宜昌緩傾斜中厚層磷礦開采技術研究

王國均

摘 要：宜昌磷礦作為全國五大磷礦基地之一，資源儲量位居全國第二，有近50年的開采歷史，以往開采的主要是礦區中部及南部區域的殷家坪、桃坪河、鹽池河、樟村坪、店子坪等礦段，礦層為下磷層，厚度穩定均衡，基本在4米以下，采用一次性全層開采法。隨著南部資源逐漸消耗，北部杉樹埡、云臺觀、江家墩、孫家墩、挑水河能及興神、保康等礦段逐漸得到開發。然而北部礦層以中磷層為主，礦層厚度變化較大，常有厚達6-12米以上的中厚礦層，以往的開采方法不再適用于這部分中厚礦的開采，這部分中厚礦體對采礦技術提出了新的要求，對中厚礦體的研究十分必要。

關鍵詞：宜昌；磷礦；開采技術

中圖分類號：TB 文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.06.085

1 項目研究的目的、意義

湖北杉樹埡礦業有限公司杉樹埡磷礦位于樟村坪磷礦區內，是最早進行宜昌中磷層開采的大型礦山，礦區面積7.8781平方公里，地質儲量1.31億噸。主要工業礦層Ph22和次工業礦層Ph12均為晚震旦世淺海相磷塊巖與白云巖沉積建造，主要成分為CaO、P2O5、MgO、SiO2、Al2O3、FeO等。礦層頂板為薄至中厚層狀白云巖，泥質含量較重，裂隙非常發育，東南部鄰近河床部分滴水嚴重，導致頂板結構差，容易在開采過程中隨之冒落，底板為厚層狀粉晶白云巖，穩定性良好。

通過鉆探和坑探揭露，杉樹埡磷礦四采區西部和北部、以及二采區中部Ph22礦層磷塊巖中厚礦體特別發育，西部礦體平均厚度6米，北部礦體平均厚度約為8m，面積12.6萬平方米，總地質儲量約為238.7萬噸，礦體賦存總體上呈三分性：上部為1-2米的上貧礦，中部為3-5米的中富礦，下部為1.5-3米的下貧礦組成。其中中富礦極為破碎，礦柱尺寸不合理或爆破方法不當容易造成礦柱劈裂從而導致礦柱喪失承載力，可能引發山體大面積塌陷等地質災害的發生。

然而，目前中厚礦體、尤其中水平、近水平、緩傾斜（礦層傾角小于30度）的開采技術存在較多不足，主要表現在：

第一，采礦方法的選擇存在較多限制條件。相對高額的充填費用來說磷礦價值較低，水平或近水平空場中，充填料難于自流，不能很好接頂，難于選擇充填法采礦。

第二，設備的適應性比較差。對于中厚礦體，小型設備在鑿巖方面難于同時控制頂底，不能一次性全層打眼，同時不好裝藥，大型設備受巷道空間限制，難于進入工作面。

第三，安全管理難度大。采場高度在4米以上時，難以對頂板浮石進行檢查，不能及時發現處理安全隱患，即使一小塊浮石可能造成大的傷害。分層采礦時，下部平臺采礦對礦柱破壞性大，頂板支護不好操作 。

第四，資源的回采率低。如果不能一次回采完全層，而又不分層回采，勢必造成一定資源的浪費。另外，由于礦層較高，礦柱高度大，要保證礦柱在受力狀下保持穩定，必須加大礦柱，視礦石本身穩固性呈下大上小臺型留設礦柱，降低了回采率。

第五，地壓管理及地質災害防治困難。水平中厚礦體對應地表面積大、憑頂板巖層垮落松散充填采空區達到安全狀況困難。

通過對緩傾斜中厚礦體磷礦開采技術研發，解決緩傾斜中厚礦體磷礦開采中的困難，可以探索中厚礦體、尤其中近水平狀況下的中厚礦體磷礦的采礦方法、成一套成熟實用的回采工藝，為類似礦體的回采提供指導與借鑒，提高類似礦山的資源回收率；探索開拓、采準工程布置及礦房構成要素及參數，減少脈外廢石巷道，節省工程投入；提高設備的適用性；探索頂板管理及支護方式，提高作業過程中的安全性；形成地壓管理及空區監測辦法，有效防范或前海地質災害影響。

