乐山市马边地区磷矿缓倾斜中厚矿体采矿方法研究

刘兴德 罗 渊

（四川省煤炭设计研究院）

我国磷矿分布较为广泛，但是高品位的磷矿资源仅占有探明储量的7%，磷矿资源平均品位较低，约为17%，远低于全球平均磷矿品位。并且沉积型磷块岩绝大多数是含硅钙镁的胶磷矿型矿石，占全国总储量的80%左右，其选矿难度大、成本高［1-3］。此外，我国磷矿资源赋存条件较差，矿床成矿时代久远，埋深较大，磷矿的岩化作用较强，矿层呈倾斜或缓倾斜赋存的约占75%［4-6］。该赋存条件导致开采难度增大，规模化开采难度更大，因此出现采出率降低、贫化率增高等问题。

1 工程概况

乐山市马边地区内高山深谷纵横，地势起伏较大。区内最高位于矿段西部，为1 850 m，最低为苦菜湾依打（沟），为875 m，相对高差975 m，一般500~700 m，属中山区。

区内磷矿呈层状赋存于寒武系下统麦地坪组（含磷组）中下部，与云南省昆阳磷矿层位相当。有上矿层（代号Ⅱ）和下矿层（代号Ⅰ）2层矿。上覆筇竹寺组（∈1q）深灰色长石石英粉砂岩，底部为0.5~2.0 m灰黑色薄层状含炭质粉砂岩。下伏灯影组第四段第二层浅灰色中厚层状细晶白云岩。

2 采矿方法选择原则

采矿方法的选择直接关系到围岩稳定维护的难易程度和开采效率。通常需要遵循以下原则。

（1）生产安全。充分利用先进科学技术并不断提高管理水平，以保证在安全、良好的工作条件及环境中进行采矿生产。

（2）经济合理。提高劳动者的素质，不断加强培训，努力做到劳动者的素质和先进设备的协调性；减少材料消耗，降低运营维护的成本，尽量做到一物多用的原则；改善采矿工艺，尽量避免混矸，降低矿石的贫化率。

（3）矿石回收率高、适应性和灵活性强。目前常用的磷矿开采方法有房柱法、底盘沙漏法、充填法、电耙留矿法等。采矿方法初选应该参考国内外现有的采矿方法，参考其矿石的赋存条件，以较相似的矿山为背景，进行采矿方法的初选工作。乐山市马边地区矿体厚度薄至中厚，矿体倾角5°～35°，属于典型的缓倾斜薄至中厚矿体。乐山市马边地区矿体开采面临几个难点：①矿体顶板相对较差；②部分矿体倾角较缓放矿困难；③矿岩稳固性差—中等，采场暴露面积有限；④部分矿体厚度较大，高空顶下出矿作业安全性差。

综合分析矿体开采技术条件可知，乐山市马边地区以缓倾斜薄至中厚矿体为主，顶板相对较差，因此采矿方法设计时，考虑较稳固与不稳固2种情况。深部矿体逐渐呈现倾斜中厚的分布特征，需要单独考虑。针对上述不同开采技术条件的矿体，初步提出与之相适应的采矿方法。

（1）顶板较稳固情况：①矿体厚度小于4 m，采用沿走向条带分层掘进式房柱法、两步骤房柱采矿法、机械化留条柱房柱采矿法；②矿体厚度大于4 m，采用两步骤房柱采矿法、预控顶房柱采矿法。

（2）顶板不稳固情况，采用无底柱连续崩落采矿法。局部倾斜中厚矿体（矿体倾角35°，矿体厚度8～10 m），采用中深孔分段空场采矿法。两步骤房柱采矿法对于缓倾斜薄至中厚矿体均具有普适性，具备安全性与高效性双重优点。对于厚度较大的中厚矿体而言，采用预控顶房柱采矿法较为可行，预先护顶能极大限度地保证后续出矿期间的安全。以下分别进行详细阐述。

3 主要采矿方法选择

3.1 两步骤房柱采矿法

两步骤房柱采矿法采切工程布置详见图1。该采矿方法图是按矿体厚度为6 m设计的，经计算，两步骤房柱采矿法采切比为60.3 m3/kt。局部倾角较大（＞10°）的地方，矿块可采用伪倾斜方向布置。

3.1.1 凿岩爆破

由于矿体为缓倾斜中厚矿体，凿岩设备推荐使用阿特拉斯BoomerK41型凿岩台车凿岩，炮孔直径65 mm，排距1.5～1.8 m。切割槽形成后，根据补偿空间的大小，每次爆破3～5排上向扇形孔，每次爆破之后通过两侧的出矿进路及出矿联络巷出少部分的矿石，等采场爆破全部结束之后再集中大量出矿。采用非电环形起爆网络。炮孔孔底放置起爆药包并插有两发同段微差雷管。导爆管末端引出孔外，然后将所有同段微差雷管导爆管分成2束。

