报告
新疆西部黄金哈密金矿有色责任公司阿拉塔格铁矿
残留矿柱采矿方法研究
新疆有色金属研究所
中南大学
哈密金矿
2011年10月
新疆有色金属研究所所长：唐向阳副所长：马育新项目负责人：唐向阳
新疆哈密金矿矿长：齐新营副矿长：赵渊新生计部主任：余兆斌项目负责人：赵渊新
主要研究人员
新疆有色金属研究所
唐向阳李振振韩福林
中南大学
阳雨平谢火明
新疆哈密金矿
齐新营赵渊新王洪山冶建新蔡余兆余兆斌张德福郭志斌栾维迪石红兵孙挺彬杜雁飞阿山江
报告审核
目录
1 开采技术条件 (1)
1.1 概述 (1)
1.2 矿区及矿床地质 (2)
1.2.1 矿区地质 (2)
1.2.2 矿床地质 (5)
1.3 矿区水文地质 (9)
1.3.1 自然地理 (9)
1.3.2 矿区水文地质条件概述 (9)
1.3.3 矿坑充水因素和涌水量 (9)
1.4 开采技术条件及资源储量 (10)
1.4.1 开采技术条件 (10)
1.4.2 保有资源储量 (11)
1.5 矿床开采技术条件评述 (14)
1.5.1 地质构造 (14)
1.5.2 矿岩稳固性 (15)
1.5.3 矿体赋存形态 (15)
2 工程现状 (16)
3 国内外回采地下矿柱和残矿的现状 (21)
3.1国外研究现状 (21)
3.2国内的研究现状 (21)
3.3 结论 (22)
4 采矿方法选择 (24)
4.1 采矿方法选择的原则 (24)
4.2 初选采矿方法 (24)
4.2.1分段中深孔阶段崩落采矿法 (26)
4.2.2露天和地下联合开采 (28)
4.2.3充填采矿法 (37)
4.3结论 (38)
5 露天开采工艺 (38)
5.1采用的数据 (38)
5.2露天主要参数 (39)
5.3开拓运输系统 (40)
5.4废石排土场 (40)
5.5露天采剥工艺 (41)
5.5.1采剥方法 (41)
5.5.2穿孔工作 (43)
5.5.3爆破工作 (47)
5.5.4露天转地下采空区的处理 (63)
5.5.5采装工作 (63)
5.5.6辅助作业 (68)
6 露天开采的安全保障 (69)
7 地下采矿方案 (71)
7.1设计原则 (71)
7.2地下开采与露天开采的衔接 (71)
7.3 下部中段盘区和矿块的划分 (72)
7.4 下部中段平面布置方式 (74)
7.5 分段凿岩阶段空场采矿法回采矿房 (75)
7.6 无底柱分段崩落法回采矿柱 (77)
8地下开拓方案 (79)
8.1设计范围 (79)
8.2设计内容 (79)
8.3设计方案 (79)
8.4溜矿井设计 (84)
8.5开拓平巷设计 (85)
8.6通风系统 (88)
8.7运输系统 (88)
9露天和地下开采的衔接问题 (90)
10矿山设备及各分层工程量表 (91)
10.1开采设计主要设备 (91)
10.2各分层工程量 (92)
11 问题和建议 (93)
参考资料： (94)
1、《采矿设计手册-矿床开采卷》（四卷）第一篇露天开采 P(21-30)、
P（75-77）、P（317-332）、P（336-356）、P（417-419） (94)
2、《采矿设计手册》（十四篇）第九篇露天开采 P（703-716）、P
（739-772）、P（804-833）、P(906-911)、P（786-803） (94)
3、《金属矿山》 2002年第7期 P（53-54） (94)
