特大型(750万t)地下矿山充填开采演示

特大型〔750万t/a〕地下充填采矿示范矿山的建设

2安徽开发矿业隶属五矿邯邢矿业，采选设计规模750万t/a。于2007年开始建设，2023年初建成并投入试生产，同年12月通过国家平安总局的平安专项验收，2023年正式投入生产。安徽开发矿业750万吨/a矿山工程属国家科技部十二五科技支撑方案课题[特大型地下矿山规模化开采关键技术]示范矿山建设内容，课题编号2023BAB02B04。前言3

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特大型矿山的开拓系统3位置及开采技术条件1

规模化开采的采矿方法4建设规模2

开采范围及由下而上的开采顺序5

大型化设备的配备6

大流量的充填系统构建及运行7

结语84一、位置及开采技术条件矿区位置：五矿邯邢安徽开发矿业，矿区位于安徽省霍邱县城西约26km，西临105国道及商(邱)～景(德镇)高速，北距淮河34km，矿区交通均比较方便。矿区交通位置如图。5一、位置及开采技术条件开采技术条件：安徽开发矿业由两个矿体组成：李楼矿体、吴集北矿体。李楼矿体走向长3500m。矿体埋深100~900m，平均厚度20~50m，矿体倾角50~80°。矿石主要为镜铁矿、磁铁矿，地质品位TFe=34.08%，资源量约为2.7亿t。吴集矿体走向长3000km，平均延深394m，平均厚度22m，倾角50~70°。平均品位TFe=29.20%，矿石主要为磁铁矿，资源量为1亿t。两矿体资源量：约3.7亿吨平均品位30.4%。矿体特点是走向长、延伸深，厚度大，倾角陡，构造比较简单。67两矿体的联合建设及优越性：一、位置及开采技术条件减少占地：联合建设相对分别建设方案减少占地537亩;减少井下工程量投资：联合建设可共用辅助斜坡道进出地表，井下粉矿回收系统、排水设施、无轨大型设备检修硐室、电机车检修硐室等实现共用，从而大大减少工程投资。减少地表工程设施投资：炸药库、供水、供热、机修、行政与生活福利设施共建。联合建设约减少建设投资2亿元，降低运行本钱500万元/a，有着很好的经济效益和社会效益。8

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特大型矿山的开拓系统3位置及开采技术条件1

规模化开采的采矿方法4建设规模2

开采范围及由下而上的开采顺序5

大型化设备的配备6

大流量的充填系统构建及运行7

结语89二、建设规模

国外已经多有千万吨及矿山，而国内更多的矿山在500万吨以下，目前国内地下矿山规模普遍偏小。加大建设规模，有利于降低生产本钱，提高盈利能力。经多方论证，安徽开发矿业建设规模为铁矿石750万t/a。大规模开采已成为一种趋势，后续一批千万吨级的矿山正在设计建设中：如河北田兴铁矿〔2000万t/a〕、马城铁矿〔2500万t/a〕。从国家层面看,钢铁生产需要的铁矿石供给数量中,进口铁矿石仍然占矿石供给总量的65%。因此，在现阶段及未来，在资源条件具备的条件下，应该大幅度增加矿山的建设规模。加大建设规模，有利于快速增加国内资源的供给量。国际层面国家层面企业层面10

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特大型矿山的开拓系统3位置及开采技术条件1

规模化开采的采矿方法4建设规模2

开采范围及由下而上的开采顺序5

大型化设备的配备6

大流量的充填系统构建及运行7

结语811三、特大型矿山的开拓系统特点：该开拓系统采用分散提升模式，设置三条规格相同的主井，配置三套相同的提升设备，每套提升能力250万t/a，组合提升750万吨/a铁矿石，便于维护保养，生产波动小，运行可靠。目前已实现集中控制,在逐步无人值守，具有很高的自动化程度。主井：主井为三条单箕斗竖井，净直径均为5.2m。1号主井井深684m；2号主井井深686m；3号主井井口标高33m，井底标高-650m，井深683m。井下主运输水平-525m，破碎硐室标高-568m。提升采用JKM-4×6〔Ⅲ〕型多绳塔式提升机，17m3单箕斗，箕斗载重32t。井下粗破碎采用3台C-140型颚式破碎机，每台破碎机对应1套提升机分散式提升系统---特点及主井配置12开拓系统示意图：

