復雜急傾斜中厚層狀磷礦床采礦方法分析

舒淵

摘 要：磷礦是磷酸鹽類礦物的總稱，在工業(yè)上主要用于生產(chǎn)磷系肥料，也可以用來制造黃磷、磷酸、磷化物及其他磷酸鹽類產(chǎn)品。磷的寶貴不言而喻。采礦方法的正確選擇對建設綠色礦山和促進可持續(xù)性發(fā)展具有非常重要的作用。針對復雜急傾斜磷礦床的賦存條件，借鑒煤礦長壁式開采思維，本文以貴州黔南大塘磷礦為實例進行詳細分析，提出了相應的采礦法。

關鍵詞：磷礦；急傾斜；采礦法

礦體賦存情況：礦層產(chǎn)狀與巖層基本一致，傾角的變化較大，大致在35°～85°之間。呈層狀、單斜、陡傾。斷裂構(gòu)造不甚發(fā)育且規(guī)模小，礦段內(nèi)有3條斷層，對礦體空間形態(tài)的完整性有輕微的破壞。礦體邊界平整、結(jié)構(gòu)簡單、構(gòu)造破壞小、厚度變化小的大型磷塊巖礦床，屬急傾斜中厚至厚礦體。礦段水文地質(zhì)條件中等偏簡單，地下水補給條件差，巖層富水性很不均勻，總體富水性較弱，巖溶發(fā)育微弱，以溶蝕裂隙充水為主。同時賦存a、b兩層礦，其中a礦層平均厚11.48m， f系數(shù)6～8；b礦層平均厚17.35m， f系數(shù)8～10。兩礦層都屬中等穩(wěn)固。兩礦層間有一穩(wěn)定夾層，由含磷白云巖和硅質(zhì)團塊磷塊巖兩部分組成，總厚度1.38m～5.25m，平均厚度2.59m。礦層直接頂板為含磷硅質(zhì)團塊白云巖，直接底板為含磷白云巖，f系數(shù)為11～13，穩(wěn)固性較好。

一、開采規(guī)劃

前期工程1060m以上采用無軌斜坡道開拓，井下專用卡車運輸方案。在9～10勘探線間地表移動界線之外設粗中碎站，分采的a、b礦石分別經(jīng)破碎后由大塘至穿巖洞膠帶運到緩沖礦倉并進行配礦。各中段各采場分采出a和b層礦石，用鏟運機分別鏟運到a或b層礦溜井，經(jīng)中段運輸巷道、斜坡道及地表粗中碎站a或b層礦的原礦倉卸礦。

二、礦塊劃分

礦塊劃分要充分考慮礦體產(chǎn)狀、礦巖穩(wěn)固情況及擬使用的采礦方法等因素。大塘礦段屬急傾斜中厚至厚礦體，擬采用階段空場嗣后充填采礦法回采，礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)可用類比方法初步確定。根據(jù)選礦工藝對礦石加工質(zhì)量的要求，采用階段空場嗣后充填采礦法回采時，回采方案主要考慮兩種情形：①a、b層礦混采方案；②a、b層礦分采分運方案。a、b層礦混采時，大塘礦段礦體為急傾斜厚大礦體，垂直礦體走向劃分礦塊，分礦房、礦柱兩步驟回采，夾石進行預剔除；a、b層礦分采分運時，a、b層礦則為急傾斜中厚礦體，沿礦體走向布置礦塊，分礦房和間柱回采，中間夾石不剔除。

通過與類似礦山礦巖力學參數(shù)、穩(wěn)固情況及所使用的采礦方法等比較，大塘礦段a、b層礦實行混采時礦塊寬度適宜為15m。選擇垂直礦體走向劃分礦塊，礦房、礦柱均按照15m垂直礦體走向依次布置，長為礦體厚度（含夾層）。礦體分礦房、礦柱二步驟回采，礦房采后用尾砂膠結(jié)充填，礦柱用廢石或尾砂非膠結(jié)充填。大塘礦段a、b層礦實行分采時，間柱寬度為8～10m，礦房長約40m，礦房寬為a、b層礦水平厚度。先采間柱，間柱采后用尾砂膠結(jié)充填；其次回采礦房，礦房回采時先采a層礦，再采b層礦，礦房采后用廢石或尾砂非膠結(jié)充填。

三、確定回采順序

根據(jù)礦體賦存條件，大塘礦段初步設計開采規(guī)劃分前期工程、中期工程、后期工程，采用階段下行式開采方式。其優(yōu)點是開拓周期短，達產(chǎn)時間早，初期投資省，投資見效快；缺點是礦山必須修建廢石場，占用農(nóng)田，造成環(huán)境污染等。由此可見安排合理的階段回采順序非常重要。

結(jié)合礦山開采總體規(guī)劃、擬使用的采礦方法等，階段回采順序有兩種考慮：①將礦體劃分為三部分，前、中期工程各包含兩個中段，后期分為三個中段。采用階段下行式開采方式，中段間留有15m底柱。開采時從上中段采場向下中段依次開采，相鄰上下中段礦體全部回采完畢后，再進行底柱殘礦回收；②分期工程內(nèi)采用階段上行式開采方式，其中首采中段留15m厚底柱。下部采場開采完畢后進行充填，待充填體強度達到要求時，可連續(xù)回采上部采場。

