周志刚 洪国敏 牟英杰 郝全明

(1.内蒙古科技大学矿业研究院；2.包钢集团矿山研究院)



白云鄂博东矿挂帮矿体的回收

周志刚1,2洪国敏2牟英杰2郝全明1

(1.内蒙古科技大学矿业研究院；2.包钢集团矿山研究院)

白云鄂博铁矿东矿露天开采结束后，在露天开采境界周边遗留有挂帮矿，约占东矿开采总储量的13%，分析了该挂帮矿体回收开采方案，对该挂帮矿开采生产能力及如何充分利用东矿现有的露天开拓运输系统和生产设备、采矿方法等进行了探讨。

挂帮矿体 开拓运输 采矿方法

白云鄂博铁矿是包钢的主要铁矿石和稀土矿原料基地，是我国大型露天铁矿之一。该矿于1957年开始建设，至今已开采近60 a，累计采出矿石3亿多t，为国家工业发展做出了巨大的贡献。目前，白云鄂博铁矿东矿矿石规模为500万t/a，开拓运输方式为汽车-破碎-胶带联合运输。随着矿山开采的逐年推进，东矿采场已经进入深部开采，露天境界内的可采矿量已经不多，经论证按采场300万t/a的生产能力，东矿服务年限为7 a，稳产4 a。为延长矿山服务年限，经勘查，在东矿露天境界的下盘1 594～1 230 m赋存有挂帮矿，其中大部分位于1 404～1 230 m，经计算挂帮矿量约2 558万t。为此，利用东矿现有露天开拓运输系统和生产设备，在露天转地下开采准备工作完成之前，回收这部分挂帮矿资源。

1 地质概况

1.1 地质特征

东矿段是一个完整的东西向向斜构造，两翼为白云岩，轴部为富钾板岩。矿体严格受构造控制，北翼构成东矿矿体，南翼为东介勒格勒矿体，东矿矿体长轴走向N70°E，西段矿体西部走向N60°E，东部走向近于东西向，东段矿体南部走向N75°E，北部走向N65°E，在矿体的东北角分叉，部分走向N65°W。矿体倾斜一般上盘较陡，下盘较缓，倾角为50°～60°，局部有较缓或较陡的变化。

1.2 矿岩物理力学性质

根据《包钢白云鄂博铁矿东矿深部开采边坡稳定性研究报告》中对围岩物理力学性质的测试，东矿主要岩(矿)石物理力学性质见表1。

表1 主要岩(矿)石的物理力学性质

2 挂帮矿体回收生产能力验证

按采矿手册推荐的计算公式，按下降速度验证各分段生产能力

式中,A为分段生产能力，万t/a；V为回采工作面下降速度，取26 m/a；S为回采分段矿量面积，根据分段矿量选取，万m2；r为矿石体积密度，取3.34 t/m3；ρ为矿石损失率，取25%；β为废石混入率，取20%；E为地质影响系数，取0.9。

挂帮矿体采用强化开采，两个分段同时回采，安排一个阶段生产，基建采准和生产采准具有一定超前量，利用地下开采的方法将这部分矿石采出,经过计算，可以形成200万t/a矿石的生产能力。

3 开拓系统

3.1 开拓方案选取

根据包钢集团矿山研究院《白云鄂博铁矿东矿采场深部矿体开采方案研究》报告，挂帮矿体采用平硐溜井开拓方案。

3.1.1 平硐开拓

根据平硐与矿体的相对位置不同可分为：上盘穿脉平硐开拓；下盘穿脉平硐开拓；沿脉平硐开拓。以下盘穿脉平硐开拓法(图1)为例对平硐开拓主要组成系统进行简要说明。当矿脉和坡面的倾斜方向相反时，由下盘掘进平硐穿过矿脉开拓矿床。平硐开拓出矿系统：平硐以上各中段采下的矿石，一般用矿车中转，经由溜矿井下放到平硐水平，再由矿车经主运输平硐运出地表。平硐开拓出岩系统：上部中段的岩石可经专设的岩石溜井下放至主运输平硐运出地面，或平硐以上各中段均有地表出口时，从各中段直接排往地表。

图1 平硐开拓法示意

3.1.2 东矿挂帮矿体开拓

挂帮矿体采用阶段开采，1 230 m水平为阶段运输水平，1 404 m水平以上挂帮矿量较少，不予开采。布置2条矿石溜井、1条回风天井、1条进风天井和1条废石溜井。

(1)平硐。平硐设在1 230 m水平，位于东矿露天境界底。平硐内采用汽车运输，矿车在平硐溜井下矿口装矿后沿平硐公路运出硐口，矿石运至东矿采场南帮矿石倒装台，岩石运至1 502 m水平岩石胶带破碎站，破碎后经由岩石胶带运往Ⅲ#排土场。挂帮矿体生产规模为200万t/a时，利用3台现有露天汽车即可满足运输要求。

(2)斜坡道。斜坡道硐口设在露天采场下盘1 404 m 标高回头弯道处，坡度按照15%设计，挂帮矿体基建期掘进至1 305 m水平，作为无轨设备进入采场的通道和基建采准施工，伴随开采水平的下降，逐分段向下延深，并与采场通风天井一起作为挂帮矿体开采新风通道。

