云南昆陽磷礦深部礦體開采方式研究

李小雙，李耀基，王孟來

（1．國家磷資源開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，云南 晉寧650600；2．云南磷化集團(tuán)有限公司，云南 晉寧650600）

近幾年來，隨著云南滇池周邊地區(qū)露天磷礦山開采深度的進(jìn)一步增加，礦山逐步進(jìn)入深凹露天開采階段，作業(yè)環(huán)境與條件進(jìn)一步惡化，加之排土場租賃費(fèi)用、人工工資、柴油與汽油價(jià)格的快速上漲以及環(huán)保要求的提高，露天開采方式的優(yōu)勢逐步消失［1－4］。露天磷礦山深部礦體開采方式問題已經(jīng)成為云南滇池周邊地區(qū)露天磷礦山發(fā)展的一個(gè)重大問題［5－8］。

1 昆陽磷礦概況

昆陽磷礦1965年由化工部化工礦山設(shè)計(jì)研究院（現(xiàn)名化工部連云港設(shè)計(jì)研究院）進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè)，原擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)將礦區(qū)5～56勘探線范圍內(nèi)由東向西劃分為四個(gè)采區(qū)，圈定可采儲(chǔ)量8 213．7萬t，P2O5平均品位27．32%。當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)規(guī)模為350萬t／a，經(jīng)過幾十年的開采，1采區(qū)回采工作已經(jīng)結(jié)束，并已經(jīng)閉坑。2采區(qū)目前開采區(qū)域礦石品質(zhì)明顯下降，上層礦基本上為浮選原料礦，下層礦極不規(guī)整，部分可采，由于2009年受金融危機(jī)及市場需求的影響，2采區(qū)暫時(shí)沒有開采。礦山現(xiàn)在的主要生產(chǎn)采區(qū)為3、4采區(qū)。預(yù)計(jì)至2009年年底3采區(qū)中部29～35線下降兩個(gè)水平至2 100m水平，剝離302．51萬m3。西部36～40線下降一個(gè)水平至2 140m水平，剝離200萬m3。4采區(qū)東采場43～48線下降兩個(gè)水平至2 210m水平，剝離297．49萬m3。西采場51～56線下降兩個(gè)水平至2 090m水平，剝離200萬m3。

昆陽磷礦按照目前的產(chǎn)量，2、3和4采區(qū)的目前儲(chǔ)量大約能維持5年，深部未做勘探工程。不過5、6采區(qū)即二礦區(qū)56～73線勘探工作已經(jīng)完成，儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告已經(jīng)提交，礦山已經(jīng)在做工作，準(zhǔn)備回采，露天開采范圍服務(wù)年限較長。

2 礦山工程特征

2．1 礦體特征

1）1～4采區(qū)

礦體呈穩(wěn)定的層狀，其產(chǎn)狀與圍巖產(chǎn)狀一致，大致呈東西走向，傾角一般為10°～16°，東緩西陡。礦體東西長5．6km，南北寬1．0～2．15km。全區(qū)上礦層表內(nèi)礦體厚度5～7m，平均6．18m，厚度變化趨勢為東部較厚，西部較薄。全區(qū)下礦層表內(nèi)礦層厚度3～4m，平均3．25m，變化趨勢為西部較厚，東部較薄。下礦層在寬35～47勘探線間出現(xiàn)無礦地帶，東西長約1km，南北寬約600m。上礦層自上而下由白云質(zhì)磷塊巖、粒屑磷塊巖、白云質(zhì)硅質(zhì)條帶磷塊巖組成；下礦層自上而下由白云質(zhì)硅質(zhì)條帶磷塊巖、粒屑磷塊巖或礫狀磷塊巖組成。礦層內(nèi)均無夾石層。

2）二礦區(qū)

昆陽磷礦二礦區(qū)礦床類型為寒武紀(jì)早期形成的沉積型磷塊巖礦床。礦區(qū)位處香條村背斜南翼。礦層（體）總體呈向南東緩傾斜的單斜構(gòu)造。由于礦層（體）產(chǎn)狀平緩，因此礦層（體）露頭形態(tài)較復(fù)雜，總體呈彎曲狀繞山分布。

