某地下磷矿山分段房柱法应用

林 友

(昆明冶金高等专科学校冶金与矿业学院，云南 昆明 650033)

0 引 言

房柱采矿法适宜开采顶板和底板岩层中等稳固至稳固、矿石稳固，薄至中厚水平和缓倾斜矿体[1]。采用该方法对大湾磷矿南西矿段倾斜薄矿体开采时，矿体倾角缓，无法通过矿石自重进行放矿，若采用电耙出矿，生产效率低，很难确保出矿生产能力，采场矿石运搬问题迫在眉睫。此外，针对矿体倾角>25°的矿段，耙矿时矿石滚动的可能性极大，对下部人员或设备设施构成较大威胁，安全性差，耙矿风险较大。为此，本文提出了采用铲运机进行出矿的分段房柱采矿方案，并对伪倾斜面与矿体走向夹角的确定方法进行了详细设计，合理地将采场划分为若干个分段，以有效减缓无轨设备的伪倾斜出矿坡度，从而安全、顺畅地运搬矿石。矿山实践取得了良好的经济效益，为此类矿体的高效安全回采提供了一个新思路[2]。

1 开采条件

大湾磷矿V1矿体赋存于下寒武统渔户村组第二段底部之泥质粉砂岩中，呈层状产出。由21个地表工程、5个坑道和7个钻孔共33个工程控制，长度为 6 457 m，矿体控制最高标高 2 990 m，最低标高 2 539 m，高差 451 m。控制最大斜长 717 m，一般控制斜长80～200 m。矿体厚度1.20～12.43 m，平均厚度 7.24 m。P2O5质量分数为19.07%～33.83%，平均为28.21%。近南北走向，倾向东，矿体倾角14～33°，平均倾角为25°。矿石的自然安息角为45°。矿体地表不允许崩落。

该矿地处云南省东北部，属寻甸县联合乡所辖。该区为金沙江水系，位于金沙江二级支流洗马河上游，海拔高程3 196.3～2 211.0 m。沟谷切割较深，相对高差 858 m，属高中山中等切割地形。标高 2 700 m 以上地下水对矿坑不会产生充水影响，其充水的主要来源是裂隙水和大气降雨。标高 2 700 m 以下矿坑会发生充水现象，其充水的主要来源除裂隙水及大气降水外，地表径流的补给是一重要因素。由于矿区最低侵蚀基准面为 2 211 m，地形又有利于矿坑自然排水，坑内开采时只要注意排水方向，可自流排放，不会造成淹坑事故。矿区水文地质条件为以裂隙含水层充水为主的中等类型。

矿体顶底板多为粉砂岩，岩体力学强度较高，工程地质性能较好。根据矿山长期实践经验，矿区工程地质条件属中等类型。

2 采矿工艺

大湾磷矿采用地下开采方式，针对南西矿段矿体厚度<6 m的矿段而进行。鉴于此矿段主要为倾斜薄矿体，矿体及顶底板围岩的稳固性均在中等及以上，考虑到采场运用传统的电耙出矿存在的诸多弊端，如作业人员劳动强度高、安全性能低下、生产效率低、采矿综合贫损指标较高以及采矿直接生产成本高等，本文采用了无轨设备进行出矿的分段房柱采矿方案，分段房柱采矿方案如图1所示，具体采矿工艺如下。

图1 分段房柱采矿方案Fig.1 Sublevel room pillar mining scheme

2.1 矿块布置及构成要素

沿矿体走向布置矿块，中段高度设为 30 m，结合实际，矿房宽为 50 m，斜长为 64 m，平均厚度为 4.5 m，顶、底柱宽为 4 m，采场宽为 15 m，采场间柱宽为 5 m，每隔7.0～8.0 m 留设规则矿柱(3 m×3 m2)以支撑采场顶板。

房柱采矿法的矿块结构尺寸，主要取决于矿岩的稳固性和地质构造。针对不稳固地段应采取安全措施，及时消除安全隐患。

2.2 采准切割

为减少矿柱损失矿量，提高回采率，满足生产能力及装车运输量的要求，方案采用脉外布置中段运输巷道(运输巷道中心线距矿体底板约 15 m)，首先自中段运输平巷开掘斜坡道(现场施工时，须按照矿体倾角来确定合适的伪倾斜角度，场内斜坡道采用移动式布置)及放矿溜井，然后在矿房底部沿矿体底板(下盘)开凿拉底切割平巷、接着开凿采场上山。完成上述采准切割工作后，即可进行该步骤正常的回采作业。采准切割工程量的计算如表1所示。

表1 采准切割工程量Tab.1 Quantities of mining and cutting

2.3 矿块回采

总体回采顺序为：沿矿体走向进行后退式逐步回采，从矿房内由上往下依次回采，回采工作面沿矿体倾斜方向推进。为提高回采强度，可保持同中段3个矿房同时作业，但各工作面应保持10～15 m 的超前距离。本次设计在分段上先采用YTP26型凿岩机凿岩拉底(拉底高度 2.5 m)，后挑顶选用YSP-45型凿岩机浅孔落矿挑顶的分层回采。凿岩孔径一般为36～44 mm，孔深1.5～2.5 m，排距 2 m；采用2#岩石炸药，非电毫秒导爆雷管起爆，爆破作业应严格遵守《爆破安全规程》的有关规定[3]。