2 本項目研究現有科技水平

中厚礦體采礦，尤其是近水平、緩傾斜中厚礦體地下開采，是公認的地下開采一大難題，目前國內外沒有比較完善的開采技術和采礦方法。對于急傾斜（傾角大于）中厚礦體，部分礦山（如貴州開磷集團）采用脈外開拓，分段空場法、中深孔爆破，重力搬運方式取得一些進步。但其局限性非常明顯，最主要是要求礦層傾角較大，要求38度以上，礦渣能憑自身重力搬運，對緩傾斜中厚礦體無能為力，不適合宜昌絕大部分礦山；另一局限就是脈外開拓量大，主要巷道及采準巷道全部布置在脈外，成本較高。

湖北杉樹埡礦業有限公司杉樹埡磷礦位于宜昌市夷陵區樟村坪鎮黃家臺村與董家河村之間，成立于2006年1月，注冊資金為1.02億元。現在礦山基建工程已經結束，2008年底取得采礦許可證，并通過了安全驗收，具備了年產150萬噸磷原礦的生產能力。

杉樹埡磷礦賦存的多樣性特點，使得進行中厚礦體研發有資源及技術基礎，從2010年5月杉樹埡磷礦在開拓揭露出礦區的四采區西部和北部Ph22礦層磷塊巖中厚礦體，及時聘請武漢工程大學專家進行理論研究和現場試驗，已經取得了一定的現場經驗，為項目規模開展積累了經驗和數據。

3 研究內容

3.1 項目的主要研究內容及關鍵技術

項目研究的主要內容為：緩傾斜中厚礦體錨網護頂雙通道運輸分層采礦法。

（1）在劃定的回采單位內，分別采用先將頂部礦石采完形成切頂再進行降底的方式或先拉底后挑頂方式，比較兩方法安全性確定基本可行的回采方法。

（2）比較無支護狀態下空場法礦房頂板垮落跨度與錨網噴狀態下空場法礦房頂板垮落跨度，確定合適的支護密度與跨度。

（3）對比不同幾何尺寸下的礦柱支撐效果與資源回收率確定合適的礦房參數。

（4）觀察地壓顯現情況與空區面積、頂板冒落與采空時間關系，摸索規律，確定地壓防治方法。

3.2 主要的技術創新之處

3.2.1 純脈內采準工程布置

中段運輸、通風及回風巷道、分層開采的上、下分層運輸通道、硐室等采準工程全部布置在礦層之中，減少脈外的廢石巷道，減少工程投入、降低生產成本。目前國內開采中厚礦體基本上是在礦體的上、下盤脈外掘進施工主要運輸通道后掘進石門與礦體連接形成采準布置，然后施工切割、拉底巷進行中深孔爆破實施礦房回采，例如開陽磷礦，在開采中厚礦體時，受到地質賦存條件和開拓系統等的影響，為了后期采礦的需要，均將采準巷道布置在脈外，導致采準脈外工程量大，施工周期長，投資費用高，費工耗時，經濟上極不劃算。杉樹埡礦中厚礦體均為水平-緩傾斜礦層，借助傳統的薄礦體脈內布置的思想，將采場運輸通道沿脈布置，杉樹埡礦在開采這類中厚礦體時，采用無軌開拓，利用無軌運輸設備較強的機動性能，采準巷道全部布置在脈內，有效避免了施工脈外巷道帶來的采準工程量大，投資費用高，巷道布置復雜等不利局面。

3.2.2 雙通道解決上下分層運輸和連續施工

雙通道可有效避免第一分層之后的施工作業長期暴露于空場之下，可解決兩分層同時遵循回采順序的問題，上、分層出礦運輸通道相互獨立且回采工作面相互聯系而不混亂，減少兩層兩層回采時間間隔。若采用全層開采或單一通道混合運輸分層開采。全層開采中厚礦體由于設備作業高度有限，安全得不到保證等一系列因素，往往只對其中3-4m高的富礦層進行了開采，回采率極低，存在嚴重的采富棄貧，浪費資源現象。采用單一通道混合運輸分層開采，由于上分層切頂回采和下分層降底回采的礦石都需經過同一切割運輸道運出，導致切頂回采和降底回采不能同時進行，功班功效較低，同時整個回采戰線過長，切頂回采形成的空區暴露相當長一段時間后才能進行降底回采，導致降底回采時極不安全。針對上述采礦方法存在的缺陷，杉樹埡礦在開采中厚礦體時，采用雙通道建設分層開采、連續施工工藝，即先切頂，后降底，在礦房內分別布置切頂、降底兩條運輸通道，上部切頂層的礦石由切頂回采，沿上部運輸通道運出，下部降底層的礦石由降底運輸通道運出，這樣可以保證上部切頂回采和下部降底回采同步進行，保證施工的連續性，最大程度提高了功班功效，同時降底回采線緊挨切頂回采線，兩者之間間隔距離短，頂板暴露時間短，保證了降底回采時的安全。