礦層（體）產(chǎn)狀穩(wěn)定，與上覆及下伏地層基本一致。傾向一般為140°～160°，傾角10°～30°，平均為15°左右。個(gè)別地段受構(gòu)造或重力作用產(chǎn)生垮塌，產(chǎn)狀有所變化。

礦層（體）分上下兩層礦。1）上礦層一般由上部砂屑狀磷塊巖、條帶狀磷塊巖，中、下部的粒屑磷塊巖組成。上部一般為Ⅲ品級礦體，中部一般為Ⅱ品級礦體，下部一般為礦體主要含磷層位，是Ⅰ、Ⅱ品級富礦石賦存層位。含礦層厚度1．50～9．97m，平均6．36m；Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ品級礦體平均厚度5．59m，P2O5平均含量28．57%，礦層（體）厚度、品位均較穩(wěn)定。2）夾層為一層黏土質(zhì)頁巖，厚度0～1．43m，一般在0．50m左右。3）下礦層一般由上部的藍(lán)灰色粒屑磷塊巖、中部粒屑磷塊巖及下部淺灰色中厚層狀砂質(zhì)磷塊巖組成。上部一般為礦體主要含磷層位，是Ⅰ、Ⅱ品級富礦石賦存層位，中部一般為Ⅱ品級礦體，下部一般為Ⅱ、Ⅲ品級礦體。礦層厚度1．20～10．00m，平均厚度6．04m；Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ品級礦體平均厚度5．97m，P2O5平均含量31．72%。礦層（體）厚度、品位均較穩(wěn)定。礦區(qū)礦層（體）沿走向延伸4 000m，沿傾向在礦區(qū)范圍內(nèi)均有礦體分布，最大1 380m，平均750m。礦體延展規(guī)模為大型。

2．2 開采技術(shù)條件

礦區(qū)屬二街富水區(qū)，處地下水的補(bǔ)給徑流帶，地表水向溝谷排泄迅速。西部有近南北向的二街河，在鳴矣河村與鳴矣河交匯，匯流處標(biāo)高1 880m，為區(qū)域最低侵蝕基準(zhǔn)面。露采資源量分布最低標(biāo)高為1 908m，均處最低侵蝕基準(zhǔn)面以上。

礦區(qū)主要含水層有寒武系下統(tǒng)漁戶村組（Э1y），中誼村組上白云巖段（Э1z2）、上礦層（Э1z1－3）、下礦層（Э1z1－1），泥盆系上統(tǒng)宰格組（D3z）及第四系洪積坡積層（Q）。隔水層有寒武系下統(tǒng)中誼村組磷塊巖段夾層（Э1z1－2）、筇竹寺組（Э1q）、滄浪鋪組（Э1c）、泥盆系中統(tǒng)海口組（D2h），礦體賦存狀態(tài)如圖1與圖2所示，各巖層的物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)見表1。

圖1 1～4采區(qū)礦體賦存情況Fig．1 The geological condition of ore body in the first to fourth mining area

直接頂板為白云巖、硅質(zhì)白云巖，風(fēng)化為褐紅色黏土巖夾硅質(zhì)巖角礫和團(tuán)塊。據(jù)1～4采區(qū)資料，白云巖致密堅(jiān)硬，屬堅(jiān)硬巖類，穩(wěn)定性好；黏土巖遇水易軟化，穩(wěn)定性變差，為軟弱巖類。

圖2 2采區(qū)礦體賦存情況Fig．2 The geological condition of ore body in the second mining area

