董凱程，陳 何，黃 丹，胡建軍

（北京礦冶研究總院，北京 100160）

緩傾斜多層復雜沉積型磷塊巖礦體采礦方法研究

董凱程，陳 何，黃 丹，胡建軍

（北京礦冶研究總院，北京 100160）

根據(jù)某磷礦礦區(qū)緩傾斜復雜多層沉積型磷塊巖礦體的具體特點以及礦山生產(chǎn)情況，對其進行采礦方法研究，提出了幾種適合此類礦體開采的采礦方法，經(jīng)比較優(yōu)選出適用于礦體開采的預控頂機械化高效分層掘進式房柱采礦法，為國內其他類似開采技術條件的礦體提供借鑒。

沉積型磷塊巖；緩傾斜礦體；房柱法；預控頂機械化分層掘進

中國磷礦資源非常豐富，截至2012年年底，我國磷資源總量接近500億t，基礎儲量30.74億t，占世界探明儲量的5.52%，居世界第2位。我國磷礦探明儲量中，沉積型磷塊巖（膠磷礦）占總儲量的85%，且大部分成礦時代久遠，巖化作用強，礦石膠結致密，約有75%以上的礦層為薄至中厚層分布，通過傾斜至緩傾斜方式采出，開采與選礦難度大，往往造成貧損率高，資源回收率低，難以實現(xiàn)機械化、大型化開采。隨著露天可采的近地表資源日漸枯竭，磷礦開采逐步轉向地下；但是緩傾斜多層薄至中厚礦體開采技術難度大，且我國磷礦資源品位低，巖體賦存條件復雜，亟待研究安全高效、經(jīng)濟合理的采礦方法，為更好地開發(fā)我國磷礦資源和維持行業(yè)穩(wěn)定快速發(fā)展提供技術保障［1－4］。

1 礦床地質及水文地質條件

1.1 礦床地質條件

該磷礦呈層狀賦存于寒武系下統(tǒng)麥地坪組中下部，開采深度為＋1335～＋880m標高，礦層連續(xù)穩(wěn)定，呈緩傾斜西傾，傾角10～24°。工業(yè)礦床主要有Ⅱ礦層（上層）和Ⅰ礦層（下層）兩層礦，Ⅰ、Ⅱ層間夾石厚5～7m。Ⅱ礦層：結構單一，區(qū)內礦層延長2000余米，沿傾斜最寬達800余米，均厚約2.65m，厚度變化系數(shù)48.73%。Ⅰ礦層：為多層結構中厚礦體，沿走向延長3500 m，沿傾向最寬處達1000 m。根據(jù)礦體賦存狀態(tài)及礦石類型，Ⅰ礦層又分為上層礦體（厚4～5m）、夾矸層（中層，均厚1.5m）、下層礦體（均厚4m），各礦層連續(xù)穩(wěn)定。夾矸層為含磷水云母黏土巖，遇水軟化，且SiO2（47.17%）含量高，對選礦作業(yè)及生產(chǎn)成本影響極大。通過巖石力學實驗，綜合考慮地下水、結構面產(chǎn)狀、應力狀態(tài)等主要因素對巖體質量的弱化，巖體質量級別分別為：Ⅰ礦層為Ⅳ級巖體，巖體質量較差，Ⅱ礦層及夾層巖組為Ⅲ級巖體，屬中等質量巖體，頂板及底板巖組為Ⅱ級巖體，巖體質量較好。

1.2 水文地質條件

礦床主要充水含水層為礦層直接頂?shù)装搴畬?，屬以溶蝕裂隙及溶洞為主的巖溶充水礦床，含水層賦水性中等～強。礦區(qū)地質構造條件簡單，屬單斜構造，地形地貌條件有利于自然排水，區(qū)內無大的地表水體分布，最低侵蝕基準面標高930m。絕大部分礦層位于最低侵蝕基準面以上，礦床屬地下平硐開采，礦坑水可自行排泄，礦床水文地質條件屬簡單～中等類型。

2 礦床開采技術條件

Ⅱ層薄礦體連續(xù)穩(wěn)定，頂板較穩(wěn)固，與Ⅰ層礦間隔層狀連續(xù)夾石。Ⅰ層礦巖體破碎，黏土巖軟弱夾矸層為采掘工作帶來了安全隱患，且開采空高＞10m；受制于資源稟賦及市場經(jīng)濟條件，Ⅰ礦層回采過程中要求剔除該軟弱夾矸層，礦體被夾石層及夾矸層縱向打斷，所以中厚磷礦體要作為多層薄礦體進行回采?？梢姠竦V層回采受制于自身巖體條件、資源稟賦、Ⅱ礦層及夾矸的存在，為采礦方法研究形成了更為苛刻的技術條件。綜合考慮，確定Ⅰ、Ⅱ礦層雙系統(tǒng)回采，重點研究Ⅰ礦層在多層復雜巖體條件下的采礦方法。