(3)回风井。回风井的设置充分考虑了在深部矿体开采时继续利用，且离挂帮矿体最近的位置。同时，为了施工安全起见，考虑利用风井施工1 230 m 平硐。

1 230 m运输平硐为单线车道，汽车直接在溜井下矿口装矿，并在硐口设置信号源。

挂帮矿体通风系统为单翼对角式通风，采场进风天井、斜坡道、1 230 m平硐进风，风井回风和采场天井回风。采用主扇抽出式通风，主扇布置在风井地表工业场地风机机站。

采场进风天井布置在挂帮矿体开采错动界线以外，内设梯子间，上口标高1 650 m，下口标高1 230 m，并作为采场第二安全出口。采场回风天井布置在矿体端部。

挂帮矿体开采的地下涌水经平硐自流到露天采场集水坑，然后利用原露天采场排水系统抽排至地表泵站，用于地表公路运输洒水降尘。

挂帮矿体采用无底柱分段崩落法开采，分段高度15 m，最上两个分段(60，75 m分段)合并为一个分段，作为放顶分段，形成矿石覆盖层。1 404 m水平以上挂帮矿体矿量较少，不开采。

3.2 岩石错动界限圈定

挂帮矿体开采岩石错动角如表2所示。以此为依据圈定岩石错动界线，并考虑相关开拓工程的布置。

表2 采区深部开采岩石错动角

3.3 挂帮矿体端部矿柱

挂帮矿体端部外为露天采场，必须保留矿柱以防止崩落的矿石落入露天采场内，同时为回采挤压爆破创造条件，以改善爆破效果。考虑到挂帮矿体开采后该部位边坡会滑坡，位于底部分段的矿体端部会有覆盖层，因此，底部分段可以不留端部矿柱。本次方案考虑对1 404～1 260 m分段留端部矿柱，1 245 m 分段不留端部矿柱。实际生产中可以根据回采分段端部覆盖层情况，决定底部几个分段是否需要保留矿柱。

3.4 运输平硐布置

挂帮矿体矿石运输可以考虑利用矿山现有露天运输汽车。运输平硐布置在1 230 m水平矿体下盘脉外岩石中，后期作为1 230 m水平矿体开采时的分段下盘联络道。

考虑到挂帮矿体开采过程中露天采场西端部边坡会产生滑坡，为安全起见，运输平硐硐口布置在露天采场北帮边坡最大滑坡覆盖位置以外。

3.5 矿岩溜井布置

挂帮矿体开采时采用2个分段同时回采，为了卸矿安全，布置2条矿石溜井和1条废石溜井，1条矿石溜井服务1个分段，避免两个分段同时向1条矿石溜井卸矿。

3.6 斜坡道布置

挂帮矿体斜坡道只承担挂帮矿体开采服务，服务到1 245 m水平以上。根据斜坡道的功能，斜坡道分为三段区域：①一段,1 404～1 350 m，承担采场进风设备下井任务，以及基建开拓、采准出渣通道;②二段,1 350～1 290 m，承担设备下井任务;③三段,1 290～1 230 m，满足深部矿体开采设备从1 230 m平硐进入到1 260，1 245 m分段,以强化开采挂帮矿体。

4 采矿方法的选择

由于挂帮矿体赋存在采场北端帮边坡下部，该处边坡高约350 m，开采矿体标高以上边坡高达200 m 左右，矿体厚度较大，采用无底柱分段崩落法作为1 230 m水平以下铁矿体开采方法，此方法安全、高效[1-2]。

为了保证回采进路安全，回采进路与露天端部边坡垂直，从靠近露天端部边坡处后退回采。分段凿岩、分段出矿，矿石卸到矿石溜井。

结合国内矿山生产实际经验以及大间距试验数据，东矿挂帮矿体适合较大结构参数，推荐采矿结构参数为15 m×15 m(分段高度×进路间距)。

矿体厚度大于15 m时采矿进路垂直矿体走向布置，矿体厚度小于15 m时采矿进路沿矿体走向布置。厚大矿体在矿体中间增设联络道，联络道间距50 m，每6条进路1个矿块，矿块平面尺寸90 m×50 m。

采矿进路断面参数(宽×高)为4.0 m×4.0 m，只要矿体稳固性允许，进路宽度还可以更大一些，以获得较好的放矿效果。

5 结 语

东矿采场已经进入深部开采，露天境界内的可采矿量已经不多，露天开采结束后应首先开采挂帮矿体，然后开采1 230 m水平以下矿体，以保证东矿露天转地下开采持续生产和地下开采尽早达产。对于东矿挂帮矿体的开采建议：①对露天矿几个生产水平编制生产计划，根据矿山设备条件、采场条件、挂帮矿体基建时间，综合确定露天生产最终结束时间；②根据露天矿生产时间安排挂帮矿体的基建周期，以保证挂帮矿体生产出矿能够与露天矿生产结束有机地衔接，实现露天开采向地下开采过渡；③挂帮矿体回收过程中生产安全非常重要，爆破落矿引起的震动和边坡变形是主要的安全隐患，应根据实际情况布置爆破震动和边坡变形监测系统，以保障生产安全。

[1] 蔡路军，马建军，江 兵，等.高陡边坡挂帮矿开采方法研究[J].金属矿山，2016(1)：65-67.

[2] 周志刚，郝全明，牟英杰，等．无底柱分段崩落法在白云鄂博铁矿东矿的应用[J].现代矿业，2015(11)：31-33.

2016-08-26)

周志刚(1984—)，男，工程师，014010 内蒙古包头市。