云南斗南錳礦白姑緩傾斜礦體采礦法優化

任保光

(云南文山斗南錳業股份有限公司，云南硯山 663101)

0 前言

云南斗南錳礦白姑礦段為一緩傾斜薄礦體，直接頂底板多由泥巖、粉砂巖和含錳灰巖組成。泥巖遇水易軟化，強度降低。頂板受構造影響穩固程度不一。根據頂板穩固和礦石厚度情況，開展“斗南錳礦采礦方法與地壓活動規律的研究”和“斗南錳礦緩傾斜多層礦體開采方法工藝的研究”。在白姑礦段的采礦方法為：桿柱房柱采礦法(用于回采礦厚大于2.0 m的礦體)、普通房柱采礦法(用于回采礦厚為2.0～1.2 m的礦體)、破底(頂)房柱采礦法(用于回采礦厚為1.2～0.5 m的礦體)、削壁充填采礦法(用于回采礦厚小于0.5 m的極薄礦體)[1-2]。由于受工程地質條件和水文地質條件以及礦體賦存條件影響，采用不同的采礦方法，各自顯現的地壓活動不同，從而影響到作業人員安全和礦石回采率。為了安全、高效地利用好礦產資源，經過近幾年對采礦方法優化，對于頂底板、傾角、礦石厚度、斷層、裂隙變化大的礦塊，采用向下分層采礦法效果較好。

1 礦區地質概況

白姑礦區位于云南省文山州硯山縣境內，斗南向斜北翼東端，為一單斜構造。礦層自上而下有V10、V9、V8、V7b、V7a、V6等層位，主要呈層狀，似層狀、透鏡狀。礦體走向北 50(°)～70(°)東，向南東傾斜，傾角 14(°)～39(°)，一般為 25(°)，最大 45(°)，最小7(°)，為一海相沉積錳礦床。礦石類型以褐錳礦和碳酸錳為主，屬低硫、低磷，低鐵、易選的優質富錳礦。礦區為緩傾斜薄礦體，礦體頂底板圍巖多由泥巖、粉砂巖和含錳灰巖組成，泥巖遇水軟化，強度變低。礦層厚度變化較大，礦層厚度為0.3～2.98 m，平均1.23 m。

礦體頂、底板巖性：礦體直接頂為0.1～0.2 m厚的一層破碎軟巖，隨回采而脫落，這一層為礦石開采貧化的主要來源；此層之上除局部有0.1～0.2 m厚的灰巖產出外(該層質地性脆，暴露面積過大會發生離層冒落)，其余全部為泥質粉砂巖，厚度一般為0.2～0.4 m，除斷層影響外，整體性較好。礦層底板巖性為粉砂巖、泥質粉砂巖，巖性松軟，電耙出礦極易將其混入礦石采出，造成礦石貧化。

采場中除大的構造外，節理裂隙也較發育，主要有NW向段裂和NE小皺，對采場頂板穩定影響極大。

2 白姑緩傾斜礦體采礦方法

根據頂板穩固、礦石厚度情況分別采用：桿柱房柱采礦法(用于回采礦厚大于2.0 m的礦體)、普通房柱采礦法(用于回采礦厚為2.0～1.2 m的礦體)、破底(頂)房柱采礦法(用于回采礦厚為1.2～0.5 m的礦體)[1-2]。經過幾年的生產實踐，房柱采礦法在白姑礦區緩傾斜礦體中普遍應用，采礦各項指標都能夠達到或超過設計指標；但對于部分由于傾角、頂底板、礦石厚度、斷層、裂隙變化較大的礦塊，采用房柱法采礦會存在一些安全問題。

1)存在走向斷層的礦體，如果走向斷層破碎帶較寬、不穩或礦石錯距大于1 m，圍巖穩定性差時，每條切割上山均要穿過走向斷層，脈外切割工程量大，脈外切割的廢石將導致采礦貧化率升高，降低出礦品位，增加原礦和選礦成本。且每條切割上山的斷層處均要進行架箱支護，加大了支護量，降低了作業效率，而且支護過程中較為危險。

