無底柱分段崩落法在白云鄂博鐵礦東礦的應用

周志剛 郝全明 牟英杰

(1.內蒙古科技大學礦業研究院;2.包鋼集團礦山研究院)

無底柱分段崩落法是20世紀60年代從瑞典引進到國內的，在我國地下鐵礦得到了廣泛地應用。目前，在全國冶金重點地下鐵礦中，按年產量計算，該方法采出的礦石量達80%以上。白云鄂博鐵礦東礦已進入深部開采，截止2010年，最低標高為1 404 m水平，境界內可采礦量已經不多，經理論驗證，采場按500萬t/a的生產能力，礦山還可以穩產5 a左右，服務年限不超過10 a。因此，該礦即將轉入地下開采，為使其生產能力保持穩定，根據國內大型露天轉地下金屬礦山的生產實踐經驗，結合東礦礦體的賦存狀態，研究適合東礦地下開采的采礦方法是必要的。

1 東礦深部礦體概況

東礦采場露天坑1 230 m水平以下鐵礦體賦存情況:礦體從西至東沿走向兩端窄、中間寬，呈透鏡狀展布，共劃出 4 層礦體，分別為Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#。區內最大鐵礦體為Ⅰ#礦體，是主礦體的延深，經工程控制礦體規模較大，最大延深800 m(22線礦體);Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#礦體為隱伏礦體。Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#鐵礦體產于向斜北翼，與圍巖產狀一致并與圍巖為同步褶皺，Ⅳ#鐵礦體產于向斜南翼。

2 無底柱分段崩落法的優勢

無底柱分段崩落法具有基建采切工程量少，投資低，綜合經濟效益較好的特點。突出表現在以下幾個方面［1］:

(1)沒有底部結構，采場結構十分簡單，回采和出礦工藝簡單，易于掌握。

(2)采準布置簡單，在豎向上各個分段從上往下回采，只要建成上部分段就可以投入生產，故基建工程量小。

(3)東礦深部礦體分支較多，夾層較多，無底柱分段崩落法能采用多種方式剔除夾石。比如，對厚度較大的夾石可以采用重新開切割槽或崩下不放出的方式剔除，對于厚度較小的夾石，可以在出礦過程中視品位情況將其剔除。

(4)東礦頂板為露天采場，巖石穩固，初期需要強制放頂，無底柱分段崩落法系分段回采，上下分段的下降距離不大，而且各礦塊間也較容易實現均勻下降，因此要求的一次放頂量不大。

3 礦床開采順序

(1)中段之間的開采。東礦深部礦床開采深度范圍較大，主要集中在1 404～300 m水平，屬于急傾斜厚大礦床。根據礦體的賦存特點和儲量分布特點，將其中1 104 m水平的礦體劃分為10個中段進行開采，中段高度105 m，為有軌電機車運輸，1 230～1 404 m水平為露天采場掛幫礦，為首采區段，即地下開采的初期，規劃礦石生產能力為150萬t/a。

首采區段在1 230 m中段，布置有階段運輸巷道和階段溜井，電機車有軌運輸。1 230 m以上的礦石通過該中段運輸巷道運出。

(2)分段之間的開采。根據礦床賦存特點，東礦深部礦床若采用無底柱分段崩落法工藝開采，中段高105 m，各中段劃分為7分段進行回采作業，分段高度15 m，分段之間采用從上至下的順序進行開采。

(3)分段內的回采。根據礦體沿走向和垂直走向的長度，各回采分段將礦體沿走向劃分為兩個條帶，每個條帶按照每6條進路劃分為一個礦塊作為獨立的回采單元進行回采作業。因此，各回采分段內的回采順序是在礦體下盤(北側)開掘切割槽，向礦體上盤(南側)方向退采，先采靠近下盤的條帶后再采靠近上盤的條帶，礦塊之間的開采順序則由西向東推進。

4 無底柱分段崩落法的應用

4.1 無底柱分段崩落法結構參數

4.1.1 地下礦山開采結構參數

目前世界采礦業發展方向是設備大型化、電動化、液壓化、結構參數大型化，從而大幅度提高勞動生產率，降低生產成本。在國內已有部分礦山采用了加大分段高度和進路間距，如梅山鐵礦采礦結構參數為15 m×20 m(分段高度×進路間距)、程潮鐵礦為17.5 m×15 m、漓渚鐵礦為24 m×10 m等，均取得了良好效果。

4.1.2 無底柱大間距結構理論

根據無底柱大間距結構理論以及試驗數據，當分段高度為15 m，進路間距為15～20 m時，回貧指標變化平緩，說明此時無底柱結構參數較優，試驗數據匯總見表1。

4.1.3 結構參數確定

結合國內礦山生產實際經驗以及大間距試驗數據結果，根據東礦礦體傾角陡、厚度較大(平均厚度103 m)賦存條件，推薦采礦結構參數為15 m×15 m(分段高度×進路間距)。