三、特大型矿山的开拓系统13大型设备的直达通道----斜坡道

安徽开发矿业主斜坡道，全长6962米，垂直延伸474米，是国内最长的斜坡道14三、特大型矿山的开拓系统斜坡道净断面16.59m²~18.06m²；限制坡度15%。从地表通达各主要水平，主斜坡道全长4660m。斜坡道穿过第四系含水沙层及古风化带地层，厚度约94m。参数：极大方便了无轨自行设备的整体上下，防止解体吊装运输、重新组装导致设备性能的下降，便于维护保养，使设备处于高效运行状态。体会：一定要有直通地表的斜坡道优点：组织了专门的科技攻关组，采用高压摆喷堵水固沙技术，平安顺利完成了含水沙层地段施工。施工措施：15

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特大型矿山的开拓系统3位置及开采技术条件1

规模化开采的采矿方法4建设规模2

开采范围及由下而上的开采顺序5

大型化设备的配备6

大流量的充填系统构建及运行7

结语8164.1采矿方法的选择4.2结构参数确实定原那么及参数4.3开采的步骤及技术难点4.4采场工程的另一个结构特点四、规模化开采的采矿方法174.1采矿方法的选择空场法崩落法充填法四、规模化开采的采矿方法采矿方法：分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法选择依据：依据1：矿床开采技术条件、对环境保护、平安生产的要求。依据2：采准工程布置、采场准备时间与采切比、凿岩爆破工艺、采场产能力、采场充填工艺、通风及巷道维护、生产组织管理等综合因素〔见图3〕。18四、规模化开采的采矿方法4.2规模化开采结构参数确实定原那么及参数根本原那么：采场参数：采场布置：1.构建大结构参数的采场。2.每个采场应有足够大的矿量。3.配备大型高效率设备。采场高100m，长为矿体水平厚度，一般在50m,采场宽20m,凿岩分段高25米。采场的平均矿量到达35万吨。该方法无专门的矿柱1.采场垂直矿体走向布置，采场的宽度与矿柱的宽度相同。2.一步采时矿房两侧为矿石矿柱，二步采时的矿房既是一步采的矿柱，又是二步采时矿房两侧为充填体矿柱。

由于无专门的矿柱，极大提高了回采率。19分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法矿块结构参数示意图20四、规模化开采的采矿方法4.3开采的步骤马上对一步采矿房进行充填。当充填体强度到达预定强度时，开始二步开采。一步开采时，矿房两侧的矿体构成矿柱。在采场端部拉切割槽，由各分层开始爆破落矿，由上至下进行，在采场底部出矿斜巷中实施集中出矿。阶段充填采矿法采用两步骤回采:

矿房矿石开采完毕后21四、规模化开采的采矿方法当前面临开采技术难点：

空区特征：一个矿房开采完毕后，形成100*50*20M空区，两侧矿柱垂直暴露高度100m，平均长度达50m，侧向暴露面积将到达5000m2难题：矿柱承受着自重、顶板上下盘围岩的压力及采场开采后形成的应力、采场落矿爆破的冲击力等复杂多重作用，尤其是二步采时，矿房两侧由充填体构成矿柱，100米高的充填体矿柱的强度及稳定性，能否经受采场落矿爆破的冲击振动，直接关系着二步开采能否顺利进行。

22一步采时矿房矿柱示意图23二步采时矿房矿柱示意图〔难题〕措施：充填体强度保证2.15MP，压力应力监测系统的建立244.4采场工程的另一个结构特点：从内部结构看：每一水平的分段的凿岩巷的布置，极像无底柱崩落法的进路。

这使得采场较上水平的凿岩巷形成后，并不需要采场的工程全部施工完，即可在上部开始采准掘进、凿岩爆破、形成出矿能力。这种结构非常有利于新建矿山生产能力的快速形成。见左图在剖面上看：上下重叠布置，而非交错布置。

四、规模化开采的采矿方法25

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特大型矿山的开拓系统3位置及开采技术条件1

规模化开采的采矿方法4建设规模2

开采范围及由下而上的开采顺序5

大型化设备的配备6

大流量的充填系统构建及运行7

结语826五、开采范围及由下而上的开采顺序5.1开采范围及一期中段位置选择：设计开采范围为-200m以下，-700m以上矿体。在这个区间共有矿石储量约3亿t。按年产量750万t/a计算，可满足矿山效劳年限30年。由于矿床开采深度比较大，效劳年限比较长，设计经过技术经济比较后推荐采用分期开采的方案。一期开采-200m至-500m标高之间的矿体，矿石储量2.4亿吨，占矿体总储量的80%。二期开采-500至-700m区段矿石，储量0.6亿吨，结合矿床深部勘探程度较低的未探明储量，经过深部补勘后，再做统一的开发利用。27五、开采范围及由下而上的开采顺序5.2开采顺序选择（中段）由上而下开采（中段）由下而上开采