3.2.3 錨網噴預控頂

合理有效的護頂是保證全層安全回采的前提，本技術采礦用根據頂板及圍巖自身穩固情況，采用錨桿、掛網、混凝土噴漿綜合預先控制頂板及礦柱穩連帶，保證后續作業的安全。杉樹埡磷礦在本項目正式啟動之前，與武漢工程大學專家、教授一起進行了采礦方法的理論研究，研究采取錨桿掛網支護、錨桿噴漿支護、噴漿支護等方式，存在掛網以后不能很好地控制頂板浮石，浮石風化后和錨桿、網片整體脫落，形成險情；同時由于支護離施工爆破作業面較近，爆破后將支護破壞重新支護等情況。單純錨桿噴漿支護存在重復爆破后對頂板震動形成頂板局部冒落。單純噴漿支護更是如此。中厚礦體開采過程中，護頂是非常關鍵的一步，直接關系到整個礦山的安全生產管理。下部開采過程中頂板超過4米后無法用人工準確對頂板進行有效檢查和及時支護控制，造成頂板處于失控狀態，安全管理風險大。目前宜昌周邊地區中厚礦體開采時，在護頂方面經驗不足，采取的措施欠妥，一般采用錨桿支護或錨網支護，且錨桿呈平行布置，長度不夠，打注角度較低，一般在45°以下，整體支護質量較差，支護后仍有頂板大面積垮落的現象，導致安全事故頻發。有時為了避免安全管理上的難題，開采時只將中部的富礦一次性回采結束，將上、下貧礦棄于空區。 杉樹埡礦在開采中厚礦體時，摸索總結周邊礦山先前的經驗教訓，在護頂時采用錨桿掛網噴漿支護，在斷層、裂隙等地質構造較發育，巖層比較破碎的地段，采用錨桿連接筋掛網噴漿支護，以提高對頂板的支護質量，錨桿呈扇形布置，長度達到3m，角度達到70°，打注到穩定巖層內，兩側錨桿要求由幫壁打注到頂板內，提高幫壁與頂板的整體性，網片網度要求達到0.1m×0.1m，噴漿厚度要求達到10cm以上，通過噴漿后，讓錨桿、網片和頂板連接成一個整體，提高了支護強度。

3.2.4 采用先進的多點位位移計和鉆孔應力計進行礦柱受力和頂板位移變化進行檢測

總結礦柱受力變化和頂板變化規律控制地壓的破壞作用。中厚礦體礦層高，形成空區后，頂板來壓大面積垮落產生的沖擊波很大，不進行科學觀測和采取有效的工程措施將空區隔離，將對人員和物資是一個非常大的安全隱患，因此中厚礦體采空區管理十分重要。但很多礦山在開采厚礦體時，對地壓管理這項工作都不太重視，只是象征性的采取木滑尺等傳統監測手段進行地壓監測或根本置之不理，傳統的木滑尺監測，由于受外在因素影響大，人為誤差及監測點有限，可信程度不高，同時每次監測，監測人員必須深入空區，監測人員的安全得不到保證。

杉樹埡礦通過采用鉆孔式多點位移計和鉆孔壓力傳感器對采空區頂板的位移變形及礦柱承受的壓力等數據進行實時監測，其監測點多，監測范圍廣，數據準確，精度高，大大提高了采空區地壓監測的可信程度，能夠及時有效監測采空區頂板的受力變性程度，準確判斷采空區來壓情況和頂板大面積冒落的時間段，為保證鄰近采區人員設備的安全提供了有效保證。另外在空區形成前將礦山施工中產生的廢石分階段充填到采空區，降底空區的高度，對頂板的冒落起到部分緩沖的作用，當空區面積達到1萬㎡左右時，采用毛石漿砌隔離帶，將采空區隔離封閉，防止頂板冒落產生的沖擊波對鄰近采礦區的人員和設備造成危害。

