第一章 绪论
1.1 选题背景
疆锋铁矿采用露天开采 I 号与 III 号矿段，而 II 号矿段埋深较 I 号矿段与 III 号矿段深，约为 280～150m，矿体未出露地表。且地表主要为橡胶林，征地困难，矿山无法对II 号矿段采用露天开采，同时，I 号矿段深部的矿体受到地表的限制也无法采用露天开采，因此，II 号矿段与 I 号矿段深部采用地下开采，矿山地下开采建设规模为 200 万 t/a。
II 号矿段 460m 采区作为露天开采向地下开采的过渡采区，对矿山的生产与建设都有非常重要的意义。如何经济合理开采，是确保矿山选厂持续生产，保证建设单位稳定现金流的重要前提。
疆锋铁矿 460m 采区距离地表较近，且地表主要为橡胶林，合理选择采矿方法及采场结构参数可以一定程度上减少矿山生产对地表的扰动影响。同时，460m 采区作为疆锋铁矿的试验区，系统地研究该采区采矿方法与采场结构参数不但可以保证矿山由露天向地下开采顺序过渡，保证矿山的顺利生产，也可以为深部采矿方法的确定提供指导性与实践性的经验。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 无废开采技术
矿床无废开采模式遵从工业生态学的观点，以采矿活动为中心，将矿山人文环境、生态环境、资源环境和经济环境相互联系起来，构成一个有机的工业系统;在采矿过程中，以最小的排放量获取最大资源量和企业经济效益；在采矿活动结束后，通过最小的末端治理使矿山工程与生态环境融为一个整体[1-12]。
矿床开采给矿产资源和生态环境带来的负面效应主要有 4 大危害源:资源损失、地表塌陷、排放废石、排放尾砂（赤泥）。无废开采模式要求在工艺和技术上能消除或减少矿床开采过程中带来的负面效应，在经济上应满足最小损益率原则[13-16]。
无废开采的主要技术包括：全尾砂充填技术、高浓度尾砂料的制备与输送技术、采矿方法与工艺等，目前，无废开采主要进行以下几个方面的工作[17-20]：
（1）回收难开采的低品位矿石或表外矿、矿床中伴生组份，综合利用采矿废石和尾矿；
（2）废石和尾矿用作建筑材料，一些矿山将某些添加剂加入尾砂来制作建筑材料，废石用于矿区的筑路材料；
（3）废石和尾矿用作充填材料，特别是块石胶结充填和膏体全尾砂充填技术的发展大大提高了废石和尾矿的利用率。
1.2.2 大规模采矿技术
大规模采矿技术的核心是大直径深孔崩矿技术。VCR 法、分段崩落法以及阶段崩落法、分段空场法、阶段空场法及其嗣后充填法都属于大规模开采方法。我国 20 世纪 60年代开始使用分段崩落法，80 年代分段崩落法已成为金属矿山的主要采矿方法，无底柱分段崩落法得到广泛应用[21]。
（1）简化分段崩落法、大直径深孔空场法底部结构，增大结构参数以及采用低贫化放矿或无贫化放矿理论来改变典型的分段崩落法布置方案和传统的漏斗放矿理论。增大结构参数将大幅度地减少采掘工程量，增大了一次崩矿量，提高采矿强度，降低矿石成本，提高矿山的经济效益。由于增大进路间距具有较强的可操作性，易于推广应用，目前程潮、桃冲、大红山、板石沟、北铭河等矿山都应用了该技术，具有重要的实践意义。
（2）设备的液压化、大型化、自动化。大直径深孔落矿空场法大孔径高压潜孔钻机、装药台车、高精度控制爆破器材、移动式液压破碎机、遥控铲运机、皮带运输机及大型地下矿运输汽车等在很多大型矿山都得到了应用。
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第二章 矿床开采技术条件
2.1 矿区及矿床地质
疆锋铁矿位于澜沧江铁矿带东亚带南端，大地构造处于大勐龙褶断束（Ⅵ2）西南端，澜沧江深断裂南端西侧，出露地层有第四系全新统（Q4）、上第三系（N）、下第三系（E）、栖霞组（P1q）、元古界大勐龙群下段（Ptdm1）。构造线总体展布方向为北东~南西向，1-6#勘探线之间，有呈北东~南西向平行分布的背斜构造、断层有 14 条。
2.1.1 地层
区内出露地层从新到老描述如下：
（1）第四系全新统（Q4）：广泛出露，由残积、坡积、冲积和洪积的砂、砾石、粉砂、矿块和粘土等组成，厚度 0-38.8m。
