某磷礦急傾斜雙層礦體采礦方法研究

歐任澤,胡漢華,周 禮

(1.中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410083；2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司, 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

0 引 言

某磷礦體由a、b礦層及中間夾石層構(gòu)成，其中a礦層位于夾石層下盤，b礦層位于夾石層上盤。礦體上緩下陡，上部礦體平均傾角約60°，下部礦體平均傾角85°～90°。設(shè)計(jì)采用分段空?qǐng)龇ɑ夭?，分段?2～23 m，采幅15 m，采場(chǎng)沿礦體走向布置，每隔50 m留6～8 m間柱。分段回采時(shí)，沿a、b礦層走向各掘進(jìn)一條4.0 m×4.2 m的鑿巖巷道，采用YGZ90鉆機(jī)鉆鑿上向扇形中深孔崩礦，崩下礦石用裝載機(jī)裝入卡車運(yùn)至地表。在該礦回采過(guò)程中，大部分采場(chǎng)的直接頂柱、上盤以及夾石均有垮塌，其中以a、b礦層間的夾石垮塌最為嚴(yán)重。隨著開(kāi)采深度的增加，地壓危害加劇，礦巖垮塌有愈演愈烈之勢(shì)。受此影響，井下采場(chǎng)實(shí)際采高約10 m，余下礦石均無(wú)法采出，礦石損失率高達(dá)50%以上。此外，作業(yè)人員和設(shè)備的安全受到嚴(yán)重威脅。為此，該礦委托長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司開(kāi)展采礦方法方面的研究，以期提高資源回收率，改善井下作業(yè)安全條件，實(shí)現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)高效開(kāi)采。

1 礦山開(kāi)采工程地質(zhì)條件

該礦礦體近一半位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面之上，礦山外部北西面有巖坑河分布，相距500 m以上，區(qū)內(nèi)地表水與地下水聯(lián)系不密切，地下水補(bǔ)給條件差，礦床的充水巖層燈影組白云巖富水性中等，屬以溶蝕裂隙為主、頂板直接充水的水文地質(zhì)條件中等的巖溶充水礦床類型。

礦體直接頂板為淺灰色薄層狀含磷白云巖，厚度較穩(wěn)定；夾石層為淺灰色中層狀含磷微粒白云巖，頂部具不穩(wěn)定的硅質(zhì)團(tuán)塊,或磷硅質(zhì)團(tuán)塊并夾雜有不穩(wěn)定的白云質(zhì)磷塊巖透鏡體；底板為淺灰色中厚層狀細(xì)粒白云巖。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)揭露情況，a礦層下盤巖體中等穩(wěn)固以上，上盤巖體中等穩(wěn)固～不穩(wěn)固；b礦層下盤為夾石，中等穩(wěn)固～不穩(wěn)固，上盤十分軟弱，極易垮落，下盤與隔層間存在泥質(zhì)層。

2 采礦方法設(shè)計(jì)

2.1 采礦方法初選

在空?qǐng)龇?、崩落法、充填法[1￣3]3類方法中，采用空?qǐng)龇▽⑦z留大量采空區(qū)隱患[1￣4]，同時(shí)不能滿足處理選廠尾砂的要求，且該礦回采實(shí)踐已證明該礦巖石條件不適宜采用空?qǐng)龇ㄩ_(kāi)采；崩落法是一種安全高效低成本的采礦方法[5]，但其礦石損失貧化大，同時(shí)地表崩落可能引發(fā)一系列生態(tài)問(wèn)題，選廠尾砂也得不到處理，因此崩落法也不適合作為該礦主要的采礦方法。由此通過(guò)排除的方式初步確定適合該礦開(kāi)采技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件的采礦方法為充填法。

2.2 采礦方法設(shè)計(jì)

結(jié)合該礦礦巖穩(wěn)固性進(jìn)行分析論證，最終確定適合該礦的最優(yōu)采礦方法為上向水平分層充填采礦法[6]，其中a礦層采用常規(guī)方法開(kāi)采，b礦層采用進(jìn)路法分步回采。其典型方案如圖1所示。

