(jìn)行分層爆破時(shí)所產(chǎn)生的沖擊波亦不會(huì)對其構(gòu)成太大影響。</p><p>　　試驗(yàn)結(jié)果也表明，滲透灌漿充填體的強(qiáng)度影響因素主要為水灰比和散體粒級組成等。其中，充填體強(qiáng)度隨水灰比的增加而急劇降低，現(xiàn)場澆灌一般控制在1.0～1.22；隨著散體粒級的增大，充填體強(qiáng)度略有下降。實(shí)踐表明，45

77、%～50%濃度料漿滲透效果較好，既能膠結(jié)廢石，起到很好的“擋墻”作用，采場又不會(huì)存在漏漿脫水等問題，在二步分條采場進(jìn)行回采時(shí)，不會(huì)對工作人員的安全構(gòu)成威脅，因此能夠滿足礦山安全生產(chǎn)需要。</p><p>　　第四章 工業(yè)試驗(yàn)情況及效益</p><p>　　東大山鐵礦是金昌鐵業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司主要的自有資源基地，礦石基本性質(zhì)為低品位磁鐵礦。礦山地表以上（1965m水平）已基本回采結(jié)

78、束，目前已全面轉(zhuǎn)入深部開采。深部共有1925m、1885m、1845m、1805m四個(gè)中段，采用盲斜井開拓。深部保有地質(zhì)儲(chǔ)量937萬噸，綜合地質(zhì)品位31%。</p><p>　　東大山鐵礦礦體地質(zhì)賦存條件及為復(fù)雜，礦體總體為緩傾斜薄礦體，屬于難采礦體。礦山自恢復(fù)采礦至今，曾多次進(jìn)行過采礦方法的試驗(yàn)與研究，最終以崩落法和淺孔全面留礦法為主要方法。從多年的生產(chǎn)實(shí)踐來看，回采指標(biāo)均不理想，回采率低，貧化率高。這些年以來

79、，隨著公司生鐵產(chǎn)量的大幅度提高，為了珍惜礦產(chǎn)資源，延長礦山服務(wù)年限，公司對礦產(chǎn)資源利用率提出了更高的要求。因此，選擇科學(xué)合理的采礦方法，提高金屬回收率是當(dāng)務(wù)之急，也是公司可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。</p><p>　　《東大山鐵礦傾斜礦體上向水平分層廢石充填法試驗(yàn)研究》項(xiàng)目自開始立項(xiàng)和實(shí)施，公司領(lǐng)導(dǎo)高度重視，作為公司的重點(diǎn)技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目來抓，同時(shí)該項(xiàng)目也是金昌市年度科技大會(huì)五大簽約項(xiàng)目之一，被金昌市科技局列為科技重點(diǎn)項(xiàng)

80、目，金昌市科技局和其他部門有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)也給予了大力支持。在項(xiàng)目實(shí)施工程中，公司領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)部室給予了大力支持和幫助，最終使項(xiàng)目順利開展并最終取得成功。</p><p>　　目前，《東大山鐵礦傾斜礦體上向水平分層廢石充填法試驗(yàn)研究》技術(shù)攻關(guān)已經(jīng)取得了圓滿成功，本項(xiàng)目所取得的各項(xiàng)指標(biāo)已全部完成。</p><p>　　4.1項(xiàng)目提出的原因（背景）</p><p>　　1.客觀原

81、因：礦體屬于緩傾斜薄礦體，傾角大約在35°～50°之間，平均真厚度為以3～8m為最多。礦體地質(zhì)賦存條件極為復(fù)雜，沿走向和傾向變化大，礦體內(nèi)夾石穿插較多，分支尖滅現(xiàn)象比較頻繁。</p><p>　　2.由于礦體形態(tài)變化大，且屬傾斜礦體，無論是分段崩落法的覆蓋層下放礦還是分段空場法的空場條件下放礦，重力放礦時(shí)均存在很大的底盤殘留體難以放出。</p><p>　　3.為了減少

