倾斜双层矿体采矿方法的探讨

2015-03-09黄景军陈礼石严佳龙李寿山

现代矿业 2015年7期

关键词：矿块空场采矿方法

黄敏黄景军陈礼石严佳龙李寿山

(化工部长沙设计研究院)

倾斜双层矿体采矿方法的探讨

黄敏黄景军陈礼石严佳龙李寿山

(化工部长沙设计研究院)

针对某矿区磷矿层倾斜双层矿体的赋存特征，结合其开采技术经济条件，提出了一种适宜于该矿体的组合采矿方法，详细介绍了该方法的矿块结构参数及采场回采工艺。在保证安全开采的条件下，可实现贫富矿层分层开采，达到了充分回收矿产资源，提高矿山经济效益的目的。

采矿方法倾斜双层矿体磷矿

在我国已探明的磷矿体中，许多存在两层以上工业矿层[1-5]。双层矿体的开采目前仍是个技术难题，相关的研究较少。若将夹层并入矿层合层开采，废石混入率太高，贫化严重；如采用分层开采，则需保留一定的夹层厚度，确保开采过程中夹层的稳定性，保证开采安全。由于分层的赋存条件(如厚度倾角等)的变化，各分层一般需要采用不同的采矿方法，两种采矿方法的结合是分层开采的又一个难题。云南某磷矿山原为露天开采，随着露天开采成本的增加，露天转地下开采已成为必然。该矿山两层工业矿层分别赋存于不同的岩性段中，其间夹层为低品位矿或夹石。本文结合该矿体的具体赋存条件，对采矿方法进行了探讨。

1 矿层开采技术条件

矿层的产出基本与含磷岩系地层一致，为向东倾斜的单斜矿层，后期受构造运动影响，且经风化、剥蚀，矿层的稳定性受到了一定的影响，富矿层变化较大，贫矿层基本稳定。矿层走向约N18°W，倾向约N72°E，倾角45°～54°。工业矿层分两层，上矿层为深灰、蓝灰色薄层致密块状磷块岩，为主要富矿赋存层位，水平厚度6.2～9.0 m；下矿层由深灰、灰绿、灰黑色含砂白云质磷块岩及少量致密块状磷块岩组成，品位较上矿层低，水平厚度2.6～4.3 m。上矿层与下矿层间为夹石及表外矿层，厚度为8～12 m。

矿层直接顶板围岩为石英砂岩，设计基建中段距原露天坑底较近，埋深较浅，岩石受风化作用影响，力学强度降低，稳定性相对变差；浅部矿层同样受到风化作用，力学强度降低。矿体底板为灰、灰白色薄—中层状白云岩，岩石坚硬完整，不易发生底鼓等地质现象，底板稳定。

2 采矿方法选择

2.1 各采矿方法分析

根据矿层条件，可能采用的采矿方法有：浅孔留矿法、分段空场法、分段留矿-崩落法[6]。

(1)浅孔留矿法适用于矿岩基本稳固的倾斜、急倾斜矿体，技术成熟、工艺简单。其缺点是工人劳动强度大，生产能力低[7]，且工人在采场顶板暴露面下作业，安全性较差。根据现场露天开采提供的资料，矿石较破碎、完整性较差，因此浅孔留矿法仅能用于矿体水平厚度小于 4 m 的矿体。

(2)分段空场法适用于矿岩均稳固，中厚以上的倾斜、急倾斜矿体。设计基建中段矿体顶板岩石硬度中等偏小，岩层完整性中等，属中等稳固岩层。矿房回采过程中，如果顶板岩层冒落，将增加矿石的损失和贫化，同时冒落产生的冲击气流对分段作业人员的安全也造成威胁。由于矿石完整性较差，间柱回采作业较困难，存在一定的安全隐患，故不宜采用分段空场法。

(3)分段留矿-崩落法是无底柱分段崩落法的变种，其要点：全部采用无底柱分段崩落法的生产工艺，只是回采出矿前不需形成覆盖层，而是留下适宜厚度的顶柱，形成空场放矿条件。该顶柱(或上盘围岩)冒落前，下部分段在空场下出矿，放出无贫化矿石。随着崩落矿石的放出，空场越来越大，当空区围岩达到一定暴露面积时，便会自然冒落。在顶柱(或上盘围岩)冒落后，形成覆盖岩放矿条件，按分段崩落法回采下一个分段，充分回收采场内矿石。本方法需要无轨铲运机出矿，设备投资较高，同时还需要掘进斜坡道。

2.2 确定采矿方法

下矿层矿体厚度较薄，可采用浅孔留矿法开采；根据上述分析可知，浅部矿岩受风化作用影响，其稳定性比深部要差，因此上矿层应用分段留矿-崩落法比较好[8]。综上所述，对于该双层矿体浅部地采时宜选用浅孔留矿法与分段留矿-崩落法的组合。