4、《金属矿山》 2008年第7期 P（12-14） (94)
5、《黄金》 2003年6月第六期 P（24-26） (94)
6、《岩石力学与工程学报》2004年2月第4期 P（572-577） (94)
7、《工程爆破》2004年6月第2期 P（54-58） (94)
8、《水泥工程》2006年第1期 P（39-40） (94)
9、《中国矿山工程》2007年4月第2期 P（4-5） (94)
10、《地下空间与工程学报》2009年8月第4期 P（808-813） (94)
附图： (94)
1 开采技术条件
1.1 概述
阿拉塔格铁矿区位于哈密市西南200km处的戈壁荒滩，距雅满苏铁矿124km，有简易公路相通。由哈－若公路100余公里到土屋铜矿再下简易砂石路80余km可到矿山。行政区划归新疆哈密市管辖。本矿是哈密金矿下属的一个经济实体。详见图1。
错误!未找到引用源。矿区及地理位置及交通图
点号
直角坐标地理坐标
X Y东经北纬145974541648008492°45′41.14″41°30′42.91″245974541648131692°46′34.27″41°30′43.01″345968541648131692°46′34.34″41°30′23.57″445968541648008492°45′41.22″41°30′23.46″
自然地理概况
1）气候条件
本区属内陆干旱气候区，多风少雨，昼夜温差大，极度干旱的气候导致了强烈的蒸发作用，蒸发量远大于降水量。区内无地表水体及地表水流，偶尔的暴雨可产生短暂性地表泾流，但很快便消失。
1.2 矿区及矿床地质
1.2.1 矿区地质
阿拉塔格铁矿矿区位于中天山地背斜隆起带东端，盐湖背斜的北翼，出露地层为元古界卡瓦布拉克第一亚组（Ptk a）
地层
为一套浅到中等变质程度的片岩和大理岩组成的区域变质岩，后期热液变质明显。总厚1550米。根据岩性特征可分为六个岩性段。
一、白云质大理岩段（Ptk a?1）：分布于矿区以南。主要岩性下部为灰白色块状大理岩与二云石英片岩互层。
二、二云石英片岩段（Ptk a?2）：分布于矿区南缘，其岩性可分为上、中、下三部分。
三、薄层状大理岩段（Ptk a?3）：分布于矿区南部，主要岩性为灰白色大理岩。
四、二云石英片岩、绢云石英片岩与白云石英片岩段（Ptk a?4）：分布于矿区西部和中部。
五、块状大理岩段（Ptk a?5）：分布于矿区西部偏北，主要为灰白色灰绿色块状，条纹条带状大理岩。
六、斜长片岩、混合岩段（Ptk a?6）：分布于矿区中部北缘，上部为条带状混合岩，细粒结构，条带构造，主要成分为石英、长石及少量黑云母（有时呈花岗结构，可能是正变质岩石）。
（2）构造
矿区构造比较简单，地层走向近东西，向北陡倾（60-90）度的单斜构造。深部往往变化在（65-75）度。南部及东南部因受花岗岩侵入影响发生到转，在矿区中部偏北地层走向向北西偏转形成一个向西撒开，向东熟练的似帚状构造。由于岩体破坏，东部帚柄出露不全（如
下图）。
一、断裂：区内断
层不甚发育，以南北向
为主，东北向次之。都
为逆断层且形成于成
矿之后。现分述如下：
F1：位于矿区西部边
缘，走向近南北，倾向
西，倾角（45-65）度，
逆断层形成于成矿之
后。
F2：断层处于矿区
中部偏西3-5勘探线之间。走向从北往南由北东向转为南北向再转为北东向，倾向北西，倾角（50-60）度，往深部变陡为（70-80）度，为成矿后的逆断层。断层长约200米，横切全部含矿带。
