昆陽(yáng)磷礦極薄礦脈露天開采技術(shù)

何勤理 王孟來 廖永波

（云南磷化集團(tuán)有限公司研發(fā)中心）

近年來，磷礦資源危機(jī)日益加重，資源節(jié)約與綜合利用的呼聲逐漸增多［1］。為節(jié)約國(guó)家有限的磷礦資源，減小開采損失，對(duì)極薄礦體回收技術(shù)的研究成為必然。此外，礦山先進(jìn)設(shè)備的更新以及礦石價(jià)格的不斷攀升，為此類礦產(chǎn)開發(fā)利用提供了優(yōu)越的裝備條件與市場(chǎng)氛圍。就極薄礦體露天開采工藝技術(shù)而言，已有學(xué)者開展過錳、鋁等有色金屬極薄礦體的開采技術(shù)研究［2-3］，但暫未發(fā)現(xiàn)針對(duì)類似薄磷礦等低價(jià)值礦種回收技術(shù)的探討。

昆陽(yáng)磷礦的礦床為穩(wěn)定的層狀，賦存有2層礦體，上層礦平均厚度為5.64 m，P2O5平均含量21.23%，比較穩(wěn)定；中間有一層平均厚度為2.0 m的泥質(zhì)粉砂巖夾層，易風(fēng)化，遇水極易泥化；下層礦平均厚度為2.11 m，P2O5平均含量27.89%，受地質(zhì)作用影響較大，底板產(chǎn)生不均勻起伏，局部下層礦體出現(xiàn)尖滅現(xiàn)象，為礦石的回采工作帶來了很大的難度。昆陽(yáng)磷礦經(jīng)過40多年的開采，大部分區(qū)域已進(jìn)入深部，下層礦不可采區(qū)域逐漸增多，其中存在大范圍厚度在1.0 m以下的極薄礦體。由于過去地質(zhì)報(bào)告、初步設(shè)計(jì)、開發(fā)利用方案均未對(duì)該類礦體進(jìn)行開采設(shè)計(jì)，且開采成本較高，未進(jìn)行開發(fā)利用。初步估算，僅二采區(qū)和四采區(qū)東采場(chǎng)此類礦石就達(dá)4萬余噸，P2O5含量為29.0%～23.5%，有很高的利用價(jià)值。

昆陽(yáng)磷礦計(jì)劃對(duì)二采區(qū)和四采區(qū)東采場(chǎng)下層礦出現(xiàn)的大范圍厚度在1.0 m以下的極薄礦體進(jìn)行開采，重點(diǎn)對(duì)開采過程中如何降低損失率、提高回收率進(jìn)行探討，為類似礦山極薄礦體的回收利用提供參考。

1 昆陽(yáng)磷礦下層極薄礦體開采條件

昆陽(yáng)磷礦通過對(duì)二采區(qū)和四采區(qū)東采場(chǎng)極薄礦體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察后，制定了勘探方案，確定開采對(duì)象為二采區(qū)19#～27#勘探線、2 020～2 080 m水平范圍內(nèi)與四采區(qū)東采場(chǎng)43#～47#勘探線、2 180～2 240 m水平范圍內(nèi)賦存的極薄礦體，圈定10個(gè)極薄礦塊，有4個(gè)面積小于1 000 m2。其中，二采區(qū)下層礦7個(gè)礦塊，四采區(qū)東采場(chǎng)下層3個(gè)礦塊。

經(jīng)過對(duì)夾層厚度、夾層物理性質(zhì)、礦石物理性質(zhì)等進(jìn)行詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)效益分析后，確定對(duì)于厚度1.0 m以下的夾層采用CATD9型推土機(jī)機(jī)械破碎后開采，對(duì)于厚度在0.4 m以上、1.0 m以下的礦體采用爆破法破碎后開采，而對(duì)于厚度在0.4 m以下的礦體，考慮到開采過程中不可避免的底板廢石混入導(dǎo)致貧化以及開采成本問題，該部分礦體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)礦石硬度及風(fēng)化情況，進(jìn)行人工回收。

2 開采方案設(shè)計(jì)

2.1 開采方案選擇

方案設(shè)計(jì)充分利用現(xiàn)有高效、機(jī)動(dòng)靈活的開采設(shè)備，對(duì)原長(zhǎng)壁式采礦方法進(jìn)行拓展細(xì)化，以期降低成本，實(shí)現(xiàn)磷礦極薄礦體高效、經(jīng)濟(jì)回收。

由于此部分礦體均為下層礦，夾層、礦石厚度分布不均，因此，確定對(duì)于需要爆破的夾層采用102 mm孔徑的Ranger700型潛孔鉆機(jī)進(jìn)行穿孔，裝入2#巖石乳化炸藥爆破，對(duì)于需要爆破的礦石采用手風(fēng)鉆穿孔，小藥卷裝藥爆破［4］。為有效發(fā)揮大型鏟裝設(shè)備功效，根據(jù)設(shè)備有效工作范圍，以回采區(qū)域面積和爆堆高度確定不同的鏟裝運(yùn)輸方式。

