某礦山采礦方法優化選擇和應用

安東亮，丁文俊,，靳西傳

（1.云南德成規劃設計有限公司；2.昆明理工大學國土資源工程學院）

隨著礦山開采的智能化，自動化，機械化不斷發展，礦業之間的競爭日趨激烈，因此采礦方法的選擇顯得尤為重要，許多學者也對此進行深入的研究[1，2]，并取得了極大的進展和突破。以某鐵礦為例，該礦體賦存條件復雜多變，對于礦石采出品位要求很高，平均品位要求大于35%，而礦石地質品位僅有38.85%。礦山原使用淺孔落礦的房柱法開采，難以適應傾斜、急傾斜～中厚、厚礦體賦存條件，存在生產效率低，工作強度大等突出問題，急需對采礦方法和工藝參數進行優化。

1 礦山概況

某鐵礦體為傾斜～急傾斜礦體，采用平硐+斜井（輔助斜坡道）開拓，礦體沿走向長約1100m，傾向延伸較深。礦體復雜多變，平均傾角約62°；礦體平均厚度約為20.26m左右。礦石穩固，圍巖中等穩固，埋藏深（≥570m），品位低（38.85%），為復雜難采貧鐵礦床，雖然目前對傾斜、急傾斜～中厚、厚礦體的研究很多，且取得了許多顯著的成果，但仍然無法滿足復雜難礦體的開采需求。

2 開采存在的問題

初步設計和變更設計中，先后選用了淺孔留礦法、房柱采礦法、無底部結構分段空場法、階段礦房法，有（無）底柱階段崩落法、無底柱分段崩落法等。現用點柱式房柱法+階段礦房法，采用淺孔鑿巖，鏟運機出礦。由于礦體復雜難采，原有采礦方法均存在生產效率低、勞動強度大等問題，隨著開采深度的增大，地壓顯現較為明顯，急需研究開發低損失貧化、低成本、低風險、高效率的采礦方法和工藝。

3 采礦方法選擇

3.1 采礦方法初選

急傾斜（>50°）厚（15m～50m）礦體可能采用的采礦方法為：分段礦房法、分段崩落法和上向分層充填法；傾斜厚和極厚（>50m）礦體可能采用的采礦方法為：分段礦房法、分段崩落法和上向分層充填法。

急傾斜中厚（5m～15m）礦體可能采用的采礦方法為：留礦法、留礦采礦嗣后充填法、分段礦房法（分段空場嗣后充填）、上向分層充填法和無底柱分段崩落法；傾斜中厚礦體可能采用的采礦方法為：有底柱分段崩落法、上向分層充填法。

急傾斜薄礦體（<5m）可能采用的采礦方法為：留礦法，分段、階段礦房法。

基于礦床地質條件和開采技術經濟條件，結合設計規范，以及礦山采礦方法的應用情況，適合的采礦方法為無底柱分段崩落法、分段礦房法和淺孔留礦法，具體細分為：

（1）傾斜～急傾斜厚礦體：根據礦體產狀統計和巖體穩定性分級，主要為傾斜～急傾斜厚礦體，礦石穩固，上、下盤圍巖較穩固，適宜采用無底柱分段崩落法或分段礦房法。

（2）傾斜～急傾斜中厚礦體,礦石穩固，上、下盤圍巖較穩固，適宜采用分段礦房法：先空后崩，在空場下回采礦房，用崩落法回采礦柱；局部上盤巖石不穩固區域等采用沿走向布置進路的無底柱分段崩落法。

3.2 采礦方法的優選

（1）礦體復雜多變，單一的采礦方法難以滿足需求。根據礦體不同礦床地質條件和開采技術經濟條件，選用不同的采礦方法。

（2）礦體平均傾角約62°，平均厚度約20.26m，礦石穩固、上、下盤圍巖較穩固，階段采礦礦石損失貧化大。宜采取分段采礦：分段鑿巖、分段出礦。

（3）對采出礦石品位要求高，貧化率控制在9%左右，以空場法為主、先空后崩，用空場法回采礦房、崩落法回采礦柱和處理采空區。

對采礦方法的分析：

（1）淺孔留礦法：適用于薄礦體，礦脈傾角以急傾斜為宜，其優點為：結構和生產工藝簡單，可借助礦石本身重量放礦，采準工程量小，管理方便等優點；缺點：但工人工作區域的暴露面積大，安全條件差，礦柱礦量損失貧化大，擠壓礦石量大，影響資金周轉。

（2）分段礦房法：適用于中等穩固以上傾斜和急傾斜厚礦體，其優點是：回采方式為分段回采，可以使用無軌裝運設備，提高效率，分段礦房法應用時靈活性大，回采強度高，分段礦房采完后，可以立即回采礦柱和處理采空區，提高了礦柱的礦石回采率，為下一分段的回采建立了有利條件；缺點：在采準時工作量大，每個分段都需要運輸平巷、切割巷道、鑿巖平巷等。

（3）無底柱分段崩落法，適用于急傾斜厚礦體，礦體厚度≥15m～20m時，垂直走向布置進路。優點：分段采礦，分段沒有底部結構，鑿巖爆破、出礦等工作全部在巷道內進行，機械化程度高、安全條件好，生產能力大、成本低、管理簡單。缺點：損失貧化大，貧化率約12%。

鐵礦多為傾斜～急傾斜厚礦體，平均厚度24.69m，鐵品位38.85%，價值較低，礦石穩固，上下盤圍巖較穩固，礦體埋藏深度570m；地表允許崩落，入選品位要求達到35%以上，貧化率控制在9%以下，適合采用無底柱分段崩落法。