（2）上第三系（N）：出露于矿区东部。紫色、灰紫色砂砾岩、砾岩，夹砂岩、泥灰岩，厚度大于 119.52m。
（3）下第三系（E）：出露于矿区东部、南部，矿区出露中、上段。
下第三系始新统（E2）：灰色、灰绿色玄武岩、气孔状玄武岩夹钠长斑岩、凝灰岩。部分气孔状玄武岩有绿泥石、阳起石、钠长石等充填物。局部受钠长斑岩侵入，具枕状构造。含浸染状、条带状磁铁矿，为矿区Ⅳ号矿段的赋矿层，厚度 230.29m。
下第三系古新统第三层（E1-3）：上部黄绿色石英斑岩晶屑(岩屑)凝灰岩；下部为紫红色粗面火山角砾岩。沿走向北东端变薄，南西渐变为层火山角砾岩、凝灰质角砾岩、凝灰岩及粉砂岩，厚度 134.88m。
下第三系古新统第二层（E1-2）：褐黄色薄层泥质粉砂岩，灰色、灰褐色泥岩夹粉砂岩，厚度 188.91m。
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2.2 矿床开采技术条件
2.2.1 矿体赋存特征
（1）矿区地表起伏不大，II 矿段 460m 采区地表标高约为 670m，矿体赋存标高为460～520m，矿体埋深为 270～150m，埋深不大；
（2）疆锋铁矿属于海相基性火山喷流-沉积-变质型磁铁矿床，受到纵断层 F4、F6与 F10控制成矿。多条横向断层及多级构造面破矿，矿体及围岩节理裂隙发育；
（3）矿体沿 NE～SW 走向展布，总体呈似层状或透镜状。走向长度大，深部走向长度达到 1.3～1.4km；在空间关系上，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ矿段以“一”字形展开，带状分布，各矿段的矿体沿横剖面方向则又紧密相邻，多数近于平行，依次向上叠置。三条主矿体在空间上呈现情况。
（4）II 号矿段 460m 采区矿体形态较为简单，为单一急倾斜中厚矿体；
（5）矿体赋存产状与地层产状相近，倾向 105°～162°，倾角 74°～90°，单工程矿体厚度 0.8m－18.65m。属于急倾斜薄～中厚矿体。 以上矿体赋存特征是针对 II 矿段 460m 采区的矿体而言。
2.2.2 水文地质条件
疆锋铁矿矿区位于曼戈龙中等富水区南西端，属南阿河流域。地表径流以小溪为主，地形标高 670-820m，相对高差 150m，地势总体由南东向北西倾斜，较利于地表水的排泄。区内山脊、山包虽接受大气降水补给地下水，地下水在沟谷及低凹段以下降泉的形式排出，小范围内构成了补给区-排泄区较完整的水文地质单元，但总体区内属地下水排泄区，散流地形。
（1）主要断裂构造带和地表水对矿床充水的影响
矿区的主要断裂构造带为由 F4和 F10构成的成矿构造带，与区域褶皱的轴线和断裂(F2)方向一致，严格控制了矿区主要矿体的分布，区内主要矿群均夹持于其间，矿体与断层同向展布。断裂构造带以 F4和 F10为边界，顺岩层走向沿北东-南西断续延长 3100m、宽 50-160m，断裂带总体倾向南东，断面倾角 70°-89°，两断层的性质 F4为压性逆断层，F10 为张性正断层，导水性及含水性不一，以 F4相对滞水。断裂具多期活动，断裂带被横向的 F3、F1等后期断裂横截破坏不连续，沿断裂或破碎带侵入体与围岩蚀变强烈，形成接触破碎带，断裂带成份复杂，胶结程度不一，大部份蚀变岩石弱透水，加之地表第四系残坡积覆盖较厚，破碎带地下水补给条件较差，故其总体富水性较弱。目前由于露天采场采深和地下斜坡道进入构造破碎带潜水位以下和正处于较利于赋水的岩石风化发育带而出现涌水，随露天采场和地下坑道延深，岩石构造破碎和风化程度会相应减弱，采场地下涌水量一般不会出现大的变化。因此，断裂构造破碎带对矿床充水具有直接影响，影响程度总体为中等。
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第三章 II 号矿段 460m 采区采矿方法选择研究 ............................. 23
3.1 开采范围及开采对象 ......................................... 23