优点：开拓准备工程量较少，可以很快进入矿体，有利于快速形成生产能力优点：首采中段距离地表较深，矿体开采部位以上矿体将全部起到顶柱的作用，地表建筑、第四纪含水层更容易获得保护；上部中段的作业在下部中段充填体之上，接顶更容易保证，充填体的整体性更好，有利于其永久的稳定缺点：很快面临地表建筑保护、第四纪含水层的保护、矿体开采顶柱的预留问题，其次下部中段与上部中段充填体的接顶难于保证，由此引发的充填体的永久稳定性问题更难于解决，在100m高中段、特大结构参数采场的开采中，这些问题显得更加突出。

缺点：开拓系统准备工程量稍多，形成生产能力稍慢结果：由下而上更安全更可靠。实际建设中段开采顺序为：-500m、-400m、-300m。见下图528

传统顺序--由上而下开采顺序示意图29创新顺序--由下而上开采顺序示意图30五、开采范围及由下而上的开采顺序水平方向上的开采顺序，采用沿矿体走向从矿床中央向两翼推进采场按照20m宽连续布置，不区分矿房矿柱。采场分二步回采：一步采时隔一采一，采场开采完毕后马上进行充填，未采动的采场作为一步采采场的矿柱。二步采时，两侧一步采的充填体作为二步采采场的矿柱，采后充填尾砂胶结充填料的平均灰砂比为1：5，充填体强度到达2MP以上，充填体胶结强度到达上述强度后，方可回采二步采采场。31

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大流量的充填系统构建及运行7

结语832

六、大型化设备的配备为实现特大型矿山规模化开采需要，实现750万t/a的矿石生产规模，主要采掘装备采用国外先进的设备，总体装备水平在各工艺环节上都到达了国内最先进水平。1、选矿车间集控中心2、安徽开发矿业750万吨/年工程选厂1233

掘进凿岩采用瑞典公司的Boomer281型液压凿岩台车进行巷道；

回采凿岩采用瑞典Atlas的Simba1354液压凿岩台车深孔凿岩

出矿采用sandwek公司Toro1400E电运铲运机〔斗容6m3〕Toro1400D出矿〔斗容6m3〕。

34六、大型化设备的配备山特维克Toro1400D〔斗容6立方米〕电动铲运机35ACY-3L井下高效柴油铲运机36371.瑞典Atlas的Simba1354液压凿岩台车、炮孔直径ф76mm2.20t电机车牵引10m3底侧卸式矿车3.JKM-4x6〔m〕E提升机12338六、大型化设备的配备巷道支护：Robolt-06型锚杆台车支护、Scamec撬毛台车和PZ-5A型砼喷机。天井钻进：φ2m天井钻机。物料运输：采用MT2023井下卡车〔20t〕进行。

在采矿自动化方面，今年方案购进遥控铲运机，在采场集中出矿后，对集聚在采场底部位置矿石，由遥控铲运机进行辅助出矿，防止百米高空区造成的可能平安事故，提高矿石回采率。其他大型化设备：

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特大型矿山的开拓系统3位置及开采技术条件1

规模化开采的采矿方法4建设规模2

开采范围及由下而上的开采顺序5

大型化设备的配备6

大流量的充填系统构建及运行7

结语840七、大流量的充填系统构建及运行7.1大流量充填系统的构建矿石生产规模到达750万t/a，每年充填体积量到达223.3万m3年工作天数330天时，日平均充填体积量6768m3。

充填系统采用高浓度全尾砂结构流胶结充填、立式砂仓储料，压气造浆，自流输送工艺，胶凝材料为水泥或胶固粉。在矿体走向方向，间隔布置〔1#、2#、3#〕3座独立的充填站，分散布置充填站，可有减少输送管线的长度，更容易满足自流输送充填倍线的需要。充填站布置：充填工艺:极大的充填需求：41每座充填站含：4个圆形立式沙仓，仓体直径15m，高度10m，两个沙仓组成一个充填系列单系列充填制备能力180m3/h，单系列一次最大