宜昌缓倾斜中厚层磷矿开采技术研究

王国均

摘 要：宜昌磷矿作为全国五大磷矿基地之一，资源储量位居全国第二，有近50年的开采历史，以往开采的主要是矿区中部及南部区域的殷家坪、桃坪河、盐池河、樟村坪、店子坪等矿段，矿层为下磷层，厚度稳定均衡，基本在4米以下，采用一次性全层开采法。随着南部资源逐渐消耗，北部杉树垭、云台观、江家墩、孙家墩、挑水河能及兴神、保康等矿段逐渐得到开发。然而北部矿层以中磷层为主，矿层厚度变化较大，常有厚达6-12米以上的中厚矿层，以往的开采方法不再适用于这部分中厚矿的开采，这部分中厚矿体对采矿技术提出了新的要求，对中厚矿体的研究十分必要。

关键词：宜昌；磷矿；开采技术

中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.06.085

1 项目研究的目的、意义

湖北杉樹垭矿业有限公司杉树垭磷矿位于樟村坪磷矿区内，是最早进行宜昌中磷层开采的大型矿山，矿区面积7.8781平方公里，地质储量1.31亿吨。主要工业矿层Ph22和次工业矿层Ph12均为晚震旦世浅海相磷块岩与白云岩沉积建造，主要成分为CaO、P2O5、MgO、SiO2、Al2O3、FeO等。矿层顶板为薄至中厚层状白云岩，泥质含量较重，裂隙非常发育，东南部邻近河床部分滴水严重，导致顶板结构差，容易在开采过程中随之冒落，底板为厚层状粉晶白云岩，稳定性良好。

通过钻探和坑探揭露，杉树垭磷矿四采区西部和北部、以及二采区中部Ph22矿层磷块岩中厚矿体特别发育，西部矿体平均厚度6米，北部矿体平均厚度约为8m，面积12.6万平方米，总地质储量约为238.7万吨，矿体赋存总体上呈三分性：上部为1-2米的上贫矿，中部为3-5米的中富矿，下部为1.5-3米的下贫矿组成。其中中富矿极为破碎，矿柱尺寸不合理或爆破方法不当容易造成矿柱劈裂从而导致矿柱丧失承载力，可能引发山体大面积塌陷等地质灾害的发生。

然而，目前中厚矿体、尤其中水平、近水平、缓倾斜（矿层倾角小于30度）的开采技术存在较多不足，主要表现在：

第一，采矿方法的选择存在较多限制条件。相对高额的充填费用来说磷矿价值较低，水平或近水平空场中，充填料难于自流，不能很好接顶，难于选择充填法采矿。

第二，设备的适应性比较差。对于中厚矿体，小型设备在凿岩方面难于同时控制顶底，不能一次性全层打眼，同时不好装药，大型设备受巷道空间限制，难于进入工作面。

第三，安全管理难度大。采场高度在4米以上时，难以对顶板浮石进行检查，不能及时发现处理安全隐患，即使一小块浮石可能造成大的伤害。分层采矿时，下部平台采矿对矿柱破坏性大，顶板支护不好操作 。

第四，资源的回采率低。如果不能一次回采完全层，而又不分层回采，势必造成一定资源的浪费。另外，由于矿层较高，矿柱高度大，要保证矿柱在受力状下保持稳定，必须加大矿柱，视矿石本身稳固性呈下大上小台型留设矿柱，降低了回采率。

第五，地压管理及地质灾害防治困难。水平中厚矿体对应地表面积大、凭顶板岩层垮落松散充填采空区达到安全状况困难。

通过对缓倾斜中厚矿体磷矿开采技术研发，解决缓倾斜中厚矿体磷矿开采中的困难，可以探索中厚矿体、尤其中近水平状况下的中厚矿体磷矿的采矿方法、成一套成熟实用的回采工艺，为类似矿体的回采提供指导与借鉴，提高类似矿山的资源回收率；探索开拓、采准工程布置及矿房构成要素及参数，减少脉外废石巷道，节省工程投入；提高设备的适用性；探索顶板管理及支护方式，提高作业过程中的安全性；形成地压管理及空区监测办法，有效防范或前海地质灾害影响。

