樂山市馬邊地區磷礦緩傾斜中厚礦體采礦方法研究

劉興德 羅 淵

（四川省煤炭設計研究院）

我國磷礦分布較為廣泛，但是高品位的磷礦資源僅占有探明儲量的7%，磷礦資源平均品位較低，約為17%，遠低于全球平均磷礦品位。并且沉積型磷塊巖絕大多數是含硅鈣鎂的膠磷礦型礦石，占全國總儲量的80%左右，其選礦難度大、成本高［1-3］。此外，我國磷礦資源賦存條件較差，礦床成礦時代久遠，埋深較大，磷礦的巖化作用較強，礦層呈傾斜或緩傾斜賦存的約占75%［4-6］。該賦存條件導致開采難度增大，規模化開采難度更大，因此出現采出率降低、貧化率增高等問題。

1 工程概況

樂山市馬邊地區內高山深谷縱橫，地勢起伏較大。區內最高位于礦段西部，為1 850 m，最低為苦菜灣依打（溝），為875 m，相對高差975 m，一般500~700 m，屬中山區。

區內磷礦呈層狀賦存于寒武系下統麥地坪組（含磷組）中下部，與云南省昆陽磷礦層位相當。有上礦層（代號Ⅱ）和下礦層（代號Ⅰ）2層礦。上覆筇竹寺組（∈1q）深灰色長石石英粉砂巖，底部為0.5~2.0 m灰黑色薄層狀含炭質粉砂巖。下伏燈影組第四段第二層淺灰色中厚層狀細晶白云巖。

2 采礦方法選擇原則

采礦方法的選擇直接關系到圍巖穩定維護的難易程度和開采效率。通常需要遵循以下原則。

（1）生產安全。充分利用先進科學技術并不斷提高管理水平，以保證在安全、良好的工作條件及環境中進行采礦生產。

（2）經濟合理。提高勞動者的素質，不斷加強培訓，努力做到勞動者的素質和先進設備的協調性；減少材料消耗，降低運營維護的成本，盡量做到一物多用的原則；改善采礦工藝，盡量避免混矸，降低礦石的貧化率。

（3）礦石回收率高、適應性和靈活性強。目前常用的磷礦開采方法有房柱法、底盤沙漏法、充填法、電耙留礦法等。采礦方法初選應該參考國內外現有的采礦方法，參考其礦石的賦存條件，以較相似的礦山為背景，進行采礦方法的初選工作。樂山市馬邊地區礦體厚度薄至中厚，礦體傾角5°～35°，屬于典型的緩傾斜薄至中厚礦體。樂山市馬邊地區礦體開采面臨幾個難點：①礦體頂板相對較差；②部分礦體傾角較緩放礦困難；③礦巖穩固性差—中等，采場暴露面積有限；④部分礦體厚度較大，高空頂下出礦作業安全性差。

綜合分析礦體開采技術條件可知，樂山市馬邊地區以緩傾斜薄至中厚礦體為主，頂板相對較差，因此采礦方法設計時，考慮較穩固與不穩固2種情況。深部礦體逐漸呈現傾斜中厚的分布特征，需要單獨考慮。針對上述不同開采技術條件的礦體，初步提出與之相適應的采礦方法。

（1）頂板較穩固情況：①礦體厚度小于4 m，采用沿走向條帶分層掘進式房柱法、兩步驟房柱采礦法、機械化留條柱房柱采礦法；②礦體厚度大于4 m，采用兩步驟房柱采礦法、預控頂房柱采礦法。

（2）頂板不穩固情況，采用無底柱連續崩落采礦法。局部傾斜中厚礦體（礦體傾角35°，礦體厚度8～10 m），采用中深孔分段空場采礦法。兩步驟房柱采礦法對于緩傾斜薄至中厚礦體均具有普適性，具備安全性與高效性雙重優點。對于厚度較大的中厚礦體而言，采用預控頂房柱采礦法較為可行，預先護頂能極大限度地保證后續出礦期間的安全。以下分別進行詳細闡述。

3 主要采礦方法選擇

3.1 兩步驟房柱采礦法

兩步驟房柱采礦法采切工程布置詳見圖1。該采礦方法圖是按礦體厚度為6 m設計的，經計算，兩步驟房柱采礦法采切比為60.3 m3/kt。局部傾角較大（＞10°）的地方，礦塊可采用偽傾斜方向布置。

3.1.1 鑿巖爆破

由于礦體為緩傾斜中厚礦體，鑿巖設備推薦使用阿特拉斯BoomerK41型鑿巖臺車鑿巖，炮孔直徑65 mm，排距1.5～1.8 m。切割槽形成后，根據補償空間的大小，每次爆破3～5排上向扇形孔，每次爆破之后通過兩側的出礦進路及出礦聯絡巷出少部分的礦石，等采場爆破全部結束之后再集中大量出礦。采用非電環形起爆網絡。炮孔孔底放置起爆藥包并插有兩發同段微差雷管。導爆管末端引出孔外，然后將所有同段微差雷管導爆管分成2束。

