沿、垂直走向聯合布置的無底柱分段崩落采礦方法現場應用研究

趙 野

（撫順罕王毛公鐵礦有限公司，遼寧 撫順 113125）

無底柱分段崩落法由于沒有復雜的底部結構，采準及回采工藝相對簡單，便于大型無軌設備運輸，通過回填覆蓋嚴或崩落圍巖的方式實現地壓控制，是我國地下采礦廣泛應用的一種采礦方法。如果無底柱分段崩落法采礦視為一種平面展開分層，則進路將礦體作為分割、并作為鑿巖巷，隨后進行中深孔鑿巖，在進路進行回采出礦的具有機械化程度高、勞動消耗量小、安全系數高、成本相對較低等特點[1-3]。毛公鐵礦二礦區進入井下開采以來一直應用該采礦方法，實現安全、高效回采。

1 礦山概況

撫順罕王毛公鐵礦地下采礦礦體根據組成礦石的主要礦物和脈石礦物，可劃分為以條帶狀為主的磁鐵礦石和角閃石磁鐵礦石、輝石磁鐵礦石三種。因區內鐵礦石的含鐵量以TFe＜45%為主，礦石工業類型屬需選鐵礦石。礦區是以磁性鐵為主的磁性鐵礦石。脈石礦物以石英、角閃石、綠泥石為主，礦床圍巖以角閃斜長片麻巖為主，礦體頂板巖石為角閃片麻巖，底板巖石為角閃斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖和部分角閃花崗混合巖。夾石則以含鐵石英巖為主，局部見有少量角閃斜長片麻巖。礦體走向平均長度600m，礦體平均厚度85m，礦體傾角25°～71°[4，5]，地質儲量3000t。

礦區附近沒有需要重點保護的名勝古跡和重要設施，擬開采范圍內無人員居住，無主要公路、油氣管路經過，礦山周邊環境較好。巖石移動范圍內無重要建筑物，原撫順市紡織廠已拆遷完畢，礦山老選廠正在拆遷，設計新增建筑物、工業設施均布置在地表移動范圍之外。毛公鐵礦應用主、副井和斜坡道開拓，有軌和無歸聯合運輸的方式。

根據礦床的礦體賦存條件、開采技術條件和水文地質條件毛公鐵礦井下采礦應用無底柱分段崩落法，采用大結構參數，并配置相應的鑿巖設備，分段高度20m，進路間距18m，崩礦步距3.4m，進路垂直礦體走向布置[6]，礦石可爆性較好。毛公鐵礦采礦自進入0m分段以來，礦體上下盤傾角逐漸變緩，礦體上盤傾角25°～45°，且形態復雜，無底柱分段崩落采礦法按照礦體賦存條件與出礦設備的有效運距等因素回采進路可分為沿走向布置和垂直走向布置，此時當礦體上盤采用垂直天井拉槽后切割作為垂直走向進路回采的爆破空間，出現以下問題：①上盤礦體損失量與廢石混入量均較大；②采礦效率降低，需出部分廢石滿足爆破需求；③采礦成本大幅度升高。而當礦體較厚時，進路沿走向布置方式不適用作為其采礦方式，存在采切工程量大、通風困難、運距增加等問題。

2 現場應用研究

針對進路垂直走向布置在上盤緩傾斜中厚礦體應用時出現的上述損失貧化量大、效率降低等問題，本文提出了一種降低礦體上盤損失貧化指標、提高回采效率、降低采礦成本的適用于上盤緩傾斜礦體開采的采礦方法。其在毛公鐵礦井下采礦0m分段確定符合實驗標準的實驗礦塊，具體實施方案為：根據緩傾斜礦體上盤的傾角與跨度確定礦體上盤回采進路沿走向與垂直走向的布置方法。沿走向采礦方式布置在礦體上盤傾角較緩區域，根據傾角較緩區域跨度及考慮礦石充分回收方面確定布置沿走向進路布置條數，保證能充分回收上盤礦體；垂直走向采礦方式按已經確定的進路間距布置在礦體中、下盤位置，進路沿走向布置崩礦后為垂直走向布置提供爆破空間。

按照已經確定的進路間距掘進垂直走向巷道滿足探礦及后續采準和回采要求，進入回采工作后，利用垂直走向回采進路靠近上盤礦體傾角較緩區域部分作為沿走向進路回采的切割硐室，并在硐室內掘進垂直切割天井，通過切割天井擴井形成的空間爆破拉開切割硐室，為沿走向回采進路提供爆破空間，利用切割硐室提供的自由面，沿走向回采進路施工扇形中深孔后退式回采，沿走向進路回采后產生的空區為中、下盤垂直走向進路回采提供爆破空間，繼而垂直走向回采進路正常上盤向下盤后退式回采，直至礦塊回采完畢。

進路垂直走向與沿走向聯合布置的具體要求：礦體上盤沿走向回采進路扇形中深孔布置穿過礦體界限0.5m后停止施工，防止裝藥裝不到孔底，充分回收礦石的同時為后續采礦提供足夠爆破空間；沿走向相鄰兩條回采進路之間挑頂區高度不超過7m（與中深孔邊孔角度有關），挑頂高度根據中深孔鑿巖設備能力確定，以便在下分段滿足鉆孔要求充分回收殘留礦柱；垂直走向回采進路布置的第一排扇形中深炮孔與上盤沿走向回采布置范圍的距離為2m～3m，防止沿走向進路回采時破壞垂直走向進路已施工完的前排炮孔，導致無法裝藥重新補孔的情況；沿走向靠近下盤垂直走向回采進路布置的扇形中深炮孔中至少有2個～3個鉆孔能爆破至超過上分段標高2m以上，保證崩礦高度并與上分段通透，為后續爆破形成足夠的回采空間。在施工中深炮孔過程中，工程技術人員要加強對工人的技術指導和現場監督，嚴格按照鉆孔設計施工，保證鉆孔質量滿足爆破需求。

圖1 礦塊平面圖

圖2 礦塊剖面圖

基于毛公鐵礦井下進入0m分段以后上下盤礦體形態，將本方案利用在無底柱分段崩落采礦方法中進行試驗，在開采上盤緩傾斜中厚礦體時，回采進路沿走向與垂直走向相結合的布置形式，進行現場應用研究。同時上述方案針對礦體較厚、下盤傾角較緩的情況同樣適用，并為以后類似礦體采礦打下堅實基礎。

3 結論

（1）針對采用無底柱分段崩落法開采中，厚大礦體上盤緩傾斜時損失化大的問題，提出了一種沿走向、垂直走向聯合布置無底柱分段崩落采礦方法。

（2）經過現場應用研究表明，采用沿走向、垂直走向聯合布置無底柱分段崩落采礦方法，較傳統垂直切割拉槽布置方法當期礦石回收率提高8%，礦塊整體貧化率降低5%，實現了緩傾斜礦體低損失貧化、高效率、低成本開采，因沿走向回采為垂直走向進路回采提供足夠的爆破空間，兩者銜接處懸頂、立墻等現象也大大減少，且為后期類似礦體采礦提供充分現場實踐經驗。

（3）由于礦體采用沿走向、垂直走向相結合布置的形式，多條巷道聯合貫通，通風效果較好，采礦工作面數量增加，使采礦效率得到充分提高。