主要依据K4槽中（949地质点）见断层面及数十公分的破碎带，另断层两侧地层错开。
由于该断层的影响，致使西盘上升被剥蚀矿体出露地表，东盘下降为隐伏矿体。在矿区东部有一条北东，南西走向的片状钠长斑岩脉，贯穿全区，有近东西向的数条小断层平行错开。该脉岩为早期断裂的充填物。
二、层间破碎：矿区层间破碎带较为发育，大都与地层走向相近，分布于刚性岩石中及刚性与柔性岩石分界面上。
层间破碎带，应为较早期南北向压力形成，为后期的矽卡岩化和成矿提供了有利部位。因而控制了矿体的形态和产状。矿体的顶部及底常有碎裂现象及绿泥石岩，说明矿体形成后，这种压力作用仍在继续。
三、节理：
由于长期应力作用，矿区内节理也比较发育。主要有三组，一组为北东向；一组为北西向；一组近东西向。其中前两组最为发育。这些节理多被各种岩脉所充填。
总之本矿区构造形态，显示了应力作用的长期性和复杂性。其中，
南北向压力为主，造成了层间破碎带和北东向、北西向的节理而为后期矿液通道和赋存的条件。后期的应力作用形成了一系列近南北向逆断裂而破坏了矿体。
（3）岩浆岩
区内侵入岩发育，按时间属华力西早、中两期。按岩性可分为中性和酸性。其中尤以华力西中期酸性岩浆活动最为强烈。主要分布在矿区北部和东部，脉岩也较发育。
其岩性主要为细晶闪长岩、闪长岩脉以及花岗斑岩脉、花岗伟晶岩脉、细晶花岗岩脉、长英脉、石英脉等等，总之岩性十分复杂。
（4）围岩蚀变
由于花岗岩的侵入而产生了角岩化和矽卡岩化。
一、角岩为灰白色、浅灰绿色块状或条带状构造。矿物成分主要为透辉石、绿帘石次为石榴石、石英、长石及少量方解石黄铁矿等。主要分布在北部大理岩的两侧及矿区的东西两边，将矽卡岩包围其中，其它地区零星分布。
二、矽卡岩：为灰绿色、暗绿色石榴石多时则成淡红色，细粒块状有时为条带状。主要成分为石榴石、透辉石次为绿帘石、透闪石以及少量的绿泥石、蛇纹石、石英、方解石和金属矿物如磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、黄铁矿等。矽卡岩产于北部大理岩（Ptk a?5）的层间破碎带中呈扁豆状分布。它是铁矿的直接围岩，与铁矿有密切关系，若以铁矿体两侧，矽卡岩矿物分布还有如下特点：近矿时主要是钙铁榴石，钙铁辉石随后出现绿帘石、钙铝榴石、透辉石、矽卡岩化大理岩。
磁铁矿交代矽卡岩也较明显。（如下图）
总体来看蚀变带有如下
特点：
角岩与矽卡岩矿物成分
十分近似，有时不易区别。
区别在于矽卡岩粒度较粗
含金属矿物，铁镁矿物含量
较高，色深等特点与角岩相
别。
矽卡岩化具有明显的选
择性，集中于花岗岩与大理
岩的接触带。
角岩范围广，西部延出图外。矽卡岩范围小，长500米，宽（10-100）米，角岩分布在矽卡岩的两侧，矿体在矽卡岩中呈透镜状。
矽卡岩本身又可分为内带和外带，内带不发育，赋存于花岗岩边缘带中，伴随磁铁矿体呈脉状产出，无角岩带外圈。外带赋存于角岩中，与层间破碎带共生。
矿区围岩按成因特点分为两类：一是与火山活动有关的自变质作用，表现为面型的绿泥石化、碳酸盐化，与金矿化关系不大；二是与火山期后热液有关的近矿饰变作用，表现为沿F2早期张性断裂呈带状或线型分布的硅化、黄铁娟英石化，空间上与金矿化关系密切。
主要有黄铁绢英岩化、绿泥石化、碳酸盐化及硅化。黄铁绢英岩化与成矿关系密切，局部地段形成工业矿体。位于石英脉上盘的英安岩普遍蚀变较强，下盘蚀变轻微。