上覆巖層為白云質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、頁巖，地表裂隙發(fā)育，深部裂隙不發(fā)育，新鮮巖石屬堅(jiān)硬巖類，穩(wěn)定性較好；風(fēng)化巖石為軟弱－半堅(jiān)硬巖類，穩(wěn)定性差。上礦層主要為條紋條帶狀磷塊巖、白云質(zhì)磷塊巖、致密塊狀磷塊巖，歷經(jīng)多年開采，地表淺部風(fēng)化礦已基本被采，現(xiàn)在采區(qū)內(nèi)礦層部分多屬新鮮礦石，節(jié)理裂隙發(fā)育，呈閉合狀。屬于堅(jiān)硬巖石，穩(wěn)定性較好。夾層為白云巖、黏土巖，風(fēng)化中－弱，白云巖局部風(fēng)化較強(qiáng)，呈砂狀，為砂質(zhì)白云巖。屬堅(jiān)硬巖類，穩(wěn)定性好。黏土巖飽水后易軟化，穩(wěn)定性較差。下礦層為薄層狀砂屑狀磷塊巖，裂隙發(fā)育，巖石抗壓強(qiáng)度71．9～85．3MPa，為堅(jiān)硬巖類，穩(wěn)定性較好。底板為粉晶白云巖夾硅質(zhì)巖條帶或透鏡，裂隙發(fā)育，屬堅(jiān)硬巖類，穩(wěn)定性好。

表1 巖層物理力學(xué)參數(shù)Table 1 Physical and mechanical parameters of rock stratum

3 深部礦體開采分析

3．1 1～4采區(qū)

1～4采區(qū)原來設(shè)計(jì)的露天開采境界最低開采標(biāo)高為2 060m水平，經(jīng)過幾十年的開采，1采區(qū)開采已經(jīng)結(jié)束，其余采區(qū)最低已開采至2 090m水平，離最低回采標(biāo)高僅有30m，三個(gè)采區(qū)原露天開采設(shè)計(jì)境界內(nèi)的礦量還能維持5年左右。四個(gè)采區(qū)的深部補(bǔ)勘工作已經(jīng)完成，并于2010年5月獲得了補(bǔ)勘資料，并對每個(gè)采區(qū)進(jìn)行了露采最大采深計(jì)算及分析，結(jié)果如下：

1）1采區(qū)

1采區(qū)位于6～17線，原設(shè)計(jì)露天境界范圍內(nèi)的礦體已經(jīng)回采結(jié)束，目前已經(jīng)閉坑。進(jìn)行生產(chǎn)補(bǔ)探后，勘探深度至1 840m水平，根據(jù)勘探報(bào)告提供的數(shù)據(jù)，至1 840m 水平的剝采比為3．81m3／t，和盈利法計(jì)算推薦的經(jīng)濟(jì)合理剝采比一致［9］。經(jīng)過對1采區(qū)剖面圖重新圈定計(jì)算，開采至1 860m水平，剝采比為3．19m3／t，略小于本次比較法計(jì)算推薦的經(jīng)濟(jì)合理剝采比，且以下礦量不是很大，因此1采區(qū)仍適合采用露天開采。

2）2采區(qū)

2采區(qū)位于17～28線，原設(shè)計(jì)露天境界范圍內(nèi)的礦體已經(jīng)所剩不多，生產(chǎn)勘探至1 830m水平，根據(jù)勘探報(bào)告提供的數(shù)據(jù)，至1 830m水平的剝采比為3．91m3／t，比盈利法計(jì)算推薦的經(jīng)濟(jì)合理剝采比略大［10］。經(jīng)過對1采區(qū)剖面圖重新圈定計(jì)算，開采至1 840m 水平，剝采比為3．78m3／t，略小于盈利法計(jì)算推薦的經(jīng)濟(jì)合理剝采比，開采至1 850m水平，剝采比為3．37m3／t，比本次比較法計(jì)算推薦的經(jīng)濟(jì)合理剝采比略大，根據(jù)目前勘探的深度所剩礦量不多，因此2采區(qū)仍適合采用露天開采。

3）3采區(qū)

