黃 敏 黃景軍 陳禮石 嚴(yán)佳龍 李壽山

(化工部長(zhǎng)沙設(shè)計(jì)研究院)

傾斜雙層礦體采礦方法的探討

黃 敏 黃景軍 陳禮石 嚴(yán)佳龍 李壽山

(化工部長(zhǎng)沙設(shè)計(jì)研究院)

針對(duì)某礦區(qū)磷礦層傾斜雙層礦體的賦存特征，結(jié)合其開(kāi)采技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件， 提出了一種適宜于該礦體的組合采礦方法，詳細(xì)介紹了該方法的礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)及采場(chǎng)回采工藝。在保證安全開(kāi)采的條件下，可實(shí)現(xiàn)貧富礦層分層開(kāi)采，達(dá)到了充分回收礦產(chǎn)資源，提高礦山經(jīng)濟(jì)效益的目的。

采礦方法 傾斜雙層礦體 磷礦

在我國(guó)已探明的磷礦體中，許多存在兩層以上工業(yè)礦層[1-5]。雙層礦體的開(kāi)采目前仍是個(gè)技術(shù)難題，相關(guān)的研究較少。若將夾層并入礦層合層開(kāi)采，廢石混入率太高，貧化嚴(yán)重；如采用分層開(kāi)采，則需保留一定的夾層厚度，確保開(kāi)采過(guò)程中夾層的穩(wěn)定性，保證開(kāi)采安全。由于分層的賦存條件(如厚度傾角等)的變化，各分層一般需要采用不同的采礦方法，兩種采礦方法的結(jié)合是分層開(kāi)采的又一個(gè)難題。云南某磷礦山原為露天開(kāi)采，隨著露天開(kāi)采成本的增加，露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采已成為必然。該礦山兩層工業(yè)礦層分別賦存于不同的巖性段中，其間夾層為低品位礦或夾石。本文結(jié)合該礦體的具體賦存條件，對(duì)采礦方法進(jìn)行了探討。

1 礦層開(kāi)采技術(shù)條件

礦層的產(chǎn)出基本與含磷巖系地層一致，為向東傾斜的單斜礦層，后期受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，且經(jīng)風(fēng)化、剝蝕，礦層的穩(wěn)定性受到了一定的影響，富礦層變化較大，貧礦層基本穩(wěn)定。礦層走向約N18°W，傾向約N72°E，傾角45°～54°。工業(yè)礦層分兩層，上礦層為深灰、藍(lán)灰色薄層致密塊狀磷塊巖，為主要富礦賦存層位，水平厚度6.2～9.0 m；下礦層由深灰、灰綠、灰黑色含砂白云質(zhì)磷塊巖及少量致密塊狀磷塊巖組成，品位較上礦層低，水平厚度2.6～4.3 m。上礦層與下礦層間為夾石及表外礦層，厚度為8～12 m。

礦層直接頂板圍巖為石英砂巖，設(shè)計(jì)基建中段距原露天坑底較近，埋深較淺，巖石受風(fēng)化作用影響，力學(xué)強(qiáng)度降低，穩(wěn)定性相對(duì)變差；淺部礦層同樣受到風(fēng)化作用，力學(xué)強(qiáng)度降低。礦體底板為灰、灰白色薄—中層狀白云巖，巖石堅(jiān)硬完整，不易發(fā)生底鼓等地質(zhì)現(xiàn)象，底板穩(wěn)定。

2 采礦方法選擇

2.1 各采礦方法分析

根據(jù)礦層條件，可能采用的采礦方法有：淺孔留礦法、分段空?qǐng)龇?、分段留礦-崩落法[6]。

(1)淺孔留礦法適用于礦巖基本穩(wěn)固的傾斜、急傾斜礦體，技術(shù)成熟、工藝簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)是工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)能力低[7]，且工人在采場(chǎng)頂板暴露面下作業(yè)，安全性較差。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)露天開(kāi)采提供的資料，礦石較破碎、完整性較差，因此淺孔留礦法僅能用于礦體水平厚度小于 4 m 的礦體。

(2)分段空?qǐng)龇ㄟm用于礦巖均穩(wěn)固，中厚以上的傾斜、急傾斜礦體。設(shè)計(jì)基建中段礦體頂板巖石硬度中等偏小，巖層完整性中等，屬中等穩(wěn)固巖層。礦房回采過(guò)程中，如果頂板巖層冒落，將增加礦石的損失和貧化，同時(shí)冒落產(chǎn)生的沖擊氣流對(duì)分段作業(yè)人員的安全也造成威脅。由于礦石完整性較差，間柱回采作業(yè)較困難，存在一定的安全隱患，故不宜采用分段空?qǐng)龇ā?/p>