3.2 疆锋铁矿岩石力学特征 .................................... 24
第四章 空场嗣后充填法结构参数初选与优化 ............................. 42
4.1 现场地质调查 ...................................... 42
4.1.1 岩体结构调查 .................................................... 42
4.1.2 结构面调查分析 ........................................ 42
第五章 现场工业试验采场设计与应用 ......................... 60
5.1 矿山建设现状 .......................... 60
5.2 试验采场分段地质概况及采场布置 ......................... 63
第五章 现场工业试验采场设计与应用
5.1 矿山建设现状
460m 采区作为矿山由浅孔向深部过渡的重要采区，该采区的各分段沿脉干线，考虑直接与辅助斜坡道相连，矿山 I 号矿段生产已进入尾声，急需向 II 号矿段过渡，而 II号矿段以 460m 采区的建设条件为最好，可以实现尽快回采，确保矿山生产的持续性。
（1）矿山与 460m 采区相关的主控工程均已施工完成
①辅助斜坡道：该斜坡道于 2011 年 10 月 1 日开工建设，目前已经与 100m 中段有轨运输水平贯通。辅助斜坡道施工场地全景，详见图 5.1。
②南部风井：该回风井于 2014 年 2 月 18 日开工建设，至 2015 年 12 月 31 日已施工至 100m 标高（施工完成）。南部风井施工场地全景，如图 5.2。
③北部风井：该回风井于 2013 年 2 月 28 日开工建设，至 2014 年 5 月 30 日施工至340m 标高结束，北部风井施工场地全景，如图 5.3。
图 5.1 辅助斜坡道坑口全景图
第六章 结论与展望
6.1 结论
本文基于疆锋铁矿 460m 采区急倾斜中厚矿体采矿方法优选研究，在考虑了矿床开采技术条件，通过传统法选定采矿方法，并根据 Mathews 稳定性图解法、FLAC3D数值模拟计算确定采场结构参数，针对 460m 中段一盘区一采场进行现场工业试验，得出以下结论：
（1）矿山 II 矿段地表有橡胶林，同时矿区周边村寨分布较多，且征地困难，地表橡胶林与村庄制约矿床采矿方法的选择，地表不允许陷落； （2）疆锋铁矿矿体完整性要好于上下盘岩性，上下盘围岩属于节理裂隙密集且比较发育程度的岩体，矿体属于节理裂隙密集，发育程度一般的岩体。矿体工程岩组分类为III～IV 类岩石，而顶、底板属于 IV～V 类岩石，均属于稳固性较差的岩石。虽然岩石的硬度大，但受到断层的影响，节理裂隙及次级构造面发育，稳固性一般；
（3）II 号矿段 460m 采区保有资源量不大，矿石平均品位 TFe32.87%，mF e 品位25.67%， mFe 选矿回收率约为 95%，按照目前铁精矿的售价来估算，矿石价值约为 220～240 元/t，矿石价值不高；
（4）针对 460m 采区推荐分段空场嗣后充填法、机械化点柱式上向水平分层充填法、进路式上向水平分层充填法三种采矿方法进行比选，从净现值来看以分段空场嗣后充填法最优，而在适应性上各有各自的优点及问题，本文对 460m 采区推荐分段空场嗣后充填采矿法；
（5）通过 Mathews 稳定性图解法初选结果得出可能的矿房尺寸为 15m、25m、35m、45m 时，稳定状态和崩落状态条件下的极限跨度以及极限暴露面积。其中，当采场顶板为矿体，矿房尺寸为 35m 时，采场稳定状态极限跨度为 17.8m，崩落状态极限跨度为33.1m。而 460m 以上矿体厚度平均在 20m 左右，因此矿房长度为 35m 时是可行的；
（6）通过对 FLAC3D数值模拟计算结果进行极差分析得出，当矿房长度大于 35m时，增大矿柱尺寸采场塑性区体积不减反增，进一步验证说明采场矿房长度不宜大于35m。考虑到顶板与侧面暴露面积越大，损失率越小，因此选定矿房长度为 35m；
参考文献（略）