3.3 主要的技術、經濟指標

該項目計劃于2011年2月開始實施，項目總投資1470萬元，建設期一年。

項目建成實施后，通過采用水平中厚礦體錨網噴漿護頂雙通道分層開采法對杉樹埡磷礦中厚礦體進行開采，與傳統的一次全層開采方法相比，礦體下部約4m厚的礦層能夠得到開采，合計約可多采出1.26×105㎡×4m×2.8t/m3×78%=110萬噸磷礦石，從而讓中厚礦體得到充分的開采和利用，并實現其經濟價值和社會效益。

4 研究試驗方式及工藝方法

4.1 實驗區域

根據杉樹埡中厚礦體分布情況，結合杉樹埡整個礦井的回采用順序以及當前已形成井巷及基礎設施，選擇杉樹埡中厚礦體回采的試驗區域。

杉樹埡中厚礦體主要分布在礦區北部、西部，北部中厚礦體相對厚度穩定、中間可剔除夾石較少，適宜優先實驗；杉樹埡礦回采順序總體上是以主平硐為中心后退式回采，礦區劃分為四個采區，四個采區同時開采，一、二、三采區從南向北自上而下開采，四采區從北部邊界向南退采。北部中厚礦體位于四采區北部，是首期回采地方段；加之四采區通風、運輸等開拓巷道已經形成，具備開始回采條件。所以，杉樹埡中厚礦體實驗首先從礦區北部開始。

4.2 實驗方式及研究內容

（1）在劃定的回采單位內，分別采用先將頂部礦石拿完形成切頂方式或先拉底后挑頂方式，比較兩方法安全性確定基本可行的回采方法。

（2）比較無支護狀態下空場法礦房頂板垮落跨度與錨網噴狀態下空場法礦房頂板垮落跨度，確定合適的支護密度與跨度。

（3）對比不同幾何尺寸下的礦柱支撐效果與資源回收率確定合適的礦房參數。

（4）觀察地壓顯現情況與空區面積、頂板冒落與采空時間關系，摸索規律，確定地壓防治方法。

4.3 工藝方法

根據杉樹埡礦中厚礦體賦存條件，礦層以水平—緩傾斜為主，礦體平均傾角在8°左右，平均厚度約8m，因此采用脈內無軌開拓，分層開采，擬采用先切頂后降底分層空場法和先拉底后挑頂分層空場法對杉樹埡礦厚礦體開采進行研究，同時鑒于杉樹埡礦中厚礦體頂板呈薄至中厚層狀，節理發育，頂板結構較差，將先切頂后降底分層空場法作為厚礦體開采的主要研究方向，具體如下：

4.3.1 先切頂后降底分層空場法回采工藝

（1）礦塊構成要素。

礦塊沿走向長100m，沿傾向100m。礦房寬5-8米、房間礦柱寬度4-6，間柱尺寸3*3-6*6，準確尺寸須根據不同構造及圍巖情況研究優化。

（2）采準切割。

①分段運輸平巷：沿礦層頂板布置，沿傾向斜長每100m布置一條，掘進斷面12.6m2（4.5m×2.8m），錨網噴支護。

②上分層切割、護頂：在礦房中央和礦房一側，沿礦層頂部分別由下中段向上中段掘進割上山，切割上山作為礦房上部礦層（切頂）回采時的運輸通道。

③下分層切割、護頂：對切割上山通過降底至底板（提前做好護頂工作），作為下部礦層回采時的運輸通道。

④上山：垂直分段平巷在每個礦塊中央布置一條，長度100m。掘進斷面12.6m2，錨網噴支護。

⑤出風口：在礦塊的兩端，布置2條出風口，每條長4m，斷面12.6m2，錨網噴支護。

所有采切巷道均為脈內布置。

采準切割工程具體布置見采礦方法圖以及采切巷道斷面。

（3）回采。

上分層回采、護頂：先對上部礦層切頂（切頂高度3米），預留上部礦柱4米×4米（或5米×5米），礦房尺寸6米×6米（或5米×5米），當遇特別破碎地段、礦柱中節理裂隙特別發育且容易劈裂時礦柱尺寸可適當放大。對上分層切頂的同時采取頂板藥卷錨桿掛網支護，錨桿長2米，直徑20mm，端部焊接“T”形鋼筋將100×100mm專用網片緊貼頂板，錨桿采用“扇形”布置，網度1×1米，施工滯后不超過斷面3米；預留下部礦柱5×5米（或6米×6米），礦房尺寸5×5米（或4米×4米），當遇特別破碎地段、礦柱中節理裂隙特別發育且容易劈裂時礦柱尺寸可適當放大。