1.2.2 矿床地质
（1）含矿带
赋存于第五岩性段内，呈近东西向，与地层产状基本一致，长约500米，宽（30-100）米的透镜状，倾向北，倾角（65-75）度以3线、5线为中心向东西两端尖灭。
（2）矿体
呈多个平行排列赋存于角闪花岗岩与大理岩接触带的矽卡岩中。地表出露大小矿体41个大者长约100米，小者仅10米，分布在K1槽之东，F2断层之西的200米范围内，东部由于F2断层使东盘下降而成隐伏状矿体。
矿体呈似层状、透镜状、脉状，产状与围岩（含矿带）基本一致，倾斜向北，倾角（50-75）度。沿走向矿体向东侧伏，侧伏角（20-25）度，又因F2断层以东为隐伏矿体所以往东埋深加大。
根据产出部位对比，具有一定规模的矿体有六个，其特征见下表。
哈密金矿阿拉塔格铁矿矿体特征及储量一览表
（3）矿石
矿石为磁铁矿石。矿石成分：金属矿物主要为磁铁矿，含少量假象赤铁矿及微量磁黄铁矿、赤铁矿、针铁矿、白铁矿、黄铁矿、黄铜矿及闪锌矿等。脉石矿物有：方解石、石榴石、透辉石、绿帘石、绿泥石、角闪石等。
磁铁矿以半自形晶为主，自形、它形晶次之，呈微粒集合体。沿磁铁矿八面体解理有假象赤铁矿交代。赤、针、水针铁矿等呈微粒状常共生-起呈不规则分布在磁铁矿晶粒边缘或之间的脉石中。
脉石矿物呈粒状、片状分布在磁铁矿之间，部分呈脉状分布。
矿石的结构构造：矿石为铁黑色、铁褐黑色，微粒结构、块状构造，侵染状和稠密侵染状构造部分为条带状构造。
块状构造及稠密侵染状构造的矿石，多为富铁矿石。脉石矿物往往较均匀地分布在磁铁矿晶粒之间，条带状构造是脉石矿物与磁铁矿相间构成，反映了原生层理。
（4）矿石性质
通过对矿石化学分析得知：TFe品位变化很大，通常（25-64.50）%之间，但多数在40%左右。全区平均（所有参加储量计算的矿体）TFe41.59%.各矿体质量见下图。
上图可见部分组合样与普通样分析结果差值甚大，部分矿体无组合样，这是由于新疆局一大队施工工程没有全部付样所致。Ⅱ-3矿体甚小未取样，其品位参考Ⅱ-4使用。
因矿石贫富相间，矿体又不大，故未单独划分富矿。
TFe与SFe差值较大，一般在（1-3）%，最大差值4.96%，最小差值为零，平均差值1.95%（详见下图）。
在普通样中有少数样品没有分析SFe，故治好将TFe与SFe都不参与计算。组合样中由于没有地表付样，故只是钻孔样品组合（新疆一大队的钻孔也未参加组合）。
SiO2：含量较高，最高达35.55%，最低3.99%平均18.27%，它主要赋存于硅酸盐中，矿石中几乎没有游离的SiO2，其含量与全铁成互为消长的关系。
S：各矿体含量不一，但普遍含量较高，最高9.59%，最低0.06%，平均0.94%。
P：普遍含量很低，一般均在（0.01-0.05）%，最高为0.179%，平均0.021%。
Ga、Zn等有害元素含量都很低，不再一一叙述。
根据组合样分析结果（CaO+MgO）/（SiO2+A2O3）比值如下：
Ⅰ-2、Ⅳ两矿体属酸性矿石，其余属半自熔性矿石，但都接近酸性矿石。
（5）矿床成因
一、层间破碎：热液与铁质沿此通道上升，也控制了矿体的形态，产状和规模。
二，铁质来源于华力西期的角闪花岗岩，它侵入后与大理岩接触，通过交代而形成了矽卡岩。花岗岩和大理岩的存在满足了形成矽卡岩的基本条件。
三、磁铁矿明显地交代矽卡岩矿物，说明磁铁矿的形成晚于矽卡岩。