2 本项目研究现有科技水平

中厚矿体采矿，尤其是近水平、缓倾斜中厚矿体地下开采，是公认的地下开采一大难题，目前国内外没有比较完善的开采技术和采矿方法。对于急倾斜（倾角大于）中厚矿体，部分矿山（如贵州开磷集团）采用脉外开拓，分段空场法、中深孔爆破，重力搬运方式取得一些进步。但其局限性非常明显，最主要是要求矿层倾角较大，要求38度以上，矿渣能凭自身重力搬运，对缓倾斜中厚矿体无能为力，不适合宜昌绝大部分矿山；另一局限就是脉外开拓量大，主要巷道及采准巷道全部布置在脉外，成本较高。

湖北杉树垭矿业有限公司杉树垭磷矿位于宜昌市夷陵区樟村坪镇黄家台村与董家河村之间，成立于2006年1月，注册资金为1.02亿元。现在矿山基建工程已经结束，2008年底取得采矿许可证，并通过了安全验收，具备了年产150万吨磷原矿的生产能力。

杉树垭磷矿赋存的多样性特点，使得进行中厚矿体研发有资源及技术基础，从2010年5月杉树垭磷矿在开拓揭露出矿区的四采区西部和北部Ph22矿层磷块岩中厚矿体，及时聘请武汉工程大学专家进行理论研究和现场试验，已经取得了一定的现场经验，为项目规模开展积累了经验和数据。

3 研究内容

3.1 项目的主要研究内容及关键技术

项目研究的主要内容为：缓倾斜中厚矿体锚网护顶双通道运输分层采矿法。

（1）在划定的回采单位内，分别采用先将顶部矿石采完形成切顶再进行降底的方式或先拉底后挑顶方式，比较两方法安全性确定基本可行的回采方法。

（2）比较无支护状态下空场法矿房顶板垮落跨度与锚网喷状态下空场法矿房顶板垮落跨度，确定合适的支护密度与跨度。

（3）对比不同几何尺寸下的矿柱支撑效果与资源回收率确定合适的矿房参数。

（4）观察地压显现情况与空区面积、顶板冒落与采空时间关系，摸索规律，确定地压防治方法。

3.2 主要的技术创新之处

3.2.1 纯脉内采准工程布置

中段运输、通风及回风巷道、分层开采的上、下分层运输通道、硐室等采准工程全部布置在矿层之中，减少脉外的废石巷道，减少工程投入、降低生产成本。目前国内开采中厚矿体基本上是在矿体的上、下盘脉外掘进施工主要运输通道后掘进石门与矿体连接形成采准布置，然后施工切割、拉底巷进行中深孔爆破实施矿房回采，例如开阳磷矿，在开采中厚矿体时，受到地质赋存条件和开拓系统等的影响，为了后期采矿的需要，均将采准巷道布置在脉外，导致采准脉外工程量大，施工周期长，投资费用高，费工耗时，经济上极不划算。杉树垭矿中厚矿体均为水平-缓倾斜矿层，借助传统的薄矿体脉内布置的思想，将采场运输通道沿脉布置，杉树垭矿在开采这类中厚矿体时，采用无轨开拓，利用无轨运输设备较强的机动性能，采准巷道全部布置在脉内，有效避免了施工脉外巷道带来的采准工程量大，投资费用高，巷道布置复杂等不利局面。

3.2.2 双通道解决上下分层运输和连续施工

双通道可有效避免第一分层之后的施工作业长期暴露于空场之下，可解决两分层同时遵循回采顺序的问题，上、分层出矿运输通道相互独立且回采工作面相互联系而不混乱，减少两层两层回采时间间隔。若采用全层开采或单一通道混合运输分层开采。全层开采中厚矿体由于设备作业高度有限，安全得不到保证等一系列因素，往往只对其中3-4m高的富矿层进行了开采，回采率极低，存在严重的采富弃贫，浪费资源现象。采用单一通道混合运输分层开采，由于上分层切顶回采和下分层降底回采的矿石都需经过同一切割运输道运出，导致切顶回采和降底回采不能同时进行，功班功效较低，同时整个回采战线过长，切顶回采形成的空区暴露相当长一段时间后才能进行降底回采，导致降底回采時极不安全。针对上述采矿方法存在的缺陷，杉树垭矿在开采中厚矿体时，采用双通道建设分层开采、连续施工工艺，即先切顶，后降底，在矿房内分别布置切顶、降底两条运输通道，上部切顶层的矿石由切顶回采，沿上部运输通道运出，下部降底层的矿石由降底运输通道运出，这样可以保证上部切顶回采和下部降底回采同步进行，保证施工的连续性，最大程度提高了功班功效，同时降底回采线紧挨切顶回采线，两者之间间隔距离短，顶板暴露时间短，保证了降底回采时的安全。

