云磷集团晋宁磷矿2 号坑深部矿体开采方法

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)

近年来，随着云南滇池周边区域露天磷矿山的开采深度逐步增大，磷矿山逐步进入深凹开采阶段，生产剥采比急剧增加，加之排土场与土林地的租赁费用、环境与水土保持费用、人工成本以及柴油、材料价格的快速上涨，露天开采的成本快速增加，原有的优势正逐步丧失［1-8］。露天磷矿山深部矿体开采方法问题已经成为滇池周边区域露天磷矿山未来可持续发展亟待解决的一个重大问题［9-13］。

1 晋宁磷矿2 号坑概况

晋宁矿区(Ⅲ、Ⅳ矿段)北起五指山北麓(34#勘探线)，南至羊石凹子顶(134#勘探线)，南北长13.7 km，东西宽1.1 km，矿区面积(采矿权范围)14.97 km2。山势北低南高，最高点2 485.5 m，一般标高2 200 ～2 350 m，与东西两侧的河床相对高差200 ～400 m。晋宁磷矿矿区内总共含有10 个露天采坑口。2 号坑位于54 ～95#勘探线间，西起小石岩—锅盖顶一线，东至打煤炭—小平坝—大柳树一线;南起大沙地，北达小黑土。南北长约4.16 km，东西宽约0.57 km，面积约2.37 km2。地理座标为东经102°42'47″～102°44'09″，北纬24°33'47″～24°36'10″。

晋宁磷矿为目前正在开采的大型露天矿，二号坑也是目前正在开采的露天矿区之一，运矿公路、外部35 kV 供电线路、外部供水管线等设施均已到达试验区附近，生产、生活配套设施较齐全，均可作为地下开采试验工程项目的基础和依托。矿区属中山地貌，沟谷较发育，植被茂密，村落、耕地较少，无重要工业设施，无名胜古迹，不属于自然保护区，矿山开发的地理条件较好。

2 矿山工程地质

2.1 矿层特征

矿层主要赋存于梅树村组第二、三岩性段中。

Ⅰ级品磷矿体分布不连续，在WN—ES 与EN—WS 对角线上均出现尖灭现象，磷矿层厚度介于1.20～28.40 m，平均厚度为5.33 m;Ⅰ级品磷矿体分布不连续情况更为严重，在56#、57#勘探线之间出现大规模尖灭现象，磷矿层厚度介于1.00 ～20.80 mm，平均厚度为6.03 m;;Ⅲ级品磷矿体连续性较好，磷矿层厚度介于1.00 ～28.42 m，平均厚度为13.09 m。

地下开采方法工程试验区域，位于58#、59#勘探线之间。试验区的磷矿层标高范围为2 220 ～2 270 m，矿体倾角45° ～54°，磷矿体赋存深度为50～100 m，Ⅰ级品磷矿厚度4.80 ～7.00 m，Ⅱ级品磷矿厚度1.90 ～6.00 m。

2.2 工程地质条件

地下采矿工程试验区内的岩层，依据各岩层与岩体的力学特征、构造以及工程赋存情况可划分为5组:第1 组为第四系(Q)松散表土层;第2 组为坚硬的结构较为完好的矿层底板;第3 组为软弱—半坚硬的结构比较破碎矿层直接顶板;第4 组为半坚硬～坚硬间接顶板;第5 组为半坚硬～坚硬的间接底板。

地下开采工程试验区域内磷矿与各岩层体，由于埋藏深度较浅，受风化作用强烈，顶板覆岩整体稳定性差，底板稳定较好。矿体赋存状态如图1 所示，各岩层的物理力学参数指标见表1 所示。

图1 2 号坑矿体赋存情况Fig.1 The occurence geological condition of No.2 pit

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

3 深部矿体开采方法研究

3.1 工业试验区段的选择

试验区段有2 个方案。

(1)58#勘探线往北方案:从地质剖面图看，58#至57#勘探线矿体厚度太薄，代表性不强。57#往56#勘探线方向，基本为品位很低的表外矿。同时，无论是57#勘探线还是56#勘探线，2 220 m 往深部，都有近100 m 深度的工业矿层变贫变薄，不利于试验后期的持续生产。设计认为，58#勘探线往北作为试验地点不合适。

(2)58#勘探线往南方案:从地质剖面图看，58#至59#勘探线间矿体赋存简单，储量大，品位高，且有多层矿，代表性较强，无论是往南还是往深部，工业矿层的连续性都较好，有利于试验后期的持续生产。因此设计选定58#～59#勘探线作为采矿试验区段。

