樂山市馬邊地區(qū)磷礦緩傾斜中厚礦體采礦方法研究

劉興德 羅 淵

（四川省煤炭設(shè)計(jì)研究院）

我國磷礦分布較為廣泛，但是高品位的磷礦資源僅占有探明儲量的7%，磷礦資源平均品位較低，約為17%，遠(yuǎn)低于全球平均磷礦品位。并且沉積型磷塊巖絕大多數(shù)是含硅鈣鎂的膠磷礦型礦石，占全國總儲量的80%左右，其選礦難度大、成本高［1-3］。此外，我國磷礦資源賦存條件較差，礦床成礦時代久遠(yuǎn)，埋深較大，磷礦的巖化作用較強(qiáng)，礦層呈傾斜或緩傾斜賦存的約占75%［4-6］。該賦存條件導(dǎo)致開采難度增大，規(guī)?；_采難度更大，因此出現(xiàn)采出率降低、貧化率增高等問題。

1 工程概況

樂山市馬邊地區(qū)內(nèi)高山深谷縱橫，地勢起伏較大。區(qū)內(nèi)最高位于礦段西部，為1 850 m，最低為苦菜灣依打（溝），為875 m，相對高差975 m，一般500~700 m，屬中山區(qū)。

區(qū)內(nèi)磷礦呈層狀賦存于寒武系下統(tǒng)麥地坪組（含磷組）中下部，與云南省昆陽磷礦層位相當(dāng)。有上礦層（代號Ⅱ）和下礦層（代號Ⅰ）2層礦。上覆筇竹寺組（∈1q）深灰色長石石英粉砂巖，底部為0.5~2.0 m灰黑色薄層狀含炭質(zhì)粉砂巖。下伏燈影組第四段第二層淺灰色中厚層狀細(xì)晶白云巖。

2 采礦方法選擇原則

采礦方法的選擇直接關(guān)系到圍巖穩(wěn)定維護(hù)的難易程度和開采效率。通常需要遵循以下原則。

（1）生產(chǎn)安全。充分利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)并不斷提高管理水平，以保證在安全、良好的工作條件及環(huán)境中進(jìn)行采礦生產(chǎn)。

（2）經(jīng)濟(jì)合理。提高勞動者的素質(zhì)，不斷加強(qiáng)培訓(xùn)，努力做到勞動者的素質(zhì)和先進(jìn)設(shè)備的協(xié)調(diào)性；減少材料消耗，降低運(yùn)營維護(hù)的成本，盡量做到一物多用的原則；改善采礦工藝，盡量避免混矸，降低礦石的貧化率。

（3）礦石回收率高、適應(yīng)性和靈活性強(qiáng)。目前常用的磷礦開采方法有房柱法、底盤沙漏法、充填法、電耙留礦法等。采礦方法初選應(yīng)該參考國內(nèi)外現(xiàn)有的采礦方法，參考其礦石的賦存條件，以較相似的礦山為背景，進(jìn)行采礦方法的初選工作。樂山市馬邊地區(qū)礦體厚度薄至中厚，礦體傾角5°～35°，屬于典型的緩傾斜薄至中厚礦體。樂山市馬邊地區(qū)礦體開采面臨幾個難點(diǎn)：①礦體頂板相對較差；②部分礦體傾角較緩放礦困難；③礦巖穩(wěn)固性差—中等，采場暴露面積有限；④部分礦體厚度較大，高空頂下出礦作業(yè)安全性差。

綜合分析礦體開采技術(shù)條件可知，樂山市馬邊地區(qū)以緩傾斜薄至中厚礦體為主，頂板相對較差，因此采礦方法設(shè)計(jì)時，考慮較穩(wěn)固與不穩(wěn)固2種情況。深部礦體逐漸呈現(xiàn)傾斜中厚的分布特征，需要單獨(dú)考慮。針對上述不同開采技術(shù)條件的礦體，初步提出與之相適應(yīng)的采礦方法。

（1）頂板較穩(wěn)固情況：①礦體厚度小于4 m，采用沿走向條帶分層掘進(jìn)式房柱法、兩步驟房柱采礦法、機(jī)械化留條柱房柱采礦法；②礦體厚度大于4 m，采用兩步驟房柱采礦法、預(yù)控頂房柱采礦法。