3.2.3 锚网喷预控顶

合理有效的护顶是保证全层安全回采的前提，本技术采矿用根据顶板及围岩自身稳固情况，采用锚杆、挂网、混凝土喷浆综合预先控制顶板及矿柱稳连带，保证后续作业的安全。杉树垭磷矿在本项目正式启动之前，与武汉工程大学专家、教授一起进行了采矿方法的理论研究，研究采取锚杆挂网支护、锚杆喷浆支护、喷浆支护等方式，存在挂网以后不能很好地控制顶板浮石，浮石风化后和锚杆、网片整体脱落，形成险情；同时由于支护离施工爆破作业面较近，爆破后将支护破坏重新支护等情况。单纯锚杆喷浆支护存在重复爆破后对顶板震动形成顶板局部冒落。单纯喷浆支护更是如此。中厚矿体开采过程中，护顶是非常关键的一步，直接关系到整个矿山的安全生产管理。下部开采过程中顶板超过4米后无法用人工准确对顶板进行有效检查和及时支护控制，造成顶板处于失控状态，安全管理风险大。目前宜昌周边地区中厚矿体开采时，在护顶方面经验不足，采取的措施欠妥，一般采用锚杆支护或锚网支护，且锚杆呈平行布置，长度不够，打注角度较低，一般在45°以下，整体支护质量较差，支护后仍有顶板大面积垮落的现象，导致安全事故频发。有时为了避免安全管理上的难题，开采时只将中部的富矿一次性回采结束，将上、下贫矿弃于空区。 杉树垭矿在开采中厚矿体时，摸索总结周边矿山先前的经验教训，在护顶时采用锚杆挂网喷浆支护，在断层、裂隙等地质构造较发育，岩层比较破碎的地段，采用锚杆连接筋挂网喷浆支护，以提高对顶板的支护质量，锚杆呈扇形布置，长度达到3m，角度达到70°，打注到稳定岩层内，两侧锚杆要求由帮壁打注到顶板内，提高帮壁与顶板的整体性，网片网度要求达到0.1m×0.1m，喷浆厚度要求达到10cm以上，通过喷浆后，让锚杆、网片和顶板连接成一个整体，提高了支护强度。

3.2.4 采用先进的多点位位移计和钻孔应力计进行矿柱受力和顶板位移变化进行检测

总结矿柱受力变化和顶板变化规律控制地压的破坏作用。中厚矿体矿层高，形成空区后，顶板来压大面积垮落产生的冲击波很大，不进行科学观测和采取有效的工程措施将空区隔离，将对人员和物资是一个非常大的安全隐患，因此中厚矿体采空区管理十分重要。但很多矿山在开采厚矿体时，对地压管理这项工作都不太重视，只是象征性的采取木滑尺等传统监测手段进行地压监测或根本置之不理，传统的木滑尺监测，由于受外在因素影响大，人为误差及监测点有限，可信程度不高，同时每次监测，监测人员必须深入空区，监测人员的安全得不到保证。

杉树垭矿通过采用钻孔式多点位移计和钻孔压力传感器对采空区顶板的位移变形及矿柱承受的压力等数据进行实时监测，其监测点多，监测范围广，数据准确，精度高，大大提高了采空区地压监测的可信程度，能够及时有效监测采空区顶板的受力变性程度，准确判断采空区来压情况和顶板大面积冒落的时间段，为保证邻近采区人员设备的安全提供了有效保证。另外在空区形成前将矿山施工中产生的废石分阶段充填到采空区，降底空区的高度，对顶板的冒落起到部分缓冲的作用，当空区面积达到1万㎡左右时，采用毛石浆砌隔离带，将采空区隔离封闭，防止顶板冒落产生的冲击波对邻近采矿区的人员和设备造成危害。

