河北省矾山磷矿西区高承压水体下开采技术方案与顶板围岩监测探析

张有发

摘要：河北省矾山磷矿在复杂的高承压水体下开采，采矿成本高，开采难度大，在开采过程中由于矿体倾角较缓，存在着贫化、效率、成本、安全对立统一矛盾，本文阐述了矾山磷矿西区充填采矿试验方法选择，加大开采过程的管理和探测，利用三维空区扫描仪监测管理空区，并结合生产实际论述了各采矿法的工艺流程，为西区试验性采矿方法指导了方向。

Abstract： Fanshan Phosphate Mine in Hebei Province is mined in a complex high-pressure water body， which has high mining cost and difficult exploitation. Due to the slow dip angle of ore bodies， there exists the contradiction of opposites of oppression， efficiency， cost and safety. This article expatiates on the choice of test methods of filling mining in the West Area of Fanshan Phosphate Mine， increases the management and exploration of the mining process， monitors the management vacant area by using the three-dimensional empty area scanner， and discusses the technological process of each mining method according to the actual production， pointing out the direction of experimental mining methods.

关键词：高承压含水层；基岩风化带构造裂隙水；分段菱形矿房嗣后充填采矿法

Key words： high confined aquifers；bedrock weathered zone structure fissure water；subsection rhombus mines postfilling mining method

中图分类号：P611.1+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）02-0140-02

1 矾山矿床及杂岩体导水状况

河北省矾山磷矿系隐伏矿床，赋存于碱性超基性杂岩体中，矿区为丘陵地形，第四系地层覆盖厚度120-282m。矾山杂岩体宏观上不含水，但因构造裂隙发育程度不同，不同地段也存在着不同的水力特征，同顶部的第四系含水层有着密切联系，分布如下：

1.1 基岩风化带裂隙水

该矿风化带属性复合型风化带，以面状风化为主，线状风化为辅。面状风化带厚度平均11.5m，线状风化带深度平均30m，局部达50m风化带与中更新统底部的含水层属统一的含水层，但其透水性较差，富水性较弱。

1.2 基岩构造裂隙水

矿区东部低水位區富含基岩构造裂隙水，基岩构造控制着地下水的储存富集与运移。目前已查明突涌水断层有F9、F10、F11、F8。断层的富水性同断层的性质有密切关系，张性断层涌水量可达60-100m3/h，且稳定。目前生产中遇到的难题，在回采时防止矿房顶板塌方或抽冒扰动上方含水层。

2 开采方法的选择

根据矾山磷矿西区开采技术条件、工程现状，并参考国内外同类矿体开采现状，鉴于充填采矿方法在“三下”矿床开采方面的优越性，确定矾山磷矿西区采用充填采矿法，Ⅱ、Ⅲ、Ⅱ-1、Ⅲ-1号矿体间开采顺序依次为Ⅱ、Ⅲ号矿体采充、Ⅱ-1号矿体采充以及Ⅲ-1号矿体采充。采矿试验项目分为以下三种：

2.1 分段菱形矿房嗣后充填采矿法

Ⅱ、Ⅲ号矿体分段菱形矿房嗣后充填采矿法如图1所示。

2.1.1 结构参数

矿块沿矿体走向布置，长为60m，宽为矿体水平厚度，阶段高度45m，矿块间柱宽度8～10m，底柱高度6～12m，矿块内共设3个分段，分段高度自下而上依次为12m、12m、9m。矿块内沿矿体走向布置回采矿房，其边界轮廓垂直矿体走向呈“似菱形”，矿房长为25～55m，宽度为矿体水平厚度（依据矿体实际赋存情况而定）。

2.1.2 采准切割

采切工程主要包括分段联络巷、分段穿脉巷、凿岩进路、出矿进路、出矿巷、充填回风天井、溜井、受矿巷、切割槽等。

分段沿脉联络巷与各分段穿脉巷、凿岩进路、采区溜井及斜坡道联通，承担各分段的凿岩、爆破及部分出矿工作；充填回风天井布置于矿块间柱内并与各分段穿脉巷联通，前期担负采场回风、后期兼顾空区处理工作；菱形矿房底部布置受矿巷，通过出矿进路与出矿巷联通，承担矿房阶段出矿工作。

