某露天轉地下緩傾斜磷礦山機械化采礦方法探討

何皇兵，童志鵬，魏建海

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

我國緩傾斜薄至中厚礦體開采技術難度大，巖體賦存條件復雜，亟待研究安全高效、經濟合理的采礦方法。國內關于緩傾斜薄至中厚礦體開采工藝多以淺孔房柱法(全面法)為主，出礦設備主要采用電耙、扒渣機等，采礦工藝較為落后，作業安全性較差。

我國磷礦資源中的緩傾斜礦體以其礦圍巖穩固性差、礦石價值低成為緩傾斜礦體采礦方法研究的重點。該文以云南某露天轉地下緩傾斜薄至中厚磷礦山為例，進行緩傾斜磷礦山的機械化采礦方法探討。

1 開采技術條件

1.1 礦體形態特征

礦體產狀穩定，走向、厚度及傾角變化小。礦體厚度4.34～12.79 m不等，平均厚度約為8 m左右，礦體傾角12°～20°，平均傾角約為15°左右。主要為II品級和III品級礦體，平均品位(P2O5)約為23.34 %。

1.2 工程地質條件

礦體與頂底板位于同一地層中，均為白云質硅質條帶磷塊巖，抗壓強度71.9～85.3 MPa，為堅硬巖類，但節理裂隙發育，穩固性一般。且裸露巷道巖體風化后的抗壓強度急劇下降，在施工過程中應及時對揭露后的巖體進行封閉。

1.3 礦石價值分析

礦山擦洗廠對原礦的品位要求為27 %～27.5 %，通過擦洗提高1 %～2 %個品位點，達到28.5 %的產品要求，隨著露天開采結束地下開采已無高品位擦洗礦體。礦山浮選廠對原礦的入選品位要求為>20 %～20.5 %，浮選精礦品位為28.5 %，且原礦品位越高，浮選回收率越高。礦山保有資源的品位較低，約為23.34 %，按浮選精礦售價343.17 元/t(不含稅)，選礦回收率按80.47 %考慮，則礦石價值約為235.98 元/t。

2 主要技術路線

礦石價值約235.98 元/t，而選礦制造成本約為76.14 元/t原礦(礦山已建有一座浮選廠)，應盡可地降低采礦制造成本，才能使該露天轉地下礦山有盈利，因此，采礦方法應突出以下幾點：

(1)礦體及頂底板穩固性一般，應控制采場結構尺寸，保證采礦方法的安全；

(2)降低基建井巷工程投資，減少采礦制造成本中的折舊攤銷費用；

(3)礦石價值較低，且礦石品位對選礦回收率影響較大，應盡可能地降低貧化率，可以適當提高損失率；

(4)采用無軌機械化開采，實現規模效益，而無軌機械化的巷道斷面較大，采切工程量較大，為此，采切系統的布置應盡量利用礦體的緩傾角，將巷道偽傾斜布置于礦體底板上，增加副產礦石，以礦養礦。

3 無軌機械化采礦方法方案

3.1 脈內采準沿走向布置房柱嗣后充填采礦法

3.1.1 盤區、采場劃分及尺寸

中段高度60 m，盤區沿走向布置，盤區長度200 m，盤區寬度為礦體水平厚度，盤區之間留設12 m的盤區間柱，中段間留設12 m的中段礦柱，每個盤區在盤區的2端各留設1條溜井，相鄰盤區共用該條溜井。每個盤區沿走向劃分成2個采場，采場沿走向長度100 m，采場間留設5 m采場間柱，采場沿傾向長度等于盤區沿傾向長度。每個采場沿傾向劃分成4個礦塊，礦塊間留設沿走向的寬度為4 m的條柱，條柱寬度尺寸為4 m，礦塊內留設規則點柱，點柱尺寸為5 m×4 m，點柱沿走向間距為11～13 m，沿傾向間距為9～11 m。每個塊礦沿傾向劃分成4個條帶，條帶寬度約為8～10 m。

3.1.2 采準及切割工程布置

采準工程以脈內采準為主，采準工程包括有脈內底板采區斜坡道、中段脈內沿脈、采場溜井(布置在脈外)、充填回風上山；切割工程為切割巷。

脈內底板采區斜坡道為適應礦體傾角變化，在脈內偽傾斜布置，脈內底板采區斜坡道作為盤區沿走向劃分的界限，考慮每200 m布置1條，作為采場與礦塊的進回風主要通道；充填回風上山以采場為單元，在每個采場的中部沿礦體傾向布置充填回風上山。

