地下礦山緩傾斜中厚礦體采礦方法優(yōu)化研究

王智峰，譚成杰

（1.貴州開磷設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550000；2.貴州開磷有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550000）

近年來，許多學(xué)者對緩傾斜中厚礦體開采中存在的問題進行了研究，取得了豐碩成果。關(guān)守安[1]對緩傾斜中厚礦體開采過程中巖層移動和地表塌陷規(guī)律展開了研究，利用3DEC數(shù)值分析軟件對模型試驗結(jié)果進行驗證分析后認為：巖層移動塌落的角度隨開采深度的增加先變小后變大，最終沉降以筒型陷落為主。黃明建[2]明確了一種使用模糊的整體評價的方式開展量化計算，選取最優(yōu)秀開采方法的方案。蘇成哲、欒振寧、張睿[3]等人依據(jù)一定的礦體賦存條件和礦山生產(chǎn)條件使用數(shù)學(xué)方法選取了恰當(dāng)?shù)木弮A斜中厚礦體采礦方法。潘慶軍根據(jù)礦體賦存特征及開采技術(shù)條件，整理出了一種能配套使用大型無軌設(shè)備的中深孔落礦嗣后充填采礦法，該方法具有良好的經(jīng)濟效益和安全性。

根據(jù)現(xiàn)有資料，目前還沒有專門解決緩傾斜中厚礦體底板三角礦殘留問題的專項研究或者是完整的采礦方案，本文提出了一種基于分段空場嗣后充填采礦法，提前將回采礦房上分層高幫掘進至底板的一整套采礦方案，能夠有效解決底板三角礦殘留問題，以期對此類礦體開采提供合理的解決方案，推動緩傾斜中厚礦體開采技術(shù)繼續(xù)向前發(fā)展。

1 地質(zhì)概況

貴州磷化集團用沙壩礦段地處云貴高原東部中、低山地帶，為緩傾斜-傾斜礦體，傾角一般為8°～45°，厚度為2m～10m，礦體走向長近3800m，開采規(guī)模為110萬t/a。礦體產(chǎn)狀基本穩(wěn)定，礦石致密、性脆，節(jié)理、小滑動面發(fā)育，由于小斷層影響，礦石膠結(jié)不緊密，礦石本身無粘結(jié)性，掘進時常有小塊冒落，礦層鑿巖爆破性好，屬不穩(wěn)固類型。

該礦現(xiàn)使用獲國家科技進步二等獎的“磷化工全廢料自膠凝充填采礦”技術(shù)采礦，資源回收率超過85%，貧化率約為5%，采礦水平世界一流、國內(nèi)領(lǐng)先。礦段北部1500m范圍內(nèi)皆為傾角8°～30°、厚度4m～10m的緩傾斜中厚礦體，目前使用脈外采準(zhǔn)分段空場嗣后充填采礦法配合大型無軌設(shè)備進行機械化開采，該范圍內(nèi)礦體開采過程中，下分層底板三角礦受上分層礦體壓覆，底板三角礦回采時爆破效果不理想，影響了礦石回收率，同時由于礦體傾角較緩、崩落的礦石不能自溜、上分層采場礦體易冒落等原因，造成了開采過程中人員和設(shè)備安全性不高的問題。

針對上述問題，礦山經(jīng)過反復(fù)理論和實驗研究，對現(xiàn)有采礦方法進行優(yōu)化，采用將回采礦房上分層脈內(nèi)采準(zhǔn)提前沿高幫掘進至礦體底板的方法解決了底板三角礦的殘留問題，提高了礦石回收率，保障了人員和設(shè)備安全，實現(xiàn)了緩傾斜中厚礦體的高效回采。