下分層回采：為防止下分層回采暴露在空場之下時間過長期，在上部切頂推進15米之內，必須對下分層進行回采，下分層回采和上分層回采同步進行，采用潛孔鉆鑿巖，炮眼布置近豎直方向（與水平面夾角呈85°），沿拉底巷一次性鑿巖30m左右，采用淺孔V字微差爆破法爆破，集中出礦，礦石由于下部切割運出。回采下分層時，如果遇到點柱，必須在開采上分層所留點柱截面的基礎上，適當放大點柱截面，建議下部臺階礦柱尺寸擴大到6（6米，臺階礦柱示意圖見圖2）。

礦柱規格選擇：

①影響礦柱穩定性的主要因素。

礦柱尺寸的確定，應保證開采過程中礦房及礦柱的穩定。從杉樹埡礦過去3年薄礦體采礦經驗和觀測情況表明影響礦柱穩定性的主要因素有：礦柱荷載、礦柱的高寬比、礦房與礦柱的尺寸、構造因素、礦體自身的強度。對采礦活動可控制的因素來說，礦柱寬度的影響最為明顯，礦體強度次之，應按設計要求嚴格控制礦柱的尺寸，采取控制爆破技術盡量保持礦柱的完整性以提高礦柱的承載能力。

②礦柱尺寸的確定。

從維護采場穩定性方面考慮，礦柱的間距應小于礦房極限跨度，而礦柱本身的橫截面尺寸應能滿足承載力要求，因此，礦柱尺寸根據其抗壓強度確定。根據面積承載力理論，假設上覆巖層的重力按面積均勻分布，礦柱支撐其上覆巖柱的重力，該巖柱的底面積為按巖柱分攤的開采面積與礦柱自身面積之和。則礦柱的平均應力σP為：

礦柱承載力主要取決于礦柱的單軸抗壓強度，且與礦柱的形狀和尺寸等有關，根據前人的研究，礦柱承載力可采用以下經驗公式進行計算：

礦房跨度及礦柱間距根據以上分析選取礦房凈跨度為12m，礦柱凈距8m，礦柱尺寸分別采用3m、4m、5m、6m幾種情況進行計算，求得各種條件下礦柱的平均應力及相應的安全系數如表。

從表中可知，對于礦房凈跨度為12m，礦柱凈距8m的情況，礦柱尺寸應不小于4×4m。

上面的計算是在礦體全部回采后，已形成大面積空區的情況下的礦柱應力及安全系數，考慮到礦柱的穩定只要能保證礦體在回采過程中采場的安全，而回采中上覆巖層應力尚未充分顯現，應力并未全部作用于回采礦房的礦柱上，故礦柱的實際應力比上述計算值要小。根據現場的調查與分析，建議采場結構參數為：礦房凈跨度不超過12m，礦柱凈距不超過8m，礦柱尺寸采用4×4m。當礦體厚度超過4m后，礦柱尺寸需適當增加。

（4）工藝設備：采用淺孔鑿巖臺車或潛孔鉆鑿巖，斜眼掏槽，炮孔深度2～3m，2#巖石炸藥全層爆破，人工裝藥，非電雷管起爆。采用2.0m3鏟運機裝礦、坑內卡車運輸至放礦溜井篩分后溜放至膠帶上輸入地表礦倉，錨桿臺車護頂。

（5）頂板管理：回采過程中要認真檢查頂板，處理浮石，局部破碎地段采用錨桿支護或錨網支護；在回采礦房內留間柱，在分段巷道兩側留頂、底柱，在礦塊間留連續礦柱，保證作業安全。

4.3.2 先拉底后挑頂分層空場法

（1）采準：運輸巷道、硐室布置在中厚礦體下部，垂直走向布置近底板拉底切割與上中段貫穿。

（2）落礦：以拉底切割為自由面，向兩邊擴巷；向上挑頂，爆落上部礦石。

（3）搬運：一部分擴巷的礦渣采用電耙搬運至中段，坑內卡車運至井口或中段溜井，另一部分留在礦房內，作為挑頂的工作平臺。

（4）頂板管理：采礦過程頂板不斷變動，無法錨網護頂，要求礦石及頂板均較穩固。

（5）回采順序：與先切頂后降底分層空場法類似。

4.3.3 地壓監控與采空區處理

（1）地壓監控。

開掘分段平巷期間，在平巷和切割上山口各安裝一組巖層形變傳感裝置，并按規定程序測取巖層形變數據。巷道掘進期間用于測定巖層變形情況，回采期間用于監測采場頂板，當頂板變形下沉達到一定形變值，下沉加速度超過一定值時，表明采場頂板即將崩落，監測裝置則發出聲光警報信號。另外，在開掘巷道期間，還在具有代表性的礦柱中央安裝巖石壓力計，以觀測礦柱壓力值，采用便攜式聲波監測儀監測。

