大台沟铁矿简介及采矿技术构思(董振民)

大台沟铁矿简介及采矿技术构思董振民本溪大台沟矿业有限公司摘要大台沟铁矿是近年发现的世界级特大型地下铁矿，它储量大、埋藏深、开采难度大，无论矿山设计、还是矿山建设都不能按常规进行。

本文简单介绍了大台沟铁矿概况，并讨论了采矿技术构思。

关键词地下开采崩落法技术构思大台沟铁矿是本溪大台沟矿业有限公司(以下简称“大台沟矿业”)的主体矿山，是目前世界上最大的单体铁矿山，已探明铁矿石资源储量52亿吨，远景储量在100亿吨以上，本溪大台沟矿业有限公司由深圳市亿众鑫矿业投资有限公司（万利加集团下属公司）、辽宁省地质矿产调查研究院联合组建。

大台沟矿业以“第二找矿带”找矿思路为指导，并充分利用已有的资料，在2008～2013年对大台沟矿区的8～23线地段进行钻探，共施工35个钻孔，总进尺61000多米，查明大台沟铁矿为一厚度巨大、急倾斜板状矿体，控制矿体走向长度3200米，平均宽度870米。

在当前国际矿石垄断集团控制矿价的形势下，大台沟铁矿的发现对中国的矿业具有十分重要的战略意义，开发大台沟铁矿，对缓解国内矿产品供需矛盾、减少矿石进口数量、平抑进口矿石价格将发挥重大作用。

1.大台沟铁矿简介1.1地质概况大台沟铁矿位于辽宁省本溪市桥头镇，距沈阳市南87千米，距本溪市16千米，沈丹、本辽高速公路、铁路、国道从矿区东部和北部通过，有村镇级柏油公路通往沈丹、本辽高速公路，交通十分便利。

大台沟铁矿位于华北陆块的北缘，胶辽地块上太子河-浑江台陷的边部，中国鞍山-本溪沉积变质型(BIF)铁矿重要成矿区带上。

区内地质构造较复杂，变形变质作用明显。

出露地层有太古界鞍山群，下元古界辽河群，上元古界青白口系和震旦系、古生界及新生界地层等。

区内已发现特大型铁矿6处，大中型31处，约占全国总储量的1/5，我国著名的鞍山钢铁集团、本溪钢铁集团都坐落在本区之内。

2010年大台沟矿业递交的《辽宁省本溪市大台沟矿区15-4线铁矿详查报告》通过了辽宁省矿产储量评估专家组评审，并完成了储量认定。

辽宁省国土资源厅以辽国土资储备字[2010]358号文对大台沟铁矿15-4线详查报告予以备案，共提交铁矿资源量34.74亿吨，平均品位32.59%。

2011年在详查基础上增加9个钻孔，至此累计施工35个钻孔，完成进尺6.1万余米，除有3个钻孔未见矿外，其它钻孔均见到铁矿体，见矿深度一般在1100～1400米，终孔深度在1701～2465米，其中有4孔穿透矿体北东边界，其余钻孔均未穿透矿体，估算增加资源储量8亿吨。

大台沟铁矿体为一厚度巨大、陡倾斜的板状体，推断矿体走向长大于 6 千米，矿体下延大于1.5千米。

详查范围为磁异常中心部位15-4线，控制矿体走向长2000米，矿体顶界面埋深1100～1200米（标高-900～-1000米），宽度578～1152米，平均宽度870.68米，控制矿体最大垂直延伸809米，矿体呈单斜层状产出，厚度变化小，变化系数Vm19.67%。

铁矿石中主要含铁矿物有：磁铁矿、赤铁矿、假象赤铁矿，以前两种为主。

矿区TFe品位一般在25～40%之间，最高达62.41%，MFe最高达50.63%。

全矿床平均品位32.59%，矿体品位变化系数20.2%，属均匀型。

对施工的9个钻孔进行了井中温度测量。

井中测量温度范围48-61℃，高于正常地温，属正常地热梯度变化范围。

矿区放射性元素测试结果显示，矿区放射性不超标。

1.2矿山特点1.2.1储量大、埋藏深大台沟铁矿是目前世界上发现的资源量最大的单体铁矿，矿体为一厚度巨大、陡倾斜的板状体，倾角80-90°，中部隆起，向北西和南东两侧倾伏，推断矿体走向长大于6 千米，矿体下延大于1.5千米，且走向两端不封闭。

