某露天转地下缓倾斜磷矿山机械化采矿方法探讨

何皇兵，童志鹏，魏建海

(昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

我国缓倾斜薄至中厚矿体开采技术难度大，岩体赋存条件复杂，亟待研究安全高效、经济合理的采矿方法。国内关于缓倾斜薄至中厚矿体开采工艺多以浅孔房柱法(全面法)为主，出矿设备主要采用电耙、扒渣机等，采矿工艺较为落后，作业安全性较差。

我国磷矿资源中的缓倾斜矿体以其矿围岩稳固性差、矿石价值低成为缓倾斜矿体采矿方法研究的重点。该文以云南某露天转地下缓倾斜薄至中厚磷矿山为例，进行缓倾斜磷矿山的机械化采矿方法探讨。

1 开采技术条件

1.1 矿体形态特征

矿体产状稳定，走向、厚度及倾角变化小。矿体厚度4.34～12.79 m不等，平均厚度约为8 m左右，矿体倾角12°～20°，平均倾角约为15°左右。主要为II品级和III品级矿体，平均品位(P2O5)约为23.34 %。

1.2 工程地质条件

矿体与顶底板位于同一地层中，均为白云质硅质条带磷块岩，抗压强度71.9～85.3 MPa，为坚硬岩类，但节理裂隙发育，稳固性一般。且裸露巷道岩体风化后的抗压强度急剧下降，在施工过程中应及时对揭露后的岩体进行封闭。

1.3 矿石价值分析

矿山擦洗厂对原矿的品位要求为27 %～27.5 %，通过擦洗提高1 %～2 %个品位点，达到28.5 %的产品要求，随着露天开采结束地下开采已无高品位擦洗矿体。矿山浮选厂对原矿的入选品位要求为>20 %～20.5 %，浮选精矿品位为28.5 %，且原矿品位越高，浮选回收率越高。矿山保有资源的品位较低，约为23.34 %，按浮选精矿售价343.17 元/t(不含税)，选矿回收率按80.47 %考虑，则矿石价值约为235.98 元/t。

2 主要技术路线

矿石价值约235.98 元/t，而选矿制造成本约为76.14 元/t原矿(矿山已建有一座浮选厂)，应尽可地降低采矿制造成本，才能使该露天转地下矿山有盈利，因此，采矿方法应突出以下几点：

(1)矿体及顶底板稳固性一般，应控制采场结构尺寸，保证采矿方法的安全；

(2)降低基建井巷工程投资，减少采矿制造成本中的折旧摊销费用；

(3)矿石价值较低，且矿石品位对选矿回收率影响较大，应尽可能地降低贫化率，可以适当提高损失率；

(4)采用无轨机械化开采，实现规模效益，而无轨机械化的巷道断面较大，采切工程量较大，为此，采切系统的布置应尽量利用矿体的缓倾角，将巷道伪倾斜布置于矿体底板上，增加副产矿石，以矿养矿。

3 无轨机械化采矿方法方案

3.1 脉内采准沿走向布置房柱嗣后充填采矿法

3.1.1 盘区、采场划分及尺寸

中段高度60 m，盘区沿走向布置，盘区长度200 m，盘区宽度为矿体水平厚度，盘区之间留设12 m的盘区间柱，中段间留设12 m的中段矿柱，每个盘区在盘区的2端各留设1条溜井，相邻盘区共用该条溜井。每个盘区沿走向划分成2个采场，采场沿走向长度100 m，采场间留设5 m采场间柱，采场沿倾向长度等于盘区沿倾向长度。每个采场沿倾向划分成4个矿块，矿块间留设沿走向的宽度为4 m的条柱，条柱宽度尺寸为4 m，矿块内留设规则点柱，点柱尺寸为5 m×4 m，点柱沿走向间距为11～13 m，沿倾向间距为9～11 m。每个块矿沿倾向划分成4个条带，条带宽度约为8～10 m。