3 采矿方法简述

3.1 上矿层采矿方法

上矿层采用分段留矿-崩落法(见图1)。

图1 上矿层采矿方法分段留矿-崩落法(单位：m)

(1)矿块构成要素。矿块沿走向布置，长100 m，中段高度50 m，分段高度10 m。

(2)采准切割。为减少脉外工程，沿脉布置分段平巷作为出矿进路，每个矿块布置一个脉外出矿溜井，分段平巷与矿石溜井通过分段联络道连通。脉外布置斜坡道，供无轨设备运行。

(3)回采。采用YGZ90凿岩机凿岩，由矿块分段平巷的端部开凿切割横巷、切割天井和切割槽，形成爆破自由面，向出矿溜井方向退采。矿块总的回采顺序：上分段超前下分段回采，若上盘围岩稳固，可安排2～3个出矿分段，下分段回采滞后上分段的距离可根据现场实际情况调整。

(4)出矿。采用2 m3铲运机出矿，每次中深孔爆破后，运出崩落矿石的30%左右，剩余矿石留在采场内作为顶板围岩的支撑。如果顶板围岩稳固性较好，也可以尽量多运出一些无贫化的矿石，但必须保持端部出矿口不放空。采用崩落矿石将空区与分段平巷内作业点隔离开来，以保证井下作业人员的安全。采场的大部分矿石回收在最下一个分段完成，在覆岩下出矿。

(5)矿块通风。新鲜风由斜坡道进入分段运输平巷，清洗工作面后污风后由局扇抽出，经回风天井、回风平巷排出地表。

(6)矿柱回采及采空区处理。由矿块一端向斜坡道方向连续退采，中间不留间柱，没有矿柱回采工序。回采出矿前不必形成覆盖层，而是留下适宜厚度的顶柱，形成空场放矿条件。该顶柱(或上盘围岩)冒落前，下部分段在空场下出矿。在空场出矿过程中，随着崩落矿石的放出，空场越来越大，当空区围岩暴露达到一定面积时，便会发生自然冒落。

(7)主要技术经济指标。矿块生产能力为300～350 t/d，矿石损失率为15%～20%，矿石贫化率为10%～12%。

3.2 下矿层采矿方法

下矿层采用浅孔留矿法(见图2)。

(1)矿块结构参数。矿块沿走向布置，沿走向长48 m，矿块高度50 m，矿房长度40 m，间柱宽8 m，底柱高10 m，顶柱高3 m。

(2)采准切割。设计采用平底结构，在矿层底盘脉外布置铲运机运输巷和装矿进路，矿石溜井与上矿层采矿方法共用。采准工程还包括脉内人行通风天井、天井采场联络道，切割工程仅有一条拉底平巷布置在底柱上部。

(3)回采。采用YSP45型凿岩机凿岩，回采作业循环：打眼—装药—放炮—通风—洒水—局部放矿—撬毛—场地平整等。

图2 下矿层采矿方法浅孔留矿法(单位：m)

(4)出矿。每次爆破后，放出崩落矿石的30%～40%(局部放矿，使采场作业高度始终保持在2 m左右)，待矿房全部爆破完成后再进行大量放矿。由铲运机进入装矿进路装载，经运输巷、分段联络道运往矿石溜井。

(5)矿块通风。新鲜风流经人行通风穿脉进入一侧人行通风天井，再经天井采场联络道进入采场，清洗工作面后，污风由另一侧人行通风天井排至回风平巷。

(6)矿柱回采。相邻两个矿房回采结束后，在间柱内天井中钻凿炮孔，进行一次性爆破，崩落矿石由采场底部装运至采场矿石溜井。

(7)顶板管理与采空区处理。浅孔留矿法回采过程中，矿房中先留下大部分崩落矿石，作为上盘围岩的临时支撑，减小上盘围岩冒落的可能性。回采过程中的主要危险来自矿房顶板，因此，每次局部放矿后，均应仔细“敲帮问顶”，清除浮石，对不稳固地点采用临时支护措施。矿房回采完成后，强制崩落顶柱和间柱，使上盘围岩失去支撑，达到一定暴露面积后，上盘围岩自然冒落，充填采空区。

(8)主要指标。矿块生产能力为60～80 t/d，矿石损失率约15%，矿石贫化率为10%～12%。

3.3 矿层的开采顺序

回采过程中先采上矿层，待上矿层顶板岩石崩落并稳定后，再回采下矿层。因此，在同一中段，沿走向相同的矿块区间内，必须待分段留矿-崩落法采场上盘围岩崩落后，再采用浅孔留矿法对下矿层上进行回采出矿。为确保两层矿体回采时的安全，上矿层与下矿层的采场之间应保证有足够厚度的夹层，以避免爆破震动引起夹层垮塌而发生安全事故。顶柱和夹层的具体厚度需通过进一步的研究和现场工程实践来确定。