（2）頂板不穩(wěn)固情況，采用無底柱連續(xù)崩落采礦法。局部傾斜中厚礦體（礦體傾角35°，礦體厚度8～10 m），采用中深孔分段空場采礦法。兩步驟房柱采礦法對于緩傾斜薄至中厚礦體均具有普適性，具備安全性與高效性雙重優(yōu)點(diǎn)。對于厚度較大的中厚礦體而言，采用預(yù)控頂房柱采礦法較為可行，預(yù)先護(hù)頂能極大限度地保證后續(xù)出礦期間的安全。以下分別進(jìn)行詳細(xì)闡述。

3 主要采礦方法選擇

3.1 兩步驟房柱采礦法

兩步驟房柱采礦法采切工程布置詳見圖1。該采礦方法圖是按礦體厚度為6 m設(shè)計(jì)的，經(jīng)計(jì)算，兩步驟房柱采礦法采切比為60.3 m3/kt。局部傾角較大（＞10°）的地方，礦塊可采用偽傾斜方向布置。

3.1.1 鑿巖爆破

由于礦體為緩傾斜中厚礦體，鑿巖設(shè)備推薦使用阿特拉斯BoomerK41型鑿巖臺車鑿巖，炮孔直徑65 mm，排距1.5～1.8 m。切割槽形成后，根據(jù)補(bǔ)償空間的大小，每次爆破3～5排上向扇形孔，每次爆破之后通過兩側(cè)的出礦進(jìn)路及出礦聯(lián)絡(luò)巷出少部分的礦石，等采場爆破全部結(jié)束之后再集中大量出礦。采用非電環(huán)形起爆網(wǎng)絡(luò)。炮孔孔底放置起爆藥包并插有兩發(fā)同段微差雷管。導(dǎo)爆管末端引出孔外，然后將所有同段微差雷管導(dǎo)爆管分成2束。

3.1.2 通風(fēng)

兩步驟房柱采礦法回采爆破順序自上而下，形成污風(fēng)后主要由兩側(cè)出礦進(jìn)路、出礦聯(lián)絡(luò)巷道排至上中段沿脈出礦巷道，最后進(jìn)入主回風(fēng)系統(tǒng)。

3.1.3 頂板管理和空區(qū)處理

每次爆破后進(jìn)行采場頂板浮石處理，人員空場下應(yīng)該設(shè)置安全專員。在應(yīng)力較大的地方應(yīng)該布置應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)測地壓變化。

回采工序作業(yè)組織形式應(yīng)考慮：采用三班作業(yè)制度，爆破與出礦作業(yè)可交叉進(jìn)行，多工作面可平行作業(yè)，定期組織采場爆破作業(yè)，正常出礦與搶運(yùn)殘礦時采用三班作業(yè)制度。按礦塊回采工序，依次計(jì)算采場鑿巖、爆破、通風(fēng)、出礦以及考慮回采過程中不可預(yù)見時間，計(jì)算礦塊的回采礦量和采空區(qū)體積，最終得到礦塊的生產(chǎn)能力。

3.2 預(yù)控頂房柱采礦法

預(yù)控頂房柱采礦法采切工程布置詳見開采方案圖2。采場兩側(cè)布置出礦進(jìn)路進(jìn)行出礦。采場內(nèi)預(yù)留點(diǎn)柱，點(diǎn)柱尺寸為6 m×6 m，點(diǎn)柱間跨度為8～10 m。切頂層高2 m。圖2中的采礦方法圖是按礦體厚度為12 m時設(shè)計(jì)的，經(jīng)計(jì)算，預(yù)控項(xiàng)房柱采礦法采切比為19.5 m3/kt。

預(yù)控頂房柱采礦法分為切頂層與下部礦體的鑿巖爆破兩部分工作。由于礦體較厚大，切頂之后及時對暴露的頂板進(jìn)行支護(hù)，可保證后期爆破出礦期間的人員及設(shè)備安全。切頂層采用淺眼落礦，電耙出礦，獨(dú)頭掘進(jìn)以貫通上部的切頂層聯(lián)絡(luò)巷，切頂層掘進(jìn)過程中，緊跟掘進(jìn)面對揭開的頂板進(jìn)行支護(hù)。切頂支護(hù)完成之后，開始對下部礦體進(jìn)行回采，鑿巖設(shè)備推薦宣化恒泰公司生產(chǎn)的SKZ-120A型潛孔鉆機(jī)，下向中深孔鑿巖，沿逆傾向進(jìn)行崩礦，崩下的礦石采用鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行出礦。采用非電環(huán)形起爆網(wǎng)絡(luò)。炮孔孔底放置起爆藥包并插有2發(fā)同段微差雷管。導(dǎo)爆管末端引出孔外，然后將所有同段微差雷管導(dǎo)爆管分成2束。

