無底柱分段崩落采礦方法在實際生產中的應用
——以巴州敦德鋅鐵礦為例

臧春龍，魏弼臣

（巴州敦德礦業有限責任公司，新疆 巴州 841300）

1 項目概述

敦德鋅鐵礦礦區在大地構造位置上位于伊犁地塊東北緣，在博羅科努山系主脊線上，屬石炭紀島弧帶，構造活動強烈，火山十分發育，尤其是石炭系火山巖和華力西晚期中基性巖體非常發育，成礦地質條件十分有利。成礦區屬阿吾拉勒金、銅、鉛、鋅、鐵成礦區，礦產豐富。本礦區東西兩端外圍分布有大型的查崗諾爾鐵礦、諾爾湖鐵礦、備戰鐵礦、勝利銅礦等一系列礦產地，主要成礦類型為火山噴溢和巖漿熱液型，是新疆尋找火山熱液型鐵銅多金屬礦和斑巖型銅礦最有利地區之一。礦區處于火山口外環東南角斷陷帶內[1]。

和靜縣敦德鋅鐵礦礦區出露地層為下石炭統大哈拉軍山組第三亞組（C1dc）地層，其余為大面積的殘坡積物、冰水堆積物。礦區構造較為簡單，主要為一單斜構造。礦區內巖漿巖主要為淺肉紅色中粗粒角閃石鉀質花崗巖，出露于礦區西部及西南部，呈北西南東向條帶狀分布，它與中部的火山巖地層之間為侵入接觸關系。呈肉紅色、中、細粒花崗結構，塊狀構造。

截止2017年末，一期結存礦量為648.1萬t。一分層以上一期可采礦量387.2萬t。本次對設計范圍內各中段礦石資源/儲量進行了估算，估算結果：一期延續開采范圍內累計礦石資源/儲量2840.8萬t，伴生鋅金屬量為28.98萬t。

2 無底柱分段崩落采礦技術特征

礦塊構成要素為：分段高度15.5m，回采進路間距18m。回采進路垂直走向布置，每6條進路構成一個礦塊，每個礦塊布置一條礦石溜井，每兩個礦塊布置一條巖石溜井，千噸采準比為3.6m/kt，礦石回收率85%，廢石混入率17%。全礦床TFe平均品位37.6%，Zn平均含量1.02%，圍巖夾石品位：TFe平均品位3.7%，采出礦石：Fe：32.59%，Zn：0.87%。

井下通風方式采用混合式主扇通風，通風系統為對角式通風系統。3912m平硐承擔整個礦山進風任務，3920m平硐承擔整個礦山回風任務。根據井下作業需風點的分布情況，采用分區通風，通風區主要為：采場通風區和運輸水平通風區。設計選取礦山總風量為190m3。

3 開采范圍的確定和開采方式

巴州敦德鐵礦采礦工程一期3912m階段開采預計2019年底結束，同年將轉入二期3788m階段開采，此時二期工程基建未完成，為保證礦山生產接續，同時二期工程施工期間不能影響礦山的正常生產，為此須盡快開展一期延續設計。按照一期延續設計委托書要求，設計確定敦德鐵礦一期延續開采范圍為3912m～3850m之間礦體。一期開采采用地下開采方式，一期延續開采仍采用地下開采。

開拓系統采用平硐溜井開拓系統，東翼設3912m平硐，是井下設備、人員、材料進出井下通道，也是礦山進風口和第一安全出口。西翼設3920m平硐，作為主要回風平硐和第二安全出口。采區設兩條采區斜坡道，其中東斜坡道是采場設備和作業人員進出采場通道，西斜坡道為采場安全出口。4003m首采分段西側設采區回風井，井筒內梯子間，作為4003m分段開采時的采場第二安全出口。采區設一條采區管纜井[2]。

