某磷矿急倾斜双层矿体采矿方法研究

欧任泽,胡汉华,周 礼

(1.中南大学 资源与安全工程学院, 湖南 长沙 410083；2.长沙矿山研究院有限责任公司, 湖南 长沙 410012)

0 引 言

某磷矿体由a、b矿层及中间夹石层构成，其中a矿层位于夹石层下盘，b矿层位于夹石层上盘。矿体上缓下陡，上部矿体平均倾角约60°，下部矿体平均倾角85°～90°。设计采用分段空场法回采，分段高22～23 m，采幅15 m，采场沿矿体走向布置，每隔50 m留6～8 m间柱。分段回采时，沿a、b矿层走向各掘进一条4.0 m×4.2 m的凿岩巷道，采用YGZ90钻机钻凿上向扇形中深孔崩矿，崩下矿石用装载机装入卡车运至地表。在该矿回采过程中，大部分采场的直接顶柱、上盘以及夹石均有垮塌，其中以a、b矿层间的夹石垮塌最为严重。随着开采深度的增加，地压危害加剧，矿岩垮塌有愈演愈烈之势。受此影响，井下采场实际采高约10 m，余下矿石均无法采出，矿石损失率高达50%以上。此外，作业人员和设备的安全受到严重威胁。为此，该矿委托长沙矿山研究院有限责任公司开展采矿方法方面的研究，以期提高资源回收率，改善井下作业安全条件，实现安全经济高效开采。

1 矿山开采工程地质条件

该矿矿体近一半位于当地侵蚀基准面之上，矿山外部北西面有岩坑河分布，相距500 m以上，区内地表水与地下水联系不密切，地下水补给条件差，矿床的充水岩层灯影组白云岩富水性中等，属以溶蚀裂隙为主、顶板直接充水的水文地质条件中等的岩溶充水矿床类型。

矿体直接顶板为浅灰色薄层状含磷白云岩，厚度较稳定；夹石层为浅灰色中层状含磷微粒白云岩，顶部具不稳定的硅质团块,或磷硅质团块并夹杂有不稳定的白云质磷块岩透镜体；底板为浅灰色中厚层状细粒白云岩。根据现场揭露情况，a矿层下盘岩体中等稳固以上，上盘岩体中等稳固～不稳固；b矿层下盘为夹石，中等稳固～不稳固，上盘十分软弱，极易垮落，下盘与隔层间存在泥质层。

2 采矿方法设计

2.1 采矿方法初选

在空场法、崩落法、充填法[1￣3]3类方法中，采用空场法将遗留大量采空区隐患[1￣4]，同时不能满足处理选厂尾砂的要求，且该矿回采实践已证明该矿岩石条件不适宜采用空场法开采；崩落法是一种安全高效低成本的采矿方法[5]，但其矿石损失贫化大，同时地表崩落可能引发一系列生态问题，选厂尾砂也得不到处理，因此崩落法也不适合作为该矿主要的采矿方法。由此通过排除的方式初步确定适合该矿开采技术经济条件的采矿方法为充填法。

2.2 采矿方法设计

结合该矿矿岩稳固性进行分析论证，最终确定适合该矿的最优采矿方法为上向水平分层充填采矿法[6]，其中a矿层采用常规方法开采，b矿层采用进路法分步回采。其典型方案如图1所示。

根据该矿开拓现状，中段高度定为46 m，分段高度10～14 m，一个分段内划分为3～4个分层。矿块垂直于矿体走向布置，沿走向长50～55 m，宽为矿体厚度。为控制采场顶板暴露面积，相邻矿块间及采场回采单元内留设4 m宽永久矿柱。

主要采切工程包括中段运输巷道、采区斜坡道、分段巷道、分层联络道、充填回风井、溜井、切割平巷等。

2.3 回采充填工艺

图1上向水平分层采矿法典型方案

1—分段平巷 2—分层联络道 3—溜井 4—矿石堆 5—条柱 6—泄水井 7—充填回风井 8—铲运机 9 充填管 10—充填料 11—浇面层 12—步采进路 13—二步采进路 14—铲运机

(1) 凿岩。采用YT-28凿岩机凿岩，确定炮孔深度2.5～3.0 m，炮孔直径40 mm。采场每层矿体回采时，施工4排水平炮孔：第1、2、3排炮孔为主落矿炮孔，排距为0.9 m，孔距为0.8～1.0 m；第4排炮孔为光面爆破控制孔，距第三排炮孔0.6 m，孔距为0.5～0.6 m。

(2) 爆破。凿岩结束后，清洁炮孔，采用人工装填卷状炸药，采用毫秒微差导爆管雷管起爆。其中，第1、2、3排落矿炮孔装药系数为0.5～0.6，第4排光面爆破控制孔的装药系数为0.1～0.2。

(3) 通风。新鲜风流自分段平巷经分层联络道进入采场，污风经充填回风井到上中段回风巷。为了增强通风效果，可在充填回风井、采场中分别安设辅扇和局扇。

(4) 出矿。出矿采用WJD-2电动铲运机。采场爆破前，铲运机驶离矿房进入分段平巷，爆破通风完成后，铲运机自采场分层联络道入口开始出矿。初期少量矿石运至脉外溜井放矿，当脉内溜井清理出来后，矿石即可直接倒入脉内溜井。

(5) 充填。采场分层落矿结束、经验收合格后，将设备移出采场，按设计要求架设充填管、顺路钢溜井、人行滤水井，并砌筑好隔离墙后即可进行充填。a矿层一次充填高度为2.0～2.5 m,每次充填后的空顶高度为1.5～2.0 m；b矿层进路充填时应充分接顶。

2.4 主要技术经济指标

该矿上向水平分层采矿法主要技术经济指标见表1。

表1 上向水平分层充填法主要技术经济指标

3 结 论

针对某磷矿急倾斜双层矿体开采中存在的作业安全性差、资源损失严重等问题，结合该矿实际开采技术经济条件，分析选择上向水平分层充填采矿法为最优方法。该方法盘区生产能力为500.0 t/d，矿石综合损失率为19.2%，贫化率为5.0%，作业安全条件较原方案得到了极大改善，同时资源回收率也得到了显著提高。

参考文献：

[1]解世俊.金属矿床地下开采[M].北京：冶金工业出版社，2007.

[2]张富民.采矿设计手册：矿床开采卷[M].北京：中国建筑工业出版社，1987.

[3]于润沧，刘育民，唐 建.采矿工程师手册[M].北京：冶金工业出版社，2009.

[4]杨通录.分段空场法在锡铁山铅锌矿的应用[J].采矿技术，2014,14(2)：3￣4.

[5]周宗红.夏甸金矿倾斜中厚矿体低贫损分段崩落法研究[D].沈阳：东北大学，2006.

[6]胡道喜.上向进路与上向分层充填法在李官集铁矿的应用[J].金属矿山，2011,4(1).