預(yù)控頂房柱采礦法回采爆破順序?yàn)樽韵露?，形成污風(fēng)后主要由人行通風(fēng)上山排至上中段切頂層聯(lián)絡(luò)巷，最后進(jìn)入主回風(fēng)系統(tǒng)。每次爆破后進(jìn)行采場頂板浮石處理，空場下應(yīng)該設(shè)置安全專員。在應(yīng)力較大的地方應(yīng)該布置應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)測地壓變化，識別危險源并及時采取措施?；夭晒ば蜃鳂I(yè)組織形式應(yīng)考慮：采用三班作業(yè)制度，爆破與出礦作業(yè)可交叉進(jìn)行，多工作面可平行作業(yè)，定期組織采場爆破作業(yè)，正常出礦與搶運(yùn)殘礦時采用三班作業(yè)制度。采場生產(chǎn)能力是采礦較重要的技術(shù)指標(biāo)，其影響因素較多，涉及各工藝環(huán)節(jié)。采場生產(chǎn)能力與采礦方法、采礦設(shè)備、勞動組織、生產(chǎn)管理密切相關(guān)。按礦塊回采工序依次計(jì)算采場鑿巖、爆破、通風(fēng)、出礦以及考慮回采過程中不可預(yù)見時間，計(jì)算礦塊的回采礦量和采空區(qū)體積，最終得到礦塊的生產(chǎn)能力。

3.3 局部頂板破碎下礦體開采方案

當(dāng)?shù)V體頂板屬于炭質(zhì)泥巖時，需采用無底柱連續(xù)崩落方法。礦體沿走向布置，工作面長度為50 m，寬度約為8 m。每隔8 m布置1條鑿巖上山，作為運(yùn)輸?shù)V石的通道。采用后退式擠壓爆破順序，2個采場作為1個崩落回采單元。崩礦后頂部破碎巖層形成冒落拱，崩下礦石在覆蓋巖層下出礦，采用鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)輸，溜井內(nèi)礦石由坑內(nèi)卡車集中裝礦，經(jīng)主平硐運(yùn)輸水平運(yùn)至坑口。出礦時按截止品位進(jìn)行控制，保證合理的貧化率與損失率。

采空區(qū)處理的實(shí)質(zhì)就是釋放由于開采而造成的應(yīng)力集中，減小由于高應(yīng)力造成的安全隱患，同時也可以控制圍巖穩(wěn)定，減小地表沉陷。

（1）崩落圍巖處理采空區(qū)。崩落圍巖處理空區(qū)的適用條件：第一，崩落對地表基本無影響；第二，崩落前保證礦柱已經(jīng)回采完畢，井下設(shè)施已經(jīng)不再使用；第三，圍巖不穩(wěn)定；第四，采空區(qū)面積較大；第五，礦體的品位較低。

（2）固體物料充填采空區(qū)。充填法充填采空區(qū)，要求必須對井下所有采空區(qū)均非常熟悉，以便在合適的位置設(shè)置隔離墻。

（3）礦柱支撐采空區(qū)。該技術(shù)的關(guān)鍵是圍巖穩(wěn)定，恰當(dāng)?shù)牡V柱尺寸和較小的連續(xù)采空區(qū)面積。

4 結(jié) 論

樂山市馬邊地區(qū)推薦的采礦方法以房柱法為主，崩落法為輔，礦山大規(guī)模生產(chǎn)后會留下大面積連片的采空區(qū)，僅靠采場內(nèi)預(yù)留的礦柱難以長期有效支撐采空區(qū)頂板，并且由于礦柱的蠕變損傷，可能會進(jìn)一步加速礦柱破壞導(dǎo)致采空區(qū)失穩(wěn)。因此，建議礦山采用低成本的充填方式對采空區(qū)進(jìn)行處理，可開展礦山廢石、磷尾礦充填等方面的研究工作。