磷礦采礦的設(shè)計分析

唐仕學 劉光俊

摘要：本文分析了磷礦采礦設(shè)計的基本原則，并結(jié)合案例從比選采礦方式和采礦具體方案兩個方面對具體設(shè)計予以討論。

關(guān)鍵詞：磷礦;采礦;設(shè)計原則;具體方案

為了滿足磷礦采礦的基本要求，要結(jié)合礦體基礎(chǔ)的賦存條件和礦山周圍地形因素、礦山施工工程條件等完成基礎(chǔ)設(shè)計，要從設(shè)計工作出發(fā)，保證設(shè)計細節(jié)滿足具體工作要求，打造多元穩(wěn)定的控制體系，共同促進經(jīng)濟效益和社會效益的和諧統(tǒng)一。

一、磷礦采礦設(shè)計的基本原則

第一，設(shè)計部門要在具體設(shè)計環(huán)節(jié)處理方面全面貫徹落實國家相關(guān)法律法規(guī)，保證具體設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計單元的合理性、規(guī)范性、科學性。

第二，設(shè)計部門要秉持可持續(xù)發(fā)展的原則，在具體工作環(huán)節(jié)和設(shè)計內(nèi)容處理方案調(diào)控相應(yīng)單元，平衡貧富兼采設(shè)計內(nèi)容，實現(xiàn)均衡生產(chǎn)的采礦目標。

第三，在設(shè)計環(huán)節(jié)處理方面，要盡量減少農(nóng)田或者是耕田的占地面積，確保設(shè)計內(nèi)容能在充分利用已經(jīng)成型的井巷工程結(jié)構(gòu)，不僅能實現(xiàn)環(huán)保節(jié)約用地的目標，還能優(yōu)化成本控制效果。

第四，在具體設(shè)計工作中，要關(guān)注環(huán)保效益，減少設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計環(huán)節(jié)對于周圍環(huán)境產(chǎn)生的影響[1]。

第五，要踐行以人為本的設(shè)計原則，確保能減少設(shè)計隱患，從礦山采礦實際工作出發(fā)，避免安全事故造成的經(jīng)濟損失和人員傷亡。

第六，要結(jié)合磷礦采礦的具體要求設(shè)計選取適宜的采礦技術(shù)，無論是技術(shù)方案還是技術(shù)裝備水平都要匹配具體環(huán)境要求，在提升勞動效率的同時，創(chuàng)設(shè)良好的作業(yè)空間。

二、磷礦采礦設(shè)計具體方案

本文以湖北龍蟒磷化工有限公司保康縣白竹磷礦區(qū)I礦段北部塊段磷礦100萬t/a采礦工程為例，礦區(qū)總面積為11.51km2，共分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個礦段[2]。其中白竹礦區(qū)I礦段北部塊段全塊段內(nèi)Ph1、Ph3（331+332+333）共計保有資源量58895kt，品位22.18%，331資源量為8 kt，品位22.19%，332資源量為29042 kt，品位21.94%，333資源量為29845 kt，品位22.18%。其中礦界內(nèi)（標高400～875m）保有（332+333）資源量48843kt，P2O5平均品位21.91%，332資源量為28853 kt，品位21.94%，333資源量為19990 kt，品位21.89%。礦界外保有（331+332+333）資源量10052kt，P2O5平均品位22.74%，331資源量為8 kt，品位22.19%，322資源量為189 kt，品位22.40%，333資源量為9855 kt，品位22.76%。

（一）比選采礦方式

本工程主要采取的是主平硐加輔助平硐盲斜坡道開拓，汽車無軌運輸方案。主要是因為礦體本身存在較大的傾向性，選取自上而下的開采流程，并且結(jié)合基建投資項目、見礦要求以及開采技術(shù)條件等，最終設(shè)定一期和二期不同的設(shè)計方案[3]。

第一，礦山一期工程項目。具體開采內(nèi)容為+700m標高以上的礦體。地理位置是在699主平硐布置于礦區(qū)西側(cè)8線以西，在整個磷礦采礦項目中，一期工程單元是整個體系中作為+700m及以上中段礦石的運輸通道。與此同時，一期工程項目單元中還設(shè)置了738輔助平硐并直接與+740m中段相連，作為安全出口和進風井，采用的采礦設(shè)備是鏟運機裝入20t井下礦用汽車。