3采區(qū)位于28～41線，原設(shè)計(jì)露天境界范圍內(nèi)的礦體37線以東開采至2 100m水平左右，37線以西開采量不大，約在2 150～2 170m水平。生產(chǎn)探礦對3采區(qū)勘探至1 860m水平，勘探報(bào)告提供的數(shù)據(jù)，至1 860m 水平的剝采比為5．95m3／t，此剝采比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于推薦的經(jīng)濟(jì)合理剝采比。本次研究根據(jù)其剖面圖，依據(jù)比較法和盈利法計(jì)算推薦的經(jīng)濟(jì)合理剝采比進(jìn)行了重新圈定，圈定的開采標(biāo)高分別為1 920m 和1 900m，即露天開采至1 920m，仍比地采利潤大，開采至1 900m仍有盈利。對剩余礦量進(jìn)行估算：開采至1 920m，剩余礦量約330萬t；開采至1 900m，剩余礦量約為200萬t［11］。目前勘探深度的剩余礦量是不具備地下開采投資價(jià)值的，因此3采區(qū)推薦目前只采用露天開采，待以后做了更深一步的補(bǔ)勘工程，根據(jù)保有礦量，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)計(jì)算后再?zèng)Q定是否具有地采價(jià)值。

4）4采區(qū)

4采區(qū)位于41～55線，原來沒有進(jìn)行大規(guī)模的開采，僅有小規(guī)模的民采活動(dòng)，原設(shè)計(jì)露天境界范圍內(nèi)的礦體仍有1 000萬t左右。生產(chǎn)勘探至1 940 m水平，勘探報(bào)告提供的數(shù)據(jù)，至1 940m水平的剝采比為4．9m3／t，此剝采比大于推薦的經(jīng)濟(jì)合理剝采比。本次研究根據(jù)其剖面圖，依據(jù)比較法和盈利法計(jì)算推薦的經(jīng)濟(jì)合理剝采比進(jìn)行重新圈定，圈定的開采標(biāo)高分別為1 990m和1 970m，即露天開采至1 990m，仍比地采利潤大，開采至1 970m仍有盈利。對剩余礦量進(jìn)行估算：開采至1 990m，剩余礦量約400萬t；開采至1 970m，剩余礦量約220萬t。目前勘探深度的剩余礦量不具備地下開采投資價(jià)值，因此4采區(qū)目前只推薦采用露天開采，待以后做了更深一步的補(bǔ)勘工程，根據(jù)保有礦量，經(jīng)經(jīng)濟(jì)計(jì)算后再?zèng)Q定是否具有地采價(jià)值。

綜上所述，經(jīng)過對1～4采區(qū)的補(bǔ)勘，四個(gè)采區(qū)仍然適合露天開采，開采境界內(nèi)保有礦量約7 000萬t，可以保障礦石的長期供應(yīng)［12］。四個(gè)采區(qū)深部仍有一定的礦石儲(chǔ)量，而目前探明的露天境界外儲(chǔ)量不具備地下開采投資價(jià)值。此外礦巖的穩(wěn)定性不好，給地采帶來了一定困難。昆陽磷礦離滇池較近，露天境界外已經(jīng)低于當(dāng)?shù)厍治g面，礦區(qū)地層在遠(yuǎn)古代與古生代之間有個(gè)大斷裂帶直通滇池，會(huì)給地采帶來很大影響。由此判定，在目前的采礦技術(shù)水平和礦石價(jià)值下，不具有實(shí)施地下開采的可能。

3．2 二礦區(qū)

二礦區(qū)位于56～72線，根據(jù)地質(zhì)資料顯示，整個(gè)走向礦體都有露頭礦體沿走向自東向西向下傾伏，根據(jù)礦山提供的地質(zhì)資料，二礦區(qū)總共有58線、60線、62線、64線、66線和70線控制。按照本研究比較法推薦的經(jīng)濟(jì)合理剝采比對每個(gè)剖面進(jìn)行露天開采境界圈定，其最大開采深度分別為1 870m、2 000m、2 080m、2 000m、1 900m 和1 900m，以上開采水平說明，隨著露天開采的進(jìn)行，由于62線開采較淺，會(huì)逐漸形成兩個(gè)采坑。

按以上開采深度圈定露天境界后，根據(jù)目前勘探深度，58線礦體幾乎都可以露采，60線和66線礦體露采1／2左右，62線礦體幾乎沒有開采，64線礦體露采1／5，70線礦體露采3／5，采用面積法對全區(qū)1 800m以上露天開采境界外礦量進(jìn)行估算，保有礦量1 200萬t左右，礦體向深部延深，沒有變薄跡象，說明深部遠(yuǎn)景儲(chǔ)量可觀［13］。