3.3 主要的技术、经济指标

该项目计划于2011年2月开始实施，项目总投资1470万元，建设期一年。

项目建成实施后，通过采用水平中厚矿体锚网喷浆护顶双通道分层开采法对杉树垭磷矿中厚矿体进行开采，与传统的一次全层开采方法相比，矿体下部约4m厚的矿层能够得到开采，合计约可多采出1.26×105㎡×4m×2.8t/m3×78%=110万吨磷矿石，从而让中厚矿体得到充分的开采和利用，并实现其经济价值和社会效益。

4 研究试验方式及工艺方法

4.1 实验区域

根据杉树垭中厚矿体分布情况，结合杉树垭整个矿井的回采用顺序以及当前已形成井巷及基础设施，选择杉树垭中厚矿体回采的试验区域。

杉树垭中厚矿体主要分布在矿区北部、西部，北部中厚矿体相对厚度稳定、中间可剔除夹石较少，适宜优先实验；杉树垭矿回采顺序总体上是以主平硐为中心后退式回采，矿区划分为四个采区，四个采区同时开采，一、二、三采区从南向北自上而下开采，四采区从北部边界向南退采。北部中厚矿体位于四采区北部，是首期回采地方段；加之四采区通风、运输等开拓巷道已经形成，具备开始回采条件。所以，杉树垭中厚矿体实验首先从矿区北部开始。

4.2 实验方式及研究内容

（1）在划定的回采单位内，分别采用先将顶部矿石拿完形成切顶方式或先拉底后挑顶方式，比较两方法安全性确定基本可行的回采方法。

（2）比较无支护状态下空场法矿房顶板垮落跨度与锚网喷状态下空场法矿房顶板垮落跨度，确定合适的支护密度与跨度。

（3）对比不同几何尺寸下的矿柱支撑效果与资源回收率确定合适的矿房参数。

（4）观察地压显现情况与空区面积、顶板冒落与采空时间关系，摸索规律，确定地压防治方法。

4.3 工艺方法

根据杉树垭矿中厚矿体赋存条件，矿层以水平—缓倾斜为主，矿体平均倾角在8°左右，平均厚度约8m，因此采用脉内无轨开拓，分层开采，拟采用先切顶后降底分层空场法和先拉底后挑顶分层空场法对杉树垭矿厚矿体开采进行研究，同时鉴于杉树垭矿中厚矿体顶板呈薄至中厚层状，节理发育，顶板结构较差，将先切顶后降底分层空场法作为厚矿体开采的主要研究方向，具体如下：

4.3.1 先切顶后降底分层空场法回采工艺

（1）矿块构成要素。

矿块沿走向长100m，沿倾向100m。矿房宽5-8米、房间矿柱宽度4-6，间柱尺寸3*3-6*6，准确尺寸须根据不同构造及围岩情况研究优化。

（2）采准切割。

①分段运输平巷：沿矿层顶板布置，沿倾向斜长每100m布置一条，掘进断面12.6m2（4.5m×2.8m），锚网喷支护。

②上分层切割、护顶：在矿房中央和矿房一侧，沿矿层顶部分别由下中段向上中段掘进割上山，切割上山作为矿房上部矿层（切顶）回采时的运输通道。

③下分层切割、护顶：对切割上山通过降底至底板（提前做好护顶工作），作为下部矿层回采时的运输通道。

④上山：垂直分段平巷在每个矿块中央布置一条，长度100m。掘进断面12.6m2，锚网喷支护。

⑤出风口：在矿块的两端，布置2条出风口，每条长4m，断面12.6m2，锚网喷支护。

所有采切巷道均为脉内布置。

采准切割工程具体布置见采矿方法图以及采切巷道断面。

（3）回采。

上分层回采、护顶：先对上部矿层切顶（切顶高度3米），预留上部矿柱4米×4米（或5米×5米），矿房尺寸6米×6米（或5米×5米），当遇特别破碎地段、矿柱中节理裂隙特别发育且容易劈裂时矿柱尺寸可适当放大。对上分层切顶的同时采取顶板药卷锚杆挂网支护，锚杆长2米，直径20mm，端部焊接“T”形钢筋将100×100mm专用网片紧贴顶板，锚杆采用“扇形”布置，网度1×1米，施工滞后不超过断面3米；预留下部矿柱5×5米（或6米×6米），矿房尺寸5×5米（或4米×4米），当遇特别破碎地段、矿柱中节理裂隙特别发育且容易劈裂时矿柱尺寸可适当放大。