2.1.3 回采顺序

首采矿房自矿体上盘、矿块端部沿走向进行顺序回采，嗣后充填接顶并养护固结后以相同方式进行相邻矿房的回采，以此类推；矿房内各分段间采用滞后回采方式（相邻分段间下部分段滞后上部分段）。

2.1.4 凿岩爆破

各分段凿岩巷道内钻凿上向扇形中深孔，端部施工切割天井，以切割天井为自由面爆破形成切割立槽，并以此为补偿空间进行逐排爆破推进。设计炮孔直径为60～80mm，排距为1.2～2m，孔底距为2.0～2.4m。凿岩结束后，清洁炮孔，装药采用BQF-100型风动装药器向孔中装填粒状铵油炸药、非电导爆管排间微差起爆，每次爆3～5排孔，补偿空间足够时，可一次微差挤压爆破。矿房内各分段同时形成切割槽，同步骤回采，上部分段超前下部分段1个回采步距。采场通风采用主通风系统加局扇的联合通风方式。endprint

2.1.5 落矿运输

分段爆破落矿后，崩下矿石自溜至采场底部受矿巷道内，采场出矿采用WJD-1.5电动铲运机出矿，通过出矿进路口装运矿石至采场溜井，并于下部中段穿脉运输巷装车运出。

2.1.6 地压管理

在采场上部的矿体下盘夹石内沿矿体走向掘进护顶支护加固平巷，从加固巷内垂直矿体倾斜方向沿矿房全长向上盘施工护顶长锚索，排距为3m，每排2～3根，护顶长锚索采用1根Φ15.24mm的钢绞线，长20～25m，在钻孔底部形成网度为3～3m×3～4m的加固网络，钻孔直径为70mm；利用425#普通硅酸盐水泥、水配制后注浆，其水灰比为0.5。将搅拌好的浆液用UB-3型灰浆泵注入孔内；采场巷道遇软弱岩石或节理裂隙较发育的硬岩时，采用锚杆支护或喷锚支护；安全性差、暴露面积较大的地段采用砂浆长锚索配合金属网支护。

2.1.7 空区处理

矿房回采完成后即进行空区充填工作，充填料从间柱内充填回风井经充填联络道或者施工的充填钻孔进入空区。为提高底柱回收时采场安全性，空区底部8m采用灰砂比1：4～1：6料浆胶结充填，充填体强度达到3MPa以上，其余部分可依据现场围岩稳固情况采用低灰砂比料浆或全尾砂充填。

2.1.8 矿柱回收

采场底柱可随下部中段采充完成后进行回收，分段崩落，进路出矿，嗣后充填；间柱用来分隔两个相邻采场，同时对顶板起到一定支撑作用，不再回收。

2.2 上向进路充填采矿法

2.3 分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法

3 空区充填与探测

充填结束在2-3月后进行空区探测，按照采矿爆破设计轮廓范围布置探测孔，利用ZK150型小型取芯钻，进行探测，依据岩心分析是否接顶。利用引进的VS150-MK3三维激光扫描仪进行空区监测，结合3DMine矿业软件建立三维空间模型，指导充填接顶及空区顶板围岩变化探測分析。除此以外，还应该建立排水监测系统，加强排水管理。

4 总结

①矾山磷矿在第四系高承压含水层下开采选择了合理先进的开采技术方案，变形观测多元化保护Q2含水层协同开采技术，上向分层充填法采矿，减少空区顶板暴露时间，有力的保护了空区顶板抽冒或塌方，对高承压含水层下开采的技术研究指导了明确的方向。②为防止顶板冒落波及上覆承压含水层引发透水灾害，回采作业前必须做好采场顶板管理工作，可在采场上部的矿体下盘夹石内沿矿体走向掘进护顶支护加固平巷，从加固巷内垂直矿体倾斜方向沿矿房全长向上盘施工护顶长锚索，保证了采场顶板在爆破震动或回采时出现塌方或抽冒，避免了扰动上端含水层出现安全隐患。③利用引进的VS150-MK3三维激光扫描仪进行空区扫描监测，结合3DMine矿业软件建立三维空间模型指导充填工作，防止后期空区顶板围岩发生较大变化。④充填完成后加大空区充填接顶探测工作，利用扫描后的三维空区模型图，在有凸凹的上方布置探测孔进行取芯，依据取芯结果有力判断了充填接顶情况，并做了充填分析报告。

参考文献：

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