何荣兴,任凤玉,李爱国,白伟现

(1.东北大学资源与土木工程学院, 辽宁 沈阳 110819；2.五矿邯邢矿业有限公司北洺河铁矿, 河北 邯郸 056300)

1 概述

北洺河铁矿主采区，采用大结构参数[1]强制崩落与诱导冒落相结合的无底柱高效率采矿方法开采，为充分回收采场内的残留矿量，在底板围岩里，在每两条正常回采进路之间，增加一条回收进路。回收进路是采场残矿回收的最终手段，是大结构参数无底柱分段崩落法的不可缺少的重要组成部分，需针对矿岩条件确定回采方法。

2 回收进路开掘岩石高度与废石混入率的关系

北洺河铁矿主采区的分段高度15 m，进路间距18 m，崩矿步距1.7～3.4 m，基本上按截止品位控制放矿。由于进路间距较大，出矿结束时，两条进路之间的脊部残留体较大。由北洺河铁矿散体流动参数(α=1.2891，β=0.2811,α1=1.1321,β1=0.5063,K=0.0948)计算得出的残留体与放出体形态[2]，如图1所示。分析进入放出体中的废石量与矿石量的比例关系，不难看出，由于放出体在高度方向的增长速度远大于横向增长速度。因此，当放出体高度达到矿石脊部残留体高度时，放出体中的废石含量最少；在放出体伸入上覆岩层后，进入放出体内的上覆废石体积的增长量，远大于其内矿石体积的增长量，从而使废石混入率随放出体高度的增大而不断增大。废石混入率不允许超过截止品位的限定值，因此，当残留体的高度一定时，放出体的高度及其体内允许的最大废石的含量也就确定了。所以，底部废石层的允许高度，存在上限值。

图1 残留体形态及回收条件

对放出体方程沿高度方向积分，计算出放出体内底部废石的体积，与放出体的体积相除，得底部废石混入的体积比：

式中：h为放出体内底部废石高度；H为放出体高度；ω为(α+α1)/2，α、α1为散体流动参数。

由实验得出，北洺河铁矿现用参数下，放出体的最低点与巷道底板的高差约为1.89 m。在图2所示的回采条件下，当放出体项点与脊部残留体顶点相切时，放出体的高度约为17.52 m。将H=17.52 m，α=1.2891，α1=1.1321代入式(1)，分别计算开掘岩石高度为6 m、7 m、8 m、9 m时的底部废石混入的体积比，计算结果见表1。

表1 底部废石混入体积比随开掘岩石高度的变化关系[3-4]

表1中，数值是在放出体增大过程中废石含量最低时的计算结果，而且还未计入正面废石量。实际生产中，在图2所示条件下，按截止品位控制出矿时，还将有15%～20%的由覆盖层废石引起的废石混入率，为此，需按表1数值的1.15～1.2倍估算总的废石混入率。通过技术经济分析计算得出，北洺河铁矿回收进路的废石的混入率最大值不超过40%为宜。由表1数据可见，为了将废石混入率控制在40%以下，回收进路的开掘岩石高度(从进路底板算起)，不宜超过8 m。

3 回收进路的布置形式

由于开掘岩石高度对回收进路的废石混入率影响很大，为取得良好的回采指标，需要优选回收进路的位置，以便将开掘岩石的高度限定在合理的范围。

从矿山提供的地质剖面的矿体底板位置分析，为满足开掘岩石高度不超过8 m的要求，北洺河铁矿11线以西的回收进路的位置，布置要-95 m水平为宜。回收进路与正常回采进路的主要差别，在于矿石层的高度减小了一个分段的高度(15 m)。因此，在-95 m水平，并不是每两条位于下盘围岩里的回采进路之间都具备布置回收进路的条件，在11线至12线之间的2#采场，因开掘岩石高度过大，已经不具备布置回收进路的条件。

在所设计的回收进路中，仍有一些开掘岩石高度偏大。为此，回收进路可采用倾角2°～5°的斜进路形式，将开掘岩石高度控制在合理的范围(图2)。

图2 用斜进路降低开掘岩石高度(11′线剖面图)

4 回收进路的回采方式

为保护巷道的稳固性，一个采场的回采进路全部回采结束后，才能掘进与回采回收进路。此时回收进路已被充分卸压，而且回采爆破振动较小，巷道表层的稳固性容易维护，因此，可采用多种回采形式，充分回收采场内的残留矿量。

大体说来，回收进路所负担的崩落矿量，具有高度小而宽度大的特点，为此需要加大放出体的宽度。可采用如下技术措施：

1)加宽出矿口

由于放出体的宽度随出矿口宽度的增大而增大，因此，加大出矿口的宽度，可增大矿石放出量。增大出矿口宽度的方法，一是回收进路采用较宽的断面尺寸，二是在回采前将进路端部扩宽。