82、底盤損失，提高礦石回收率，采礦設(shè)計(jì)中不得不采用放礦工程的密集式布置，造成采切工程量過大。同時(shí)，在礦體下盤密集的采準(zhǔn)工程又造成對下盤圍巖的過渡開挖而致使破壞范圍增大和破壞早期發(fā)生，如電耙道的掉幫破壞。</p><p>　　4.由于采用下盤脈外分段采準(zhǔn)布置，幾乎所有的采切工程均在廢石中進(jìn)行，一方面造成出坑廢石量大，增大提運(yùn)成本，另一方面為提高礦石回收率，還必須開挖近礦下盤圍巖，如中深孔爆破必然產(chǎn)生較大的一次貧化。&l

83、t;/p><p>　　5.井下大量存在采空區(qū)，必須要處理，否則當(dāng)上盤圍巖中應(yīng)變能積累到一定程度極有可能引起大面積塌方，地表下沉等一系列地質(zhì)災(zāi)害。礦山每年為處理采空區(qū)還需要投入大量的人力、財(cái)力。</p><p>　　6.符合公司長遠(yuǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。</p><p>　　4.2項(xiàng)目的進(jìn)一步論證</p><p>　　項(xiàng)目前期對方案做了可行性論證工作。即

84、選擇了試驗(yàn)地點(diǎn)、確定了礦塊長度、分層（分段）高度、充填井、溜礦井及人行通風(fēng)井的布置方式、爆破參數(shù)、充填方式等，并對回采順序、生產(chǎn)能力、礦房穩(wěn)定性、通風(fēng)及行人安全、充填工作做了進(jìn)一步的評價(jià)。</p><p>　　最后對方案的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可靠性做了進(jìn)一步論證。</p><p>　　4.3. 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)</p><p>　　領(lǐng)

85、導(dǎo)小組多次開會(huì)對方案做了可行性論證，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)，并對方案的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可靠性做了進(jìn)一步論證。最后對參加試驗(yàn)的施工單位進(jìn)行了培訓(xùn)和設(shè)計(jì)方案交底。</p><p>　　4.3.1.采場結(jié)構(gòu)參數(shù)及采準(zhǔn)工程布置</p><p>　　采場結(jié)構(gòu)參數(shù): 階段高度40m。以階段穿脈運(yùn)輸為軸心沿礦體走向布置采場，一般情況下采場長度可布置為40～60m，采場分層控制高度一般可定為3.5～5

86、.0m。</p><p>　　采準(zhǔn)布置: 上向水平分層充填法多采用脈內(nèi)采準(zhǔn)方式。在穿脈內(nèi)布置向礦車內(nèi)裝礦的采場短溜井并安裝簡易漏斗(用鋼板焊制漏斗)，短溜井高度5m(在中段運(yùn)輸水平以上5m)。在中段水平礦體下盤沿脈布置聯(lián)絡(luò)道，并在采場兩端掘進(jìn)人行通風(fēng)短井(5m)。貫通采場短溜井與兩側(cè)人行通風(fēng)短井之間的聯(lián)絡(luò)后，即在該水平沿礦體全厚進(jìn)行拉底，拉底層高度2.5m。并由拉底層開始上掘采場脈內(nèi)中央人行天井和充填井與上中段貫

87、通，以形成完整的通風(fēng)行人系統(tǒng)。充填井傾角不小于60°。采場滿足至少兩個(gè)安全出口和人行通風(fēng)條件后采準(zhǔn)完成。</p><p>　　4.3.2.回采工藝</p><p>　　完成拉底層出礦并整平采場底板后，鋪設(shè)鋼砼假底（作為回收下階段采場最上分層礦石的人工頂板）?；炷良俚卓偤穸?00～500㎜，底部鋼筋保護(hù)層厚度50㎜，混凝土標(biāo)號C15～C20（假底厚度及砼標(biāo)號視礦體厚度和品位而定）

88、，鋼筋網(wǎng)采用直徑14mm的螺紋鋼鋪成，網(wǎng)度（20～30）㎜×（20～30）㎜，搭結(jié)部位用6#鐵絲扎牢。在拉底層上下盤圍巖中以網(wǎng)度0.6m鑿入Φ18mm螺紋鋼錨桿(L=1.8m)， 鋼筋網(wǎng)與Φ18mm螺紋鋼錨桿焊接，為確保假底的整體性和穩(wěn)定性，混凝土在采場內(nèi)直接拌制，并整平、最好振實(shí)。鋪好假底并適當(dāng)養(yǎng)護(hù)后，即可進(jìn)行正?；夭?。</p><p>　　采場落礦采用上向淺孔崩礦，設(shè)計(jì)孔網(wǎng)參數(shù)0.5～0.6m，落礦

