浅析书记沟铁矿改进采矿方法

    张皓

    摘要：内蒙古大中矿业有限责任公司书记沟铁矿地理位置在包头市北偏西，距包头市约80km，位于内蒙古乌拉特前旗小佘太乡境内。矿区有大中公路与包头市相通，交通便利。书记沟铁矿矿区地处内蒙地轴的中部，产于五台区地层角闪岩段含矿层，矿区以断裂构造为主，由于断裂构造作用，形成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ异常4个异常区（矿体）。

    关键词：阶段空场嗣后充填采矿法

    一、书记沟铁矿基本情况

    书记沟铁矿设计生产规模230万吨/年，2013年实际采矿能力为145万吨。矿山总服务年限为17.6年。矿山累计查明资源量8820.73万吨，截至2013年底保有资源量7368.61万吨。矿山开采方式地下开采，主要采用无底柱分段崩落采矿法。设计的采矿回采率为85%，贫化率为20%，选矿回收率为84%。矿山采用竖井开拓，矿床开采的总顺序为自上而下后退式回采。

    二、书记沟铁矿改进采矿方法的背景

    无底柱分段崩落采矿法必然导致地表塌陷，经过近十年的生产，现矿区内地表已出现两个塌陷坑，而矿体地表为耕地及季节性河流，地表塌陷将导致耕地破坏和季节性河流灌入井下。同时，无底柱分段崩落采矿法必然导致矿石损失率、贫化率偏大，使矿山长期经济效益下降，服务年限缩短。根据国内外大量矿山的生产实际证明，在矿体赋存状况及开采技术条件合理的条件下，该方法损失贫化均达到20%以上，若矿体赋存条件不适合该方法，矿石损失贫化指标还将进一步加大，从而使开采技术经济指标进一步恶化。为了解决上述问题，内蒙古大中矿业股份有限公司通过与长沙矿山研究院合作，于2013年开始在Ⅲ、Ⅳ异常区（矿体）1200m中段以下采用阶段空场嗣后充填采矿法进行采矿。

    三、采用阶段空场嗣后充填采矿法的重要意义：

    ㈠ 有效保护矿区地表及周边生态环境。

    可对采空区提供有效的支撑，防止采场上下盘围岩及顶板的冒落，从而有效保护矿区地表及周边生态环境。

    ㈡ 可显著降低矿石损失贫化，从而提高矿床开采的近期及长期整体效益。

    高质量的充填体可为采矿提供良好的条件，从而使矿石损失贫化降低至10%以下。对书记沟铁矿而言，利用充填法矿石开采回采率可达93.47%，损失率6.53%，相对于无底柱分段崩落法，可多回收矿石约400万吨，延长矿山服务年限2年，价值超过10亿元。矿石贫化率降低至10%，可使出矿品位从目前的30%提高至34%，按年产矿石230万吨计算，可多产出铁精粉11.08万吨（按选矿回收率80%、铁精粉品位66.4%计算），增加产值7756万元（按铁精粉价格700元/吨计算）。如书记沟铁矿全部采用充填采矿法，年充填总成本5193.4万元，年增产值扣除充填成本后仍可盈利2562.6万元。

    ㈢ 可大幅度较少尾矿排放，降低尾矿库库容。

    充填采矿法可将大量尾砂充填于井下。对书记沟铁矿而言，采用充填采矿法年产矿石量230万吨，入选矿石品位34%，年产铁精粉81.93万吨，选矿比为2.44，年产尾砂总量为118.07万吨（另干抛尾矿约30万吨），年充填用尾砂总量87.96万吨（平均单位充填体消耗尾砂1.35t/m3），年排放尾砂量30.11万吨，尾砂充填利用率74.5%。大部分尾砂充填于井下，可显著降低尾矿库容量。

    ㈣ 高质量充填有利于控制采场地压，保证采矿作业的顺利进行。

    四、阶段空场嗣后充填采矿法的原理和创新点

    ㈠ 阶段空场嗣后充填采矿法的原理

    将厚大矿体划分成阶段，于阶段下部布置采场底部结构进行出矿，于阶段上部布置凿岩硐室，在硐室内钻凿大直径深孔，采用VCR法或侧向崩矿法拉槽和爆破。矿房回采结束后，采空区采用胶结充填，矿柱回采结束后，采空区采用加少量胶结料的非胶结充填料充填。阶段之间不布置其它采切工程，所有采切工程集中在中段内布置。

    ㈡ 创新点

    1、兼有空场法生产能力大和充填法回收率高及保护地表的优点，克服了分层充填繁杂的作业循环的缺点。

    2、采用大孔爆破，大型铲运机出矿，装备水平高，生产能力大，采矿效率高，有利于保证产量均衡和大规模生产。

    3、回采与充填工作互不干扰，制约关系较分层、分段充填法少。

    4、一次充填量大，有利于使用低标号充填料充填，充填成本相对较低。

    5、在中段之间不需增布采准工程，采准工程少。

    6、采用大型设备凿岩，其爆破效率相对较高。

    7、由于作业集中于凿岩硐室和出矿水平进行，便于生产集中组织管理。

    五、存在的问题

    ㈠ 技术风险 ：由于采用嗣后充填，对于个别岩石极不稳固的矿块，空区暴露长，可能造成矿柱和上部矿块塌冒，从而可能造成大量矿石损失。

    ㈡ 市场风险 ：充填采矿方法虽然能取得较大的社会经济意义，但由于充填系统及运营的投入，增加了原矿成本22.58元/吨，使得产品的销售价格竞争力下降。

    六、总结

    科技是第一生产力，近年来，随着采矿工艺技术的改进，岩石力学研究的深入和矿山机械化程度的提高，在矿岩稳固性条件允许的情况下，采场结构参数普遍向着高阶段、大跨度的方向发展，以减少采准工程量和采矿作业工序，提高采场单位面积产量和采场综合生产能力。

    内蒙古大中矿业股份有限公司率先引进新技术、新工艺在书记沟铁矿采用阶段空场嗣后充填采矿法，在争取得更大经济效益的同时，积极响应国土资源管理部门的政策号召，努力提高资源综合利用率水平，有效解决破坏生态环境等问题，具有十分重要的社会意义。相信大中书记沟铁矿的成功做法会在巴彦淖尔市矿山开采行业中起到显著的表率作用。