對于形成時間較長的采空區通過放置巖音儀聽取空區里面冒頂前的巖石破裂、撞擊、碎塊掉落等發出的聲響，通過地面報警儀報警的頻繁程度和聲響強度，預測可能冒頂的空區，及時撤離人員和設備等。

對于正在形成的采空區通過頂底板動態報警儀、直讀式測力錨桿、鉆孔應力計、多點位移計、巖音儀等綜合手段監測采空區的穩定情況，每萬平方米采空區內選擇合適的地點分別布置2臺DSB頂底板動態報警儀、2臺LMC直讀式測力錨桿、1臺ZYJ鉆孔應力計、1套多點位移計和1個巖音儀。

（2）采空區處理。

采用自然崩落法與封堵相結合的方法處理采空區。礦塊回采過程中，保留規則的間斷礦柱和連續間柱，達到臨時支護頂板的目的，以保證作業安全，當上一中段礦塊回采結束后，用廢石分階段充填到采空區，降底空區的高度，對頂板的冒落起到部分緩沖的作用，當采空區面積逐漸增大，達到一定值時，在近空區的采礦巷道內或礦柱間砌筑毛石封堵墻，分隔空區與未采區。毛石封堵墻的主要作用就是阻擋大面積采空區冒落形成的沖擊氣流對下部工作面作業人員和設備的傷害和損壞。毛石封堵墻應采用全密閉形式，其形式與結構見圖8。

毛石封堵墻總厚度為2.5～3.0m，墻體采用夾心結構，即兩側平行砌筑0.5m的墻體，中間填筑碎石、沙土等散體材料。墻體應盡可能布設在與空區連通的巷道內或礦柱之間，砌筑時墻體與頂底板和礦柱或巷道壁接觸面砌筑緊密，增強整體的結構強度。

為了避免生產期間沖擊氣浪災害，采用疏和堵相結合的方法，一方面封閉空區，堵塞空區通往生產區的所有通道，另一方面為沖擊氣流開通逸散通道，引導氣流向無害處泄流。即在封閉空區的同時，選取與空區連通通暢，距離近、人員、車輛活動稀少的地表開設“泄壓天窗”，以疏導沖擊氣流，解決沖擊氣流危害。在環境條件允許的情況下，應盡量多開出口，增大壓氣的有效泄流面積，使壓氣快速充分泄放。

5 現有研究條件和工作基礎

5.1 資源條件

杉樹埡磷礦中厚礦體在厚度、賦存狀況、礦石結構構造及頂底板特性上呈現多樣性，為中厚礦體開采技術研究提供了較好的自然條件，為中厚礦體開采技術的推廣應用提供了良好的資源平臺。

杉樹埡磷礦段地處揚子準地臺鄂中褶斷區黃陵背斜北翼，位于宜昌磷礦北部。地質勘探報告提供資料顯示，區域上出現的六個磷（礦）層（Ph1、Ph2 、Ph3、Ph4 、Ph5、Ph6）。Ph3～Ph6因厚度小、品位低、變化大而不具工業利用價值，礦段內賦存Ph22、Ph12、Ph31三個工業磷礦層。

Ph22是本礦段主要工業磷礦層，分布于胡集段下部，呈層狀產出。Ph12礦層為勘探新劃分出的礦層，賦存在胡集段下部Ph22礦層之下，呈透鏡狀～似層狀產出。Ph31屬次要工業磷礦層，賦存在樟村坪段中亞段上部，呈似層狀產出。

中磷層（Ph22）為區內主要工業磷礦層，大致具三分結構。上部為磷塊巖夾條帶狀云巖，屬貧礦層；中部為泥晶磷塊巖，夾或不夾微量云巖，屬富礦層；下部磷塊巖夾云巖或硅質巖，屬貧礦層。

Ph22礦層結構，依據礦石自然類型，在礦層結構發育齊全時，具有明顯的三分結構，即：Ph2-32（上分層）白云巖條帶狀磷塊巖、Ph2-22（中富礦）致密條帶狀（塊狀）磷塊巖、Ph2-12（下分層）薄層白云巖夾磷塊巖，分述如下：