89、合格塊度≤350㎜（要求塊度≤1/4溜井直徑，否則容易卡漏）。每次落礦高度1～2.5m，具體視充填料情況和采場礦體穩(wěn)定性而定。采場內(nèi)出礦可用電耙或鏟運(yùn)機(jī)設(shè)備出礦。</p><p>　　采場出礦溜井采用順路架設(shè)方式在每次充填前上向分層架設(shè)，用厚度4～5mm鋼板卷制或在采場內(nèi)直接焊制并搭結(jié)，也可用塊石混凝土膠結(jié)制成。溜井搭結(jié)牢固與否非常重要（采場礦石的唯一通道）。</p><p>　　采場兩側(cè)

90、人行通風(fēng)井用圓木按上向分層順路架設(shè)方式形成。為確保相鄰采場回采時(shí)不發(fā)生廢石塌落，對先行采場兩側(cè)邊壁處采用下列處理方式：當(dāng)?shù)V體厚度小于6m時(shí)，人工堆碼裝滿廢石的蛇皮袋，此種情況下要求兩個(gè)采場開采高差要大于10m；當(dāng)?shù)V體厚度大于6m時(shí)，人工拌制重量45～50%的325#水泥凈漿，在距邊壁500mm 范圍內(nèi)進(jìn)行自滲流膠結(jié)廢石形成隔離墻，水泥用量根據(jù)試驗(yàn)而定，一般情況下水泥用量為80～100Kg/m3，每次滲透厚度控制在1m左右即可。</

91、p><p>　　采場廢石充填料由充填井下放至采空區(qū)，廢石充填料用電耙扒平或鏟運(yùn)機(jī)設(shè)備搬運(yùn)。每次充填要求保持空頂距2～2.5m。分層充填結(jié)束后，可用噴漿機(jī)噴射砼50～100㎜，作為隔離層避免礦廢混雜造成貧化與損失；也可鋪設(shè)廢舊膠帶或人工拌制混凝土作隔離層。對于隔離層，當(dāng)然可根據(jù)廢石碾壓情況和表面平整度情況而定，若平整度好則采礦的貧化與損失就小，可3層左右做一次隔離。采場回采至最后(上)一個(gè)分層時(shí)，為確保作業(yè)安全，應(yīng)采用

92、低控頂距和進(jìn)路式的回采方法，由采場兩端向中央后退式擴(kuò)幫回采，避免人工假底直接全部暴露。</p><p>　　4.3.3.廢石充填方式</p><p>　　試驗(yàn)期間將西部1965m水平9穿地表堆存的廢石利用鏟車裝至手扶拖拉機(jī)運(yùn)至1965m水平4穿~8穿充填井，靠自溜方式放至4穿~8穿各采場，利用電耙在采場內(nèi)部廢石平場，簡單方便。</p><p>　　圖4-3-1 采

93、場回采作業(yè)循環(huán)</p><p>　　4.3.4.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>　　(1)采準(zhǔn)系數(shù)：4.9m/kt(標(biāo)準(zhǔn)米)，采準(zhǔn)比：11.6～15m3/kt。</p><p>　　(2)礦石回采率>80%，礦石貧化率<20%。</p><p>　　(3)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

94、%。</p><p>　　4.4.采礦成本分析</p><p>　　由統(tǒng)計(jì)得出的上向水平分層廢石充填采礦法和礦山原分段空場采礦法的采礦成本對比?？梢?，上向水平分層廢石充填法采切比小，比分段采礦法降低了13.3元/噸，因而盡管增加了一項(xiàng)充填成本費(fèi)用8元/噸，但噸礦采準(zhǔn)加充填成本還是比分段采礦法有所降低。礦山認(rèn)為上向水平分層廢石充填法施工工序較復(fù)雜、廢石充填管理難度較大，實(shí)際采礦難度比分段空場