3.1.2 采准及切割工程布置

采准工程以脉内采准为主，采准工程包括有脉内底板采区斜坡道、中段脉内沿脉、采场溜井(布置在脉外)、充填回风上山；切割工程为切割巷。

脉内底板采区斜坡道为适应矿体倾角变化，在脉内伪倾斜布置，脉内底板采区斜坡道作为盘区沿走向划分的界限，考虑每200 m布置1条，作为采场与矿块的进回风主要通道；充填回风上山以采场为单元，在每个采场的中部沿矿体倾向布置充填回风上山。

当矿体厚度小于7 m，条带采用浅孔掘进台车一次性开采，见图1；当矿体厚度>7 m，对条带顶部进行切顶支护后再进行开采，见图2。

3.1.3 回采出矿

在矿块内，以条带为单元，在条带中部沿走向掘进切割巷，并以切割巷为自由面，采用浅孔掘进台车为主，气腿式凿岩机为辅进行凿岩，并采用水平孔装药台车进行装药，乳化炸药药卷、非电起爆网络进行爆破落矿，由4 m3铲运机经脉内底板采区斜坡道将崩落矿石倒入采场溜井内。

图1 条带不切顶开采示意图Fig.1 Strip-mining without topping

图2 条带切顶开采示意图Fig.2 Strip-mining with topping

3.1.4 回采顺序

中段内以矿块为单元，由下往上进行回采；矿块内以条带为单元，由下往上进行回采。相邻采场与盘区间在倾向上适当错开一定距离，以保证回采安全。

3.1.5 采场通风

新风从盘区一端的脉内底板采区斜坡道进入，洗刷条带工作面后经充填回风上山、切割巷、到达另一端的脉内底板采区斜坡道，再经上中段脉内沿脉进入回风系统。回采进路独头巷道采用局扇和PVC风筒进行通风。

3.1.6 采场充填

充填以矿块为单元进行集中充填，每个采场分成4次进行充填。充填管道经脉内底板采区斜坡道、上部的切割巷、充填回风联道及充填回风上山进入采空区充填。可先进行部分废石充填，然后进行充填料浆充填，采用灰砂比1：30的充填体进行充填。

3.1.7 采场脱水

为便于充填时的渗透及溢流脱水，在密闭墙内设置滤水设施，充填单元矿块内的水由密闭墙渗透至下中段脉内沿脉排入水泵房中，由排水系统排出地表。

3.1.8 采场安全措施

采场开采过程中，采用矿柱管理顶板，考虑到条带竖向高度较高，且垮度较大，在回采过程中为保证回采作业人员及设备的安全，应配置撬毛台车、锚杆台车及湿式喷浆台车，在矿体不稳固的地段，应采用锚杆、喷锚网对顶板进行锚固，或喷射混凝土加固顶板，如有需要还应对点柱进行喷锚网加固。

3.2 脉内采准沿走向布置条带充填采矿法

3.2.1 矿块布置

中段高度60 m，沿矿体走向每隔200 m沿矿体倾向底板内伪倾斜布置采区斜坡道，以采区斜坡道划分为盘区，每一个盘区中部布置间柱，将1个盘区划分为2个采场。采场长度100 m，间柱和中段矿柱均为12 m，每个采场沿走向划分成若干个条带，条带宽度8～12 m，根据矿体倾角的变化，每个采场可划分条带约18～27 个。

3.2.2 采准切割

通过中段巷道施工脉内底板上的采区斜坡道，采区斜坡道坡度<15 %。

采区溜井布置在脉内采区斜坡道中部的两侧，位于盘区间柱内，盘区两侧各设一条溜井，采区溜井处预留矿柱。溜井上口设置格筛，格筛孔尺寸为350 mm×350 mm。溜井格筛一侧设置固定式液压破碎锤，用于采场出矿大块的破碎。充填回风巷道布置在盘区间柱上方，距离矿体顶板约5 m，与脉内采区斜坡道之间有足够的岩体间隔，保证充填回风巷道自身的稳定。在充填回风巷道内向两侧施工联络道与充填回风井，与采场相通，满足采场充填与通风需求。充填回风井断面2 m×2 m。