Ph2-32（上分層）：由亮泥晶砂（礫）屑磷塊巖夾白云巖條帶和白云巖條帶與磷塊巖條帶互層組成，白云巖條帶局部地段含泥質。厚度0～3.26m，平均0.69m，P2O5品位0～29.89%，平均品位24.15%。較穩定分布于礦段南部、礦段北部和礦段東部等地段，呈層狀～透鏡狀產出，其它地段分布零星。

Ph2-22（中富礦）：由灰黑色致密條帶狀（塊狀）亮泥晶粒屑磷塊巖，含少量白云巖礫砂屑及硅質扁豆體，局部夾薄板狀～薄層狀白云巖。厚度0～4.00m，平均厚度1.45 m，P2O5品位28. 98～36.93 %，平均品位32.53%。主要分布于礦段南部、礦段北部及礦段東部富集地段，均呈層狀，展布方向主要為北西向，分布較為連續穩定，厚度大品位高，構成礦段內三個工業富礦體。

Ph2-12（下分層）：由亮泥晶砂（礫）屑磷塊巖夾白云巖條帶和白云巖條帶與磷塊巖條帶互層組成，局部夾薄～中層狀白云巖透鏡體和硅質團塊。厚度0～5.96m，平均厚度1.17m。P2O5品位0～29.31%，平均品位21.32%。主要分布于礦段南部、礦段北部和礦段東部富集地段，呈層狀～透鏡狀產出，其它地段分布零星。

杉樹埡磷礦中厚礦體，面積122.6萬平方米，總地質儲量約為2387萬噸，該厚礦體采用現有開采技術很難得到充分開采。

5.2 科研條件

湖北杉樹埡礦業有限公司系湖北宜化集團下屬子公司。宜化集團作為湖北省重要磷化工產業基地，磷復肥生產需求磷礦能力已突破300萬噸，是省內重要的磷礦加工企業，宜化集團下轄多家礦業企業，是最早開發宜昌磷礦的企業之一，擁有大批礦業地質、采礦、選礦、機電設備及管理的專業技術人才。

湖北杉樹埡礦業有限公司是宜化集團目前規模最大的磷礦采礦子公司，也是全國同類單系統生產能力最大礦山企業。公司設立有礦山技術部，配備專業人員負責礦山生產技術研究與攻關；公司具有資質技術人員55人，高級職稱7人，中級職稱21人。

杉樹埡礦業公司礦山具有臺車鏟運車、坑內卡車等先進的采掘設備，是機械化裝備較高的礦山企業；礦井基建工程已于09年底全部完工，形成了正常的排水系統、運輸系統、行人系統、通風系統，同時新建了部分生產、生活基礎設施，具有較好的生產生活條件，同時公司領導按照國家有關精神本著充分保護礦產資源對中厚礦體開采利用技術給予了大力關注和投入。

5.3 后期準備工作

為了能夠順利應用切頂房柱法對四采區中厚礦體進行充分的開采和利用，后期還需準備如下相關工作：

（1）采掘設備方面：購買1臺Boomer281臺車，1臺2m3電動鏟運車，1臺錨桿臺車，3臺潛孔鉆機。

（2）輔材方面：購買網度100mm×100mm，Ф6mm的圓鋼網片9萬㎡，長度3.0m，Ф43 mm管縫錨桿9萬根，高壓電纜1400m，Ф80 mm水管500m，Ф40mm管900m ，Ф108 mm風管200m，Ф40 mm風管1200m。

（3）人員組織方面：還需增加鑿巖臺車操作工2人，電動鏟運車操作工2人，錨桿臺車操作工2人，潛孔鉆機操作工9人，專業護頂撬毛人員12人。

（4）施工組織設計：根據項目的進度目標制定施工組織設計，確定專人組織專班，每天跟蹤進度完成情況，針對存在的問題進行修訂調整，保障工程大的時間節點按照進度完成；出現問題及時采取強有力的措施來完成目標。

（5）設計培訓、技術交底和工作小結：本項目完成的好壞取決于培訓總結的好壞。必須按照設計對項目施工人員進行培訓，讓每一個施工人員清晰工程目的和意義，進行指標分解保證目標的落實，每月根據工程進展情況總結施工組織、總結技術成果并存檔。