下分层回采：为防止下分层回采暴露在空场之下时间过长期，在上部切顶推进15米之内，必须对下分层进行回采，下分层回采和上分层回采同步进行，采用潜孔钻凿岩，炮眼布置近竖直方向（与水平面夹角呈85°），沿拉底巷一次性凿岩30m左右，采用浅孔V字微差爆破法爆破，集中出矿，矿石由于下部切割运出。回采下分层时，如果遇到点柱，必须在开采上分层所留点柱截面的基础上，适当放大点柱截面，建议下部台阶矿柱尺寸扩大到6（6米，台阶矿柱示意图见图2）。

矿柱规格选择：

①影响矿柱稳定性的主要因素。

矿柱尺寸的确定，应保证开采过程中矿房及矿柱的稳定。从杉树垭矿过去3年薄矿体采礦经验和观测情况表明影响矿柱稳定性的主要因素有：矿柱荷载、矿柱的高宽比、矿房与矿柱的尺寸、构造因素、矿体自身的强度。对采矿活动可控制的因素来说，矿柱宽度的影响最为明显，矿体强度次之，应按设计要求严格控制矿柱的尺寸，采取控制爆破技术尽量保持矿柱的完整性以提高矿柱的承载能力。

②矿柱尺寸的确定。

从维护采场稳定性方面考虑，矿柱的间距应小于矿房极限跨度，而矿柱本身的横截面尺寸应能满足承载力要求，因此，矿柱尺寸根据其抗压强度确定。根据面积承载力理论，假设上覆岩层的重力按面积均匀分布，矿柱支撑其上覆岩柱的重力，该岩柱的底面积为按岩柱分摊的开采面积与矿柱自身面积之和。则矿柱的平均应力σP为：

矿柱承载力主要取决于矿柱的单轴抗压强度，且与矿柱的形状和尺寸等有关，根据前人的研究，矿柱承载力可采用以下经验公式进行计算：

矿房跨度及矿柱间距根据以上分析选取矿房净跨度为12m，矿柱净距8m，矿柱尺寸分别采用3m、4m、5m、6m几种情况进行计算，求得各种条件下矿柱的平均应力及相应的安全系数如表。

从表中可知，对于矿房净跨度为12m，矿柱净距8m的情况，矿柱尺寸应不小于4×4m。

上面的计算是在矿体全部回采后，已形成大面积空区的情况下的矿柱应力及安全系数，考虑到矿柱的稳定只要能保证矿体在回采过程中采场的安全，而回采中上覆岩层应力尚未充分显现，应力并未全部作用于回采矿房的矿柱上，故矿柱的实际应力比上述计算值要小。根据现场的调查与分析，建议采场结构参数为：矿房净跨度不超过12m，矿柱净距不超过8m，矿柱尺寸采用4×4m。当矿体厚度超过4m后，矿柱尺寸需适当增加。

（4）工艺设备：采用浅孔凿岩台车或潜孔钻凿岩，斜眼掏槽，炮孔深度2～3m，2#岩石炸药全层爆破，人工装药，非电雷管起爆。采用2.0m3铲运机装矿、坑内卡车运输至放矿溜井筛分后溜放至胶带上输入地表矿仓，锚杆台车护顶。

（5）顶板管理：回采过程中要认真检查顶板，处理浮石，局部破碎地段采用锚杆支护或锚网支护；在回采矿房内留间柱，在分段巷道两侧留顶、底柱，在矿块间留连续矿柱，保证作业安全。

4.3.2 先拉底后挑顶分层空场法

（1）采准：运输巷道、硐室布置在中厚矿体下部，垂直走向布置近底板拉底切割与上中段贯穿。

（2）落矿：以拉底切割为自由面，向两边扩巷；向上挑顶，爆落上部矿石。

（3）搬运：一部分扩巷的矿渣采用电耙搬运至中段，坑内卡车运至井口或中段溜井，另一部分留在矿房内，作为挑顶的工作平台。

（4）顶板管理：采矿过程顶板不断变动，无法锚网护顶，要求矿石及顶板均较稳固。

（5）回采顺序：与先切顶后降底分层空场法类似。

4.3.3 地压监控与采空区处理

（1）地压监控。

开掘分段平巷期间，在平巷和切割上山口各安装一组岩层形变传感装置，并按规定程序测取岩层形变数据。巷道掘进期间用于测定岩层变形情况，回采期间用于监测采场顶板，当顶板变形下沉达到一定形变值，下沉加速度超过一定值时，表明采场顶板即将崩落，监测装置则发出声光警报信号。另外，在开掘巷道期间，还在具有代表性的矿柱中央安装岩石压力计，以观测矿柱压力值，采用便携式声波监测仪监测。