一期井下通風系統為對角式主扇通風系統，進風主扇設在東側3912m平硐內，回風主扇設在西側3920m平硐。采場通風由東側斜坡道進風，污風由西側斜坡道回風，總風量180m3/s。一期開采采用無底柱分段崩落法，分段高度15.5m，進路間距15m～18m，采場出礦設備為4m3電動鏟運機，鑿巖設備為Simba1354鑿巖臺車。礦體上部覆蓋層采用礦石形成，覆蓋層厚度大于兩個分段高度，空區上部尚未塌陷。一期采場礦石由采區溜井下放，在3912m運輸巷道內裝入20t坑內自卸汽車后，通過環形運輸巷道運至下盤礦石主溜井翻卸，在3788m或3850m運輸水平裝入坑內卡車，經3788m平硐或3850m平硐運出地表，再由地表道路運至3788m工業場地半移動破碎站處理。

二期初設范圍為3912m～3788m，設計規模為450萬t/a，采用平硐溜井開拓，采礦方法仍為無底柱分段崩落法，井下運輸為有軌運輸，井下通風采用兩翼對角式通風系統。由于一期開采結束后，二期基建未完成，因此將3912m～3850m之間礦體暫時作為過渡期開采，即本次一期延續工程設計范圍，待二期基建完成，一期延續工作提前結束，全面轉入二期開采。

4 礦床開拓

4.1 開拓方案的選擇

敦德鐵礦為地下開采礦山，礦山海拔高，氣候惡劣，一期工程已形成四條平硐，基于礦山現狀，敦德鐵礦一期延續開采開拓系統需滿足下列要求：①確定的開拓系統必須滿足一期延續礦體開采的要求；②井下開采的開拓運輸系統要與地表礦石運輸統籌考慮，合理銜接；③井下開采的開拓系統在基建施工過程中，盡量利用礦山現有工程，避免重復建設；④推薦開拓運輸方案，工程量要少，以減少投資。施工要方便，基建期要短。

敦德鐵礦采取分期開采方式，一期開采3912m以上礦體，一期延續開采3912m～3850m之間礦體，二期開采3850m～3788m之間礦體，按礦山開采計劃，兩年后轉入一期延續開采。根據礦區地形條件以及礦石流向，敦德鐵礦井下開采在技術可行的前提下對3850m階段和3788m階段開采分別進行了開拓運輸方案的選擇。

4.1.1 一期延續開拓系統

按設計委托要求，一期延續生產與二期基建施工盡量避免相互干擾，設計在此前提下，充分利用現有開拓工程，確定一期延續開拓采用平硐溜井開拓系統，利用東側3912m平硐作為進風平硐，利用西側3920m平硐作為回風平硐，利用二期3850m平硐作為運輸平硐，利用已形成的3912m～3850m采區斜坡道作為設備進出井下通道。

階段運輸采用無軌運輸方式，井下采場礦巖通過采區溜井下放3850m運輸水平，在3850m運輸巷道內由溜井振動放礦機裝入20t自卸卡車內，通過3850m主運平硐運出地表，再經3850m～3788m地表運輸道路運至3788m工業場地破碎車間。人員、設備及材料等均由3850m平硐和3912m～3850m現有采區斜坡道進入采場。

井下通風系統采用壓抽結合的對角式主扇通風系統，過渡期通風系統設計時，利用3912m平硐作為進風平硐，利用3920m平硐作為回風平硐，利用現有二期盲東風井作為3850m運輸水平進風井，利用二期盲西風井作為3850m運輸水平回風井，采場和運輸水平分區通風。

井下排水采用自流排水，采場涌水和井下生產廢水由采區泄水井泄至3850m水平運輸巷道水溝內，再通過水溝匯集到3850m平硐的沉淀池內，污水經沉淀處理后再由管道輸送到選場和地表灑水、綠化使用，多余水量凈化處理并符合排放標準后可通過平硐自流排出地表。采場設備和鏟運機、中深孔鑿巖臺車等采場無軌設備通過3850m進風平硐和采區斜坡道進入采場，目前3850m進風平硐和采區斜坡道已形成，采區斜坡道坡度為15%，由于同行設備未變，因此采區斜坡道本次設計不需要調整。