综上所述，阿拉塔格是一个接触交代矽卡岩铁矿。
1.3 矿区水文地质
1.3.1 自然地理
矿区地势平坦，山势浑圆，属低山丘陵地形。标高在1010米左右，相对高差＜40米。其上分布着元古界地层，低凹处覆有厚度不大的第四系松散堆积物，岩石的裂隙和孔隙为地下水的储存创造了一定的条件。但由于地下水补给来源贫乏，因此地下水量不丰富。加之地下泾流条件极差，往往形成矿化度较高的高浓度地下水。
本区属内陆干旱气候区，多风而少雨，昼夜温差较大。极度干旱的气候导致了强烈的蒸发作用，致使蒸发量远大于降水量。区内无地表水体及地表水流，仅极少次的暴雨可产生短暂性地表散流，但很快便消失。
本区的气候、地形、岩性及构造影响并决定地下水的形成和运移。
1.3.2 矿区水文地质条件概述
矿区构造系属盐湖背斜北翼，沿东西、北东、北北西向有断层分布。
矿区地层岩性单一，主要为元古界卡瓦布拉克组片岩、大理岩。岩石结构致密，裂隙发育较好，按其成因可分为风化构造与成岩裂隙，其中以风化裂隙最为发育，透水性较好，但裂隙发育程度随深度增加而减少。裂隙中充填有淋滤的氧化铁薄膜、碳酸盐薄膜及硫酸盐薄膜。从现有资料分析认为：地下水位以上风化带为透水而不含水带。地下水位埋深在35米以下，水位标高980米左右。因此不同岩性之岩层含水性强度弱反映极不明显，难以确切划分隔水层。
1.3.3 矿坑充水因素和涌水量
矿区地下水补给来源贫乏，泾流条件极差，地下水长期处于停滞状态，微量地下水极度饱和形成高矿化水，均为矿化度较高的氯硫酸钠型水。
本区气候对矿床充水的意义是很大的，长期干旱少雨致使蒸发量远大于降水量，但也偶尔出现短暂暴雨，形成暂时性的地标水流，是洼地带积水。因此，必须对暂时性地表水流引起注意，否则会造成在
开始时流入矿井成为矿床的主要充水因素。
综上所述，该区由于蒸发强烈降水微弱，地下泾流条件差，从而决定了地下水的多年性补给形成方式，以及迟缓的运动条件。虽然岩层裂隙较为发育，但也不能促成地下水的富集，所以矿区以静储量为主的简单水文地质类型。目前井下涌水量每日约250方。
1.4 开采技术条件及资源储量
1.4.1 开采技术条件
本采矿方法研究只针对924以上中段（含924中段）的回采后留下的矿柱和残矿进行回采，主要涉及对象为阿拉塔格铁矿区Ⅳ号矿体，地表走向长度约400m。
矿体产状急倾，倾角50°～75°，埋藏深约210m，矿体厚度中厚到厚大，最厚处可达百米。上下盘围岩稳定性较好，除个别地段外，基本不要支护。矿山现采用竖井开拓，罐笼提升， 974中段采用人工装矿人力车运输，924中段采用人工装矿有轨矿车运输。采矿方法为：平底漏斗底部结构，浅孔留矿法开采，矿房宽10-15米，间柱宽8-10米，顶柱厚10-15米，个别可达20米。
矿区属低山丘陵，海拔在1010～1039m，相对高差小于40m，矿区范围内高差不到10m。区内矿体多分布在西部，编号的矿体有7个，未编号的矿体有30余个，Ⅳ号矿体是本矿区主要矿体，占矿区总储量的82％，矿体最长400m，地表厚度16m，控制斜深180m，矿体呈扁豆状，直接产在含铁矽卡岩中，少量产于柘榴石透辉石矽卡岩中。矿石以致密块状构造为主，矿体平均品位41.34%。详见下表。
哈密金矿阿拉塔格铁矿矿体特征及储量一览表
矿石以磁铁矿为主，属典型的接触交代矽卡岩型磁铁矿床。整个阿拉塔格铁矿为一半裸露，一半隐伏的小型磁性富铁矿床。