2)對于V 8、V 9兩層礦同時回采的礦體(礦石+夾層在3～6 m厚)，采高較高。每個礦房控制的礦石量大，回采時間長(一般從打切割上山到回采結束都在25天左右)。因采高較高，在打切割上山和回采過程中，難發現浮石險兆，或浮石難于清理徹底，容易發生片幫和頂板脫落，給作業人員帶來安全隱患[3]。再就是因為采高高，采空區垮落的廢石量大，垮落的廢石對下部采礦影響大，每個礦房內必須在每個回采步距結束后及時采用安全棚對上部的空區進行封閉，如果封閉不及時或安全棚不穩固，將會導致下部礦石損失或給下部的回采帶來安全隱患；而且制作安全棚坑木用得多，危險性大，安全棚又易損壞。

3) 當礦體傾角大于 30(°)、小于 45(°)，已接近礦石的自然安息角，回采爆破下的礦石和上部采空區的礦柱或者廢石跨落后會自然滾落，易破壞切割上山及運輸平巷內的設備及管道線路。人員上下和在下部作業的人員，易受到滾石傷害，給安全生產夠成較大的威脅。特別是頂板穩固性較差的礦塊，使用房柱法回采時，在第一步距退下回采第二步距以后，地壓顯現時，直接頂板與老頂脫離跨落。由于直接頂板與老頂在2 m以上。如果安全棚封閉不及時或安全棚不穩固，跨落的巖石輕易就會把安全棚沖毀，巖石滾落到下步距，影響到下步距礦房的礦石回采，更容易傷及在下部工作的人員。因傾角大，在用電耙耙運礦石時大塊礦石滾落速度快，操作電耙的人員難于避讓，安全得不到保障。

4)次生斷層多、節理裂隙較發育，且走向與切割上山相向，頂板穩固性差的礦塊。用房柱法采礦，頂板極易冒落，安全得不到保障，而且回采率較低。

因以上類型礦塊采用房柱法采礦存在問題，且作業人員作業時的安全系數低。為提高這部分礦塊在采礦作業中的安全性、改善技術經濟指標。經過采礦方法優化，對存在以上情況的礦塊采用向下分層采礦法，效果較好。

3 下向分層采礦法

礦塊走向長為45 m左右，在運輸平巷內遠離礦塊采空區的一側同時開兩條切割上山，并把兩條上山沿礦體傾向方向間隔8～15 m相互穿通作為聯絡通道，靠備采礦塊的一條作為專門的人行井，另外一條作為專門的出礦井，就具備了出礦與人行的分開。上山打到距上中段采空區6～8 m時。以傾向方向間隔6～8 m的距離同時向相鄰的采空區布置分層拉底，并在拉底內5～8 m處布置切割上山，同時向上掘進至上中段后回采。分層回采順序為自上而下，分層拉底內回采順序由下向上推進；分層拉底回采同時回采上一分層的預留礦柱；根據回采進度，上下分層可以錯開回采，在回采上一分層時，下一分層可以布置拉底。每個分層回采結束，在出礦上山和上一分層預留的上山內設安全棚，防止上部空區垮落的廢渣影響下分層的回采。

1)對于存在走向斷層且斷層破碎帶較寬、不穩固或礦石錯距較大的礦塊，因為只布置兩條上山，回采時不需穿過斷層，穿斷層的次數減少，支護量減少，所以支護過程中帶來的安全問題也相應減少；采用房柱法多次穿斷層導致的貧化率升高的問題得到改善；分層拉底可以根據上一采場和出礦、人行上山揭露的斷層情況及時調整拉底位置和方向，斷層面附近的礦石可以得到較好的回采，且作業人員的安全性得到改善。

2)對于采高較高的礦塊，因為分層拉底間的距離僅為6～8 m，回采時間縮短，回采過程中發生的片幫減少；需要的安全棚數量減少，所以安全棚的制作、安裝及安全棚封閉效果所引發的安全問題也相應減少。