當礦體厚度小于7 m，條帶采用淺孔掘進臺車一次性開采，見圖1；當礦體厚度>7 m，對條帶頂部進行切頂支護后再進行開采，見圖2。

3.1.3 回采出礦

在礦塊內，以條帶為單元，在條帶中部沿走向掘進切割巷，并以切割巷為自由面，采用淺孔掘進臺車為主，氣腿式鑿巖機為輔進行鑿巖，并采用水平孔裝藥臺車進行裝藥，乳化炸藥藥卷、非電起爆網絡進行爆破落礦，由4 m3鏟運機經脈內底板采區斜坡道將崩落礦石倒入采場溜井內。

圖1 條帶不切頂開采示意圖Fig.1 Strip-mining without topping

圖2 條帶切頂開采示意圖Fig.2 Strip-mining with topping

3.1.4 回采順序

中段內以礦塊為單元，由下往上進行回采；礦塊內以條帶為單元，由下往上進行回采。相鄰采場與盤區間在傾向上適當錯開一定距離，以保證回采安全。

3.1.5 采場通風

新風從盤區一端的脈內底板采區斜坡道進入，洗刷條帶工作面后經充填回風上山、切割巷、到達另一端的脈內底板采區斜坡道，再經上中段脈內沿脈進入回風系統。回采進路獨頭巷道采用局扇和PVC風筒進行通風。

3.1.6 采場充填

充填以礦塊為單元進行集中充填，每個采場分成4次進行充填。充填管道經脈內底板采區斜坡道、上部的切割巷、充填回風聯道及充填回風上山進入采空區充填。可先進行部分廢石充填，然后進行充填料漿充填，采用灰砂比1：30的充填體進行充填。

3.1.7 采場脫水

為便于充填時的滲透及溢流脫水，在密閉墻內設置濾水設施，充填單元礦塊內的水由密閉墻滲透至下中段脈內沿脈排入水泵房中，由排水系統排出地表。

3.1.8 采場安全措施

采場開采過程中，采用礦柱管理頂板，考慮到條帶豎向高度較高，且垮度較大，在回采過程中為保證回采作業人員及設備的安全，應配置撬毛臺車、錨桿臺車及濕式噴漿臺車，在礦體不穩固的地段，應采用錨桿、噴錨網對頂板進行錨固，或噴射混凝土加固頂板，如有需要還應對點柱進行噴錨網加固。

3.2 脈內采準沿走向布置條帶充填采礦法

3.2.1 礦塊布置

中段高度60 m，沿礦體走向每隔200 m沿礦體傾向底板內偽傾斜布置采區斜坡道，以采區斜坡道劃分為盤區，每一個盤區中部布置間柱，將1個盤區劃分為2個采場。采場長度100 m，間柱和中段礦柱均為12 m，每個采場沿走向劃分成若干個條帶，條帶寬度8～12 m，根據礦體傾角的變化，每個采場可劃分條帶約18～27 個。

3.2.2 采準切割

通過中段巷道施工脈內底板上的采區斜坡道，采區斜坡道坡度<15 %。

采區溜井布置在脈內采區斜坡道中部的兩側，位于盤區間柱內，盤區兩側各設一條溜井，采區溜井處預留礦柱。溜井上口設置格篩，格篩孔尺寸為350 mm×350 mm。溜井格篩一側設置固定式液壓破碎錘，用于采場出礦大塊的破碎。充填回風巷道布置在盤區間柱上方，距離礦體頂板約5 m，與脈內采區斜坡道之間有足夠的巖體間隔，保證充填回風巷道自身的穩定。在充填回風巷道內向兩側施工聯絡道與充填回風井，與采場相通，滿足采場充填與通風需求。充填回風井斷面2 m×2 m。

3.2.3 回采出礦

采場內的條帶礦體回采時，分為兩步，先回采下層后回采上。回采下層礦時，先施工一條斷面3.8 m×2.5 m貫穿條帶的切割進路，再由條帶中部后退式回采。采場內采用鑿巖臺車掘進式鑿巖爆破，回采寬度8～12 m，高度約5～7 m。局部區域采場內下層礦厚度超過7 m時，可以進行分層回采。

