某磷礦急傾斜雙層礦體采礦方法研究

歐任澤,胡漢華,周 禮

(1.中南大學 資源與安全工程學院, 湖南 長沙 410083；2.長沙礦山研究院有限責任公司, 湖南 長沙 410012)

0 引 言

某磷礦體由a、b礦層及中間夾石層構成，其中a礦層位于夾石層下盤，b礦層位于夾石層上盤。礦體上緩下陡，上部礦體平均傾角約60°，下部礦體平均傾角85°～90°。設計采用分段空場法回采，分段高22～23 m，采幅15 m，采場沿礦體走向布置，每隔50 m留6～8 m間柱。分段回采時，沿a、b礦層走向各掘進一條4.0 m×4.2 m的鑿巖巷道，采用YGZ90鉆機鉆鑿上向扇形中深孔崩礦，崩下礦石用裝載機裝入卡車運至地表。在該礦回采過程中，大部分采場的直接頂柱、上盤以及夾石均有垮塌，其中以a、b礦層間的夾石垮塌最為嚴重。隨著開采深度的增加，地壓危害加劇，礦巖垮塌有愈演愈烈之勢。受此影響，井下采場實際采高約10 m，余下礦石均無法采出，礦石損失率高達50%以上。此外，作業人員和設備的安全受到嚴重威脅。為此，該礦委托長沙礦山研究院有限責任公司開展采礦方法方面的研究，以期提高資源回收率，改善井下作業安全條件，實現安全經濟高效開采。

1 礦山開采工程地質條件

該礦礦體近一半位于當地侵蝕基準面之上，礦山外部北西面有巖坑河分布，相距500 m以上，區內地表水與地下水聯系不密切，地下水補給條件差，礦床的充水巖層燈影組白云巖富水性中等，屬以溶蝕裂隙為主、頂板直接充水的水文地質條件中等的巖溶充水礦床類型。

礦體直接頂板為淺灰色薄層狀含磷白云巖，厚度較穩定；夾石層為淺灰色中層狀含磷微粒白云巖，頂部具不穩定的硅質團塊,或磷硅質團塊并夾雜有不穩定的白云質磷塊巖透鏡體；底板為淺灰色中厚層狀細粒白云巖。根據現場揭露情況，a礦層下盤巖體中等穩固以上，上盤巖體中等穩固～不穩固；b礦層下盤為夾石，中等穩固～不穩固，上盤十分軟弱，極易垮落，下盤與隔層間存在泥質層。

2 采礦方法設計

2.1 采礦方法初選

在空場法、崩落法、充填法[1￣3]3類方法中，采用空場法將遺留大量采空區隱患[1￣4]，同時不能滿足處理選廠尾砂的要求，且該礦回采實踐已證明該礦巖石條件不適宜采用空場法開采；崩落法是一種安全高效低成本的采礦方法[5]，但其礦石損失貧化大，同時地表崩落可能引發一系列生態問題，選廠尾砂也得不到處理，因此崩落法也不適合作為該礦主要的采礦方法。由此通過排除的方式初步確定適合該礦開采技術經濟條件的采礦方法為充填法。

2.2 采礦方法設計

結合該礦礦巖穩固性進行分析論證，最終確定適合該礦的最優采礦方法為上向水平分層充填采礦法[6]，其中a礦層采用常規方法開采，b礦層采用進路法分步回采。其典型方案如圖1所示。

根據該礦開拓現狀，中段高度定為46 m，分段高度10～14 m，一個分段內劃分為3～4個分層。礦塊垂直于礦體走向布置，沿走向長50～55 m，寬為礦體厚度。為控制采場頂板暴露面積，相鄰礦塊間及采場回采單元內留設4 m寬永久礦柱。

主要采切工程包括中段運輸巷道、采區斜坡道、分段巷道、分層聯絡道、充填回風井、溜井、切割平巷等。

2.3 回采充填工藝

圖1上向水平分層采礦法典型方案

1—分段平巷 2—分層聯絡道 3—溜井 4—礦石堆 5—條柱 6—泄水井 7—充填回風井 8—鏟運機 9 充填管 10—充填料 11—澆面層 12—步采進路 13—二步采進路 14—鏟運機

(1) 鑿巖。采用YT-28鑿巖機鑿巖，確定炮孔深度2.5～3.0 m，炮孔直徑40 mm。采場每層礦體回采時，施工4排水平炮孔：第1、2、3排炮孔為主落礦炮孔，排距為0.9 m，孔距為0.8～1.0 m；第4排炮孔為光面爆破控制孔，距第三排炮孔0.6 m，孔距為0.5～0.6 m。

(2) 爆破。鑿巖結束后，清潔炮孔，采用人工裝填卷狀炸藥，采用毫秒微差導爆管雷管起爆。其中，第1、2、3排落礦炮孔裝藥系數為0.5～0.6，第4排光面爆破控制孔的裝藥系數為0.1～0.2。

(3) 通風。新鮮風流自分段平巷經分層聯絡道進入采場，污風經充填回風井到上中段回風巷。為了增強通風效果，可在充填回風井、采場中分別安設輔扇和局扇。

(4) 出礦。出礦采用WJD-2電動鏟運機。采場爆破前，鏟運機駛離礦房進入分段平巷，爆破通風完成后，鏟運機自采場分層聯絡道入口開始出礦。初期少量礦石運至脈外溜井放礦，當脈內溜井清理出來后，礦石即可直接倒入脈內溜井。

(5) 充填。采場分層落礦結束、經驗收合格后，將設備移出采場，按設計要求架設充填管、順路鋼溜井、人行濾水井，并砌筑好隔離墻后即可進行充填。a礦層一次充填高度為2.0～2.5 m,每次充填后的空頂高度為1.5～2.0 m；b礦層進路充填時應充分接頂。

2.4 主要技術經濟指標

該礦上向水平分層采礦法主要技術經濟指標見表1。

表1 上向水平分層充填法主要技術經濟指標

3 結 論

針對某磷礦急傾斜雙層礦體開采中存在的作業安全性差、資源損失嚴重等問題，結合該礦實際開采技術經濟條件，分析選擇上向水平分層充填采礦法為最優方法。該方法盤區生產能力為500.0 t/d，礦石綜合損失率為19.2%，貧化率為5.0%，作業安全條件較原方案得到了極大改善，同時資源回收率也得到了顯著提高。

參考文獻：

[1]解世俊.金屬礦床地下開采[M].北京：冶金工業出版社，2007.

[2]張富民.采礦設計手冊：礦床開采卷[M].北京：中國建筑工業出版社，1987.

[3]于潤滄，劉育民，唐 建.采礦工程師手冊[M].北京：冶金工業出版社，2009.

[4]楊通錄.分段空場法在錫鐵山鉛鋅礦的應用[J].采礦技術，2014,14(2)：3￣4.

[5]周宗紅.夏甸金礦傾斜中厚礦體低貧損分段崩落法研究[D].沈陽：東北大學，2006.

[6]胡道喜.上向進路與上向分層充填法在李官集鐵礦的應用[J].金屬礦山，2011,4(1).