由于矿体倾角局部>20°，为确保采场铲运机的出矿安全，避免出矿倾角较大而造成无轨铲运机设备倾翻等事故危害，此外，应确保斜坡道横切面尽可能平整，避免发生铲运机侧翻事故，本次设计采用 2 m3铲运机在采场内伪倾斜进行出矿。伪倾斜面与矿体走向夹角γ的确定方法如下[4]:

图2 采场立体示意图Fig.2 Stereoscopic diagram of stope

2.4 采场通风

采场通风采用机械通风方式，主要依靠主扇将新鲜风流从各分段送入采场工作面。新鲜风流经过主平硐口进入各中段运输巷道，经斜坡道及分段平巷进入采场作业面，清洗工作面后，污风从采场上山排至上中段回风巷道。此外，在爆破后或需要采用JK55-2NO4型局扇加强通风[5]。

2.5 浮石处理及出矿

爆破及通风作业后，安全人员适时进入矿房内检查并及时处理顶底板岩层及顶部松动浮石，确认矿房内处于安全条件下即可进行出矿。采场出矿采用 2 m3铲运机将崩落的矿石从爆堆经移动式斜坡道及联道运输至放矿溜井进行装车。需注意的是，当爆堆距离场内斜坡道较远时(如开采至矿块各分段左上角时)，可辅助扒渣机进行出矿，以提高出矿效率。

为了最大限度地进行资源回收且保证采场作业安全，应尽量回收矿房顶底柱，采场内所留设的规则矿柱作为永久损失。

2.6 顶板管理

矿体顶板围岩稳固性较好。采场内通过保留连续间柱和规则矿柱来保证采场安全。采用空场法，须运用封闭空区的方式处理采空区；采场回采完毕后，用浆砌毛石封闭采场与中段运输巷道相通的部位，设置隔墙厚 0.5 m，严禁一切人员进入，后期可视情况考虑放顶充填采空区。若采场顶、底板围岩稳固性降低，应及时观测并采取锚杆支护等方式。

此外，矿山应不断总结实践经验，根据现场情况调整合适的分段高度、崩矿步距及爆破参数等，使贫损指标达到最佳值[4]。

2.7 主要技术经济指标

结合大湾磷矿南西矿段倾斜薄矿体开采时存在的疑难问题，综合考虑矿体及顶底板围岩的稳固性等因素，本文采用了无轨设备铲运机出矿的分段房柱采矿方案，并对伪倾斜面与矿体走向夹角的确定方法进行了设计，合理地将采场划分为3个分段，从而有效减缓无轨设备的伪倾斜出矿坡度，避免铲运机倾翻事故。设计过程中，在矿山现场拟定了试验采场，综合试验取得了较好的成效，解决了此类矿体回采过程中的采场矿石搬运问题。运用铲运机出矿与电耙出矿的采矿方案进行相关指标分析比较后的结果如表2所示。

表2 综合技术经济指标比较表Tab.2 Comparison of comprehensive technical and economic indicators

对比结果表明：电耙出矿方案将导致矿块内所留设的大量矿柱无法回收，成为永久性矿柱而损失。若运用铲运机进行出矿，该采准方案则可以将其顺利回收，故采场综合回收率有所提高，由原来的73%增加到87%；且采准工程量较小，采准时间短，矿房投入生产时间快，回采工艺相对简单，采出矿石量亦略有增加。采场较好地形成了贯穿风流通风，通风时间明显缩短，采矿生产效率亦得到了较大提高，企业生产成本降低。设计方案采场日生产能力由原来的80～100 t·d-1提高到200～270 t·d-1，能够较好地保障矿山顺利达产，采矿成本亦由电耙出矿的87元 ·t-1降低到现在的70元·t-1，矿山取得了突出的经济效益，也提高了工作面员工作业的安全性[6]。

3 结 语

本文采用了无轨设备进行矿石运搬的分段房柱采矿方案，以开采大湾磷矿南西矿段矿体；并对采场伪倾斜面与矿体走向夹角的确定方法进行了合理的设计研究，将采场划分为若干个分段而进行(通常是3个)，以有效减缓无轨设备的伪倾斜出矿坡度，从而安全、顺畅地进行矿石运搬，符合铲运机短距离矿石运搬的特点。此方案使每吨原矿生产成本直接降低了17元，亦降低了员工的作业劳动强度，提高了劳动生产率及采场出矿能力，连续作业矿房产量大，工人劳动生产率高，作业安全性好，企业取得了可观的经济效益，为类似矿体的开采提供了借鉴。

下一步将对该矿矿岩的物理力学性能进行进一步研究，以更好地指导矿山安全生产。