當礦體厚度小于7 m，整個條帶一次性開采，見圖3；當礦體厚度大于7 m，整個條帶在豎向上分兩層開采，下層礦體回采結束后進行高強度膠結充填，見圖4，下層礦體充填養護結束后，上層礦體回采工藝與整個條帶一次性開采相同。

出礦采用4 m3鏟運機，將條帶內崩落礦石鏟運到采場溜井內。在下層礦回采完畢后，在采場中部施工切割天井，切割天井尺寸2 m×2 m；在采場內用中深孔鑿巖臺車施工上向中深孔，中深孔上向平行布置，孔間距2 m，排間距2.2 m。采場內中深孔全部施工完畢后，通過切割天井爆破拉槽，從條帶中間向兩側后退式崩礦，每次單側爆破2～3排。中深孔爆破采用粉狀銨油炸藥，用裝藥器裝藥。崩落到采場空區內的礦石采用鏟運機出礦。礦石由鏟運機運輸到上山內采區溜井。采場內各條帶回采，采用2步驟間隔式回采，待1步驟采場充填體養護完成后，回采2步驟采場。

3.2.4 采場通風

礦體回采時，條帶內通風，通過采場兩端聯絡道內的局扇風機，向采場內進行壓入式通風，通過充填回風天井回風。

圖3 條帶豎向上不分層一次性開采示意圖Fig.3 One-off strip-mining on vertical direction without layered mining

圖4 條帶豎向上分兩層開采示意圖Fig.4 Strip-mining on vertical direction with two-layered mining

3.2.5 采場充填

條帶回采結束后，立即進行充填。在條帶聯絡道設置充填擋墻，連接條帶內濾水裝置，充填管由上盤的充填回風道通過充填回風井進入條帶內。條帶充填采用分層多次方式，保證濾水與接頂效果。充填1步驟的灰砂比為1：5，2步驟的灰砂比為1：30。

3.2.6 采場支護

回采下層礦體后，視采場頂板情況，采用管縫式錨桿，用錨桿臺車對采場頂板進行錨桿或錨網支護，保證頂板穩固，為出礦與施工中深孔創造安全環境。崩落上層礦體時，要加快爆破與出礦，縮短采場空頂時間，保證采場頂板穩固。

4 結 語

(1)2個方案均利用了礦體的緩傾角，將采切系統巷道盡可能布置于礦體底板上(脈內采準沿走向布置條帶充填采礦法充填通道布置于盤區間柱上部，位于脈外)，實現了以礦養礦。采區斜坡道在礦體底板上沿傾向布置，但礦體的傾角應比較穩定，起伏不能過大，同時條帶底部的巷道沿礦體走向布置，因此，礦體走向的起伏不宜太大，以避免巷道頻繁拐彎。

(2)礦體傾角增大時，偽傾斜布置于盤區礦體底板上的斜坡道斜長變長，為保證采區斜坡道的布置合理(盡可能地布置于礦體內)，礦體的走向長度應較長，否則偽傾斜布置采區斜坡道將無法實現，也不能有效地劃分盤區。

(3)2種采礦方法均在中段內沿走向劃分有多個盤區、采場與條帶，多個盤區、采場與條帶需要同時作業，而盤區間均以采區斜坡道作為進回風通道，通風管控較為復雜，要求較高。

(4)脈內采準沿走向布置房柱嗣后充填法將傳統的房柱法由傾向向下出礦，改為沿走向布置出礦，將電耙改為鏟運機，實現的采礦方法的無軌機械化。脈內采準沿走向布置條帶充填采礦法為兩步驟開采方案，充填成本較房柱嗣后充填法高，而其中在豎向上劃分兩層開采的充填成本更高，下分層均應采用高強度進行充填，適應于有兩層礦分采分運或者礦石價值較高的礦體開采。而本礦山礦石價值不高，因此，推薦脈內采準沿走向布置房柱嗣后充填法。

(5)在豎向開采順序上可以以中段為單元，將礦體上部作為首采區域，減少開拓系統的深度，以達到控制基建投資。