2 采礦方法

該方法為脈外采準(zhǔn)分段空場嗣后充填采礦法的一種變種，主要不同之處在于該方法在回采礦房之前須將上分層脈內(nèi)采準(zhǔn)高幫掘進至礦體底板，以利于底板三角礦的開采，適用于回采頂板條件較好的緩傾斜中厚礦體，具體回采順序包括：礦體劃分→脈外采準(zhǔn)施工→脈內(nèi)采切施工→回采礦房上分層脈內(nèi)采準(zhǔn)高幫掘進→回采礦房切割槽施工→回采礦房回采→砌筑擋墻→充填等步驟。

2.1 回采順序

根據(jù)采礦方法對地壓和采場頂板管理的要求，各階段從下往上，沿走向間隔開采。盤區(qū)內(nèi)沿傾向從下往上，沿走向間隔開采。

2.2 礦塊構(gòu)成要素

沿礦體走向?qū)⒌V體劃分為若干階段，每個階段劃分為若干盤區(qū)，每個盤區(qū)劃分為若干分層，每個分層劃分為若干礦房，具體參數(shù)如下。

（1）階段高度：50m～100m。

（2）分段高度：分段高度根據(jù)礦體傾角而定，保證分段斜長在15m～20m范圍內(nèi)，以滿足深孔鑿巖臺車作業(yè)長度要求。

（3）礦房尺寸：礦房寬15m～25m，不留礦房間柱和頂柱。

（4）礦塊尺寸：正常情況下兩個礦房構(gòu)成一個礦塊，礦塊沿走向長40m。

（5）盤區(qū)斜坡道間距（盤區(qū)長度）：根據(jù)鏟運機運行效率，考慮400m作為盤區(qū)斜坡道間距，根據(jù)各中段礦體走向長度和運輸設(shè)備不同可適當(dāng)調(diào)整。

2.3 脈外采準(zhǔn)工程

在待開采礦房頂部和底部圍巖分別掘進脈外分層平巷，位置可視頂?shù)装鍑鷰r性質(zhì)確定，應(yīng)根據(jù)工程服務(wù)年限控制好工程與礦體距離，避免脈外采準(zhǔn)工程在采礦過程中跨落，具體包含工程如下。

2.3.1 盤區(qū)斜坡道

每個盤區(qū)中央脈外開掘一條盤區(qū)斜坡道，用于連接個各分層和大巷。作業(yè)設(shè)備為淺孔臺車、鏟運機、局扇。

2.3.2 脈外分層平巷

脈外分層平巷是連接盤區(qū)斜坡道與礦房，用于設(shè)備運行的平巷，也是礦房充填通道。作業(yè)作業(yè)設(shè)備為淺孔臺車、鏟運機、局扇。

2.3.3 礦房石門

用于連接礦房與脈外分層平巷的短平巷，也作為充填通道。作業(yè)設(shè)備為淺孔臺車、鏟運機、局扇。

2.3.4 分層聯(lián)絡(luò)道

分段聯(lián)絡(luò)道是連接分層平巷與溜井或者盤區(qū)斜坡道之間的通道，應(yīng)滿足各種無軌設(shè)備的行駛要求考慮。作業(yè)設(shè)備為淺孔臺車、鏟運機、局扇。

2.3.5 溜井

每個盤區(qū)設(shè)礦石溜井和廢石溜井各一條，溜井下部設(shè)振動放礦機，一般布置于分層聯(lián)絡(luò)道兩側(cè)。作業(yè)設(shè)備為反井鉆機、鏟運機、局扇。

2.3.6 回風(fēng)聯(lián)絡(luò)斜巷

兩個盤區(qū)之間，掘進一條連通階段回風(fēng)巷的斜巷或豎井。作業(yè)設(shè)備為反井鉆機、鏟運機。

2.4 脈內(nèi)采切工程

2.4.1 脈內(nèi)采準(zhǔn)

在待開采礦房頂部和底部分別沿礦脈走向掘進上分層脈內(nèi)采準(zhǔn)巷道和下分層脈內(nèi)采準(zhǔn)巷道，采用錨網(wǎng)或錨網(wǎng)+錨索支護。作業(yè)設(shè)備為淺孔臺車、鏟運機、錨網(wǎng)臺車、局扇。

