無底柱淺孔留礦法在中小型鐵礦的應用

宋付生

靈丘縣位于大同東北部，上世紀90年代末，鐵礦開采迅速發展，但厚度超過10m的礦體為數不多，采礦規模不大，以中小型礦山居多。隨著開采時間的推移，露頭礦體大部分已開采完畢，現大多數礦山轉入地下井工開采。由于技術力量薄弱，礦山普遍延用巷道式空場法采礦，這種方法安全隱患很大，時有安全事故發生，同時回采率低，對資源造成一定的浪費。因此開采方法制約著當前礦井的安全生產，采礦方法改革勢在必行。

1采礦方法現狀

目前，受采礦設備及技術的影響，多采用巷道式空場法。在采礦設計中，多數設計院推廣有底柱的淺孔留礦法，但由于底部結構復雜，巷道掘進量大。一個中段高度45m，礦塊長度50m的回采作業面其掘進量250m以上，掘進成本過高，因此被許多礦山放棄，開采方法重新回到巷道式空場采礦法。所謂巷道式空場采礦法就是每間隔20m一個分層，沿礦體走向掘進巷道，采用后退式連續無間柱向上挑頂壓礦，三輪車或拖拉機直接進入采場裝礦運輸。一般采高只能在10-15m。

巷道式空場采礦法不分礦塊、礦柱，采場結構簡單，工藝簡單，現在在靈丘縣鐵礦普遍使用。但是該采礦方法存在兩個非常大的隱患：一個是作業人員直接暴露在采場下進行采裝作業，采場頂板高度超過5m時無法管理，頂板傷人和損毀設備事故時有發生；二是采場沒有形成通風系統，雖然分層之間相互貫通，但當超過三個分層以后，有害氣體只能通過長時間擴散通風解決。由于井下普遍采用柴油車裝載、運輸，井下作業環境相當惡劣，尾氣排放對井下作業人員造成很大的傷害。而且該方法由于分層厚度只有20m，回采高度只有10-15m，因此回采率極低，資源浪費嚴重。

2無底柱淺孔留礦采礦法

2.1無底柱淺孔留礦法適用條件。無底柱淺孔留礦法與有底柱的淺孔留礦法適用條件一樣，要求礦體厚度一般不超過10m，傾角在50°以上，礦體穩定，產狀單一，無結塊、無自燃。而這些要求恰是靈丘縣鐵礦體賦存的普遍特點。

2.2采場結構與回采作業。無底柱淺孔留礦法實際是在有底柱淺孔留礦采礦法的一種改進，其顯著特點是不掘漏斗，甚至不掘拉底巷，運輸巷道采用在礦體下盤與礦體走向相一致的脈外運輸巷，直接從脈外運輸巷道通過裝礦聯絡巷進入礦體，然后沿礦體走向向兩邊掘進，兩邊裝礦聯絡巷通過兩到三茬炮相互貫通，然后向上挑頂回采作業。用電鏟或裝載機進入裝礦聯絡巷從采場裝礦作業。裝礦人員及裝礦機械不必暴露在采場內，較為安全。

2.2.1采場結構參數及采場切割工程。依據礦體產狀和礦體埋藏狀態將運輸巷道布置在礦體下盤，且位于下個中段塌陷區外的堅硬完整巖石中（此運輸巷道可用于下個中段的回風巷），距礦體一般6~15m。裝礦聯絡巷道出礦，裝礦聯絡巷間距一般5m（裝礦巷道一般掘3m寬即可），圍巖破碎地段可適當加大。裝礦聯絡巷道與運輸巷道呈70°左右夾角傾斜布置，便于裝載機械出入。

2.2.2回采作業。無底柱淺孔留礦法裝礦巷道沿礦體全部相互貫通后采場形成回采空間，然后逐層向上壓頂回采。回采時首先對工作面頂板的浮石和片幫進行處理，對工作面下部的存留礦石進行平場，然后站在礦堆上向上打眼、裝藥、爆破作業的方法進行回采作業。爆破結束后在裝礦巷道進行裝礦作業。采場礦堆距頂板的高度不得大于2.5m，以利于頂板安全處理和打眼爆破作業，只有當采場礦堆高度小于1.8m時才可以進行裝礦作業。裝礦作業要嚴格控制每個裝礦聯絡巷的出礦量，保持采場內落礦面平整，在受放礦影響的落礦面上，禁止人員通行和作業。如發現崩落的礦石懸拱，必須及時處理。不處理礦石懸拱不得進行其它作業。為減少懸拱的發生，要嚴格控制大塊，當出現60cm×60cm×60cm的大塊時，必須進行二次爆破。一般情況下，每次出礦量約是當次采場爆破落礦量的1/3。

1、脈外運輸巷；2、天井聯絡巷（由此進入天井）；3、裝礦聯絡巷；4、存留礦石；5、彩場聯絡道；6、天井；7、間柱；8、采空區；9、進風天井；10、頂柱；11、回風天井；12、脈外回風巷

圖1無底柱淺孔留礦法采場結構圖

2.2.3采場通風。井下通過在采場附近設置風門和密閉等通風設施使新鮮風流直接清洗工作面。一般通風線路為：運輸大巷（新鮮風流）→ 進風天井→采場（清洗工作面后成污風）→回風天井→回風巷→回風井→經主風機排出地面。

2.2.4礦柱回收與采空區處理。采場壓頂回采只剩頂柱后，即可大量出礦，大量出礦前在下個回采工作面不用的間柱上打眼，待采場大量出礦結束時拆除梯子間，然后裝藥爆破，回收間柱礦量。采場內落礦出清后，采場頂板如果大面積垮落則將采場直接封閉，如果采場頂板未垮落，則對未垮落頂板打眼，強制放頂，將采空區堆放巖石進行充填，然后封閉采空區。也可以將回風巷道掘進過程中產生的廢石從天井上口倒入采空區，可減少廢石出井量。

3存在問題

3.1機械化程度低，天井掘進難度大。采場內打眼作業前需對礦堆進行平整，完全靠人工作業，勞動強度較大。天井掘進時一般沿礦體掘進，當礦體破碎時，要將天井掘在底板中。向上打眼作業，機械化程度低，難度大，危險性高，而且通風困難，管理不當時會出現有害氣體中毒或人員掉落事故。

3.2礦柱損失和貧化。回收過程中礦柱起了分割采區空間的作用，但頂柱不可回收，間柱也可能有部分回收不了，成為永久礦。因此在條件充許的情況下盡可能將將工作面布置的長度要大，中段高度要大，但高度超過50m掘進天井會很困難。如果礦體頂底板巖層比較破碎，回采過程中出現嚴重垮落，礦石貧化會較為嚴重。

4結語

雖然無底柱淺孔留礦法，存在上述缺點，但相比巷道式空場采礦法具有以下優點：（1）礦柱損失小，回采率一般可達到85%左右。而巷道空場采礦法每17~20m劃分一個中段，頂柱高度4~6m，資源損失嚴重，通常情況下回采率只能達到65%左右。（2）采場打眼作業時由于高度控制在1.8~2.5m，所以易于頂板管理，可以大大減少頂板事故的發生。（3）裝礦作業不在采空區內，裝礦人員和裝載機械不受頂板威脅。（4）進、回風天井的掘進，使工作面形成合理的通風系統，井下運輸巷道和工作面受到新鮮風流清洗，通風有保。

總之，無底柱淺孔留礦采礦法相對靈丘縣鐵礦現有的采礦方法不但提高了鐵礦的回收率，而且極大改善了井下的作業環境條件，安全性大為提高，是中小型礦山采礦方法發展的方向。