云南昆阳磷矿深部矿体开采方式研究

李小双，李耀基，王孟来

（1．国家磷资源开发利用工程技术研究中心，云南 晋宁650600；2．云南磷化集团有限公司，云南 晋宁650600）

近几年来，随着云南滇池周边地区露天磷矿山开采深度的进一步增加，矿山逐步进入深凹露天开采阶段，作业环境与条件进一步恶化，加之排土场租赁费用、人工工资、柴油与汽油价格的快速上涨以及环保要求的提高，露天开采方式的优势逐步消失［1－4］。露天磷矿山深部矿体开采方式问题已经成为云南滇池周边地区露天磷矿山发展的一个重大问题［5－8］。

1 昆阳磷矿概况

昆阳磷矿1965年由化工部化工矿山设计研究院（现名化工部连云港设计研究院）进行设计建设，原扩大初步设计将矿区5～56勘探线范围内由东向西划分为四个采区，圈定可采储量8 213．7万t，P2O5平均品位27．32%。当时设计规模为350万t／a，经过几十年的开采，1采区回采工作已经结束，并已经闭坑。2采区目前开采区域矿石品质明显下降，上层矿基本上为浮选原料矿，下层矿极不规整，部分可采，由于2009年受金融危机及市场需求的影响，2采区暂时没有开采。矿山现在的主要生产采区为3、4采区。预计至2009年年底3采区中部29～35线下降两个水平至2 100m水平，剥离302．51万m3。西部36～40线下降一个水平至2 140m水平，剥离200万m3。4采区东采场43～48线下降两个水平至2 210m水平，剥离297．49万m3。西采场51～56线下降两个水平至2 090m水平，剥离200万m3。

昆阳磷矿按照目前的产量，2、3和4采区的目前储量大约能维持5年，深部未做勘探工程。不过5、6采区即二矿区56～73线勘探工作已经完成，储量核实报告已经提交，矿山已经在做工作，准备回采，露天开采范围服务年限较长。

2 矿山工程特征

2．1 矿体特征

1）1～4采区

矿体呈稳定的层状，其产状与围岩产状一致，大致呈东西走向，倾角一般为10°～16°，东缓西陡。矿体东西长5．6km，南北宽1．0～2．15km。全区上矿层表内矿体厚度5～7m，平均6．18m，厚度变化趋势为东部较厚，西部较薄。全区下矿层表内矿层厚度3～4m，平均3．25m，变化趋势为西部较厚，东部较薄。下矿层在宽35～47勘探线间出现无矿地带，东西长约1km，南北宽约600m。上矿层自上而下由白云质磷块岩、粒屑磷块岩、白云质硅质条带磷块岩组成；下矿层自上而下由白云质硅质条带磷块岩、粒屑磷块岩或砾状磷块岩组成。矿层内均无夹石层。

2）二矿区

昆阳磷矿二矿区矿床类型为寒武纪早期形成的沉积型磷块岩矿床。矿区位处香条村背斜南翼。矿层（体）总体呈向南东缓倾斜的单斜构造。由于矿层（体）产状平缓，因此矿层（体）露头形态较复杂，总体呈弯曲状绕山分布。

矿层（体）产状稳定，与上覆及下伏地层基本一致。倾向一般为140°～160°，倾角10°～30°，平均为15°左右。个别地段受构造或重力作用产生垮塌，产状有所变化。

矿层（体）分上下两层矿。1）上矿层一般由上部砂屑状磷块岩、条带状磷块岩，中、下部的粒屑磷块岩组成。上部一般为Ⅲ品级矿体，中部一般为Ⅱ品级矿体，下部一般为矿体主要含磷层位，是Ⅰ、Ⅱ品级富矿石赋存层位。含矿层厚度1．50～9．97m，平均6．36m；Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ品级矿体平均厚度5．59m，P2O5平均含量28．57%，矿层（体）厚度、品位均较稳定。2）夹层为一层黏土质页岩，厚度0～1．43m，一般在0．50m左右。3）下矿层一般由上部的蓝灰色粒屑磷块岩、中部粒屑磷块岩及下部浅灰色中厚层状砂质磷块岩组成。上部一般为矿体主要含磷层位，是Ⅰ、Ⅱ品级富矿石赋存层位，中部一般为Ⅱ品级矿体，下部一般为Ⅱ、Ⅲ品级矿体。矿层厚度1．20～10．00m，平均厚度6．04m；Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ品级矿体平均厚度5．97m，P2O5平均含量31．72%。矿层（体）厚度、品位均较稳定。矿区矿层（体）沿走向延伸4 000m，沿倾向在矿区范围内均有矿体分布，最大1 380m，平均750m。矿体延展规模为大型。

2．2 开采技术条件

矿区属二街富水区，处地下水的补给径流带，地表水向沟谷排泄迅速。西部有近南北向的二街河，在鸣矣河村与鸣矣河交汇，汇流处标高1 880m，为区域最低侵蚀基准面。露采资源量分布最低标高为1 908m，均处最低侵蚀基准面以上。