对于形成时间较长的采空区通过放置岩音仪听取空区里面冒顶前的岩石破裂、撞击、碎块掉落等发出的声响，通过地面报警仪报警的频繁程度和声响强度，预测可能冒顶的空区，及时撤离人员和设备等。

对于正在形成的采空区通过顶底板动态报警仪、直读式测力锚杆、钻孔应力计、多点位移计、岩音仪等综合手段监测采空区的稳定情况，每万平方米采空区内选择合适的地点分别布置2臺DSB顶底板动态报警仪、2台LMC直读式测力锚杆、1台ZYJ钻孔应力计、1套多点位移计和1个岩音仪。

（2）采空区处理。

采用自然崩落法与封堵相结合的方法处理采空区。矿块回采过程中，保留规则的间断矿柱和连续间柱，达到临时支护顶板的目的，以保证作业安全，当上一中段矿块回采结束后，用废石分阶段充填到采空区，降底空区的高度，对顶板的冒落起到部分缓冲的作用，当采空区面积逐渐增大，达到一定值时，在近空区的采矿巷道内或矿柱间砌筑毛石封堵墙，分隔空区与未采区。毛石封堵墙的主要作用就是阻挡大面积采空区冒落形成的冲击气流对下部工作面作业人员和设备的伤害和损坏。毛石封堵墙应采用全密闭形式，其形式与结构见图8。

毛石封堵墙总厚度为2.5～3.0m，墙体采用夹心结构，即两侧平行砌筑0.5m的墙体，中间填筑碎石、沙土等散体材料。墙体应尽可能布设在与空区连通的巷道内或矿柱之间，砌筑时墙体与顶底板和矿柱或巷道壁接触面砌筑紧密，增强整体的结构强度。

为了避免生产期间冲击气浪灾害，采用疏和堵相结合的方法，一方面封闭空区，堵塞空区通往生产区的所有通道，另一方面为冲击气流开通逸散通道，引导气流向无害处泄流。即在封闭空区的同时，选取与空区连通通畅，距离近、人员、车辆活动稀少的地表开设“泄压天窗”，以疏导冲击气流，解决冲击气流危害。在环境条件允许的情况下，应尽量多开出口，增大压气的有效泄流面积，使压气快速充分泄放。

5 现有研究条件和工作基础

5.1 资源条件

杉树垭磷矿中厚矿体在厚度、赋存状况、矿石结构构造及顶底板特性上呈现多样性，为中厚矿体开采技术研究提供了较好的自然条件，为中厚矿体开采技术的推广应用提供了良好的资源平台。

杉树垭磷矿段地处扬子准地台鄂中褶断区黄陵背斜北翼，位于宜昌磷矿北部。地质勘探报告提供资料显示，区域上出现的六个磷（矿）层（Ph1、Ph2 、Ph3、Ph4 、Ph5、Ph6）。Ph3～Ph6因厚度小、品位低、变化大而不具工业利用价值，矿段内赋存Ph22、Ph12、Ph31三个工业磷矿层。

Ph22是本矿段主要工业磷矿层，分布于胡集段下部，呈层状产出。Ph12矿层为勘探新划分出的矿层，赋存在胡集段下部Ph22矿层之下，呈透镜状～似层状产出。Ph31属次要工业磷矿层，赋存在樟村坪段中亚段上部，呈似层状产出。

中磷层（Ph22）为区内主要工业磷矿层，大致具三分结构。上部为磷块岩夹条带状云岩，属贫矿层；中部为泥晶磷块岩，夹或不夹微量云岩，属富矿层；下部磷块岩夹云岩或硅质岩，属贫矿层。