礦體直接頂板為白云巖、硅質(zhì)白云巖，風(fēng)化為褐紅色黏土巖夾硅質(zhì)巖角礫和團(tuán)塊。白云巖致密堅(jiān)硬，屬堅(jiān)硬巖類，穩(wěn)定性好。黏土巖遇水易軟化，穩(wěn)定性變差，為軟弱巖類。底板為粉晶白云巖夾硅質(zhì)巖條帶或透鏡，裂隙發(fā)育，工程地質(zhì)條件為簡單偏中等類型。礦區(qū)水文地質(zhì)條件為以大氣降水充水為主的簡單類型。礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量良好，因此地下開采的開采技術(shù)條件較好。

因此，二礦區(qū)上部采用露天開采，開采最低水平為1 870m；下部礦體地下開采具有可行性。

4 結(jié)論

經(jīng)過對昆陽磷礦6個(gè)采區(qū)的分析，結(jié)論如下：1～4采區(qū)絕大部分礦體都可以進(jìn)行露天開采，深部礦量較少，且開采技術(shù)條件差，不適合地下開采；二礦區(qū)上部適合采用露天開采，下部礦體地下開采具有可行性。礦山應(yīng)根據(jù)研究的結(jié)論，針對各個(gè)不同礦段的深部礦體賦存情況，對今后3～5年的開采規(guī)劃進(jìn)行統(tǒng)一部署，以保證礦山生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

［1］ 李小雙，李耀基 ．我國磷礦資源開采現(xiàn)狀及其展望［C］／／2012年中國礦業(yè)科技大會(huì) ．濟(jì)南，2012：20－23．

［2］ 李耀基，李小雙，張東明 ．磷礦山深部礦體地下開采技術(shù)［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，2013．

［3］ 李耀基，李小雙，黃 滾 ．大型露天磷礦山露天轉(zhuǎn)地下開采技術(shù)研究 ［M］．重慶：重慶大學(xué)出版社，2011．

［4］ 苗文桐，徐德誠 ．認(rèn)真做好磷礦采礦方法的試驗(yàn)研究［J］．化工礦物與加工，1984，13（2）：1－2，5．

［5］ 李小雙，李耀基，王孟來．河流及村莊下硫鐵礦回采上限與礦房寬度確定方法［J］．有色金屬（礦山部分），2014，66（1）：14－17．

［6］ 王運(yùn)敏，劉盛華，鄭惟剛 ．我國大型露天礦開采的主要薄弱環(huán)節(jié)及其對策［J］．金屬礦山，1998（5）：5－10，50．

［7］ 陳 雷 ．露天地下聯(lián)合開采采動(dòng)損害規(guī)律研究［D］．武漢：武漢理工大學(xué)，2008．

［8］ 馬建軍 ．大冶鐵礦深凹露天轉(zhuǎn)地下開采的幾個(gè)安全問題研究［D］．武漢：武漢科技大學(xué)，2007．

［9］ 李小雙 ．露天轉(zhuǎn)地下開采露天邊坡穩(wěn)定性與地下采場覆巖變形破壞特征研究［D］．重慶：重慶大學(xué)，2010．

［10］ 云南磷化集團(tuán)有限公司．昆陽磷礦露天轉(zhuǎn)地下開采數(shù)值模擬研究報(bào)告［R］．昆明：云南磷化集團(tuán)有限公司，2012．

［11］ 云南磷化集團(tuán)有限公司．云南磷化集團(tuán)有限公司深部礦體開采方法研究報(bào)告［R］．昆明：云南磷化集團(tuán)有限公司，2011．

［12］ 李小雙 ．云磷集團(tuán)深部礦體開采地壓與覆巖變形特性研究［D］．重慶：重慶大學(xué)，2013．

［13］ 重慶大學(xué) ．云磷集團(tuán)昆陽磷礦深部礦體開采采礦方法研究［R］．重慶：重慶大學(xué)，2013．