(3)分段留礦-崩落法是無(wú)底柱分段崩落法的變種，其要點(diǎn)：全部采用無(wú)底柱分段崩落法的生產(chǎn)工藝，只是回采出礦前不需形成覆蓋層，而是留下適宜厚度的頂柱，形成空?qǐng)龇诺V條件。該頂柱(或上盤(pán)圍巖)冒落前，下部分段在空?qǐng)鱿鲁龅V，放出無(wú)貧化礦石。隨著崩落礦石的放出，空?qǐng)鲈絹?lái)越大，當(dāng)空區(qū)圍巖達(dá)到一定暴露面積時(shí)，便會(huì)自然冒落。在頂柱(或上盤(pán)圍巖)冒落后，形成覆蓋巖放礦條件，按分段崩落法回采下一個(gè)分段，充分回收采場(chǎng)內(nèi)礦石。本方法需要無(wú)軌鏟運(yùn)機(jī)出礦，設(shè)備投資較高，同時(shí)還需要掘進(jìn)斜坡道。

2.2 確定采礦方法

下礦層礦體厚度較薄，可采用淺孔留礦法開(kāi)采；根據(jù)上述分析可知，淺部礦巖受風(fēng)化作用影響，其穩(wěn)定性比深部要差，因此上礦層應(yīng)用分段留礦-崩落法比較好[8]。綜上所述，對(duì)于該雙層礦體淺部地采時(shí)宜選用淺孔留礦法與分段留礦-崩落法的組合。

3 采礦方法簡(jiǎn)述

3.1 上礦層采礦方法

上礦層采用分段留礦-崩落法(見(jiàn)圖1)。

圖1 上礦層采礦方法分段留礦-崩落法(單位：m)

(1)礦塊構(gòu)成要素。礦塊沿走向布置，長(zhǎng)100 m，中段高度50 m，分段高度10 m。

(2)采準(zhǔn)切割。為減少脈外工程，沿脈布置分段平巷作為出礦進(jìn)路，每個(gè)礦塊布置一個(gè)脈外出礦溜井，分段平巷與礦石溜井通過(guò)分段聯(lián)絡(luò)道連通。脈外布置斜坡道，供無(wú)軌設(shè)備運(yùn)行。

(3)回采。采用YGZ90鑿巖機(jī)鑿巖，由礦塊分段平巷的端部開(kāi)鑿切割橫巷、切割天井和切割槽，形成爆破自由面，向出礦溜井方向退采。礦塊總的回采順序：上分段超前下分段回采，若上盤(pán)圍巖穩(wěn)固，可安排2～3個(gè)出礦分段，下分段回采滯后上分段的距離可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整。

(4)出礦。采用2 m3鏟運(yùn)機(jī)出礦，每次中深孔爆破后，運(yùn)出崩落礦石的30%左右，剩余礦石留在采場(chǎng)內(nèi)作為頂板圍巖的支撐。如果頂板圍巖穩(wěn)固性較好，也可以盡量多運(yùn)出一些無(wú)貧化的礦石，但必須保持端部出礦口不放空。采用崩落礦石將空區(qū)與分段平巷內(nèi)作業(yè)點(diǎn)隔離開(kāi)來(lái)，以保證井下作業(yè)人員的安全。采場(chǎng)的大部分礦石回收在最下一個(gè)分段完成，在覆巖下出礦。

(5)礦塊通風(fēng)。新鮮風(fēng)由斜坡道進(jìn)入分段運(yùn)輸平巷，清洗工作面后污風(fēng)后由局扇抽出，經(jīng)回風(fēng)天井、回風(fēng)平巷排出地表。

(6)礦柱回采及采空區(qū)處理。由礦塊一端向斜坡道方向連續(xù)退采，中間不留間柱，沒(méi)有礦柱回采工序?；夭沙龅V前不必形成覆蓋層，而是留下適宜厚度的頂柱，形成空?qǐng)龇诺V條件。該頂柱(或上盤(pán)圍巖)冒落前，下部分段在空?qǐng)鱿鲁龅V。在空?qǐng)龀龅V過(guò)程中，隨著崩落礦石的放出，空?qǐng)鲈絹?lái)越大，當(dāng)空區(qū)圍巖暴露達(dá)到一定面積時(shí)，便會(huì)發(fā)生自然冒落。

(7)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。礦塊生產(chǎn)能力為300～350 t/d，礦石損失率為15%～20%，礦石貧化率為10%～12%。

3.2 下礦層采礦方法

下礦層采用淺孔留礦法(見(jiàn)圖2)。

(1)礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)。礦塊沿走向布置，沿走向長(zhǎng)48 m，礦塊高度50 m，礦房長(zhǎng)度40 m，間柱寬8 m，底柱高10 m，頂柱高3 m。