礦體屬于海相沉積磷塊巖緩傾斜中厚礦體，其采礦方法在國內外都是一個技術難題。采礦方法不僅滿足上下礦層安全協(xié)同開采，同時生產(chǎn)能力達到200萬t/a。采礦新方法如何提高單礦塊生產(chǎn)能力，提高上下開采穩(wěn)定性，與礦石運輸提升系統(tǒng)有效銜接也是采礦工藝研究的重點與難點。

3 采礦方法選擇

3.1 采礦方法初選

縱觀國內外緩傾斜礦體采礦方法，主要為房柱法、底盤漏斗法、充填法以及爆力運搬、電耙留礦法［5－6］。此類礦體開采朝著大型化、機械化的方向發(fā)展，大部分礦山采用了充填法開采［9－11］。根據(jù)該磷礦體地質賦存特征和開采技術條件：賦存角度在10～24°之間，不具備大規(guī)模采用爆力運搬采礦方法的條件；礦山現(xiàn)建設階段沒有建設充填系統(tǒng)，處于開采初期未形成大面積采空區(qū)，地表允許堆存尾礦及廢石，所以現(xiàn)階段暫不考慮充填采礦法；采區(qū)范圍為多層礦體，Ⅱ層礦較薄，與Ⅰ層礦夾石層厚度平均5～7m，Ⅰ層礦由于需要全面剔除軟弱夾矸層，形式上要分為上下兩層礦體開采，各礦層間隔不足以布置底盤漏斗，對多層礦整體采礦工藝實施要求苛刻、難度大；礦層間隔較小，對電耙硐室的布置也非常不利，結合礦山設計產(chǎn)能要求，以及現(xiàn)有偽傾斜開拓系統(tǒng)，確定鏟運機＋卡車運搬作為出礦方式，所以底盤漏斗法、電耙留礦法及電耙出礦方式不宜采用。

從房柱法角度分析［7－8］，軟弱夾矸暴露后極不穩(wěn)固，且必須剔除，所以切底（拉底）上向中深孔后退式房柱法和上向倒臺階回采不宜采用，Ⅰ礦層回采順序必須是自上而下分層回采。在礦房內回采單元的劃分采用沿走向條帶式分采；若采用沿偽傾斜方向劃分條帶，鑿巖爆破特別是礦石運搬作業(yè)都需要在傾斜底板上實施，故不宜采用。在調研國內外類似礦體采礦方法的基礎上，針對該Ⅰ礦層的開采初選如下3種房柱法采礦方案：方案1，預控頂沿走向條帶式分層掘進式房柱法；方案2，超前剔矸預控頂沿走向分條階梯式全斷面掘進房柱法；方案3，限制地壓小范圍沿走向分條整體推進房柱法。

3.2 Ⅰ礦層采礦方法比較分析

3.2.1 預控頂沿走向條帶式分層掘進式房柱法

如圖1所示，在礦塊內劃分礦房、礦柱，礦柱尺寸均為6m×7m，礦柱間跨度均為7m。在礦房靠近階段運輸平巷一側設置2.5m寬間柱，靠近偽傾斜運輸平巷一側預留3m寬間柱。礦塊內在傾向方向，自上而下劃分沿走向的回采條帶；在同一條帶由兩頭向中間，雙工作面相向全斷面掘進式回采。礦塊內在垂直傾向方向，自上而下先回采上層礦，再依次剔矸和回采下層礦。由于需要在暴露頂板下作業(yè)，且不進行嗣后充填，采場頂板需要進行永久性支護。

為了減少采場作業(yè)范圍，控制采場地壓顯現(xiàn)，在同一礦塊內最大限度的增開作業(yè)面同時合理安排作業(yè)循環(huán)。如圖1所示，以兩條礦為單元同步回采；考慮到采場回采寬度較小，因此采用掘進式回采。當沿傾向上部回采單元超前完成一個礦層的回采作業(yè)時，下部回采單元便可以進行作業(yè)。沿偽傾斜運輸巷道底板，在礦塊兩側的下方分別掘進坡度15%～17%的巷道通達上部礦體，靠近間柱掘進斷面11.7m2的偽傾斜切頂上山，為上部礦體高效開采提供作業(yè)條件。