Ph22矿层结构，依据矿石自然类型，在矿层结构发育齐全时，具有明显的三分结构，即：Ph2-32（上分层）白云岩条带状磷块岩、Ph2-22（中富矿）致密条带状（块状）磷块岩、Ph2-12（下分层）薄层白云岩夹磷块岩，分述如下：

Ph2-32（上分层）：由亮泥晶砂（砾）屑磷块岩夹白云岩条带和白云岩条带与磷块岩条带互层组成，白云岩条带局部地段含泥质。厚度0～3.26m，平均0.69m，P2O5品位0～29.89%，平均品位24.15%。较稳定分布于矿段南部、矿段北部和矿段东部等地段，呈层状～透镜状产出，其它地段分布零星。

Ph2-22（中富矿）：由灰黑色致密条带状（块状）亮泥晶粒屑磷块岩，含少量白云岩砾砂屑及硅质扁豆体，局部夹薄板状～薄层状白云岩。厚度0～4.00m，平均厚度1.45 m，P2O5品位28. 98～36.93 %，平均品位32.53%。主要分布于矿段南部、矿段北部及矿段东部富集地段，均呈层状，展布方向主要为北西向，分布较为连续稳定，厚度大品位高，构成矿段内三个工业富矿体。

Ph2-12（下分层）：由亮泥晶砂（砾）屑磷块岩夹白云岩条带和白云岩条带与磷块岩条带互层组成，局部夹薄～中层状白云岩透镜体和硅质团块。厚度0～5.96m，平均厚度1.17m。P2O5品位0～29.31%，平均品位21.32%。主要分布于矿段南部、矿段北部和矿段东部富集地段，呈层状～透镜状产出，其它地段分布零星。

杉树垭磷矿中厚矿体，面积122.6万平方米，总地质储量约为2387万吨，该厚矿体采用现有开采技术很难得到充分开采。

5.2 科研条件

湖北杉树垭矿业有限公司系湖北宜化集团下属子公司。宜化集团作为湖北省重要磷化工产业基地，磷复肥生产需求磷矿能力已突破300万吨，是省内重要的磷矿加工企业，宜化集团下辖多家矿业企业，是最早开发宜昌磷矿的企业之一，拥有大批矿业地质、采矿、选矿、机电设备及管理的专业技术人才。

湖北杉树垭矿业有限公司是宜化集团目前规模最大的磷矿采矿子公司，也是全国同类单系统生产能力最大矿山企业。公司设立有矿山技术部，配備专业人员负责矿山生产技术研究与攻关；公司具有资质技术人员55人，高级职称7人，中级职称21人。

杉树垭矿业公司矿山具有台车铲运车、坑内卡车等先进的采掘设备，是机械化装备较高的矿山企业；矿井基建工程已于09年底全部完工，形成了正常的排水系统、运输系统、行人系统、通风系统，同时新建了部分生产、生活基础设施，具有较好的生产生活条件，同时公司领导按照国家有关精神本着充分保护矿产资源对中厚矿体开采利用技术给予了大力关注和投入。

5.3 后期准备工作

为了能够顺利应用切顶房柱法对四采区中厚矿体进行充分的开采和利用，后期还需准备如下相关工作：

（1）采掘设备方面：购买1台Boomer281台车，1台2m3电动铲运车，1台锚杆台车，3台潜孔钻机。

（2）辅材方面：购买网度100mm×100mm，Ф6mm的圆钢网片9万㎡，长度3.0m，Ф43 mm管缝锚杆9万根，高压电缆1400m，Ф80 mm水管500m，Ф40mm管900m ，Ф108 mm风管200m，Ф40 mm风管1200m。

（3）人员组织方面：还需增加凿岩台车操作工2人，电动铲运车操作工2人，锚杆台车操作工2人，潜孔钻机操作工9人，专业护顶撬毛人员12人。

（4）施工组织设计：根据项目的进度目标制定施工组织设计，确定专人组织专班，每天跟踪进度完成情况，针对存在的问题进行修订调整，保障工程大的时间节点按照进度完成；出现问题及时采取强有力的措施来完成目标。

（5）设计培训、技术交底和工作小结：本项目完成的好坏取决于培训总结的好坏。必须按照设计对项目施工人员进行培训，让每一个施工人员清晰工程目的和意义，进行指标分解保证目标的落实，每月根据工程进展情况总结施工组织、总结技术成果并存档。