根据58#勘探线附近地表地形和58#～59#勘探线露天矿开采情况(58#～59#勘探线间露天开采境界标高为2 170 m)，需采用斜井或斜坡道开拓，井口标高2 220 m，阶段高度50 m。

3.2 开采对象与开采方案的选择

试验区内磷块岩矿床贫富矿层之间连续沉积，物质组分渐变，矿石品位逐渐过渡。根据矿石品级划分，Ⅰ品级(P2O5≥25%)位于含磷矿层的上部;Ⅱ品级(P2O5为15% ～25%)主要位于含磷矿层的中部;Ⅲ品级(表外矿，P2O5为8% ～15%)位于含磷矿层的中、下部;在Ⅲ级品(表外矿层)中还出现夹石层。

在不考虑充填采矿法的情况下，当分2 层进行回采时(上部①矿层、①1矿层和①2矿层混采，下部②3矿层单独开采，详见图2)，为保证回采层间夹层基本稳定，其厚度需达到20 m。从58#和59#勘探线剖面图来看，这一夹层厚度均小于20 m。根据该研究成果，为保证开采安全不宜分多层进行开采。

图2 开采矿层示意Fig.2 The schematic diagram of mining seam

针对试验区段(58#～59#勘探线，标高2 120 ～2 170 m)各矿石品级的分布情况(试验区段储量计算结果见表2)，对开采对象，设计了以下2 个方案(见表3)。

表2 资源储量估算Table 2 Resource reserves estimation

表3 开采方案比较Table 3 Comparison of mining scheme

方案1。矿层①、①1、①2、②、②1、②2、②3分层混采，矿石量(含Ⅲ级品和废石)总计294 622.0 t，地质平均品位17.78%，采出矿石品位约15.11%;

方案2。仅采上部①、①1、①2分层矿(进行混采)，矿石量96 855.9 t，地质平均品位27.02%，采出矿石品位约22.97%。

根据以上比较，方案1，采出矿石品位太低;设计推荐方案2，实行①、①1、①2分矿层混合开采，采出矿石混合后，矿石品位可达22.97%。

3.3 采矿方法比较

根据开采对象及矿体开采技术条件，可能采用的采矿方法有:分段空场法、浅孔留矿法、分段留矿崩落法，3 种方法的主要技术经济指标见表4。

表4 采矿方法比较Table 4 Comparison of mining methods

(1)浅孔留矿法适用于矿岩基本稳固的倾斜、急倾斜矿体，是一种技术成熟、工艺简单的采矿方法。缺点是工人劳动强度较大，采场生产能力较低，由于工人在采场顶板暴露面下工作，如果矿石稳固性较差，则安全性较差。根据马鞍山矿山研究院初步研究资料，试验地段矿石破碎，完整性较差。因此，设计推荐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的中厚以上的倾斜、急倾斜矿体。试验地段矿体顶板岩石硬度中等偏小，岩层完整性中等，属于中等稳固岩层。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，间柱回采作业可能较为困难。从安全性方面考虑，分段空场法不宜采用。

(3)分段留矿崩落法是无底柱分段崩落法的变种。无底柱分段崩落法是一种技术上非常成熟的采矿方法。分段留矿崩落法的要点是: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要形成覆盖层，而是留下一定量的顶柱，便于放矿。在作业空间垮塌前，完成出矿工作，放出无贫化矿石。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。待覆盖层结构稳定后，采用分段崩落法回采下分段的矿石，以最大程度提高矿石回采率。

本方法的缺点是需要采用无轨铲运机出矿，设备购置费较高，为了无轨设备运行，还需要掘进斜坡道。根据以上比较，上盘矿体宜采用分段留矿崩落法，而下盘矿体须采用浅孔留矿法。

4 结 论

在对云南磷化集团有限公司晋宁磷矿2 号坑深部矿体开采地质采矿条件进行充分调研的基础上，从安全性、经济性和技术性、资源利用率等多个角度进行分析研究，经多方案比较，得出对于晋宁磷矿2 号坑这种典型的缓倾斜含软夹层薄至中厚难采磷矿体，对其上盘矿层采用分段留矿崩落法，作为重点试验的地下开采方法;而对其较薄的下盘矿层，则推荐采用浅孔留矿法，作为辅助试验的地下开采方法。

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