矿体顶界面埋深1100～1200米（标高-900～-1000米），区内共施工42个钻孔终孔深度在1701-2465米，其中只有4孔穿透矿体北东边界，其余钻孔均未穿透矿体。

1.2.2开采难度大大台沟铁矿属于特大型超深、超厚矿床，矿体为较脆硬的层状，岩石质量、完整性及其稳定性较好，首采区段地压在35MPa左右。

可能存在岩爆、开采地表塌陷等工程地质灾害问题；在今后井下开采过程中具有岩爆倾向的主要井巷，确保其长期稳定性的支护与防治措施；岩爆突发区的圈定、监测与控制等，是大家密切关注的问题。

矿区内地表水系发育，东部有细河由南向北通过，矿区构造发育，其中一条断层穿过细河，是否沟通细河河水尚需进一步查明。

钻孔测量温度范围48-61℃，高于正常地温。

对未来矿区通风降温、生产组织、成本控制等造成困难。

矿山建设面临着高地压、顶板含水、高井温的三重自然不利因素的挑战，使得我们必须提前做好准备，积极引进外部力量，同国内外重点科研机构展开合作。

1.3大台沟铁矿建设对国际国内的影响大台沟铁矿的勘查开发完全符合国家矿业发展的大方向，对中国矿业具有十分重要的战略意义，表明了“第二矿带”找矿的宽广前景。

在当前国际铁矿石市场供应紧张，矿价上涨的形势下，开发利用大台沟铁矿，乃大势所趋，十分必要。

大台沟铁矿一期建成以后，可年产铁精矿1000万吨，对缓解国内矿产品供需矛盾和抑制铁矿石进口数量与平抑进口矿价格有着重要作用。

2.地下开采的技术构思在当前国际铁矿石市场价格波动，国外三大矿业集团垄断的情况下，作为目前世界上最大的单体铁矿，探索可行的开采技术方案，控制并降低建设和运营的成本是大台沟铁矿开发建设的核心。

在充分考虑国内外钢铁市场，并借鉴国内外矿山的成功建设经验基础上，提出了大台沟铁矿地下开采的关键技术构思。

2.1设计模式大台沟铁矿储量巨大、矿体埋藏深，要建成“大规模化，大机械化，自动化和数字化”的四化矿山，须按当前世界最先进水平进行规划、设计。

国内没有同类矿山设计先例，世界范围内，只有瑞典基律纳铁矿与大台沟铁矿在资源储量、矿山规模、矿体埋深等方面相似。

为了更快更好地开发大台沟铁矿，自2008年开始，我们开展了一系列国内外考察，足迹遍及国内外相关典型矿山、设计研究机构和设备供应商，以及矿建施工单位。

经过两年多的国内外矿山交流考察实践，最终确定了“通过引进国际优秀设计团队，应用国际先进的设计理念，采用最先进的矿山生产工艺、设备，配合国内大型矿山设计院，联合设计”的思想。

具体实施方法是：由国外具有井下大型矿山设计经验的设计公司承担主体技术设计，同时在提升、运输、爆破、通风、精矿管道输送等工艺均邀请外国公司参与专项设计，再由国内具有井下大型矿山设计经验的设计院承担集成设计。

2.2 与国内外顶级公司团队的合作（1）矿山勘探和资源评估与澳大利亚MicroMine公司合作，请其担任国际矿产资源量评估报告咨询顾问，以国际标准规范探矿工作。

（2）岩石力学与地下水防治与Itasca公司通过国际合作建立其大台沟铁矿崩落法开采矿山设计、岩石力学评价及地下水防治的工作流程，确保大台沟铁矿设计和开采实践活动生产流程上的国际化标准。

