淺談大紅山鐵礦存窿礦回收工作的技術經驗與成效

劉曉軍 徐萬壽 王軍 楊小平

（玉溪大紅山礦業有限公司）

1 存窿礦回收背景簡述

存窿礦主要有四種基本類型：掛壁礦，邊角細脈礦，空區存窿礦，礦柱型和隔墻型礦。二十世紀早期，波蘭就已經研究了存窿礦石的回收。最先針對西里西亞礦區殘留的保安煤柱分析研究，礦柱以上地表有大量建筑物，伴隨礦柱的回收可能對其產生惡劣影響，最終礦山決定使用充填法對殘礦進行回收，做到了既回收了有用礦產資源又治理了井下空區。1950 年后前蘇聯逐步重視對殘留礦石的回采工作，克里沃羅格鐵礦之前一直使用階段崩落法回采礦體，在主要礦體被開采后，采空區內遺留了很多殘礦，礦山用底盤漏斗的方法實現了空區殘留礦石的回收。

由于我國前期生產技術不足，在對礦產資源進行開采過程中，殘留了大量的礦石在采空區內。針對這種歷史狀況，我國有很多學者對空區存窿礦石的回收做了一定的研究工作，提出了很多存窿礦回收理論和技術[1]。國內有一些礦山針對自身特點，開展了存窿礦回收相關研究工作，目前已經有部分成功回收的案例，為企業開展存窿礦回收提供了一定的借鑒意義[2]、[3]。

大紅山鐵礦井下II1 礦組頭部區段700 m 標高以上采用分段空場法回采，700 m 標高以下的中部和深部區段以無底柱分段崩落法為主。結合采礦方法的本質，分段空場法視在回收率一般在60 %～80 %，回采結束后會在鑿巖巷內殘留部分礦石；無底柱分段崩落法按照設計回收率控制出礦，正常落礦分段的視在回收率一般在95 %左右，隨著回采標高的下降，各分段均有部分礦石殘留并混入覆蓋層，導致覆蓋層不斷富化形成存窿低品位礦石。

據大紅山鐵礦歷年生產數據統計測算，截至2018 年末II1 礦組采區保有存窿礦約1 200萬t。根據生產持續規劃，若不對存窿礦石進行回收，隨著回采標高的下降，將極有可能成為永久損失。

2 存窿礦回收實施情況

大紅山鐵礦于2019 年著手開展實施存窿礦回收相關研究工作并于2020 年開始組織現場回收，主要開展了以下幾方面：

（1）根據《玉溪大紅山礦業有限公司鐵礦截止品位分析報告》中的經濟測算模型準確進行成本核算，得出最低的工業品位，找到盈虧平衡點，從而確定采場按截至品位放礦的組織方式。

（2）分析了礦山的開采現狀和生產持續規劃，調查得到空區的分布位置和范圍。根據礦山生產期間統計的地質礦量、中孔崩落礦石量、掘進副產礦量、采出礦石量以及生產技術指標，完成存窿礦石量的估算。

（3）結合大紅山鐵礦礦區內巖石的物理力學參數，進行現場調研，對礦石存窿區域周邊的巖性、地質構造以及影響工程穩定性的斷層、節理等結構弱面進行調查，對開采區域內的采空區周邊工程穩定性進行研判。

（4）根據井下存窿礦石所在區域的工程地質條件、空區關系和礦體賦存狀態等開采技術條件，確定回收存窿礦的最佳區域，并編制技術可行、經濟合理、安全有保障的回收技術方案。

（5）截至2023 年3 月，已完成大紅山鐵礦東上采區385 m-280 m 六個分段的存窿礦回收設計方案，設計掘進工程量約6 500 m/11 萬m3，設計遠景回收存窿礦量不少于1 100 萬t、預計可延長礦山服務年限2 年以上；在開展東上采區260 m-200 m 分段采切工程設計時同步開展了存窿礦回收設計，保證了后續采切掘支工程施工組織的順利高效銜接。

（6）目前在Ⅱ1 礦組Ⅱ1 頭部（790 m、730 m、710 m分段）、東上采區（385 m、370 m、340 m分段）均成功并安全可靠持續的組織回收存窿礦石，后期將繼續在東上采區（320 m-200 m 各分段）、分采采區（370 m-140 m）推廣應用。截至2023 年3月底已實現回收存窿礦石量約348 萬t，創造經濟效益近4 億元，已形成每年回收存窿礦石量不低于120 萬t 的規模。

3 存窿礦回收技術經驗成果

3.1 盈虧平衡經濟分析模型

根據《玉溪大紅山礦業有限公司鐵礦截止品位分析報告》，通過對原礦到精礦的全流程各工序環節成本、技術指標的收集分析，建立盈虧平衡經濟分析模型，得出不同的精礦市場售價對應的最低供礦品位，從而宏觀的指導存窿礦回收按照截止品位放礦。見表1。

表1 鐵礦供礦截止品位測算表

3.2 不同條件下的存窿礦回收工藝

形成了無底柱分段崩落法采空區存窿礦石回收的完整采礦工藝并得到成熟應用，如：

①結合礦體及采空區的平面、剖面資料以及現場工程地質條件現狀，當礦體下盤為急傾斜且不具備新增掘進工程條件時，可在原采礦進路口直接鏟裝回收存窿礦。見圖1。

圖1 400 m 分段東部礦塊回收存窿礦平面圖

②結合礦體及采空區的平面、剖面資料以及現場工程地質條件現狀，當礦體下盤為緩傾斜且具備新增掘進工程條件時可在礦體邊緣位置加密布置進路與聯道回收存窿礦。見圖2。

圖2 370 m-280 m 各分段南北兩側邊緣位置回收存窿礦平面圖

③結合礦體及采空區的平面、剖面資料以及現場工程地質條件現狀，當礦體在分段之間的中間位置收縮尖滅時，為減少廢石混入，可布置副分段回收原礦同時兼顧回收存窿礦。見圖3。