6 計劃進度

目前該盤區處于開拓初期，本項目計劃工作期限為1年。具體進度如下：

2011年2月-2011年6月對中厚礦體布置并實施開拓工程，完成1條運輸大巷，4條中段和2條回風巷。同時采用坑探和坑內鉆探進一步確定厚礦體的范圍、厚度和品級。

2011年7月至9月完成中厚礦體首采區礦房的上部運輸通道、下部運輸通道及拉底等備采工程，保持有3個礦房同時具備回采條件。

2011年10月至12月采用切頂房柱法對首采區進行實驗性回采，根據現場實際情況，確定最佳采礦參數，并對各項數據進行整理，編制報告。

7 經費概算及來源

7.1 項目預計總經費1470萬元

7.2 研究項目預算說明

（1）研發活動消耗的燃料和動力。共需400萬元，所占預算經費比例為27.21%。

材料250萬元，其中炸藥24.6萬發，按6.5元/發計算，需160萬元；導爆管36萬發，按2.5元/發計算，需90萬元。

電 250萬度，按0.6元/度計算，需150萬元。

（2）研發人員工資薪金。共需160萬元，所占經費預算比例為10.88%。主要用于支付直接參加項目研究人員的工資。

（3）研究設備的折舊。共需144萬元，所占經費預算比例為9.8%。

（4）專門用于中間試驗和產品試制的模具、工藝裝備開發及制造費。共需600萬元，所占經費預算比例為40.82%。主要用于項目研究所需設備的安裝費、維護費、各種修理費等。

（5）新產品設計費。共需80萬元，所占經費預算比例為5.44%。

（6）與產品試制技術研究有關的其他費用。共需86萬元，所占經費預算比例為5.85%。主要用于重點技術方案的咨詢、項目評估、審查、驗收等發生的費用。

8 項目研究預期成果及效益

通過對中厚礦體開采技術研發，解決中厚礦體開采中的困難，可以探索中厚礦體、尤其中近水平狀況下的中厚礦體的采礦方法、制成一套成熟實用的回采工藝，為類似礦體的回采提供指導與借鑒，提高類似礦山的資源回收率；探索開拓、采準工程布置及礦房構成要素及參數，減少脈外廢石巷道，節省工程投入；提高設備的適用性；探索頂板管理及支護方式，提高作業過程中的安全性；形成地壓管理及空區監測辦法，有效防范或前海地質災害影響。

此項技術投入生產后，可產生良好的社會效益、經濟效益和安全效益。

8.1 經濟效益

工程的實施避免杉樹埡磷礦區磷礦資源的浪費。預計可提高中厚礦體資源回收率10%，杉樹埡礦累計可多采出磷礦石283萬噸，延長礦山服務年限2年，為企業創造約2.8億元凈利潤。

8.2 社會效益

（1）為同類或條件類似的礦山厚礦體開采提供經驗和施工技術參數，也為宜昌貧礦開采利用提供技術支撐。

（2）厚礦體全面開采利用，為宜昌選礦廠提供大量的礦源，為選礦技術進步提供大量的資源空間。

（3）礦產資源的節約和綜合利用提高礦區服務年限，保證了地方經濟的長遠發展。

（4）厚礦體開采為礦山在后期開拓、探礦等產生的廢石提供了大量的充填空間，為打造“綠色礦山”提供寶貴的防治經驗。

（5）工程的實施，需要大量的人力、物力，可以增加部分當地居民就業，增加當地居民的收入。可為當地居民提供就業機會，可安置農民工就業110多名，在杉樹埡礦業公司快速發展的同時，礦區群眾經濟收入、生活質量得到同步改善和發展，帶動當地經濟發展，經濟、社會效益顯著。內聚合力，外樹形象，實現了企地共贏、和諧發展的可喜局面。

8.3 安全效益

（1）成熟的采礦工藝技術使得厚礦體開采處在有序推進和全面掌控之中，讓技術來指導采礦的安全。

（2）此項技術投入應用后，可改善中厚礦體回采過程中的安全生產條件，減少生產過程中來自頂板冒落的安全風險，安全效益顯著。

（3）厚礦體采礦過程中對空區頂板檢測可以為其他類型空區的檢測和防治提供了有力的借鑒。

參考文獻

[1]采礦手冊編寫委員會.采礦手冊.第1卷[M].北京：冶金工業出版社，1990.

[2]楊惠民，徐忠義，杜前進.采礦知識問答[M].北京：冶金工業出版社，2006.