北洺河铁矿正常回采进路的巷道断面尺寸为：高3.5 m，宽4.2 m，回收进路负担的矿量及炮孔深度，比回采进路减小一半以上，适合采用YGZ-90型凿岩机凿岩、斗容2 m3以下的铲运机出矿，此时高3.0 m、宽3.2 m的巷道断面即可满足设备作业的要求。为了保证出矿口的宽度，回收进路可以仍然取用高3.5 m、宽4.2 m的巷道断面，此时不更改凿岩设备，以防止矽卡岩炮孔变形或错位；采用斗容较小的铲运机沿巷道两帮铲出矿石，以增大流动带的宽度。

对于围岩稳固性较好、开掘岩石高度较小的回收进路，不仅可以采用“宽进路”回采方式，而且可以进一步扩宽进路的端部，最大限度地加大出矿口。

2)小断面双进路回采

在放矿控制方法的研究中，分流放矿是增大流动带宽度的有效方法。利用这一现象改进残矿回收，在开掘岩石高度较小时，最好采用小断面双进路的回采形式，最大限度地增大流动带的宽度。

回采方式，适合于采用YGZ-90型凿岩机凿岩、斗容0.75 m3的铲运机或装岩机出矿，此时巷道的断面可取为宽2.6 m、高2.8 m，则两条回收进路的总宽度为5.2 m，比1条正常回采进路仅宽出1.0 m，而且小断面巷道围岩的暴露面积小，在没有压力的条件下，巷道表层容易支护。在上部完全回采已经充分卸压的区域，及时喷浆封闭巷道表层围岩和采用适宜参数的锚杆支护措施条件下，采用小断面双进路是完全可行的。

对于开掘岩石高度较大、残留矿量少的区段，采用小断面回收进路，也宜布置单进路回采。此时为了加宽放出体，可用短炮孔崩落部分废石以增大流动带宽度。

5 回收进路的实施效果

北洺河铁矿在-95水平1#采场通过布置回收进路的方式，进行了脊部残留矿石的回收，回收进路断面3 m×3 m，主要还是围岩条件较差，喷射70 mm混凝土支护，采用YGZ-90型凿岩机凿岩，设计凿岩参数：排距1.5m，边孔角50°，孔底距1.6 m。通过实施，所选凿岩断面和支护形式合适，爆破效果良好，施工回收巷道450 m，施工中孔10230 m，回收矿石98200多t，品位36.7%，取得了较好的回收效果。

6 结论

1)对于采用大结构参数的无底柱分段崩落法的矿山，为充分回收采场内的残留矿量，可以在底板围岩中增设回收进路。

2)当放出体高度达到矿石脊部残留体高度时，放出体中的废石含量最少。当放出体伸入上覆岩层后，由于高度方向的增长速度远大于横向增长速度，因此，进入放出体内的上覆废石体积的增长量，将远大于其内矿石体积的增长量，从而使废石混入率随放出体高度的增大而不断增大。废石混入率不允许超过截止品位限制的最大值，因此，当残留体的高度一定时，放出体的高度及其体内允许的最大废石的含量也就确定了。所以，底部废石层的允许高度，存在上限值。北洺河铁矿现用参数下，为了将回收进路的废石混入率控制在40%以下，回收进路的开掘岩石高度(从进路底板算起)，不宜超过8m。

3)为满足开掘岩石高度不超过8m的要求，北洺河铁矿11线以西的主体回收分层的位置，不应低于-95m水平。开掘岩石高度偏大的回收进路可采用倾角2°～5°的斜进路形式，可将开掘岩石高度控制在合理的范围。

4)回收进路所负担的崩落矿量，具有高度小而宽度大的特点，为此需要加大放出体的宽度。可采用加宽出矿口、小断面双进路回采等技术措施。

5) 对于回收进路回采过程中，穿过高位矽卡岩层的炮孔变形和错位等问题需进一步研究。

[1] 连明杰,李占科.北洺河铁矿无底柱分段崩落法大结构参数确定[J].金属矿山，2004，15(2):15-16.

[2] 任凤玉.随机介质放矿理论及其应用[M].北京：冶金工业出版社,1994.

[3] 张国联,邱景平,刘兴国.穿脉无底柱分段崩落法底板岩石开掘边界的研究[J].中国矿业，2006，15(12):48-51.

[4] 李元辉,孙豁然.矿体下盘岩石最佳开掘高度的确定[J]. 东北大学学报：自然科学版, 2004，25(12):1187-1189.