3.2.2 超前剔矸預控頂沿走向分條階梯式掘進房柱法

超前剔矸預控頂沿走向分條階梯掘進房柱法如圖2所示。方案2與方案1類似，本方案優(yōu)先考慮剔除夾矸。開采作業(yè)在受爆破采動影響的上層礦體下作業(yè)，所以超前剔矸控制在落礦工作面20～25m范圍內，以便于有效控制地壓活動。沿走向條帶式回采，如圖2所示，在礦體一側沿偽傾斜運輸巷底板掘進17°斜坡通達夾矸層，在夾矸層內布置2.5m×

2.5m沿走向的采切平巷，用于夾矸層預剔除作業(yè)；夾矸廢石通過鏟運機倒入卡車運搬。采場沿走向推進式回采，崩落的上下層礦石均通過沿底板的鏟運機出礦。

3.2.3 控制地壓小范圍沿走向分條整體推進房柱法控制地壓小范圍沿走向分條整體推進房柱法如圖3所示。方案3采用自上而下的回采順序。本方案Ⅰ層礦體整體以8m為進尺沿走向整體掘進式推進，最小范圍內控制采動影響。在礦體一側沿偽傾斜運輸巷底板施工坡度15～17°巷道至上層礦體，在上層礦體內布置3m×3m沿走向的采切平巷，后退式回采上層礦體；礦石通過鏟運機在斜坡側溜槽倒入卡車運搬。上層礦體崩落后，對頂板進行支護后，利用淺孔剔除夾矸，夾矸廢石通過偽傾斜斜坡道運至廢石溜井。最后掘進式回采下層礦體，通過沿底板的鏟運機出礦至礦石溜井。

3.3 采礦方法優(yōu)選

研究初選的采礦方法均為房柱法，由于礦體中賦存軟弱廢石夾矸，其對選礦回收率影響較大，因此三種采礦方案都考慮剔除夾矸。采礦方法選擇主要考慮開采安全性及開采效率，滿足礦山開采及選礦技術要求。

1）方案1采用分條整體推進機械化回采，多個分條礦段協(xié)同出礦，設備利用率較高；多工作面平行作業(yè)的布置，可以在走向及傾向方向交替作業(yè)，實現(xiàn)多個工作面同時開采。

2）方案2考慮超前剔矸，最大限度降低貧化。但可同時開采工作面相對較少，礦塊生產(chǎn)效率低；另外夾矸層要掘進鑿巖平巷，采切比略高。

3）方案3沿礦體全斷面整體小范圍推進，最大限度的控制采礦地壓活動。缺點是工作面偏少，沒有發(fā)揮臺階回采的優(yōu)勢，采切比較高。

結合生產(chǎn)實際，綜合比較三種方法（表1），推薦采用方案1預控頂沿走向條帶式分層掘進式房柱法。

圖1 預控頂沿走向條帶式分層掘進式房柱法

圖2 超前剔矸預控頂沿走向分條階梯掘進房柱法

圖3 控制地壓小范圍整體推進沿走向分條

表1 開采方案綜合比較

4 結論

針對緩傾斜多層復雜沉積型磷塊巖礦體開采技術，結合某磷礦山復雜地質和開采技術條件，綜合研究分析國內外緩傾斜采礦方法，提出適用于多層礦體的機械化高效分層掘進式房柱采礦法，優(yōu)化了回采順序和房柱法落礦出礦方式。采用臺車掘進式開采，綜合提升了采礦技術與裝備的適應性。采場走向與傾向方向的交錯式開采，有效增加回采作業(yè)面，提高采礦效率。

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Study on mining method for complicated slightly inclined multi－layer sedimentary type of phosphate ore bodies

DONG Kai－cheng，CHEN He，HUANG Dan，HU Jian－jun
（Beijing General Research Institute of Mining ＆ Metallurgy，Beijing 100160，China）

According to the specific characteristics of the complicated slightly inclined multi－layer phosphate ore bodies and the present production status，the mining method for one troublesome phosphate ore－body was studied in this paper.On the basis of the comparison of several suitable mining methods for this kind of ore－body，the paper recommends the efficient multi－layer tunneling room and pillar mining method with pre－control roof and mechanization，which can provide references for other ore－body with the similar mining technical conditions.

sedimentary type of phosphate rock；slightly inclined ore body；room and pillar method；multi－layer tunneling with pre－control roof and mechanization

貴州省科研重大專項資助（編號：20116023）；2013BAB－07B03－中低品位磷礦清潔充填與加工關鍵技術研究及示范項目資助

董凱程（1985－），男，工程師，主要從事金屬礦山采礦工藝與巖石力學方面的研究。

TD853.34

A

1004－4051（2014）S2－0178－04

2014－10－09