无底柱分段崩落采矿方法在实际生产中的应用——以巴州敦德锌铁矿为例

臧春龙，魏弼臣

（巴州敦德矿业有限责任公司，新疆 巴州 841300）

1 项目概述

敦德锌铁矿矿区在大地构造位置上位于伊犁地块东北缘，在博罗科努山系主脊线上，属石炭纪岛弧带，构造活动强烈，火山十分发育，尤其是石炭系火山岩和华力西晚期中基性岩体非常发育，成矿地质条件十分有利。成矿区属阿吾拉勒金、铜、铅、锌、铁成矿区，矿产丰富。本矿区东西两端外围分布有大型的查岗诺尔铁矿、诺尔湖铁矿、备战铁矿、胜利铜矿等一系列矿产地，主要成矿类型为火山喷溢和岩浆热液型，是新疆寻找火山热液型铁铜多金属矿和斑岩型铜矿最有利地区之一。矿区处于火山口外环东南角断陷带内[1]。

和静县敦德锌铁矿矿区出露地层为下石炭统大哈拉军山组第三亚组（C1dc）地层，其余为大面积的残坡积物、冰水堆积物。矿区构造较为简单，主要为一单斜构造。矿区内岩浆岩主要为浅肉红色中粗粒角闪石钾质花岗岩，出露于矿区西部及西南部，呈北西南东向条带状分布，它与中部的火山岩地层之间为侵入接触关系。呈肉红色、中、细粒花岗结构，块状构造。

截止2017年末，一期结存矿量为648.1万t。一分层以上一期可采矿量387.2万t。本次对设计范围内各中段矿石资源/储量进行了估算，估算结果：一期延续开采范围内累计矿石资源/储量2840.8万t，伴生锌金属量为28.98万t。

2 无底柱分段崩落采矿技术特征

矿块构成要素为：分段高度15.5m，回采进路间距18m。回采进路垂直走向布置，每6条进路构成一个矿块，每个矿块布置一条矿石溜井，每两个矿块布置一条岩石溜井，千吨采准比为3.6m/kt，矿石回收率85%，废石混入率17%。全矿床TFe平均品位37.6%，Zn平均含量1.02%，围岩夹石品位：TFe平均品位3.7%，采出矿石：Fe：32.59%，Zn：0.87%。

井下通风方式采用混合式主扇通风，通风系统为对角式通风系统。3912m平硐承担整个矿山进风任务，3920m平硐承担整个矿山回风任务。根据井下作业需风点的分布情况，采用分区通风，通风区主要为：采场通风区和运输水平通风区。设计选取矿山总风量为190m3。

3 开采范围的确定和开采方式

巴州敦德铁矿采矿工程一期3912m阶段开采预计2019年底结束，同年将转入二期3788m阶段开采，此时二期工程基建未完成，为保证矿山生产接续，同时二期工程施工期间不能影响矿山的正常生产，为此须尽快开展一期延续设计。按照一期延续设计委托书要求，设计确定敦德铁矿一期延续开采范围为3912m～3850m之间矿体。一期开采采用地下开采方式，一期延续开采仍采用地下开采。

开拓系统采用平硐溜井开拓系统，东翼设3912m平硐，是井下设备、人员、材料进出井下通道，也是矿山进风口和第一安全出口。西翼设3920m平硐，作为主要回风平硐和第二安全出口。采区设两条采区斜坡道，其中东斜坡道是采场设备和作业人员进出采场通道，西斜坡道为采场安全出口。4003m首采分段西侧设采区回风井，井筒内梯子间，作为4003m分段开采时的采场第二安全出口。采区设一条采区管缆井[2]。

一期井下通风系统为对角式主扇通风系统，进风主扇设在东侧3912m平硐内，回风主扇设在西侧3920m平硐。采场通风由东侧斜坡道进风，污风由西侧斜坡道回风，总风量180m3/s。一期开采采用无底柱分段崩落法，分段高度15.5m，进路间距15m～18m，采场出矿设备为4m3电动铲运机，凿岩设备为Simba1354凿岩台车。矿体上部覆盖层采用矿石形成，覆盖层厚度大于两个分段高度，空区上部尚未塌陷。一期采场矿石由采区溜井下放，在3912m运输巷道内装入20t坑内自卸汽车后，通过环形运输巷道运至下盘矿石主溜井翻卸，在3788m或3850m运输水平装入坑内卡车，经3788m平硐或3850m平硐运出地表，再由地表道路运至3788m工业场地半移动破碎站处理。

二期初设范围为3912m～3788m，设计规模为450万t/a，采用平硐溜井开拓，采矿方法仍为无底柱分段崩落法，井下运输为有轨运输，井下通风采用两翼对角式通风系统。由于一期开采结束后，二期基建未完成，因此将3912m～3850m之间矿体暂时作为过渡期开采，即本次一期延续工程设计范围，待二期基建完成，一期延续工作提前结束，全面转入二期开采。

4 矿床开拓

4.1 开拓方案的选择

敦德铁矿为地下开采矿山，矿山海拔高，气候恶劣，一期工程已形成四条平硐，基于矿山现状，敦德铁矿一期延续开采开拓系统需满足下列要求：①确定的开拓系统必须满足一期延续矿体开采的要求；②井下开采的开拓运输系统要与地表矿石运输统筹考虑，合理衔接；③井下开采的开拓系统在基建施工过程中，尽量利用矿山现有工程，避免重复建设；④推荐开拓运输方案，工程量要少，以减少投资。施工要方便，基建期要短。

敦德铁矿采取分期开采方式，一期开采3912m以上矿体，一期延续开采3912m～3850m之间矿体，二期开采3850m～3788m之间矿体，按矿山开采计划，两年后转入一期延续开采。根据矿区地形条件以及矿石流向，敦德铁矿井下开采在技术可行的前提下对3850m阶段和3788m阶段开采分别进行了开拓运输方案的选择。

