唐鋼石人溝鐵礦露天開采與地下采礦技術(shù)

唐鋼石人溝鐵礦露天開采與地下采礦技術(shù)

1露天開采工程唐鋼人溝采礦是唐鋼的主要原料之一。礦山于1975年建成投產(chǎn),設(shè)計(jì)露天采選綜合能力150萬t/a鐵礦石。經(jīng)過近30年的開采,截止到2001年底,累計(jì)采出地質(zhì)儲量2700萬t,露天開采境界內(nèi)僅有地質(zhì)儲量不足160萬t,按礦山偏排的減產(chǎn)采剝計(jì)劃,露天開采到2004年結(jié)束。由于石人溝鐵礦地下儲量較為豐富,為給唐鋼煉鐵提供優(yōu)質(zhì)鐵礦石,礦山?jīng)Q定進(jìn)行露天轉(zhuǎn)地下開采工程。由于地下開采基建工程是在露天開采尚未結(jié)束情況下進(jìn)行,露天開采與地下基建如何同步進(jìn)行和逐步過渡,礦山露天與地下供礦的街接以及露天坑與地下礦山的防排水等難點(diǎn)和問題,將是礦山需特別引起注意的課題。本文將針對上述問題,提出一些粗淺見解,供礦山露天轉(zhuǎn)地下開采生產(chǎn)過渡參考。2礦山地質(zhì)概況石人溝鐵礦是一座建于20世紀(jì)70年代采選聯(lián)合鐵礦山。礦山目前采用露天開采,露天開采境界南北長2.8km,由南向北分為3個區(qū),南區(qū)露天開采已結(jié)束,作為礦山內(nèi)部排土場進(jìn)行廢石堆積,排土標(biāo)高為140m,(露天底標(biāo)高+16～25m)中區(qū)由于開采水平空間狹小,不宜采用電鏟作業(yè),采用民采方式回收剩余礦石,北區(qū)主要作業(yè)水平為52m、40m和28m,采用?250mm牙輪鉆機(jī)、4m3電鏟、20t載重汽車進(jìn)行采運(yùn)工作。經(jīng)過近30年的開采,露天礦境界內(nèi)尚存礦石不足160萬t。礦山有年處理礦石130～150萬t能力的選礦廠,采用一段破碎、二段磨礦、階段選別的選礦工藝,生產(chǎn)的鐵精礦粉TFe品位為68%。另外礦山建有機(jī)加工、動力、炸藥加工廠等生產(chǎn)輔助設(shè)施和生活福利設(shè)施,可以做為露天轉(zhuǎn)地下開采的依托。自70年代以來,國家地質(zhì)部門對石人溝礦床做了3次較詳細(xì)的地質(zhì)勘探工作,共探明地質(zhì)儲量2.52億t,露天開采已采出2700萬t,尚存有地質(zhì)儲量2.25億t,其中122b8650萬t,333儲量13850萬t。礦體共有4層礦,以M2礦體為主礦體,走向長約3000m、斜深910m、厚度為9～40m、礦體傾角50～70°,屬急傾斜礦體。礦石類型為石英巖型磁鐵礦,礦石中有用礦物主要為磁鐵礦。礦石成分簡單,硅酸鐵含量絕大多數(shù)小于1%,全鐵(TFe)品位在30%以上,礦石粒度較粗,屬好磨好選礦石。綜上所述,無論是從礦石的資源和質(zhì)量上,還是從礦體的賦存條件上,都具備了繼續(xù)開采的條件。3分層開采法本著由小到大、分斯建設(shè)、逐步發(fā)展的原則,規(guī)劃礦山地下開采鐵礦石能力為60～90萬t/a,即生產(chǎn)初期60萬t,最終90萬t。地下開采礦體走向長2.8km,0m水平以下工業(yè)儲量7717萬t,其中0～-120m水平2833萬t,按60萬t/a計(jì)算,可服務(wù)40a。經(jīng)過方案比較,礦山采用主、副井布在礦體下盤,豎井開拓方式。-60m、-120m兩個生產(chǎn)中段。井下采用7t電機(jī)車,1.2m3礦車。采用分段采礦法回采厚度在5m以上的中厚礦體,采用淺孔留礦法回采5m以下礦體。規(guī)劃礦山基建期2.5a,2003年底投入生產(chǎn)。4露天開采對地下必須造成安全影響石人溝鐵礦露天開采境界內(nèi),南區(qū)已結(jié)束,并作為廢石場,中區(qū)采用民采,北區(qū)采用設(shè)備開采。礦山地下開采基建已經(jīng)開始,三條豎井已開拓,但露天開采還未結(jié)束,筆者認(rèn)為在露天轉(zhuǎn)地下開采生產(chǎn)過渡中有以下難點(diǎn)。(1)石人溝鐵礦地下開采的首采區(qū)0～-120m之間,地質(zhì)勘探程度較低,在地下開采范圍內(nèi)沒有B級儲量,同時,由于礦山未做過專門的水文地質(zhì)工作,在首采區(qū)中沒有B級以上儲量,給今后礦山編排采掘計(jì)劃帶來一定困難。(2)由于礦山露天開采與地下井巷基建有交叉,露天礦中深孔爆破時,有時會對地下坑道安全造成影響。特別是露天采場在回采20m水平礦石時,爆破后產(chǎn)生的裂隙會對0m水平回風(fēng)平巷的穩(wěn)定造成威脅。