第二，礦山二期工程項目。具體開采內(nèi)容為+540-+700m標高的礦體。738輔助平硐為一期已設(shè)輔助平硐，布置于礦區(qū)中西部，直接與南采區(qū)+740m中段相連，作為南采區(qū)人員、材料及設(shè)備運輸通道，并作為安全出口及進風口;520輔助平硐為新建井口，布置于礦區(qū)西北角，并與+525m中段相連，作為北采區(qū)人員、材料及設(shè)備運輸通道，并作為安全出口、進風口以及一期工程的主要排水平硐;830回風平硐為主回風平硐，位于礦區(qū)西南部，作為礦山的主通風井兼作安全出口。

采用的采礦設(shè)備是中段以下各盤區(qū)礦石由鏟運機裝入20t井下礦用汽車經(jīng)中段巷道、中段斜坡道由主平硐運出地表[4]。

對于緩傾斜中厚以上礦體的處理依舊是采礦設(shè)計行業(yè)中的重要研究內(nèi)容，較為常見的方式主要包括：1）底盤漏斗法，但是這種處理機制的采切工程量較大，一般不會應(yīng)用在大規(guī)模開采項目中。2）膠結(jié)充填采礦法及，這種技術(shù)的成本較高，但是礦石的價格卻并不高，因此，技術(shù)經(jīng)濟指標受限。3）錨桿護頂分層房柱采礦法，融合了技術(shù)優(yōu)勢，在生產(chǎn)能力和開拓量方面較為適中，適合品位一般的礦山采礦工作。因為本工程項目的礦石品位并不高，所以，選取較為普通錨桿護頂分層房柱采礦法[5]。

（二）具體設(shè)計方案

1.開采范圍

結(jié)合地質(zhì)條件調(diào)研報告可知，目前白竹礦區(qū)位于新華斷裂南東側(cè)。受五條平移正斷層的破壞，自北向南白竹礦區(qū)被分割為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個礦段，具體開采范圍見表1：

選取自上而下的開采順序，中段區(qū)域要從礦區(qū)的邊界位置開始，向中心主膠帶位置借助后退式回采的方案予以采礦操作，匹配地下開采的方式有效維持磷礦開采的穩(wěn)定性、安全性和可靠性[6]。

2.回采處理

為了維持磷礦開采工作的合理性，在設(shè)計方案中，要對回采環(huán)節(jié)予以重視，確保對應(yīng)的回采工藝要點合理有效，全面提升控制的規(guī)范性和科學性。

第一，要著重分析礦塊的基本構(gòu)成因素，結(jié)合整個磷礦區(qū)域走向完成盤區(qū)的劃分，直接走向布置礦房。在操作體系中，盤區(qū)的基礎(chǔ)參數(shù)見表2：

第二，要落實合理的采準工作內(nèi)容，Ph1盤區(qū)斜坡道、Ph3盤區(qū)斜坡道、切頂層斜坡道、鑿巖平巷、行人通風聯(lián)絡(luò)道等，切割工作主要包括切頂平巷、切割橫巷等。Ph1盤區(qū)斜坡道與中段運輸巷道貫通，斜坡道采用偽傾斜布置，平均坡度15%左右，主要為Ph1層礦石、人員、設(shè)備、材料出入通道運輸，布置在Ph1層礦體內(nèi)靠近底板的位置;從Ph1礦層頂板向上留5m礦柱，沿礦柱頂板布置Ph3盤區(qū)斜坡道，通過聯(lián)絡(luò)道與中段運輸巷道貫通，斜坡道同樣采用偽傾斜布置，平均坡度15%左右，主要為Ph3層礦石、人員、設(shè)備、材料出入運輸通道，兩條斜坡道在平面投影中盡量靠近盤區(qū)中間且盡量互不交叉[7]。盤區(qū)礦塊沿走向布置，每個礦房的每一分層布置一條鑿巖平巷;切頂層與盤區(qū)斜坡道之間每個礦房布置一條傾斜聯(lián)絡(luò)道，每層的鑿巖平巷交錯布置在礦柱旁邊，盤區(qū)兩端底板布置通風聯(lián)絡(luò)巷與上下兩中段巷道相通，并作為盤區(qū)安全出口，每個礦房的兩端布置切割天井及切割橫巷。