(2)采準(zhǔn)切割。設(shè)計(jì)采用平底結(jié)構(gòu)，在礦層底盤(pán)脈外布置鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)輸巷和裝礦進(jìn)路，礦石溜井與上礦層采礦方法共用。采準(zhǔn)工程還包括脈內(nèi)人行通風(fēng)天井、天井采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道，切割工程僅有一條拉底平巷布置在底柱上部。

(3)回采。采用YSP45型鑿巖機(jī)鑿巖，回采作業(yè)循環(huán)：打眼—裝藥—放炮—通風(fēng)—灑水—局部放礦—撬毛—場(chǎng)地平整等。

圖2 下礦層采礦方法淺孔留礦法(單位：m)

(4)出礦。每次爆破后，放出崩落礦石的30%～40%(局部放礦，使采場(chǎng)作業(yè)高度始終保持在2 m左右)，待礦房全部爆破完成后再進(jìn)行大量放礦。由鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)入裝礦進(jìn)路裝載，經(jīng)運(yùn)輸巷、分段聯(lián)絡(luò)道運(yùn)往礦石溜井。

(5)礦塊通風(fēng)。新鮮風(fēng)流經(jīng)人行通風(fēng)穿脈進(jìn)入一側(cè)人行通風(fēng)天井，再經(jīng)天井采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入采場(chǎng)，清洗工作面后，污風(fēng)由另一側(cè)人行通風(fēng)天井排至回風(fēng)平巷。

(6)礦柱回采。相鄰兩個(gè)礦房回采結(jié)束后，在間柱內(nèi)天井中鉆鑿炮孔，進(jìn)行一次性爆破，崩落礦石由采場(chǎng)底部裝運(yùn)至采場(chǎng)礦石溜井。

(7)頂板管理與采空區(qū)處理。淺孔留礦法回采過(guò)程中，礦房中先留下大部分崩落礦石，作為上盤(pán)圍巖的臨時(shí)支撐，減小上盤(pán)圍巖冒落的可能性?；夭蛇^(guò)程中的主要危險(xiǎn)來(lái)自礦房頂板，因此，每次局部放礦后，均應(yīng)仔細(xì)“敲幫問(wèn)頂”，清除浮石，對(duì)不穩(wěn)固地點(diǎn)采用臨時(shí)支護(hù)措施。礦房回采完成后，強(qiáng)制崩落頂柱和間柱，使上盤(pán)圍巖失去支撐，達(dá)到一定暴露面積后，上盤(pán)圍巖自然冒落，充填采空區(qū)。

(8)主要指標(biāo)。礦塊生產(chǎn)能力為60～80 t/d，礦石損失率約15%，礦石貧化率為10%～12%。

3.3 礦層的開(kāi)采順序

回采過(guò)程中先采上礦層，待上礦層頂板巖石崩落并穩(wěn)定后，再回采下礦層。因此，在同一中段，沿走向相同的礦塊區(qū)間內(nèi)，必須待分段留礦-崩落法采場(chǎng)上盤(pán)圍巖崩落后，再采用淺孔留礦法對(duì)下礦層上進(jìn)行回采出礦。為確保兩層礦體回采時(shí)的安全，上礦層與下礦層的采場(chǎng)之間應(yīng)保證有足夠厚度的夾層，以避免爆破震動(dòng)引起夾層垮塌而發(fā)生安全事故。頂柱和夾層的具體厚度需通過(guò)進(jìn)一步的研究和現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐來(lái)確定。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)雙層礦體由于其傾角不同，厚度不同，以及礦層間夾層的存在，需要采用不同采礦方法的組合，相比單層礦體的開(kāi)采更為復(fù)雜。本文結(jié)合礦體的具體賦存條件，提出了分段留礦-崩落法和淺孔留礦法的組合采礦方式。

(2)在保證安全開(kāi)采的條件下，該方法可實(shí)現(xiàn)貧富礦層分層開(kāi)采，充分回收礦產(chǎn)資源，提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)雙層礦體間一般需要保留一定的夾層厚度，以確保開(kāi)采過(guò)程中夾層的穩(wěn)定性，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，該夾層厚度應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)揭露情況做進(jìn)一步的分析研究，保證開(kāi)采的安全。

(4)在實(shí)際應(yīng)用中還需要不斷探索，對(duì)采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以確保該方法生產(chǎn)過(guò)程的安全可控。

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2015-03-30)

黃 敏(1983—)，男，工程師，注冊(cè)咨詢(xún)工程師，碩士，410116 湖南省長(zhǎng)沙市雨花區(qū)洞井鋪洞珠路6號(hào)。