以前期工程為例，采用上行式開采方式時，首采中段留15m厚底柱，實際回采高度為55m，上部采場可不留底柱。首采中段回采時，上部采場可以進行采切準備工作，待首采中段回采結(jié)束后再對上部采場進行回采。這樣，在分期工程內(nèi)實現(xiàn)了階段上行式開采，上部采場不留底柱，降低了底柱作業(yè)的安全風險；上部階段開拓和采準產(chǎn)生的廢石可以方便地回填下部階段的采空區(qū)，有利于實現(xiàn)無廢開采，節(jié)約廢石運輸、提升和地表排放費用，減少環(huán)境污染；上行式開采不會產(chǎn)生嚴重地壓問題。

兩種回采順序優(yōu)缺點對比見表3.1。結(jié)合開采規(guī)劃，前期為實現(xiàn)及早達產(chǎn)、回收投資等，推薦采用階段下行式開采順序，中期和后期主要考慮減少頂?shù)字吧a(chǎn)安全等因素，可考慮采用階段上行式回采順序。

四、采礦方法

考慮礦體形態(tài)以及地壓管理方式，大塘礦段坡底有一縣級公路穿過，崩落采礦法不適用大塘礦段的開采。上向水平分層充填采礦法回采成本較高，無法實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，因此上向水平分層充填采礦法也不適用。根據(jù)類似礦山生產(chǎn)情況以及大塘礦段礦體特征，初步選用階段空場嗣后充填采礦法為主，結(jié)合礦體開采技術條件選用不同的采礦方法方案以及合理的礦塊結(jié)構(gòu)尺寸。急傾斜中厚至厚礦體采礦工藝相對較成熟，工藝的選擇與改進和設備水平的提高是密不可分的。應根據(jù)甕福磷礦礦山實際情況選取合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)，選用高效的進口機械設備，適當加大采場階段、分段高度，提高井下作業(yè)效率。

根據(jù)大塘礦段礦體地質(zhì)特征和開采技術條件，國內(nèi)外類似礦體高效采礦技術，以及選礦工藝對礦石加工質(zhì)量的要求，在技術上較適宜大塘礦段的采礦方法方案主要有：

（1）大直徑深孔階段空場嗣后充填采礦法（垂直走向）；

（2）高分段中深孔階段空場嗣后充填采礦法（垂直走向）；

（3）沿走向高分段中深孔階段空場嗣后充填采礦法（分采分運）。

其中大直徑深孔階段空場嗣后充填采礦法可細分為階段上行式和下行式開采兩種方案，高分段中深孔階段空場嗣后充填采礦法可細分為上向扇形孔和下向扇形孔兩種方案，沿走向高分段中深孔階段空場嗣后充填采礦法（分采分運）主要考慮下向扇形孔開采方案。垂直礦體走向布置礦塊時，a、b層礦實行混采，采切工程量少，作業(yè)周期短，開采效率高，采礦成本低；沿礦體走向劃分礦塊時，a、b層礦實行分采分運，損失和貧化率低，能夠更好滿足選礦工藝對礦石加工質(zhì)量的要求。這些采礦方法方案都有其優(yōu)劣點，需要對采礦方案進行精細化設計和技術經(jīng)濟綜合比較分析，才能選出適合大塘礦段礦體的最佳采礦方案。

五、小結(jié)

通過對大塘磷礦礦體地質(zhì)特征和開采技術條件研究分析，主要從礦段采礦方法初選、礦塊劃分、采場結(jié)構(gòu)參數(shù)及階段回采順序進行了深入細致分析，得出以下結(jié)論：

（1）回采方案主要考慮：①a、b層礦混采方案；②a、b層礦分采分運方案。a、b層礦混采時，垂直礦體走向劃分礦塊，分礦房、礦柱兩步驟回采；a、b層礦分采分運時，沿礦體走向布置礦塊，分礦房和間柱回采，中間夾石不剔除；

（2）垂直走向劃分礦塊時，礦塊寬15m，長為礦體厚度（含夾層），階段高70m，底柱高15m。礦房空區(qū)用尾砂膠結(jié)充填，礦柱用廢石和尾砂非膠結(jié)充填。沿走向劃分礦塊時，間柱寬8～10m，礦房長約40m，礦房寬為a、b層礦水平厚度，底柱高15m。先采間柱，采后用尾砂膠結(jié)充填；其次回采礦房，回采時先采a層礦，再采b層礦，采后用廢石和尾砂非膠結(jié)充填；

（3）采礦方案初步選擇大直徑深孔階段空場嗣后充填采礦法（垂直走向）、高分段中深孔階段空場嗣后充填采礦法（垂直走向）、沿走向高分段中深孔階段空場嗣后充填采礦法（分采分運）