4.1.1 一期延续开拓系统

按设计委托要求，一期延续生产与二期基建施工尽量避免相互干扰，设计在此前提下，充分利用现有开拓工程，确定一期延续开拓采用平硐溜井开拓系统，利用东侧3912m平硐作为进风平硐，利用西侧3920m平硐作为回风平硐，利用二期3850m平硐作为运输平硐，利用已形成的3912m～3850m采区斜坡道作为设备进出井下通道。

阶段运输采用无轨运输方式，井下采场矿岩通过采区溜井下放3850m运输水平，在3850m运输巷道内由溜井振动放矿机装入20t自卸卡车内，通过3850m主运平硐运出地表，再经3850m～3788m地表运输道路运至3788m工业场地破碎车间。人员、设备及材料等均由3850m平硐和3912m～3850m现有采区斜坡道进入采场。

井下通风系统采用压抽结合的对角式主扇通风系统，过渡期通风系统设计时，利用3912m平硐作为进风平硐，利用3920m平硐作为回风平硐，利用现有二期盲东风井作为3850m运输水平进风井，利用二期盲西风井作为3850m运输水平回风井，采场和运输水平分区通风。

井下排水采用自流排水，采场涌水和井下生产废水由采区泄水井泄至3850m水平运输巷道水沟内，再通过水沟汇集到3850m平硐的沉淀池内，污水经沉淀处理后再由管道输送到选场和地表洒水、绿化使用，多余水量净化处理并符合排放标准后可通过平硐自流排出地表。采场设备和铲运机、中深孔凿岩台车等采场无轨设备通过3850m进风平硐和采区斜坡道进入采场，目前3850m进风平硐和采区斜坡道已形成，采区斜坡道坡度为15%，由于同行设备未变，因此采区斜坡道本次设计不需要调整。

4.1.2 二期开拓系统的选择

中冶北方于2011年完成了《敦德铁矿采选设计技术咨询报告》，报告中对于矿山3788m阶段开拓系统做过两个开拓方案的比较，一是平硐溜井—斜坡道开拓方案，二是平硐竖井方案。方案一是利用现有3788m探矿平硐作为二期开采运输平硐，利用主溜井将矿石下放到3568m倒运平硐，经平硐运到平硐口外的破碎系统或矿石仓。该方案优点是能够充分利用现有工程，重力放矿大大节省经营费用，矿石运输便利，节省了平硐之间的地表汽车运输，利于坑内开采涌水的自流排水。

该方案缺点是前期平硐工程量大，先期投资较多。方案二是采用竖井将井下3568m阶段开采矿石提升至3788m平硐倒装运输，该方案优点是工程量略少，缺点是环境恶劣，竖井施工非常困难，地表运输距离增加，平硐以下开采需建排水系统，矿山经营费高，生产运输环节多，3788m平硐口外工业场地小。上述两个方案经与矿山多次结合，双方一致认同方案一，设计最终推荐采用平硐溜井—斜坡道联合开拓方案。二期开拓系统详见中冶北方工程技术有限公司2017年7月完成的《巴州敦德矿业有限责任公司敦德铁矿二期采矿工程可行性研究报告》。

二期初设范围为3912m～3788m，设计规模为450万t/a，服务期10年，采用平硐溜井开拓，3788m设运输水平，3912m设回风水平，3850m设进风水平，3568m设倒运平硐，采矿方法为无底柱分段崩落法，分段高度15.5m，进路间距18m，出矿设备采用6m3电动铲运机，凿岩设备为凿岩设备为Simba1354凿岩台车。井下运输为有轨运输，3788m运输水平采用14t电机车双机牵引6m3矿车运矿，3568m倒运平硐采用20t电机车双机牵引10m3矿车运矿。二期井下通风采用两翼对角式通风系统，新鲜风流由3850m两条进风平硐进入井下，经盲中央进风井到达3803.5m专用进风水平，再由矿体中部的两条采区进风井进入采场，冲洗工作面的污风由矿体两端的采区回风井排至3912m和3920m回风平硐到达地表。

井下排水均采用平硐自流排水方式，由泄水井经运输巷道水沟汇集至井下水处理设施处理后再利用或达到排放标准后排弃。采场设备由3850m平硐进入井下，经采区斜坡道到达采场，人员、材料由3788m平硐和采区电梯井进入采场工作面，也可以由无轨设备经采区斜坡道进入分段作业面。

4.2 一期延续与二期衔接

一期延续工程规模150万t/a，开采范围为3912m～3850m，服务13年，开拓采用平硐溜井开拓，运输水平设在3850m，回风水平设在3912m。主要开拓工程包括：3850m运输平硐、3912m回风平硐、3920m回风平硐、东盲风井1条、西盲风井1条、采区进风井1条、采区回风井1条、采区斜坡道1条、采区管缆井1条。一期延续属于一期接续工程，当二期基建完成时，一期延续结束同时转入二期生产。

二期开拓工程规模450万t/a，开拓采用平硐溜井开拓，运输平硐和运输水平设在3788m，回风水平设在3912m，3850m设进风水平，3568m设倒运平硐，设东盲风井1条、西盲风井1条、采区进风井1条、采区回风井1条、采区斜坡道1条、采区管缆井1条。

在布置一期延续开拓工程时，尽量利用二期开拓工程，3850m运输平硐在二期开拓时用作进风平硐，3912m回风平硐在二期开拓时作为回风平硐，3920m回风平硐在二期开拓时仍作为回风平硐，东盲风井在二期开拓时作为回风井，西盲风井在二期开拓时作为回风井。上述一期延续工程与二期有共用时，按同时满足两期开拓要求设计。