6 计划进度

目前该盘区处于开拓初期，本项目计划工作期限为1年。具体进度如下：

2011年2月-2011年6月对中厚矿体布置并实施开拓工程，完成1条运输大巷，4条中段和2条回风巷。同时采用坑探和坑内钻探进一步确定厚矿体的范围、厚度和品级。

2011年7月至9月完成中厚矿体首采区矿房的上部运输通道、下部运输通道及拉底等备采工程，保持有3个矿房同时具备回采条件。

2011年10月至12月采用切顶房柱法对首采区进行实验性回采，根据现场实际情况，确定最佳采矿参数，并对各项数据进行整理，编制报告。

7 经费概算及来源

7.1 项目预计总经费1470万元

7.2 研究项目预算说明

（1）研发活动消耗的燃料和动力。共需400万元，所占预算经费比例为27.21%。

材料250万元，其中炸药24.6万发，按6.5元/发计算，需160万元；导爆管36万发，按2.5元/发计算，需90万元。

电 250万度，按0.6元/度计算，需150万元。

（2）研发人员工资薪金。共需160万元，所占经费预算比例为10.88%。主要用于支付直接参加项目研究人员的工资。

（3）研究设备的折旧。共需144万元，所占经费预算比例为9.8%。

（4）专门用于中间试验和产品试制的模具、工艺装备开发及制造费。共需600万元，所占经费预算比例为40.82%。主要用于项目研究所需设备的安装费、维护费、各种修理费等。

（5）新产品设计费。共需80万元，所占经费预算比例为5.44%。

（6）与产品试制技术研究有关的其他费用。共需86万元，所占经费预算比例为5.85%。主要用于重点技术方案的咨询、项目评估、审查、验收等发生的费用。

8 项目研究预期成果及效益

通过对中厚矿体开采技术研发，解决中厚矿体开采中的困难，可以探索中厚矿体、尤其中近水平状况下的中厚矿体的采矿方法、制成一套成熟实用的回采工艺，为类似矿体的回采提供指导与借鉴，提高类似矿山的资源回收率；探索开拓、采准工程布置及矿房构成要素及参数，减少脉外废石巷道，节省工程投入；提高设备的适用性；探索顶板管理及支护方式，提高作业过程中的安全性；形成地压管理及空区监测办法，有效防范或前海地质灾害影响。

此项技术投入生产后，可产生良好的社会效益、经济效益和安全效益。

8.1 经济效益

工程的实施避免杉树垭磷矿区磷矿资源的浪费。预计可提高中厚矿体资源回收率10%，杉树垭矿累计可多采出磷矿石283万吨，延长矿山服务年限2年，为企业创造约2.8亿元净利润。

8.2 社会效益

（1）为同类或条件类似的矿山厚矿体开采提供经验和施工技术参数，也为宜昌贫矿开采利用提供技术支撑。

（2）厚矿体全面开采利用，为宜昌选矿厂提供大量的矿源，为选矿技术进步提供大量的资源空间。

（3）矿产资源的节约和综合利用提高矿区服务年限，保证了地方经济的长远发展。

（4）厚矿体开采为矿山在后期开拓、探矿等产生的废石提供了大量的充填空间，为打造“绿色矿山”提供宝贵的防治经验。

（5）工程的实施，需要大量的人力、物力，可以增加部分当地居民就业，增加当地居民的收入。可为当地居民提供就业机会，可安置农民工就业110多名，在杉树垭矿业公司快速发展的同时，矿区群众经济收入、生活质量得到同步改善和发展，带动当地经济发展，经济、社会效益显著。内聚合力，外树形象，实现了企地共赢、和谐发展的可喜局面。

8.3 安全效益

（1）成熟的采矿工艺技术使得厚矿体开采处在有序推进和全面掌控之中，让技术来指导采矿的安全。

（2）此项技术投入应用后，可改善中厚矿体回采过程中的安全生产条件，减少生产过程中来自顶板冒落的安全风险，安全效益显著。

（3）厚矿体采矿过程中对空区顶板检测可以为其他类型空区的检测和防治提供了有力的借鉴。

参考文献

[1]采矿手册编写委员会.采矿手册.第1卷[M].北京：冶金工业出版社，1990.

[2]杨惠民，徐忠义，杜前进.采矿知识问答[M].北京：冶金工业出版社，2006.