圖3 385 m 副分段回收存窿礦平面圖

④結合礦體及采空區的平面、剖面資料以及工程現狀，當礦體臺階部位兩側均設計有原礦回收時，可在礦體臺階位置調整爆破回采方向，減少對原礦采礦的壓制影響，同時可使存窿礦巷道永久保留。見圖4。

圖4 300 m 分段中部回收存窿礦設計平面圖

3.3 存窿礦巷道永久保留的理念

提出了新設計回收存窿礦巷道永久保留的理念和原則：因不排除將來選礦工藝技術進一步提高或鐵精礦價格大幅上漲的情況，所以提出新設計回收存窿礦巷道永久保留以便將來進一步組織回收更低品級的存窿礦石的理念；存窿礦回收區域多處于礦巖交界地帶，整體圍巖條件較差，在設計時為保證巷道永久保留及將來存窿礦回收過程中的礦巖穩定與生產組織安全，提出了巷道掘進到位后采用砼輸送泵進行鋼筋混凝土澆筑支護、厚度不低于20 cm 的支護原則。

3.4 存窿礦巷道布置標準

通過調研和對比分析，確定了回收存窿礦巷道布置標準：出礦短聯道與中孔采礦進路呈60°夾角布置，出礦短聯道間距14～15 m，調整正排爆破回采方向后鑿巖巷與出礦聯道間距15 m 布置等，在便于鏟裝設備運行效率的同時保證存窿礦回收區域的合理覆蓋。

3.5 設計工作超前規劃

在開展東上采區260 m-200 m 分段采切工程設計時充分結合礦體產狀、上部采空區空間形態資料，同步開展存窿礦回收采切工程設計，一方面可保證后續采切掘支工程施工組織的高效銜接，同時又可避免后期新增巷道掘進對周邊巖體造成擾動、破壞地壓平衡。

4 效益測算

截至2023 年3 月底大紅山鐵礦已實現累計回收存窿礦石量348.78 萬t，平均采出品位25.42 %，按照存窿礦回收創造效益=精礦銷售額-采礦成本-選礦成本-尾礦成本-期間成本的公式來進行測算。

根據合同及各工序環節成本計算，當品位≥25 %時，原礦成本為37 元/t，當品位＜25%時，原礦成本為33 元/t；三選廠平均鐵精礦品位取63.5 %，平均尾礦品位取11.5 %，選比=（精礦品位- 尾礦品位）/（原礦品位- 尾礦品位）；噸原礦選礦成本、噸精礦期間成本（財務、管理、稅務和銷售費用）、精礦售價均按照財務部統計提供的歷年數據。根據以上數據及計算公式計算，截至2023 年3 月底回收存窿礦石創造利潤近4 億元，經濟效益極為可觀。各年度具體經濟效益計算表見表2。

表2 回收存窿礦經濟效益計算表

井下鐵礦石綜合回采率已由2017 年末的83.5%逐步提高至2022 年末的93.7 %（見表3），礦石資源綜合利用率得到顯著提升，這對延長礦山服務年限發揮了極為重要的作用。

表3 2017-2022 年度鐵礦石綜合回采率統計

5 存在的問題與建議

因存窿礦回收區域多處于礦巖交界地帶，整體圍巖條件較差，部分巷道掘進過程中臨時支護難度大、風險較高；采取必須的臨時支護后又進行鋼筋混凝土澆筑永久支護，造成不可避免的重復支護，抬高了原礦成本。因此在巷道施工過程中必須加強勞動組織能力與各班組的協調配合能力，在礦巖交界破碎地帶必須嚴格組織實施短掘短支（永久支護），避免礦巖被揭露后的進一步劣化，節省臨時支護費用。

部分區域回收存窿礦時附近無溜井可用，只能采用汽車裝礦倒運的方式，影響出礦效率的同時造成運礦成本升高。因此在生產組織過程中必須合理規劃與調配礦石通道，盡可能充分利用采區本分段原有溜井通道、縮短汽車倒礦運距，優化運礦費用。

回收存窿礦時上部覆蓋層礦巖必然會混入，過量回收存窿礦則可能造成覆蓋層厚度減小，單純根據供礦截止品位來組織存窿礦回收的合理性稍有欠缺，結束回收存窿礦的時點難以明確界定。因此可嘗試摸索劃分區塊建立崩礦供礦數據臺賬，結合放礦漏斗理論測算區塊覆蓋層厚度，并在存窿礦回收期間實時跟蹤測算，以達到控制回收節點的目的。

6 總結

（1）大紅山鐵礦通過近三年的存窿礦石回收，截至2023 年3 月底已回收存隆礦約348 萬t、平均出礦品位25.42 %；

（2）井下鐵礦石綜合回采率已由2017 年末的83.5 %提高至2022 年末的93.7 %，礦石資源綜合利用率得到顯著提升，創造了巨大的經濟效益與社會效益，同時對延長礦山服務年限亦發揮了極為重要的作用。