特別是礦山采場南區(qū)地質(zhì)勘探程度較低,如爆破裂隙與斷層或破碎帶相連通時,露天爆破有毒氣體會侵入井下巷道對井下開拓造成影響。(3)由于露天開采過程中已形成了深達(dá)近60m的露天坑,再加上礦體長度達(dá)2.8km,采場匯水面積大,目前在露天坑已經(jīng)形成了積水坑,有4臺200D43X5型多級泵,24h不停向采場外排水,以維持露天礦生產(chǎn)。按地下開采規(guī)劃,0m水平巷道距露天底頂留20m頂柱,由于裂隙和斷層的影響,地表水將不可避免地浸入地下巷道,在汛期,地表集中降雨時,會引起短時逕流量加大,對地下礦開采正常生產(chǎn)造成影響,特別是當(dāng)?shù)叵麻_采需要放頂崩落時,這時地表水將全部進(jìn)入地下,加大地下開采過程中排水的難度。(4)礦山露天開采目前僅集中在北區(qū)進(jìn)行機(jī)械開采,中區(qū)小規(guī)模民采。礦石年產(chǎn)量為70～80萬t,而地下開采自2002年開始基建,規(guī)劃基建期2.5a,,要到2004年上半年才能投產(chǎn),在2002年和2003年期間,特別是2003年,當(dāng)露天開采年產(chǎn)量僅達(dá)60萬t時,而地下開采又未投產(chǎn),礦山供礦趨緊,不能滿足選礦廠年需90～100萬t鐵礦石的需求,礦石缺口達(dá)30～40萬t,如何使地下開采提前出礦并盡量縮短基建期,使地下礦盡快投產(chǎn)達(dá)產(chǎn),這是順利的由露天開采轉(zhuǎn)入地下開采,并保持供礦街接,需要解決的問題。5地表截流和截流相結(jié)合(1)由于礦山地下開采范圍內(nèi)沒有B級儲量,勘探程度較差,理應(yīng)進(jìn)行深部補(bǔ)充勘探,使儲量升級。但是由于礦體上部露天采坑已作排土場,堆積高度達(dá)100余m,在地表進(jìn)行鉆探補(bǔ)勘已不可能。建議礦山在首期開采的南區(qū)和中區(qū)進(jìn)行基建探礦。根據(jù)礦床地質(zhì)特征和規(guī)劃開采方式,可采用坑內(nèi)鉆探,網(wǎng)度為100m×50～80m,在0m和-60m巷道內(nèi)垂直礦體走向打水平孔,詳細(xì)控制礦體產(chǎn)狀、空間位置,以求得B級儲量,同時在主礦體脈內(nèi)布置運(yùn)輸巷道,達(dá)到開拓、勘探相結(jié)合的目的,為礦山采切打下基礎(chǔ)。又因礦山未做專門的水文地質(zhì)工作,深部斷層破碎帶,構(gòu)造裂隙發(fā)育帶無鉆孔控制,為防止在地下開采時,揭露的斷裂帶有可能導(dǎo)致大氣降水及地表積水穿入礦坑,除在礦山井巷開拓時要做好超前探水工作,查明斷裂帶的導(dǎo)水性之外,還要注意觀測,收集地下涌水變化情況,以便為礦山地下防排水工作提供準(zhǔn)確的依據(jù)。(2)為避免或防止礦山露天爆破對地下井巷工程和采礦場的破壞作用,在地下開拓巷道與露天采場底之間保持足夠的安全距離。根據(jù)石人溝鐵礦的地質(zhì)情況,為保證0m水平通風(fēng)平巷的安全,在規(guī)劃巷道頂板與露天底之間至少保持20～5m的安全距離。另外,為防止露天底穿爆作業(yè)時留取的保安礦柱的破壞,在臨近露天底的穿爆作業(yè)不要超深,并控制露天爆破的裝藥量,采用分段微差爆破、擠壓爆破等減震措施。(3)由于石人溝鐵礦露天開采已形成了與地表封閉圈70m高差的凹坑,坑內(nèi)水泵坑積水較多,特別是雨季,需要多臺大口徑水泵不停地向采場外排水,才能保證露天采場生產(chǎn)。為防止這部分積水不流入地下井巷,必須采取在露天截流和疏干方式,應(yīng)在露天坑封閉圈以上修筑截水溝,將封閉圈以上地表逕流水引導(dǎo)到采場以外,在封閉圈以下的積水,要繼續(xù)采取地表泵排方式。同時要與有關(guān)研究部門立項(xiàng)研究如何處理好地表防排水與地下排水的關(guān)系。(4)針對露天開采能力逐年下降,預(yù)計(jì)到2003年,露天開采能力僅為60萬t,按選廠需求有20萬t礦石缺口。為平衡2003年供礦計(jì)劃,建議在中北區(qū)副井附近的兩條短礦體可先回采。按計(jì)算結(jié)果,2003年,地下可先行回采20萬t礦石,這樣可彌補(bǔ)露天開采礦石的不足。2004年,北區(qū)露天開采將結(jié)束,此時,地下開采在南區(qū)和中區(qū)已經(jīng)開始,同時,地下開拓將由中區(qū)向北區(qū)掘進(jìn),要協(xié)調(diào)好中區(qū)生產(chǎn)與北區(qū)基建的關(guān)系,做到互不影響,使礦山露天轉(zhuǎn)地下開采及地下開采與基建的平穩(wěn)過渡和街接。6鐵礦山山地唐鋼石人溝鐵礦是鐵礦石資源豐富的冀東地區(qū)第一座在