對(duì)于夾層廢石，根據(jù)夾層極易風(fēng)化、遇水泥化快的特性，在圈定的礦塊中，面積小于1 000 m2、厚度小于2.0 m的，挖機(jī)可直接松動(dòng)翻倒至采空區(qū)。夾層厚度2.0～4.0 m時(shí)，由于爆破后爆堆隆起高度不夠，且廢石量較少，采用2 m3斗容的PC400型反鏟挖機(jī)翻倒的方式直接排棄至采空區(qū)，1個(gè)臺(tái)班可完成；夾層厚度大于4.0 m時(shí)，爆破后采用PC400型反鏟挖機(jī)直接裝車運(yùn)至就近內(nèi)排土場(chǎng)，小推土機(jī)清理礦面，2個(gè)臺(tái)班可完成裝運(yùn)；對(duì)于開采范圍1 000 m2以上的大礦塊，夾層厚度小于4.0 m的，爆破后先采用CATD9型推土機(jī)集堆，并清理礦面，PC400型反鏟挖機(jī)裝車運(yùn)至內(nèi)排土場(chǎng)，推土機(jī)1個(gè)臺(tái)班、挖機(jī)2個(gè)臺(tái)班可完成裝運(yùn)。

對(duì)于面積在1 000 m2以內(nèi)的小礦塊，采用人工回收的方式進(jìn)行開采；對(duì)于面積在1 000 m2以上的大礦塊，礦石厚度0.4～1.0 m時(shí)，采用手風(fēng)鉆打眼爆破，推土機(jī)堆集，反鏟小挖機(jī)裝車，底板上殘留礦由人工回收；礦石厚度0.40 m以下的，視礦石強(qiáng)度以及夾層厚度等情況，采用人工選擇性回收。

在生產(chǎn)的過程中，根據(jù)礦巖性質(zhì)，對(duì)孔網(wǎng)參數(shù)作適當(dāng)調(diào)整，夾層爆破采用3.5 m×3.5 m孔網(wǎng)布置，超深10%；礦石孔網(wǎng)參數(shù)調(diào)整為1.0 m×1.0 m，超深15%［5］。

2.2 保障措施

為保障下層極薄礦體開采安全、順利施工，應(yīng)遵循如下保障措施：①勘探工作細(xì)致到位，加強(qiáng)取樣代表性，保證經(jīng)濟(jì)效益；②加強(qiáng)夾層清理，減小貧化率；③加強(qiáng)布孔、驗(yàn)孔工作，保證鉆孔的均勻度、深度；④加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，確保爆破安全；⑤加強(qiáng)技術(shù)人員的培訓(xùn)工作，提高技術(shù)人員的設(shè)計(jì)水平及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)變能力；⑥加強(qiáng)人工回收管理，提高礦石回收率。

3 方案實(shí)施

3.1 夾層、礦石處理

對(duì)二采區(qū)和四采區(qū)東采場(chǎng)中的10個(gè)極薄礦塊進(jìn)行回收，方案實(shí)施過程中，夾層及礦石處理方式匯總見表1。

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3.2 應(yīng)用情況

通過項(xiàng)目的實(shí)施，在圈定的10個(gè)極薄礦塊范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)回收礦石4.15萬t，其中加工原料礦3.62萬t，浮選原料礦0.53萬t；剝離巖土12.38萬m3，其中運(yùn)輸巖土7.46萬m3，挖機(jī)直接翻倒4.92萬m3。采出礦石情況見表2。

方案實(shí)施過程中，實(shí)際巖土剝離工藝成本13.53元/m3，礦石開采工藝成本30.34元/t，費(fèi)用共計(jì)293.40萬元（表3），折算到礦石單位直接成本為70.76元/t。

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通過項(xiàng)目的實(shí)施，回收礦石41 465.06 t，其中P2O5含量27.50%以上的高品質(zhì)礦36 117.11 t，浮選原料礦5 347.95 t，按目前市場(chǎng)價(jià)格高品質(zhì)礦石180元/t，浮選礦80元/t計(jì)算，經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到399.48萬元。此外，通過開采極薄礦體，對(duì)夾層進(jìn)行了規(guī)劃處理，提高了昆陽(yáng)磷礦內(nèi)排土場(chǎng)的安全性，安全效益明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）利用現(xiàn)有高效、機(jī)動(dòng)靈活的開采設(shè)備，對(duì)原露天長(zhǎng)壁式采礦方法進(jìn)行拓展細(xì)化，突破基于常規(guī)工藝和設(shè)備配套的設(shè)計(jì)理念，對(duì)不同型號(hào)的鏟裝運(yùn)排以及穿孔設(shè)備優(yōu)化組合，實(shí)現(xiàn)下層極薄礦體的有效、經(jīng)濟(jì)開采，總體技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著。

（2）通過開采下層極薄礦體，鍛煉了采礦技術(shù)人員的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)變能力，能夠更加合理地調(diào)配采礦資源。

（3）該極薄礦體開采技術(shù)提高了礦產(chǎn)資源的回采利用率，符合資源保護(hù)政策，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益良好，項(xiàng)目的實(shí)施有利于礦山經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

（4）礦山現(xiàn)有設(shè)備較多，為發(fā)揮各設(shè)備的最大生產(chǎn)能力，計(jì)劃在今后的開采中，合理的布置采場(chǎng)工作面，并針對(duì)各設(shè)備的性能，合理設(shè)置采場(chǎng)工作面參數(shù)。