礦房法采場結構參數的優化及應用

黃正全，李建奇

(中冶集團華冶資源開發有限責任公司， 遼寧朝陽市 122104)

礦房法采場結構參數的優化及應用

黃正全，李建奇

(中冶集團華冶資源開發有限責任公司， 遼寧朝陽市 122104)

在實際生產中，根據礦山實際礦巖特性、礦體賦存條件、采礦設備性能等具體情況，通過采場結構參數優化組合，在保障安全生產的條件下，可大幅降低采切比和支護工程量，同時也可大幅加快采場施工進度。以保國鐵礦黑山為例，介紹了分段鑿巖階段出礦房柱采礦法的采場結構參數優化。

礦房法;采場結構;參數優化;采切比

地下開采礦山采礦方法種類繁多，在實際應用中需根據礦山實際條件優化選擇。主要采礦方法在建礦前期由設計院根據前期地質勘探成果選定，整個礦山井下基建開拓工程與之配套建設。隨著礦山開拓工程施工，生產探礦及礦山初期生產等工作的不斷進行和深入，采場實際礦巖特性、礦體賦存條件、生產所用設備實際工作性能等具體情況不斷得到檢驗。礦山企業要做到安全、高效、低成本采礦生產，就要在生產期間(特別是投產期)根據礦巖實際情況，對采場結構等參數進行組合優化，選擇一組最優采場設計參數應用于生產。本文以保國鐵礦黑山礦為例，具體闡述礦房法采場結構參數優化組合。

1 礦體概況

保國鐵礦黑山礦為一新建礦山，設計上部采用平硐開拓，深部采用主副井開拓。采礦方法以分段鑿巖階段出礦礦房法為主，底盤漏斗法和淺孔留礦法為輔，設計時根據具體礦體賦存條件選擇合適采礦方法?？刹傻V體主要集中在Fe1和Fe2及少量Fe3，礦體傾角50°～80°，厚度3 ～15 m，各礦體走向分支復合明顯。礦體各部由第一運輸水平距地表25～70 m不等。從平硐井巷開拓揭露的礦巖情況看，平硐上部圍巖以泥質灰巖為主，礦巖接觸面多夾雜軟泥層，巖石較軟且多遇水膨脹剝落，圍巖穩固性較差;礦石節理發育，多區段破碎嚴重，穩定性較差，不適合在其內部開鑿大斷面巷道。

2 采場結構參數優化組合

考慮本中段實際礦巖穩定性較差，及淺孔留礦法開采過程中采場頂板暴露面積大的特點，該部分窄礦體暫以分段鑿巖階段出礦的礦房法開采，這樣平硐上部采場將全部按分段鑿巖階段出礦的空場法設計。初步設計中設計分段鑿巖階段出礦礦房法的采場沿走向布置，礦房長50 m，礦柱寬8 m，礦房寬為礦體厚度，礦房頂柱5 m，階段高度60 m，其中底部結構高度15 m。采用塹溝拉底，平底結構，電動鏟運機出礦，裝礦進路間距10 m，出礦巷道距運輸巷道高度6 m。若采用鏟運機出礦，前期運輸聯巷及輔助巷道開鑿工程量較大，大斷面巷道支護工程量也將大幅增加。Fe1和Fe2礦體由塹溝水平距上部山脊地表45～55 m，根據中深孔鑿巖機具YGZ－90鉆機現場鉆孔試驗，孔深8～18 m能較好發揮鉆孔效率，隨著孔深增加效率逐漸減低，鉆孔最深不宜超過23 m。

綜合考慮實際礦巖條件及采礦設備的工作性能，對原初步設計的采場參數作如下調整:拉底以上各層分段高度由原來的10 m增大到12 m，考慮到上部地表部分礦體較窄且礦巖更為破碎，最上層鑿巖巷距地表高度控制在10～20 m之間，最高不超過22 m。將原設計鏟運機進路平底塹溝出礦結構改為電耙塹溝出礦結構，設計時將該結構盡量布置在礦巖相對穩定的礦體中。耙道塹溝出礦結構的穩定性對整個采場的出礦至關重要，若出現部分結構崩塌，整個采場出礦將無法進行?？紤]到本礦區礦巖均不是很穩固，設計中將原平底結構調整為耙道與塹溝上下錯位形式，塹溝比耙道高1．5 m，同時將斗川長度由原2 m增加到2．5 m，該種設計調整大大減弱了塹溝中孔拉底爆破對耙道的破壞;將原設計塹溝及各層鑿巖巷斷面由7．84 m2降到7．28 m2，人行通風井及采場各種聯巷斷面由4．0 m2降到3．24 m2。塹溝距第一層鑿巖巷7．5 m;+243 m運輸巷距耙道 底板高6 m不變。具體設計參數見圖1。

圖1 調整后的階段礦房法

平硐上部采場主要回采Fe1和Fe2礦體，若按原初步設計參數，采場由下至上(包括塹溝)需要設4層鑿巖巷。根據現場中深孔鉆機實際鉆鑿能力，調整設計后，采場由下至上(包括塹溝)只需設3層鑿巖巷。上層中深孔只有極少排面不能施工到位，但可保證采場順利爆破落礦，對整個采場回采影響不大。另外，綜合考慮后期各采場回采順序，設計中通過合理布設，Fe1和Fe2礦體相鄰采場共用人行通風井及聯巷等輔助工程。經過上述采場設計調整后，此平硐上部Fe1和Fe2礦體內各采場的采切工程量減少，大大降低了綜合采切比和采礦成本，同時也將大幅提前采場施工進度。

3 效益分析

通過采場結構參數優化組合，采場鑿巖分層比原初步設計減少1個分層，采場人行通風井及聯巷通過采場合理布置也得到了減少。通過采場底部出礦結構的優化調整確保了生產出礦的安全、順暢，同時采場支護工程量也得到了有效控制，采場施工進度也大幅提前。

根據統計，已完成的15個采場采切工程量總計6331．1 m/37155 m3，該15個采場圈定采準礦量總計約 103萬 t，實際千噸采切比為 6．15 m/kt或36．07 m3/kt。原設計該礦的該種采礦方法千噸采切比為7．82 m/kt或 60．64 m3/kt。采場施工進度較原計劃提前5個月。

4 結論

目前，國內外大型礦山采礦技術進步多由先進采礦設備革新推動，但對于國內礦體賦存條件較復雜的中小型礦山，實施起來并不一定經濟適用。相比之下，對于礦體賦存條件復雜的中小型礦山，根據礦山實際礦巖特性、礦體賦存條件、采礦設備性能等具體情況，通過采場結構參數優化組合，在保障安全生產的條件下，可大幅降低采切比和支護工程量，同時也可大幅加快采場施工進度。

［1］ 采礦手冊編輯委員會．采礦手冊(第2卷)［M］．北京:冶金工業出版社，1999．

［2］ 劉殿中，楊仕春，等．工程爆破實用手冊［M］．北京:冶金工業出版社，2003．

［3］ GB6722－2003．爆破安全規程［S］．2004．

［4］ GB16424 －1996．金屬、非金屬地下礦山安全規程［S］．2004．

［5］ 邯鄲華北冶建工程設計有限公司．凌鋼集團北票保國鐵礦有限責任公司黑山礦區初步設計［R］．朝陽:北票保國鐵礦有限責任公司，2005．

2010－11－24)