矿区主要含水层有寒武系下统渔户村组（Э1y），中谊村组上白云岩段（Э1z2）、上矿层（Э1z1－3）、下矿层（Э1z1－1），泥盆系上统宰格组（D3z）及第四系洪积坡积层（Q）。隔水层有寒武系下统中谊村组磷块岩段夹层（Э1z1－2）、筇竹寺组（Э1q）、沧浪铺组（Э1c）、泥盆系中统海口组（D2h），矿体赋存状态如图1与图2所示，各岩层的物理力学参数指标见表1。

图1 1～4采区矿体赋存情况Fig．1 The geological condition of ore body in the first to fourth mining area

直接顶板为白云岩、硅质白云岩，风化为褐红色黏土岩夹硅质岩角砾和团块。据1～4采区资料，白云岩致密坚硬，属坚硬岩类，稳定性好；黏土岩遇水易软化，稳定性变差，为软弱岩类。

图2 2采区矿体赋存情况Fig．2 The geological condition of ore body in the second mining area

上覆岩层为白云质粉砂岩、粉砂岩、页岩，地表裂隙发育，深部裂隙不发育，新鲜岩石属坚硬岩类，稳定性较好；风化岩石为软弱－半坚硬岩类，稳定性差。上矿层主要为条纹条带状磷块岩、白云质磷块岩、致密块状磷块岩，历经多年开采，地表浅部风化矿已基本被采，现在采区内矿层部分多属新鲜矿石，节理裂隙发育，呈闭合状。属于坚硬岩石，稳定性较好。夹层为白云岩、黏土岩，风化中－弱，白云岩局部风化较强，呈砂状，为砂质白云岩。属坚硬岩类，稳定性好。黏土岩饱水后易软化，稳定性较差。下矿层为薄层状砂屑状磷块岩，裂隙发育，岩石抗压强度71．9～85．3MPa，为坚硬岩类，稳定性较好。底板为粉晶白云岩夹硅质岩条带或透镜，裂隙发育，属坚硬岩类，稳定性好。

表1 岩层物理力学参数Table 1 Physical and mechanical parameters of rock stratum

3 深部矿体开采分析

3．1 1～4采区

1～4采区原来设计的露天开采境界最低开采标高为2 060m水平，经过几十年的开采，1采区开采已经结束，其余采区最低已开采至2 090m水平，离最低回采标高仅有30m，三个采区原露天开采设计境界内的矿量还能维持5年左右。四个采区的深部补勘工作已经完成，并于2010年5月获得了补勘资料，并对每个采区进行了露采最大采深计算及分析，结果如下：

1）1采区

1采区位于6～17线，原设计露天境界范围内的矿体已经回采结束，目前已经闭坑。进行生产补探后，勘探深度至1 840m水平，根据勘探报告提供的数据，至1 840m 水平的剥采比为3．81m3／t，和盈利法计算推荐的经济合理剥采比一致［9］。经过对1采区剖面图重新圈定计算，开采至1 860m水平，剥采比为3．19m3／t，略小于本次比较法计算推荐的经济合理剥采比，且以下矿量不是很大，因此1采区仍适合采用露天开采。

2）2采区

2采区位于17～28线，原设计露天境界范围内的矿体已经所剩不多，生产勘探至1 830m水平，根据勘探报告提供的数据，至1 830m水平的剥采比为3．91m3／t，比盈利法计算推荐的经济合理剥采比略大［10］。经过对1采区剖面图重新圈定计算，开采至1 840m 水平，剥采比为3．78m3／t，略小于盈利法计算推荐的经济合理剥采比，开采至1 850m水平，剥采比为3．37m3／t，比本次比较法计算推荐的经济合理剥采比略大，根据目前勘探的深度所剩矿量不多，因此2采区仍适合采用露天开采。

3）3采区

3采区位于28～41线，原设计露天境界范围内的矿体37线以东开采至2 100m水平左右，37线以西开采量不大，约在2 150～2 170m水平。生产探矿对3采区勘探至1 860m水平，勘探报告提供的数据，至1 860m 水平的剥采比为5．95m3／t，此剥采比远远大于推荐的经济合理剥采比。本次研究根据其剖面图，依据比较法和盈利法计算推荐的经济合理剥采比进行了重新圈定，圈定的开采标高分别为1 920m 和1 900m，即露天开采至1 920m，仍比地采利润大，开采至1 900m仍有盈利。对剩余矿量进行估算：开采至1 920m，剩余矿量约330万t；开采至1 900m，剩余矿量约为200万t［11］。目前勘探深度的剩余矿量是不具备地下开采投资价值的，因此3采区推荐目前只采用露天开采，待以后做了更深一步的补勘工程，根据保有矿量，经过经济计算后再决定是否具有地采价值。

