龍橋鐵礦緩傾斜中厚礦體崩落采礦法覆蓋層研究

邱曉東，丁 銘

(1.金建工程設計有限公司， 山東 煙臺市 264670； 2.華煤集團有限公司，吉林 長春 130012； 3.廬江龍橋礦業有限公司， 安徽 合肥 231500)

龍橋鐵礦床屬層控沉積-熱液迭加改造型礦床，礦床的工業類型屬隱伏的大型含銅高硫磁鐵礦床。礦體走向290°，傾向南，傾角15°～30°，礦體長2188 m，平均寬512 m，厚一般20～40 m，最厚63.58 m，最薄2.61 m，平均厚27.07 m。埋藏于-268.07～-507.41 m，礦床巖體質量總體屬良好型。

1 礦床構造地質特征

龍橋鐵礦床范圍內斷裂構造發育，在勘探地質階段共查明斷層12條。有些斷層切割較深，破碎帶寬度達到6 m。在礦山基建及生產初期通過坑道工程,進一步揭露了其地質信息，8線以東共有斷層13條，由于這些斷裂構造作用使礦體頂板巖石的整體性受到破壞。礦床內節理發育，主要走向為NNE、NE、NWW、NNW向，其中NNE、NE向最發育。

根據斷層的產狀和特征，將東區斷層分為北北東、北東和北西向3組：

(1)北北東向斷層組：包括走向15°～30°的斷層。東區有6條,即F106、F102、F107、F111、F113、F6，均為正斷層，其中F106、F107、F111、F6規模較大。斷層傾向南東東，傾角較陡，60°～90°。

(2)北東向斷層組：包括走向30°～65°的斷層。東區有4條即F110、F108、F104、F103，均為正斷層，其中F103規模較大。斷層傾向南東，傾角57°～85°。F110 、F104與銅礦化關系密切，特別是F110，在-332.5 m分層6～8線南斷層內見20～30 cm厚黃銅礦方解石脈，含銅品位高達26%，在-342.5 m分層，斷層兩側泥質粉砂巖及磁鐵礦體中含銅平均品位為0.71%，視厚度達32.9 m。

(3)北西向斷層組：包括走向320°～335°的斷層。東區有3條即F101、F105、F109，斷層規模相對較小，F109明顯錯動了北東向斷層。斷層傾向南西，傾角69°～81°。

走向北北東向斷層為東區主要斷層，次為北東向斷層。通過地質構造調查得知：雖然龍橋鐵礦床頂板巖石RQD值較高，一般大于75%，巖體質量屬于良好類型，但礦區內斷裂構造發育，對礦體及圍巖破壞作用較大，使巖體穩定性變差。隨著空區面積的增大，在拉應力作用下，采空區頂板可能會首先在斷裂面處冒落。因此,龍橋鐵礦空區頂板在達到一定暴露面積條件下具備自然冒落的地質條件。

2 采礦方法及工藝

龍橋鐵礦在厚大礦體部分采用無底柱分段崩落法采礦，對于礦巖均較穩固的礦山，在圍巖不能及時冒落時，通常應采用工程或爆破方式進行強制放頂，以滿足崩落法工藝要求的覆巖下出礦條件，但龍橋鐵礦為緩傾斜礦床，空區水平面積巨大，如采用人工放頂，放頂工程本身存在較大的安全隱患，工期較長，施工難度大，且在生產中會造成較大的礦量損失，因此龍橋鐵礦聯合設計單位、科研院所，經分析礦床地質構造特征，采用了預留礦石作為覆蓋層進行正常生產，當采空區暴露到一定面積時空區頂板巖石會自然冒落形成巖石覆蓋層，再回收預留礦石的生產工藝。

龍橋鐵礦目前共有兩個生產中段，分別為-320 m中段與-370 m中段，中段高度50 m，分段高度12.5 m，進路間距15 m，上下分層進路呈菱形布置。生產中，無底柱分段崩落法采場沿走向布置采礦進路，每200 m進路長度劃分為一個礦塊，中間進行切割向兩端退采。