阿拉塔格铁矿处于塔里木板块星星峡古生代岛弧中部，背斜的北翼，矿区出露地层元古界卡瓦布拉克群的一套碳酸盐建造，岩性有含
铁矽卡岩，大面积出露，铁矿产于该岩中，是铁矿的直接围岩，围岩稳固性好。
区内断层不甚发育，以南北向为主，东西向次之。都为逆断层且形成于成矿之后。F1：位于矿区西部边缘，走向近南北，倾向西，倾角45～65°。F2：断层处于矿区中部偏西3～5勘探线之间，走向从北往南由北东向转为南北向再转为北东向，倾向北西，倾角50～60°，往深部变陡为70～80°。断层长约200m，横切全部含矿带。矿石体重、岩石体重、矿岩普氏系数系数、矿岩松散系数如下：矿石体重：4.0t／m3；
岩石体重：2.7t/m3；
矿岩的普氏系数：8～12；
矿、岩的松散系数：1.6。
1.4.2 保有资源储量
根据矿山提供的2010年度储量核实报告，截止2010年末该保有地质储量见下表。经统计，920水平以上保有矿量149万吨，平均品位约40%。
2010年末各矿体的地质保有储量
2011年7月，为切实掌握矿山实际保有矿量情况，研究人员与矿山人员一道在井下采用简易激光测量仪对各采场进行了实测，再结合现场技术人员的历年开采情况的介绍，经计算估计截止到2011年7月份924以上中段的地质保有储量合计约为151万吨，详见下表：
矿山生产技术部门也对保有矿量进行了估算，矿量保有情况详见下表：
阿拉塔格铁矿自开采以来前期由于是民采阶段乃至哈密金矿接收矿山的开采初期没有完整的生产统计数据，现保有矿量都是建立在
一种大致的估算状况，导致上述数据存在较大的的误差。而本研究一项最为重要的工作就是进行经济可行性的论证，因此必须由业主单位提供一个确切的矿量保有数，为此，矿山生产技术部门二次提供的矿量保有数据为：974水平、920水平估算残留矿量合计57万吨；地表估算低品位矿石18万吨。两项合计哈密阿拉塔格铁矿920水平以上估算残留矿量合计75万吨。
虽然生技部门提供的数据相对保守，而且矿床西部地质勘探工作也未完全探明矿体，但作为研究单位我们尊业主单位的意见，并以此数据研究中进行技术经济论证的基础。
1.5 矿床开采技术条件评述
经过二次圈定、采矿工程揭露情况和现场踏勘调查分析研究，阿拉塔格铁矿属于接触交代矽卡岩型铁矿。矿体开采技术条件有如下显著特征。
1.5.1 地质构造
矿区构造比较简单，地层走向近东西，向北陡倾（60-90）度的单斜构造。深部往往变化在（65-75）度。南部及东南部因受花岗岩侵入影响发生到转，在矿区中部偏北地层走向向北西偏转形成一个向西撒开，向东属于似帚状构造。由于岩体破坏，东部帚柄出露不全。
一、断裂：区内断层不甚发育，以南北向为主，东北向次之。都为逆断层且形成于成矿之后。现分述如下：
F1:位于矿区西部边缘，走向近南北，倾向西，倾角（45-65）度，逆断层形成于成矿之后。
F2:断层处于矿区中部偏西3-5勘探线之间。走向从北往南由北东向转为南北向再转为北东向，倾向北西，倾角（50-60）度，往深部变陡为（70-80）度，为成矿后的逆断层。断层长约200米，横切全部含矿带。
由于该断层的影响，致使西盘上升被剥蚀矿体出露地表，东盘下降为隐伏矿体。在矿区东部有一条北东，南西走向的片状钠长斑岩脉，贯穿全区，有近东西向的数条小断层平行错开。该脉岩为早期断裂的充填物。
二、层间破碎：矿区层间破碎带较为发育，大都与地层走向相近，分布于刚性岩石中及刚性与柔性岩石分界面上。
层间破碎带，应为较早期南北向压力形成，为后期的矽卡岩化和