（3）爆破与澳大利亚澳瑞凯（Orica）公司就凿岩爆破，炸药，起爆器材及装药设备进行了深入的合作，探讨合作建立散装炸药原料制备站。

Orica将以优质的爆破产品和先进的爆破设计方法配合大台沟铁矿，解决大结构参数的凿岩爆破难题。

（4）矿山设计与咨询拟聘请WSP、Hatch 、AF、AMC、PSI等外国矿山设计公司参与大台沟铁矿的技术设计，包括提升、运输、爆破、通风、精矿管道输送等工艺专项设计，最后由国内设计院进行设计转化，形成完整的施工图设计文件。

除此之外，还与长沙矿山研究院、长沙矿冶研究院等国内顶级的专业研究院所和高校合作。

（5）国际一流的供应商团队大台沟铁矿采矿、提升、运输和通风设备均采用国际一流的装备。

拟选择的供应商团队有瑞典ABB、德国SIEMAG、瑞典SANDVIC、芬兰ATLAS、瑞典GIA、澳大利亚ORICA、德国SCHALKE等。

2.3超深地下采矿的关键技术构思2.3.1超大结构参数无底柱分段崩落法大台沟铁矿建设计划达到3000万吨/年这样的产能规模目前在世界范围内的地下矿山是最大的。

根据有关资料显示，国内大型地下矿山规模在400万吨/年-800万吨/年，近几年有在建的矿山达到1500万吨/年或更大。

世界范围内的大型地下矿山如下表：表2-1 世界范围内大型在产或拟建地下矿产量矿山开采方法所在地（吨/天）昆钢大红山铁矿(在建) 分段崩落法中国云南24, 000亨德森（Henderson）自然崩落法美国36，000 河北钢铁司家营铁矿(在建) 充填法中国河北45，000 马尔姆贝里耶（Malmberget）分段崩落法瑞典45，000 安迪那（Andina）自然崩落法智利72，000基律纳（Kiruna）分段崩落法瑞典76，000 自由港-DOZ（Freeport – DOZ）自然崩落法巴布亚新几内亚80，000 奥尤陶乐盖（Oyu Tolgoi）（在建）自然崩落法蒙古85，000 大台沟铁矿一期（在建）分段崩落法中国本溪90，000 丘基卡马塔（Chuquicamata）地下矿（在建）自然崩落法智利120，000 特尼恩特（El Teniente）* 自然崩落法智利130，000 自由港-GBC（Freeport – GBC）* （在建）自然崩落法巴布亚新几内亚160，000目前，崩落采矿方法是世界范围内地下矿山大规模化的主要采矿方法，所以大台沟铁矿选定了自然崩落法和分段崩落作为备选采矿方法。

经过大量的岩石试验和论证，认为大台沟铁矿岩石强度高，完整性好，更适合无底柱分段崩落法。

图2-1 无底柱分段崩落法采矿结构参数对比关于产能验证，根据国内设计院的计算，完全可以达到3000万吨/年，还为扩大产能留有余地；国外的设计院和资深专家顾问也认为大台沟铁矿的产能潜力巨大，通过优化设计可以进一步提高产能。

2.3.2矿井开拓大台沟铁矿拟采用竖井与采区斜坡道联合开拓，阶段高度300m，采区开拓采用大结构参数布置，采区溜井采用垂直溜井布置方式，运输水平为折返式标准轨运输；通风系统划分为采区、运输、溜破三大独立单元，采场通风分上下盘两大通风区，并采用分区通风方式。

设计方案的三维建模图如下：图2-2 大台沟开拓系统示意图该开拓方案共有竖井18口，2条采区斜坡道，及其他开拓巷道及硐室。

其中建设五口Φ6.5米主井，两口Φ9.5米副井，并兼做进风，一口措施井,十口风井。

2.3.3多组穿脉并列折返式标准轨无人运输系统按国内传统的地下矿山运输理念，有轨比无轨运输效率高、运行成本低，但国外大规模矿山也有用卡车运输的成功范例。

为了既能满足产能要求，又降低成本的考虑，进行了多种运输方式的比较。

首先从有轨和无轨运输选择中确定了有轨运输的方式。

关于有轨运输水平的布置，传统的经验认为，大型矿山用环形穿脉运输，中小型矿山用折返式运输巷道布置，但是这一经验在大台沟铁矿并不适用。