礦山采礦采用暫留礦石作覆蓋層和頂板巖石自然冒落相結合的工藝方法(見圖1)，生產中具體實施是第一分層崩落礦石量的70%～80%暫留在空區，第二分層崩落礦石量的40%～50%留在空區，經計算，兩個分層后空區留礦的厚度已達24 m，滿足安全規程與設計規范最小20 m的覆蓋巖層的高度要求，第一分層開始出礦時，控制每條出礦進路的眉線處不與空區相通，已形成的空區與其它工程的通道進行封閉以防止空區中可能出現的較大面積冒落產生沖擊氣流危害。自第三分層開始就可以進行正常的放礦。當礦體采礦結束時因采空區的暴露面積擴大，崩落時間增長，冒落巖石的厚度已滿足墊層的要求，最后放出存在空區里的礦石。

龍橋鐵礦從投產以來的生產實踐表明,主要采礦方法無底柱分段崩落法的貧化率控制在15%左右,預留礦石作為覆蓋層在保證生產安全、降低貧化率、滿足礦山生產進度、提高礦山經濟效益等方面取得了良好的效果。

圖1 采礦工藝

3 采空區頂板冒落監測

龍橋鐵礦從礦山投產開始，自2007年2月就進行了采空區頂板巖層監控技術研究，測試了龍橋鐵礦的基礎巖石力學數據；2008年起與相關高校和設計院組成了采空區監測及巖石冒落規律研究課題組，開展了大量的監測研究工作。

在采空區管理方面，除采礦工藝所規定的控制放礦保證采空區中礦石、巖石墊層的厚度符合礦山安全規程的要求外，目前-355 m分層以上各分層通往采空區的所有通道均采用壓渣方式和澆注砼墻方式進行了封閉。

為了查明采空區頂板圍巖冒落情況，在地表施工監測鉆孔通過儀器測量，獲取巖層冒落高度數據，為采空區管理、采礦方法研究、放礦管理、損失貧化管理提供依據。自2008年3月起，共施工6個監測鉆孔進行監測。

從監測數據來看,截止到2013年3月,6個監測孔中除2號孔因位于淺采區只產生巖石位移尚未冒落外,其他監測孔平均頂板巖石冒落高度達16 m,形成的松散體覆蓋巖層厚度達25.6 m,完全滿足安全規程及設計規范的要求。

4 結 論

龍橋鐵礦自投產到目前為止，東區8線～7線從-320 m分層開始首采，已經下降到-355 m分層。從對過去所積累的工程及生產數據進行分析得出以下結論：

(1)利用勘探地質工作成果和巷道工程揭露的地質數據,確認礦床頂板巖石因斷裂構造破壞了巖體的整體穩定性，當采空區面積擴大到一定程度時頂板巖石能夠發生自然冒落的認識經過生產得到了驗證。

(2)龍橋鐵礦無底柱分段崩落法采礦用暫留礦石結合頂板巖石自然冒落形成覆蓋層符合礦山安全規程要求，保證了采礦作業的安全，有效地降低貧化率至5%左右，取得了較好的經濟效果。

(3)針對龍橋鐵礦緩傾斜礦體的特點，采用預留礦石作為覆蓋層，不僅節省了強制放頂工程的費用，而且為礦山連續生產提供了保證，為類似礦山的采礦工作提供了借鑒。

參考文獻：

[1]任鳳玉.劉興國.無底柱分段崩落法采場結構與放礦方式研究[J].中國礦業，1995(6)：31-34.

[2]李子孝.無底柱分段崩落法開采緩傾斜盲礦體時覆蓋層形成問題的探討[J].金屬礦山，1990(8)：12-18.

[3]唐海燕，唐紹輝，吳壯軍.程潮鐵礦無底柱分段崩落法采場地壓活動規律及冒頂機理的分析[J].礦業研究與開發，2000(4)：5-7.

[4]王述紅，寧新亭，任鳳玉.崩落采礦法覆蓋層合理保有厚度的探討[J].東北大學學報，1998(10).

[5]周宗紅，任鳳玉，袁國強.桃沖鐵礦采空區處理方法研究[J].中國礦業，2005(2)：15-16..