3.2.3 回采出矿

采场内的条带矿体回采时，分为两步，先回采下层后回采上。回采下层矿时，先施工一条断面3.8 m×2.5 m贯穿条带的切割进路，再由条带中部后退式回采。采场内采用凿岩台车掘进式凿岩爆破，回采宽度8～12 m，高度约5～7 m。局部区域采场内下层矿厚度超过7 m时，可以进行分层回采。

当矿体厚度小于7 m，整个条带一次性开采，见图3；当矿体厚度大于7 m，整个条带在竖向上分两层开采，下层矿体回采结束后进行高强度胶结充填，见图4，下层矿体充填养护结束后，上层矿体回采工艺与整个条带一次性开采相同。

出矿采用4 m3铲运机，将条带内崩落矿石铲运到采场溜井内。在下层矿回采完毕后，在采场中部施工切割天井，切割天井尺寸2 m×2 m；在采场内用中深孔凿岩台车施工上向中深孔，中深孔上向平行布置，孔间距2 m，排间距2.2 m。采场内中深孔全部施工完毕后，通过切割天井爆破拉槽，从条带中间向两侧后退式崩矿，每次单侧爆破2～3排。中深孔爆破采用粉状铵油炸药，用装药器装药。崩落到采场空区内的矿石采用铲运机出矿。矿石由铲运机运输到上山内采区溜井。采场内各条带回采，采用2步骤间隔式回采，待1步骤采场充填体养护完成后，回采2步骤采场。

3.2.4 采场通风

矿体回采时，条带内通风，通过采场两端联络道内的局扇风机，向采场内进行压入式通风，通过充填回风天井回风。

图3 条带竖向上不分层一次性开采示意图Fig.3 One-off strip-mining on vertical direction without layered mining

图4 条带竖向上分两层开采示意图Fig.4 Strip-mining on vertical direction with two-layered mining

3.2.5 采场充填

条带回采结束后，立即进行充填。在条带联络道设置充填挡墙，连接条带内滤水装置，充填管由上盘的充填回风道通过充填回风井进入条带内。条带充填采用分层多次方式，保证滤水与接顶效果。充填1步骤的灰砂比为1：5，2步骤的灰砂比为1：30。

3.2.6 采场支护

回采下层矿体后，视采场顶板情况，采用管缝式锚杆，用锚杆台车对采场顶板进行锚杆或锚网支护，保证顶板稳固，为出矿与施工中深孔创造安全环境。崩落上层矿体时，要加快爆破与出矿，缩短采场空顶时间，保证采场顶板稳固。

4 结 语

(1)2个方案均利用了矿体的缓倾角，将采切系统巷道尽可能布置于矿体底板上(脉内采准沿走向布置条带充填采矿法充填通道布置于盘区间柱上部，位于脉外)，实现了以矿养矿。采区斜坡道在矿体底板上沿倾向布置，但矿体的倾角应比较稳定，起伏不能过大，同时条带底部的巷道沿矿体走向布置，因此，矿体走向的起伏不宜太大，以避免巷道频繁拐弯。

(2)矿体倾角增大时，伪倾斜布置于盘区矿体底板上的斜坡道斜长变长，为保证采区斜坡道的布置合理(尽可能地布置于矿体内)，矿体的走向长度应较长，否则伪倾斜布置采区斜坡道将无法实现，也不能有效地划分盘区。

(3)2种采矿方法均在中段内沿走向划分有多个盘区、采场与条带，多个盘区、采场与条带需要同时作业，而盘区间均以采区斜坡道作为进回风通道，通风管控较为复杂，要求较高。

(4)脉内采准沿走向布置房柱嗣后充填法将传统的房柱法由倾向向下出矿，改为沿走向布置出矿，将电耙改为铲运机，实现的采矿方法的无轨机械化。脉内采准沿走向布置条带充填采矿法为两步骤开采方案，充填成本较房柱嗣后充填法高，而其中在竖向上划分两层开采的充填成本更高，下分层均应采用高强度进行充填，适应于有两层矿分采分运或者矿石价值较高的矿体开采。而本矿山矿石价值不高，因此，推荐脉内采准沿走向布置房柱嗣后充填法。

(5)在竖向开采顺序上可以以中段为单元，将矿体上部作为首采区域，减少开拓系统的深度，以达到控制基建投资。