4）4采区

4采区位于41～55线，原来没有进行大规模的开采，仅有小规模的民采活动，原设计露天境界范围内的矿体仍有1 000万t左右。生产勘探至1 940 m水平，勘探报告提供的数据，至1 940m水平的剥采比为4．9m3／t，此剥采比大于推荐的经济合理剥采比。本次研究根据其剖面图，依据比较法和盈利法计算推荐的经济合理剥采比进行重新圈定，圈定的开采标高分别为1 990m和1 970m，即露天开采至1 990m，仍比地采利润大，开采至1 970m仍有盈利。对剩余矿量进行估算：开采至1 990m，剩余矿量约400万t；开采至1 970m，剩余矿量约220万t。目前勘探深度的剩余矿量不具备地下开采投资价值，因此4采区目前只推荐采用露天开采，待以后做了更深一步的补勘工程，根据保有矿量，经经济计算后再决定是否具有地采价值。

综上所述，经过对1～4采区的补勘，四个采区仍然适合露天开采，开采境界内保有矿量约7 000万t，可以保障矿石的长期供应［12］。四个采区深部仍有一定的矿石储量，而目前探明的露天境界外储量不具备地下开采投资价值。此外矿岩的稳定性不好，给地采带来了一定困难。昆阳磷矿离滇池较近，露天境界外已经低于当地侵蚀面，矿区地层在远古代与古生代之间有个大断裂带直通滇池，会给地采带来很大影响。由此判定，在目前的采矿技术水平和矿石价值下，不具有实施地下开采的可能。

3．2 二矿区

二矿区位于56～72线，根据地质资料显示，整个走向矿体都有露头矿体沿走向自东向西向下倾伏，根据矿山提供的地质资料，二矿区总共有58线、60线、62线、64线、66线和70线控制。按照本研究比较法推荐的经济合理剥采比对每个剖面进行露天开采境界圈定，其最大开采深度分别为1 870m、2 000m、2 080m、2 000m、1 900m 和1 900m，以上开采水平说明，随着露天开采的进行，由于62线开采较浅，会逐渐形成两个采坑。

按以上开采深度圈定露天境界后，根据目前勘探深度，58线矿体几乎都可以露采，60线和66线矿体露采1／2左右，62线矿体几乎没有开采，64线矿体露采1／5，70线矿体露采3／5，采用面积法对全区1 800m以上露天开采境界外矿量进行估算，保有矿量1 200万t左右，矿体向深部延深，没有变薄迹象，说明深部远景储量可观［13］。

矿体直接顶板为白云岩、硅质白云岩，风化为褐红色黏土岩夹硅质岩角砾和团块。白云岩致密坚硬，属坚硬岩类，稳定性好。黏土岩遇水易软化，稳定性变差，为软弱岩类。底板为粉晶白云岩夹硅质岩条带或透镜，裂隙发育，工程地质条件为简单偏中等类型。矿区水文地质条件为以大气降水充水为主的简单类型。矿区地质环境质量良好，因此地下开采的开采技术条件较好。

因此，二矿区上部采用露天开采，开采最低水平为1 870m；下部矿体地下开采具有可行性。

4 结论

经过对昆阳磷矿6个采区的分析，结论如下：1～4采区绝大部分矿体都可以进行露天开采，深部矿量较少，且开采技术条件差，不适合地下开采；二矿区上部适合采用露天开采，下部矿体地下开采具有可行性。矿山应根据研究的结论，针对各个不同矿段的深部矿体赋存情况，对今后3～5年的开采规划进行统一部署，以保证矿山生产的正常进行。

［1］ 李小双，李耀基 ．我国磷矿资源开采现状及其展望［C］／／2012年中国矿业科技大会 ．济南，2012：20－23．

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［3］ 李耀基，李小双，黄 滚 ．大型露天磷矿山露天转地下开采技术研究 ［M］．重庆：重庆大学出版社，2011．

［4］ 苗文桐，徐德诚 ．认真做好磷矿采矿方法的试验研究［J］．化工矿物与加工，1984，13（2）：1－2，5．

［5］ 李小双，李耀基，王孟来．河流及村庄下硫铁矿回采上限与矿房宽度确定方法［J］．有色金属（矿山部分），2014，66（1）：14－17．

［6］ 王运敏，刘盛华，郑惟刚 ．我国大型露天矿开采的主要薄弱环节及其对策［J］．金属矿山，1998（5）：5－10，50．

［7］ 陈 雷 ．露天地下联合开采采动损害规律研究［D］．武汉：武汉理工大学，2008．

［8］ 马建军 ．大冶铁矿深凹露天转地下开采的几个安全问题研究［D］．武汉：武汉科技大学，2007．

［9］ 李小双 ．露天转地下开采露天边坡稳定性与地下采场覆岩变形破坏特征研究［D］．重庆：重庆大学，2010．

［10］ 云南磷化集团有限公司．昆阳磷矿露天转地下开采数值模拟研究报告［R］．昆明：云南磷化集团有限公司，2012．

［11］ 云南磷化集团有限公司．云南磷化集团有限公司深部矿体开采方法研究报告［R］．昆明：云南磷化集团有限公司，2011．

［12］ 李小双 ．云磷集团深部矿体开采地压与覆岩变形特性研究［D］．重庆：重庆大学，2013．

［13］ 重庆大学 ．云磷集团昆阳磷矿深部矿体开采采矿方法研究［R］．重庆：重庆大学，2013．