3) 對于礦體傾角在 30(°)～45(°)間的礦體，由于沿傾向方向只需布置兩條上山，回采時要安設的安全棚就減少很多，因上部空區封閉不及時或安全棚不穩固，導致下部礦石損失或給下部回采帶來的安全隱患相應減少；因礦體傾角較大、分層拉底間隔僅為6～8 m，一般情況下在分層拉底內均不需再沿傾斜方向布設電耙耙礦，采用房柱法每個礦房均面臨的上山內耙礦變為一個采場只需在一條出礦上山里耙礦，其余的礦石耙運均改變為水平拉底內的耙運，由上山耙礦帶來的上山傾角變化大、視線不好、易發生滾石傷人等問題得以解決；作業人員大部分時間是在水平的分層拉底內作業，和房柱法相比作業環境和安全性得到改善；分層拉底一般布置在礦體傾角發生變化的地方，便于回采時根據不同的傾角采取不同的回采及支護措施，更有利于提高回采率。

4)對于次生斷層多、節理裂隙較發育，且走向與切割上山相向，頂板穩固性差的礦塊。采用向下分層采礦法，避免了切割上山與斷層、節理、裂隙同相，能有效選擇留礦柱位置，大大降低了作業人員的安全和支護量，有效提高了回采率。

因為向下分層采礦法在上述幾種采場條件下的使用效果較好，得到了認可和推廣。

4 存在的問題及解決方法

1)為防止上分層采空區垮落的廢渣沖入下分層，保證下分層回采時的安全，分層間需留設1.5～2 m厚的礦石頂柱，僅允許局部小面積穿通上分層，作為確認上分層位置之用，在回采過程中對上分層拉底的標定應準確無誤，在距離上分層3 m左右時應減少炸藥量，必要時可布置超前孔，防止因爆破震動導致上分層廢渣沖入作業面。由于分層拉底間留設的礦石頂柱增多影響到采礦回采率的提高，但可以根據頂板的穩固情況，采取放小炮(松動爆破)快速回采部分礦柱。但必須監護到位，由經驗豐富，反應速度快的老工回采。

2)回采至下部分層(一般為第3、4分層)時，上一分層預留的安全通道由于壓力顯現，開始出現片幫，上部的空區也開始垮落，這時安全棚的架設必須保證牢固，并注意架設安全棚時的作業安全，同時加強上山內的支護及浮石的清理。為減少作業人員在新增空區內作業的時間，可以采用中孔一次崩落分層間礦石的方式，在多回收頂柱的同時可以降低作業過程的安全風險，但受礦石傾角及采場頂板的限制和爆破技術的影響較大，只能用于礦石傾角大于30(°)的礦塊。

3)因采場礦石搬運環節增多，出礦效率不高，因只使用一條上山作為整個采場的出礦上山，所有的礦石均需電耙耙運至出礦上山內，為防止大塊礦石滾落至運輸巷道內，又必須將出礦上山和大巷內的出礦口錯開布置，因此導致耙運環節增加，加上分層內礦石為水平耙運，導致耙礦效率較低。

4)由于分層內礦石耙運和出礦上山與裝礦上山轉耙運段都是平巷耙運，平巷內容易積水。耙運過程中，部分礦石和廢渣變為泥漿順水沖入運輸大巷，影響到運輸大巷的文明生產。可從運輸平巷打一條拉底再連通至出礦拉底，專作泄水用，泥漿可以在泄水拉底內沉積，解決泥漿水沖入大巷的現象。

幾年的實踐證明：對斗南礦區普遍存在的走向斷層發育、采高較大、傾角變化大、次生斷層多、節理裂隙較發育、頂板穩固性差的緩傾斜礦體，采用向下分層采礦法，可有效提高采礦作業的安全性，并對采礦指標的改善起積極作用。

[1]馬鞍山礦山研究院，文山州斗南錳礦.斗南錳礦采礦方法與地壓活動規律的研究[R].文山：文山州斗南錳礦，1991.

[2]馬鞍山礦山研究院，文山州斗南錳礦.斗南錳礦緩傾斜多層礦體開采方法工藝研究[R].文山：文山州斗南錳礦，1991.

[3]斗南錳業股份有限公司安全生產委員會.云南文山斗南錳業股份有限公司典型事故案例匯編(1989-2003)[C].文山：斗南錳業股份有限公司，2003.