3.1.2 通风

两步骤房柱采矿法回采爆破顺序自上而下，形成污风后主要由两侧出矿进路、出矿联络巷道排至上中段沿脉出矿巷道，最后进入主回风系统。

3.1.3 顶板管理和空区处理

每次爆破后进行采场顶板浮石处理，人员空场下应该设置安全专员。在应力较大的地方应该布置应力监测系统，实时监测地压变化。

回采工序作业组织形式应考虑：采用三班作业制度，爆破与出矿作业可交叉进行，多工作面可平行作业，定期组织采场爆破作业，正常出矿与抢运残矿时采用三班作业制度。按矿块回采工序，依次计算采场凿岩、爆破、通风、出矿以及考虑回采过程中不可预见时间，计算矿块的回采矿量和采空区体积，最终得到矿块的生产能力。

3.2 预控顶房柱采矿法

预控顶房柱采矿法采切工程布置详见开采方案图2。采场两侧布置出矿进路进行出矿。采场内预留点柱，点柱尺寸为6 m×6 m，点柱间跨度为8～10 m。切顶层高2 m。图2中的采矿方法图是按矿体厚度为12 m时设计的，经计算，预控项房柱采矿法采切比为19.5 m3/kt。

预控顶房柱采矿法分为切顶层与下部矿体的凿岩爆破两部分工作。由于矿体较厚大，切顶之后及时对暴露的顶板进行支护，可保证后期爆破出矿期间的人员及设备安全。切顶层采用浅眼落矿，电耙出矿，独头掘进以贯通上部的切顶层联络巷，切顶层掘进过程中，紧跟掘进面对揭开的顶板进行支护。切顶支护完成之后，开始对下部矿体进行回采，凿岩设备推荐宣化恒泰公司生产的SKZ-120A型潜孔钻机，下向中深孔凿岩，沿逆倾向进行崩矿，崩下的矿石采用铲运机进行出矿。采用非电环形起爆网络。炮孔孔底放置起爆药包并插有2发同段微差雷管。导爆管末端引出孔外，然后将所有同段微差雷管导爆管分成2束。

预控顶房柱采矿法回采爆破顺序为自下而上，形成污风后主要由人行通风上山排至上中段切顶层联络巷，最后进入主回风系统。每次爆破后进行采场顶板浮石处理，空场下应该设置安全专员。在应力较大的地方应该布置应力监测系统，实时监测地压变化，识别危险源并及时采取措施。回采工序作业组织形式应考虑：采用三班作业制度，爆破与出矿作业可交叉进行，多工作面可平行作业，定期组织采场爆破作业，正常出矿与抢运残矿时采用三班作业制度。采场生产能力是采矿较重要的技术指标，其影响因素较多，涉及各工艺环节。采场生产能力与采矿方法、采矿设备、劳动组织、生产管理密切相关。按矿块回采工序依次计算采场凿岩、爆破、通风、出矿以及考虑回采过程中不可预见时间，计算矿块的回采矿量和采空区体积，最终得到矿块的生产能力。

3.3 局部顶板破碎下矿体开采方案

当矿体顶板属于炭质泥岩时，需采用无底柱连续崩落方法。矿体沿走向布置，工作面长度为50 m，宽度约为8 m。每隔8 m布置1条凿岩上山，作为运输矿石的通道。采用后退式挤压爆破顺序，2个采场作为1个崩落回采单元。崩矿后顶部破碎岩层形成冒落拱，崩下矿石在覆盖岩层下出矿，采用铲运机运输，溜井内矿石由坑内卡车集中装矿，经主平硐运输水平运至坑口。出矿时按截止品位进行控制，保证合理的贫化率与损失率。

采空区处理的实质就是释放由于开采而造成的应力集中，减小由于高应力造成的安全隐患，同时也可以控制围岩稳定，减小地表沉陷。

（1）崩落围岩处理采空区。崩落围岩处理空区的适用条件：第一，崩落对地表基本无影响；第二，崩落前保证矿柱已经回采完毕，井下设施已经不再使用；第三，围岩不稳定；第四，采空区面积较大；第五，矿体的品位较低。

（2）固体物料充填采空区。充填法充填采空区，要求必须对井下所有采空区均非常熟悉，以便在合适的位置设置隔离墙。

（3）矿柱支撑采空区。该技术的关键是围岩稳定，恰当的矿柱尺寸和较小的连续采空区面积。

4 结 论

乐山市马边地区推荐的采矿方法以房柱法为主，崩落法为辅，矿山大规模生产后会留下大面积连片的采空区，仅靠采场内预留的矿柱难以长期有效支撑采空区顶板，并且由于矿柱的蠕变损伤，可能会进一步加速矿柱破坏导致采空区失稳。因此，建议矿山采用低成本的充填方式对采空区进行处理，可开展矿山废石、磷尾矿充填等方面的研究工作。