95、法略有增大，因而噸礦外包費(fèi)用增加了7.5元/噸，盡管如此，綜合采礦成本升高幅度僅為3.3%，達(dá)到了采礦成本增大不超過10%的預(yù)期目標(biāo)。</p><p>　　該項(xiàng)目實(shí)施后，綜合回采率由原來的50％提高到88.6％，貧化率由32％降低到15.64％，采切比由原來的24.7m/kt降低到6.91m/kt，采礦成本增大不超過10%，取得了良好的效果。</p><p>　　4.5.工業(yè)試驗(yàn)采場經(jīng)濟(jì)效

96、益</p><p>　　根據(jù)統(tǒng)計(jì)，工業(yè)試驗(yàn)采場地質(zhì)儲(chǔ)量為264031噸，地質(zhì)品位為28.9%，回采率由50%提高到88.6%，貧化率由30%降低到15.64%。</p><p>　　若以礦山原淺孔法指標(biāo)計(jì)算，則采出礦石量為：＝188593.57噸。即新采礦方案比原來采用的方案多采出礦石88708.72噸。</p><p>　　東大山鐵礦拋廢率為18%，選比為2.74

97、4，多產(chǎn)出鐵精粉A=[88708.72×（1-18%）]/2.744=26509.17(噸)，自產(chǎn)鐵精礦與外購鐵精礦價(jià)差按350元/噸計(jì)算，則多產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益E=26509.17×350=928（萬元）。</p><p>　　4.6.上向水平分條分層廢石充填采礦法工業(yè)試驗(yàn)</p><p>　　工業(yè)實(shí)驗(yàn)采場布置于1925中段Ⅰ～Ⅲ穿Ⅱ號礦體，采場長度為礦體厚度（水平厚

98、度15～27m），分條寬度4m，高度為階段高度40m，控頂高度5m，分層充填高度2.5m，一步分條采場與二步分條采場開采間隔高度10m，并進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)。</p><p>　　4.7.項(xiàng)目開發(fā)成功的結(jié)論與經(jīng)驗(yàn)</p><p>　　東大山鐵礦礦體形態(tài)變化較大，礦體厚度變化大且伴有分枝復(fù)合現(xiàn)象，屬難采鐵礦體。多年來該礦一直圍繞分段采礦法進(jìn)行開采，回采指標(biāo)差，礦山實(shí)際采切比達(dá)274m/萬噸,采切

99、直接成本高,回收率一直徘徊在49.25～55%之間、貧化率在29.92～33.37%之間,難有突破。本項(xiàng)研究通過分析東大山歷年來采礦方法試驗(yàn)情況及效果，結(jié)合東大山鐵礦傾斜中厚及厚礦體的開采技術(shù)條件，提出了采用上向水平分層廢石充填采礦法方案并進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)證明，該方法可以有效提高礦床開采強(qiáng)度，降低礦石損失率及貧化率，改善井下工人勞動(dòng)條件，提高礦山生產(chǎn)能力，有效控制礦山地壓，實(shí)現(xiàn)了低成本開采。</p><p>　　1.

100、針對傾斜中厚礦體提出并試驗(yàn)成功了不向水平分層廢石充填采礦法, 確定了采場最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)：采場長度60m，寬度為礦體厚度，高度為階段高度40m，控頂高度5m。并指出了在開采過程中，采場左下角和右上角兩個(gè)對角處應(yīng)力集中現(xiàn)象比較明顯，采場左上角主要出現(xiàn)拉伸破壞，并找出了采場穩(wěn)定性薄弱區(qū)域，在回采過程中采用壓角開采，快采快充的方式解決。</p><p>　　2. 上向水平分層廢石充填采礦法在低品位鐵礦山中的應(yīng)用是可行的，東

101、大山鐵礦使用上向水平分層廢石充填法，試驗(yàn)礦塊回收率從原來的50%提高到了89.41%, 貧化率從30%降低到了15.64%。與東大山原采用的分段采礦方法相比, 安全程度高，礦石回收率高、貧化率低,基本上不增加回采難度，采礦成本增幅不大。試驗(yàn)直接效益達(dá)928萬元,經(jīng)濟(jì)效益顯著。</p><p>　　3.針對東大山鐵礦厚礦體開采技術(shù)條件提出并試驗(yàn)成功了上向水平分條分層廢石充填采礦法,分析確定了采場最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)：分條寬