根據(jù)該礦開(kāi)拓現(xiàn)狀，中段高度定為46 m，分段高度10～14 m，一個(gè)分段內(nèi)劃分為3～4個(gè)分層。礦塊垂直于礦體走向布置，沿走向長(zhǎng)50～55 m，寬為礦體厚度。為控制采場(chǎng)頂板暴露面積，相鄰礦塊間及采場(chǎng)回采單元內(nèi)留設(shè)4 m寬永久礦柱。

主要采切工程包括中段運(yùn)輸巷道、采區(qū)斜坡道、分段巷道、分層聯(lián)絡(luò)道、充填回風(fēng)井、溜井、切割平巷等。

2.3 回采充填工藝

圖1上向水平分層采礦法典型方案

1—分段平巷 2—分層聯(lián)絡(luò)道 3—溜井 4—礦石堆 5—條柱 6—泄水井 7—充填回風(fēng)井 8—鏟運(yùn)機(jī) 9 充填管 10—充填料 11—澆面層 12—步采進(jìn)路 13—二步采進(jìn)路 14—鏟運(yùn)機(jī)

(1) 鑿巖。采用YT-28鑿巖機(jī)鑿巖，確定炮孔深度2.5～3.0 m，炮孔直徑40 mm。采場(chǎng)每層礦體回采時(shí)，施工4排水平炮孔：第1、2、3排炮孔為主落礦炮孔，排距為0.9 m，孔距為0.8～1.0 m；第4排炮孔為光面爆破控制孔，距第三排炮孔0.6 m，孔距為0.5～0.6 m。

(2) 爆破。鑿巖結(jié)束后，清潔炮孔，采用人工裝填卷狀炸藥，采用毫秒微差導(dǎo)爆管雷管起爆。其中，第1、2、3排落礦炮孔裝藥系數(shù)為0.5～0.6，第4排光面爆破控制孔的裝藥系數(shù)為0.1～0.2。

(3) 通風(fēng)。新鮮風(fēng)流自分段平巷經(jīng)分層聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入采場(chǎng)，污風(fēng)經(jīng)充填回風(fēng)井到上中段回風(fēng)巷。為了增強(qiáng)通風(fēng)效果，可在充填回風(fēng)井、采場(chǎng)中分別安設(shè)輔扇和局扇。

(4) 出礦。出礦采用WJD-2電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)。采場(chǎng)爆破前，鏟運(yùn)機(jī)駛離礦房進(jìn)入分段平巷，爆破通風(fēng)完成后，鏟運(yùn)機(jī)自采場(chǎng)分層聯(lián)絡(luò)道入口開(kāi)始出礦。初期少量礦石運(yùn)至脈外溜井放礦，當(dāng)脈內(nèi)溜井清理出來(lái)后，礦石即可直接倒入脈內(nèi)溜井。

(5) 充填。采場(chǎng)分層落礦結(jié)束、經(jīng)驗(yàn)收合格后，將設(shè)備移出采場(chǎng)，按設(shè)計(jì)要求架設(shè)充填管、順路鋼溜井、人行濾水井，并砌筑好隔離墻后即可進(jìn)行充填。a礦層一次充填高度為2.0～2.5 m,每次充填后的空頂高度為1.5～2.0 m；b礦層進(jìn)路充填時(shí)應(yīng)充分接頂。

2.4 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

該礦上向水平分層采礦法主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 上向水平分層充填法主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

3 結(jié) 論

針對(duì)某磷礦急傾斜雙層礦體開(kāi)采中存在的作業(yè)安全性差、資源損失嚴(yán)重等問(wèn)題，結(jié)合該礦實(shí)際開(kāi)采技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，分析選擇上向水平分層充填采礦法為最優(yōu)方法。該方法盤區(qū)生產(chǎn)能力為500.0 t/d，礦石綜合損失率為19.2%，貧化率為5.0%，作業(yè)安全條件較原方案得到了極大改善，同時(shí)資源回收率也得到了顯著提高。

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