2.4.2 切割上山

脈內(nèi)分層平巷掘進后，沿走向在每個礦房端部布置一條切割上山，傾角與礦層一致，采用倒梯形，采用錨網(wǎng)支護或錨網(wǎng)+錨索。作業(yè)設(shè)備為淺孔臺車、中深孔臺車、鏟運機、錨網(wǎng)臺車、局扇和遙控挖機。

2.5 回采

回采分三步驟進行：一步驟將回采礦房上分層脈內(nèi)采準(zhǔn)高幫掘進至礦體底板以便于礦房底板三角礦回采；二步驟進行礦房切割上山取底，即以平行于切割上山的淺孔或深孔爆破把切割上山加深至礦體底板，形成切割槽；三步驟利用中深孔臺車在切割上山的一側(cè)一定排距鑿扇形中深孔，并以一次2排～3排爆破的進度爆破直至礦房邊界。作業(yè)設(shè)備主要為淺孔臺車、中深孔臺車、遙控挖機、鏟運機和錨網(wǎng)臺車。

2.6 充填

充填管道經(jīng)地表至大巷的充填鉆孔進入井下，由大巷進入各盤區(qū)需充填的礦房。礦房采礦完畢后，在礦房石門砌筑充填擋墻后將礦房上分層石門作為通道進行膠體充填。

2.7 采場通風(fēng)

新鮮風(fēng)從大巷進入，經(jīng)盤區(qū)兩端盤區(qū)斜坡道、采準(zhǔn)巷道，到達工作面，洗刷工作面后，污風(fēng)由切割上山進入上分層平巷，經(jīng)盤區(qū)回風(fēng)井、回風(fēng)巷進入回風(fēng)豎井排出地表。

2.8 頂板管理

為保證作業(yè)的安全，采用后退式回采，減少了作業(yè)人員在空區(qū)下作業(yè)的時間，同時為保證采場頂板的穩(wěn)定，在頂板穩(wěn)固性差的地段及時進行臨時支護，以維護圍巖的穩(wěn)固性確保回采作業(yè)的安全。

3 實驗采場生產(chǎn)驗證

經(jīng)用沙壩礦在礦段北部7、8、9盤區(qū)采場長期生產(chǎn)實驗驗證，使用提前將礦房上分層脈內(nèi)采準(zhǔn)高幫掘進至底板的分段空場嗣后充填采礦法，緩傾斜中厚礦體單個礦房回收率由85%提高到了92%，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益，降低了生產(chǎn)成本，設(shè)備不需在上分層待采礦體下作業(yè)，礦房作業(yè)人員避免了上分層礦體冒落的風(fēng)險，保障了生產(chǎn)安全，提高了生產(chǎn)效率。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)緩傾斜中厚礦體特點，提出了一整套圖紙化管理機械化開采的采礦方法。

（2）該方法基于分段空場嗣后充填采礦法，同時將待采礦房上分層脈內(nèi)采準(zhǔn)高幫提前掘進至礦體底板，可起到提高礦石回收率、避免緩傾斜中厚礦體回采底板三角礦過程中所存在的安全風(fēng)險，達到礦房快速回采，提高礦山生產(chǎn)效率的目的。

（3）該方法全面使用大型無軌設(shè)備甚至遙控設(shè)備，大幅降低了井下作業(yè)人員勞動強度，能夠起到減人增效目的，為智能化采礦奠定了基礎(chǔ)。

（4）磷化工全廢料自膠凝充填采礦技術(shù)在解決井下空區(qū)穩(wěn)定性問題的同時，消耗了大量磷石膏，減輕了磷化工生產(chǎn)廢料帶來的環(huán)境問題，可實現(xiàn)礦山與磷化工“雙無害”發(fā)展。