3.1.2 通風

兩步驟房柱采礦法回采爆破順序自上而下，形成污風后主要由兩側出礦進路、出礦聯絡巷道排至上中段沿脈出礦巷道，最后進入主回風系統。

3.1.3 頂板管理和空區處理

每次爆破后進行采場頂板浮石處理，人員空場下應該設置安全專員。在應力較大的地方應該布置應力監測系統，實時監測地壓變化。

回采工序作業組織形式應考慮：采用三班作業制度，爆破與出礦作業可交叉進行，多工作面可平行作業，定期組織采場爆破作業，正常出礦與搶運殘礦時采用三班作業制度。按礦塊回采工序，依次計算采場鑿巖、爆破、通風、出礦以及考慮回采過程中不可預見時間，計算礦塊的回采礦量和采空區體積，最終得到礦塊的生產能力。

3.2 預控頂房柱采礦法

預控頂房柱采礦法采切工程布置詳見開采方案圖2。采場兩側布置出礦進路進行出礦。采場內預留點柱，點柱尺寸為6 m×6 m，點柱間跨度為8～10 m。切頂層高2 m。圖2中的采礦方法圖是按礦體厚度為12 m時設計的，經計算，預控項房柱采礦法采切比為19.5 m3/kt。

預控頂房柱采礦法分為切頂層與下部礦體的鑿巖爆破兩部分工作。由于礦體較厚大，切頂之后及時對暴露的頂板進行支護，可保證后期爆破出礦期間的人員及設備安全。切頂層采用淺眼落礦，電耙出礦，獨頭掘進以貫通上部的切頂層聯絡巷，切頂層掘進過程中，緊跟掘進面對揭開的頂板進行支護。切頂支護完成之后，開始對下部礦體進行回采，鑿巖設備推薦宣化恒泰公司生產的SKZ-120A型潛孔鉆機，下向中深孔鑿巖，沿逆傾向進行崩礦，崩下的礦石采用鏟運機進行出礦。采用非電環形起爆網絡。炮孔孔底放置起爆藥包并插有2發同段微差雷管。導爆管末端引出孔外，然后將所有同段微差雷管導爆管分成2束。

預控頂房柱采礦法回采爆破順序為自下而上，形成污風后主要由人行通風上山排至上中段切頂層聯絡巷，最后進入主回風系統。每次爆破后進行采場頂板浮石處理，空場下應該設置安全專員。在應力較大的地方應該布置應力監測系統，實時監測地壓變化，識別危險源并及時采取措施。回采工序作業組織形式應考慮：采用三班作業制度，爆破與出礦作業可交叉進行，多工作面可平行作業，定期組織采場爆破作業，正常出礦與搶運殘礦時采用三班作業制度。采場生產能力是采礦較重要的技術指標，其影響因素較多，涉及各工藝環節。采場生產能力與采礦方法、采礦設備、勞動組織、生產管理密切相關。按礦塊回采工序依次計算采場鑿巖、爆破、通風、出礦以及考慮回采過程中不可預見時間，計算礦塊的回采礦量和采空區體積，最終得到礦塊的生產能力。

3.3 局部頂板破碎下礦體開采方案

當礦體頂板屬于炭質泥巖時，需采用無底柱連續崩落方法。礦體沿走向布置，工作面長度為50 m，寬度約為8 m。每隔8 m布置1條鑿巖上山，作為運輸礦石的通道。采用后退式擠壓爆破順序，2個采場作為1個崩落回采單元。崩礦后頂部破碎巖層形成冒落拱，崩下礦石在覆蓋巖層下出礦，采用鏟運機運輸，溜井內礦石由坑內卡車集中裝礦，經主平硐運輸水平運至坑口。出礦時按截止品位進行控制，保證合理的貧化率與損失率。

采空區處理的實質就是釋放由于開采而造成的應力集中，減小由于高應力造成的安全隱患，同時也可以控制圍巖穩定，減小地表沉陷。

（1）崩落圍巖處理采空區。崩落圍巖處理空區的適用條件：第一，崩落對地表基本無影響；第二，崩落前保證礦柱已經回采完畢，井下設施已經不再使用；第三，圍巖不穩定；第四，采空區面積較大；第五，礦體的品位較低。

（2）固體物料充填采空區。充填法充填采空區，要求必須對井下所有采空區均非常熟悉，以便在合適的位置設置隔離墻。

（3）礦柱支撐采空區。該技術的關鍵是圍巖穩定，恰當的礦柱尺寸和較小的連續采空區面積。

4 結 論

樂山市馬邊地區推薦的采礦方法以房柱法為主，崩落法為輔，礦山大規模生產后會留下大面積連片的采空區，僅靠采場內預留的礦柱難以長期有效支撐采空區頂板，并且由于礦柱的蠕變損傷，可能會進一步加速礦柱破壞導致采空區失穩。因此，建議礦山采用低成本的充填方式對采空區進行處理，可開展礦山廢石、磷尾礦充填等方面的研究工作。