102、度4m，長度為礦體厚度，控頂高度5m，分層充填高度2.5m，一步分條采場與二步分條采場開采間隔高度10m。工業(yè)試驗(yàn)表明上述結(jié)構(gòu)參數(shù)是合理的。上向水平分條分層廢石充填采礦法一步分條采場采用自滲流灌漿充填，灌漿寬度0.5m，水泥漿濃度45%～50%，采用礦山自然級配廢石，計(jì)算廢石散體側(cè)壓力理論強(qiáng)度值為0.1034MPa，實(shí)際自滲流灌漿廢石膠結(jié)強(qiáng)度值大于理論強(qiáng)度值，試驗(yàn)中沒有發(fā)現(xiàn)塌落現(xiàn)象，盡管局部有掏窩，但不影響膠結(jié)體穩(wěn)定性，保證了礦山安全生

103、產(chǎn)。</p><p>　　4.上向水平分條分層廢石充填采礦法在傾斜厚鐵礦體中的應(yīng)用是可行的，東大山鐵礦試驗(yàn)礦塊回收率從50%提高到了89.46%，貧化率由30%降低至15.39%，創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益約869萬元。該采礦方法實(shí)現(xiàn)了連續(xù)開采，能夠保證礦山安全生產(chǎn)，基本不增加回采難度，采礦成本增幅較小。</p><p>　　5.新工藝可有效延長礦山服務(wù)年限達(dá)十年，推廣應(yīng)用效益顯著。</p&g

104、t;<p>　　6.井下廢石排放于地表，不僅占用大量土地，而且對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，將廢石回填井下，滿足保護(hù)資源，保護(hù)環(huán)境，提高效益，保證礦山可持續(xù)發(fā)展的要求。綜上所述，上向分條分層廢石充填采礦法對傾斜厚礦體、分枝礦體的開采具有明顯的優(yōu)越性和良好的適應(yīng)性，符合清潔生產(chǎn)。</p><p>　　7.上向水平分層充填法主要用于貴金屬礦山，很少有用于鐵礦山的，尤其在形態(tài)復(fù)雜傾斜中厚（或?。┑V體鐵礦山的應(yīng)用是沒

105、有的。通過研究實(shí)踐證明，上向水平分層充填法采切比小、損失貧化低，而且具有很高的靈活性，特別對分枝復(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。因此，只要合理選擇充填方式并有效控制充填成本，該法在開采形態(tài)復(fù)雜的鐵礦體方面具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性，在國內(nèi)同類礦山中有一定的推廣價(jià)值。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　東大山鐵礦根據(jù)礦

106、體賦存條件，為難采礦體，建礦40余年來，采礦工藝一直圍繞分段采礦法進(jìn)行，回收率一直在49.25%～55%之間、貧化率在29.92%～33.37%之間徘徊，難以突破。本項(xiàng)研究針對東大山鐵礦的實(shí)際情況，以提高回收率降低貧化率為目標(biāo)，針對傾斜中厚礦體提出了上向水平分層充填采礦法回采方案，并在1925m水平中段4穿～8穿采場進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)。結(jié)合東大山鐵礦厚礦體開采技術(shù)條件，提出了采用上向水平分條分層廢石充填采礦法并在Ⅰ～Ⅲ線進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)。工業(yè)

107、試驗(yàn)證明，該方法可以有效提高礦床開采強(qiáng)度，降低礦石損失率及貧化率，改善井下工人勞動(dòng)條件，提高礦山生產(chǎn)能力，有效控制礦山地壓，實(shí)現(xiàn)了低成本開采。</p><p>　　1.針對傾斜中厚礦體開采技術(shù)條件提出并試驗(yàn)成功了不向水平分層廢石充填采礦法, 確定了采場最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)：采場長度60m，寬度為礦體厚度，高度為階段高度40m，控頂高度5m。指出了在開采過程中，采場左下角和右上角兩個(gè)對角處應(yīng)力集中現(xiàn)象比較明顯，采場左上角主