4.1.2 二期開拓系統的選擇

中冶北方于2011年完成了《敦德鐵礦采選設計技術咨詢報告》，報告中對于礦山3788m階段開拓系統做過兩個開拓方案的比較，一是平硐溜井—斜坡道開拓方案，二是平硐豎井方案。方案一是利用現有3788m探礦平硐作為二期開采運輸平硐，利用主溜井將礦石下放到3568m倒運平硐，經平硐運到平硐口外的破碎系統或礦石倉。該方案優點是能夠充分利用現有工程，重力放礦大大節省經營費用，礦石運輸便利，節省了平硐之間的地表汽車運輸，利于坑內開采涌水的自流排水。

該方案缺點是前期平硐工程量大，先期投資較多。方案二是采用豎井將井下3568m階段開采礦石提升至3788m平硐倒裝運輸，該方案優點是工程量略少，缺點是環境惡劣，豎井施工非常困難，地表運輸距離增加，平硐以下開采需建排水系統，礦山經營費高，生產運輸環節多，3788m平硐口外工業場地小。上述兩個方案經與礦山多次結合，雙方一致認同方案一，設計最終推薦采用平硐溜井—斜坡道聯合開拓方案。二期開拓系統詳見中冶北方工程技術有限公司2017年7月完成的《巴州敦德礦業有限責任公司敦德鐵礦二期采礦工程可行性研究報告》。

二期初設范圍為3912m～3788m，設計規模為450萬t/a，服務期10年，采用平硐溜井開拓，3788m設運輸水平，3912m設回風水平，3850m設進風水平，3568m設倒運平硐，采礦方法為無底柱分段崩落法，分段高度15.5m，進路間距18m，出礦設備采用6m3電動鏟運機，鑿巖設備為鑿巖設備為Simba1354鑿巖臺車。井下運輸為有軌運輸，3788m運輸水平采用14t電機車雙機牽引6m3礦車運礦，3568m倒運平硐采用20t電機車雙機牽引10m3礦車運礦。二期井下通風采用兩翼對角式通風系統，新鮮風流由3850m兩條進風平硐進入井下，經盲中央進風井到達3803.5m專用進風水平，再由礦體中部的兩條采區進風井進入采場，沖洗工作面的污風由礦體兩端的采區回風井排至3912m和3920m回風平硐到達地表。

井下排水均采用平硐自流排水方式，由泄水井經運輸巷道水溝匯集至井下水處理設施處理后再利用或達到排放標準后排棄。采場設備由3850m平硐進入井下，經采區斜坡道到達采場，人員、材料由3788m平硐和采區電梯井進入采場工作面，也可以由無軌設備經采區斜坡道進入分段作業面。

4.2 一期延續與二期銜接

一期延續工程規模150萬t/a，開采范圍為3912m～3850m，服務13年，開拓采用平硐溜井開拓，運輸水平設在3850m，回風水平設在3912m。主要開拓工程包括：3850m運輸平硐、3912m回風平硐、3920m回風平硐、東盲風井1條、西盲風井1條、采區進風井1條、采區回風井1條、采區斜坡道1條、采區管纜井1條。一期延續屬于一期接續工程，當二期基建完成時，一期延續結束同時轉入二期生產。

二期開拓工程規模450萬t/a，開拓采用平硐溜井開拓，運輸平硐和運輸水平設在3788m，回風水平設在3912m，3850m設進風水平，3568m設倒運平硐，設東盲風井1條、西盲風井1條、采區進風井1條、采區回風井1條、采區斜坡道1條、采區管纜井1條。

在布置一期延續開拓工程時，盡量利用二期開拓工程，3850m運輸平硐在二期開拓時用作進風平硐，3912m回風平硐在二期開拓時作為回風平硐，3920m回風平硐在二期開拓時仍作為回風平硐，東盲風井在二期開拓時作為回風井，西盲風井在二期開拓時作為回風井。上述一期延續工程與二期有共用時，按同時滿足兩期開拓要求設計。