針對礦體傾角在24°～89°之間，平均傾角約62°；礦體厚度在1.05m～53.64m之間，平均厚度約為20.26m左右。礦體從緩傾斜～傾斜～急傾斜，其上部殘留在下部回采的條件極好，在多個分段回收后，形成較厚的礦石廢石混合層，可以很大的緩解損失貧化大的問題，礦石穩固，圍巖較穩固，圍巖允許崩落，沒有能淹沒井下的地表水以及地下水，礦石允許貧化，基本滿足無底柱分段崩落法適用條件。

4 無底柱分段崩落法采場結構參數

4.1 采場結構參數和采準布置

（1）階段高度取50～60m。

（2）礦塊尺寸及溜井間距。一般以一個溜井所服務的范圍作為一個礦塊，礦塊長度等于相鄰溜井間的距離。溜井間距主要根據裝運設備的類型而定，使用鏟運機出礦，50m～100m。

（3）分段高度的確定，根據鑿巖設備、礦體賦存條件及礦石損失貧化等因素確定,主要受鑿巖設備能力的限制。分段高度大，可以減少采準工作量，但分段高度的增加受鑿巖技術、礦體賦存條件以及礦石損失貧化等因素的限制。當階段高度為50m時，分段高度10m或12.5m，進路間距8m～10m；階段高度60m時，分段高度10m～12m，進路間距8m～12m。

（4）回采巷道,當分段高度確定后，便可根據放礦理論，使其損失貧化最佳的原則來確定進路間距。分段高度h=10m時，進路間距L=8m～10m；分段高度h=12.5m時，進路間距L=10～12.5m?；夭上锏啦贾檬欠窈侠?，將直接影響損失貧化值。上下分段回采巷道應交錯布置，使回采空間呈菱形，以便將上分段回采巷道內的礦石盡量回收。

4.2 采準切割

無底柱分段崩落法階段運輸平巷、斜坡道、溜井，布置在下盤巖石中。礦塊的劃分及溜井布置：此法一般以一個放礦溜井所服務的范圍劃分為一個礦塊，使用電動鏟運機裝礦（有效運距100m～150m），考慮回采巷道長度，溜井間距50m～100m。

進路布置：各分段的回采進路要采用菱形布置。礦體厚度小于15m～20m時，一般沿走向布置進路。回采進路（巷道）的規格（寬×高）：3.2～3.6m×2.8～3m。

無底柱分段崩落法的采準比一般為6～8m/kt，由于進路斷面大，采準副產礦石所占的比重為10%～20%。

4.3 回采工作

無底柱分段崩落法的回采進路是按垂直走向布置的，回采一般由上盤往下盤方向推進。在一個礦塊內，一般由1～2個分段做采準，1～2個分段進行鑿巖，1～2個分段進行崩礦。上分段超前下分段的距離大于20m以上。為了減少貧化，在同一分段各進路的回采應極可能在一條直線上，

(1)落礦。鑿巖采用鉆架配YGZ-90中深孔鑿巖機，上向扇形布置，炮孔直徑50mm～60mm，最小抵抗線1.5m～1.6m，排距1.5m～1.6m，孔底距1.5m～2.25m，炮孔密集系數1.0～1.5，邊孔角一般為50°～60°。裝藥系數0.55～0.7，取0.7，一次炸藥消耗量為0.2～0.4kg/m3。扇形深孔堵塞長度（0.4～0.8）W=0.6～1.2m。相鄰炮孔采用交錯不同的堵塞長度，以避免孔口附近炸藥過分集中。采用擠壓崩礦，松散系數≥1.1～1.3，每次爆破1～2排。

（2）出礦。選用1.5和2.0m3電動鏟運機出礦，采場崩落礦石經鏟運機沿分段聯絡道（鏟運機出礦道）運至采場溜井，溜井溜放至中段運輸平巷經振動放礦機裝入礦車中。每臺出礦設備一般服務3～5條進路。礦石在覆巖條件下放出，礦石與廢石多面接觸，每個步距都要發生一次貧化，貧化率較大，出礦時要注意全斷面均勻鏟裝礦石。

（3）礦塊通風。配備一臺主扇位于1630m平硐口的K40-4-Nol5(A)礦用節能通風機，兩臺輔扇分別安裝在北部1533m分層以及1527m分層8～9#線之間安裝輔助扇風機，使沿脈平巷形成較強的貫通風流。新鮮風流從下盤分段聯絡平巷，經分段穿脈進入分段鑿巖道，污風經局扇獨頭通風排至分段聯絡平巷下風流方向，經分段聯絡平巷回至端部回風井。

（4）覆蓋層。無底柱分段崩落法是在覆蓋巖（礦）石下進行放礦，因此，足夠厚度的覆蓋層是無底柱分段崩落法進行采礦的必要條件?；夭晒ぷ髅娴纳戏綉写笥诜侄胃叨鹊母采w巖層以保證回采工作的安全若上盤不能自行冒落或冒落的巖石量達不到所規定的厚度應及時進行強制放頂使覆蓋巖層厚度達到分段高度的二倍左右。覆蓋層形成，根據上盤圍巖穩固程度，優先考慮自然崩落，盲礦體或局部穩固區段再考慮強制崩落。覆蓋層觀測，為了掌握頂板圍巖冒落條件和規律，冒落高度、覆蓋層厚度，空區情況等，采用鉆孔等對頂板圍巖進行觀測。

5 結語

通過對某鐵礦開采中存在的問題，通過分析和生產實際等情況確定采用無底柱分段崩落法，并在此基礎上確定了該方法的采場結構參數，針對礦石的損失貧化問題，還需進一步研究優化。