表1 無底柱大間距結構試驗結果

礦體厚度大于15 m時，采礦進路垂直礦體走向布置，礦體厚度小于15 m時，采礦進路沿礦體走向布置。厚大礦體在礦體中間增設聯絡道，聯絡道間距為50 m，每6條進路為1個礦塊，礦塊平面尺寸為90 m×50 m，每個礦塊布置1條礦石溜井。

采礦進路斷面(寬 ×高)為4.0 m ×4.0 m，如果礦體穩固性允許，進路寬度可以更大一些，以獲得較好的放礦效果。東礦無底柱分段崩落法見圖1。

圖1 無底柱分段崩落法采礦方法(單位:m)

4.2 回采進路聯絡巷、礦石溜井、通風天井的布置

①回采進路聯絡道布置在礦體中，聯絡道間距為50 m;②礦石溜井的布置考慮互為備用，工作面距相臨礦石溜井的距離不超過200 m，以便在一條溜井有故障時，不影響生產;③礦石溜井布置在穿脈巷道的一側，溜井直徑為3 m，沿走向90 m，垂直走向100 m;④采場通風，在礦體端部布置回風天井，回風井直接與各分段聯絡道相通，構成通風回路。

4.3 礦塊通風

新鮮風流經進風天井到各分段聯絡巷，各回采進路通風采用局扇送入。洗刷工作面的污風，經回風天井進入回風巷，最后經風井排出地表。

4.4 放礦管理

放礦方式分為截止品位放礦、低貧化放礦和無貧化放礦。

(1)截止品位放礦是無底柱分段崩落法最早采用的放礦管理方法，按照截止品位確定是否繼續放礦，截止品位與礦石售價、提升、運輸、選礦成本等相關。

(2)低貧化放礦方式。介于截止品位放礦和無貧化放礦之間最新提出的一種放礦方式。在無底柱分段崩落法中，隨著礦石被放出，放出體不斷擴大，廢石漏斗不斷下移，當放出體的頂點達到礦巖接觸面的原始位置時，廢石漏斗最低點恰好到達放出口，此時純礦石放出量達到最大值。再繼續放出，放出體伸入覆蓋巖中，廢石漏斗頂點被放出，成為破裂漏斗，廢石漏斗一旦破裂就停止放礦(或見到廢石漏斗為止)的放礦方式稱為低貧化放礦方式［2］?？梢?，低貧化放礦方式時，隨著開采分段的下降，由于上部未放出礦量的下移，下分段的礦石回收率進一步提高，即體現出無底柱分段崩落法“上面丟，下面揀”的特點，其總的回收指標明顯改善。

(3)無貧化放礦是一個理想狀態，它是以礦石作為覆蓋層，生產中爆破多少礦就出多少礦，一直保持崩落礦石上面礦石覆蓋層不變，從而達到生產過程中無貧化放礦，礦石覆蓋層在最后分段回收。這種方式需要礦體產狀具備傾角較陡的賦存條件和前期有較大的基建采準投入，采用礦石作為覆蓋層。

對于東礦而言，推薦采取低貧化放礦方式的放礦管理方式，但當回采靠近礦體下盤時，若礦體傾角緩，則需要采取截止品位放礦管理，以避免靠近下盤礦石的永久性損失。

放礦管理是無底柱分段崩落法中的重要一環，直接影響到礦石回收指標，對礦山經濟效益影響重大，因此，在生產中應加強對放礦管理方式的研究。

5 結論

白云鄂博鐵礦東礦即將進入露采轉地采，為了滿足包鋼集團公司對自產鐵礦石的需求，東礦地下開采須達到一定的生產能力，所以，選擇適合高效的采礦方法是必要的。無底柱分段崩落法以其采切工程量少、投資低、采場結構簡單、回采和出礦工藝易于掌握，能采用多種方式剔除夾石等優點，被廣泛應用于大型地下鐵礦床的開采。但該采礦方法也存在如下問題:①礦石損失、貧化率相對較高;②由于東礦地下開采深度約1 000 m，需對深部地壓及巖爆活動控制進行研究。

東礦露天轉地下開采時，可以考慮采用無底柱分段崩落法作為采礦方法，但同時需考慮解決應用此種采礦所產生的技術問題。

［1］孫毅民，郭海龍.無底柱分段崩落法與大型無軌設備的應用實踐［J］.采礦技術，2011(5):7-9.

［2］周宗紅.夏甸金礦傾斜中厚礦體低貧損分段崩落法研究［D］.沈陽:東北大學，2006.