第三，結(jié)合盤區(qū)的工作狀態(tài)完成切割，然后進行對應(yīng)的回采作業(yè)，利用自上而下的回采出礦處理模式，采礦工序要從頂層切采開始，然后完成錨桿臺車對錨固的處理，鋼筋網(wǎng)的基礎(chǔ)網(wǎng)度控制在200mm*200mm。與此同時，要對頂板進行錨索加固處理，依據(jù)實際情況判定加固的必要性和參數(shù)范圍。若是需要利用錨索處理，就要選取樹脂預應(yīng)力錨索，長度為6m到10m左右，直徑為15.24。切頂采用HT81輪式液壓鑿巖臺車鑿水平炮孔，孔深2.5m，排距1m，孔距0.6～0.8m。鑿巖結(jié)束，由爆破工裝入2#巖石乳化炸藥，導爆管雷管起爆，每次爆2～3排炮孔。采場內(nèi)大塊采用PSC-85型井下破碎機或風鎬破碎，出礦塊度要求不大于300mm， 經(jīng)通風、撬浮石、檢查頂板再出礦，采場內(nèi)礦石直接用CY-4型柴油鏟運機裝入20t井下汽車，經(jīng)中段運輸巷道、脈內(nèi)斜坡道再由主平硐運送至坑外[8]。

3.采掘運輸

要秉持設(shè)備安全性、高效性以及機械化水平高的設(shè)計原則，落實完整的設(shè)計方案和應(yīng)用處理規(guī)劃，確保采掘運輸工作能匹配磷礦采礦的基本需求。并且，要確保設(shè)計方案能減少能耗和井下污染程度，最大程度上打造經(jīng)濟效益和環(huán)保效益雙贏的采掘運輸處理方案。

4.頂板設(shè)計

要結(jié)合實際情況完善磷礦采礦中頂板結(jié)構(gòu)的管理水平，從采場支護結(jié)構(gòu)、頂板監(jiān)測過程以及空區(qū)處理三個方面落實完整的頂板管理設(shè)計方案。

第一，采樣支護處理。要保證磷礦采礦設(shè)計體系中回采過程的合理性和規(guī)范性，并且著重對頂板的質(zhì)量予以檢查，有效處理浮石對于后續(xù)開采工作造成的影響。因為直接頂板為含磷白云巖，其穩(wěn)定性較好，一般情況下頂板采用錨桿支護，局部破碎地段采用錨網(wǎng)支護。與此同時，要在巷道的兩側(cè)預留頂結(jié)構(gòu)和底柱結(jié)構(gòu)位置，為后續(xù)連續(xù)礦柱開采工序提供保障，最大程度上保證開采工藝流程和整體工程項目的安全性。

第二，頂板監(jiān)測工序，要結(jié)合國家相關(guān)規(guī)定確保具體監(jiān)測單元和操作流程的規(guī)范性，并且要匹配安全監(jiān)督管理機制，維持綜合管控效果。在落實監(jiān)測方案時，要完全按照“存在大面積采空區(qū)、工程地質(zhì)復雜、有嚴重地壓活動的地下礦山，應(yīng)實現(xiàn)對采空區(qū)穩(wěn)定性、頂板壓力、位移變化等的動態(tài)監(jiān)控”的標準完善操作環(huán)節(jié)，匹配頂板監(jiān)測儀等高科技產(chǎn)品，獲取實時性數(shù)據(jù)信息，一旦出現(xiàn)形變且超出規(guī)定范圍數(shù)值，就會發(fā)出聲光警報，以備相關(guān)操作人員及時進行糾偏處理。

第三，采空區(qū)的實時性處理，要結(jié)合白竹礦區(qū)磷礦生產(chǎn)揭露的情況予以集中分析，因為礦層結(jié)構(gòu)和頂板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較好，因此，多數(shù)采空區(qū)的穩(wěn)定狀態(tài)滿足質(zhì)量標準，要結(jié)合礦柱結(jié)構(gòu)的尺寸以及具體強度參數(shù)落實后續(xù)的操作工序，盤區(qū)回采結(jié)束后，可利用生產(chǎn)廢石進行充填，并應(yīng)及時封閉采空區(qū)。值得一提的是，為了避免地壓引發(fā)大面積巖石移動，要結(jié)合礦柱的應(yīng)用情況和具體方案落實有效的預控防護機制，并且在空區(qū)處理方面踐行逐個礦塊和逐個分段檢查的工序，全面提升控制效果，保證能減少安全隱患[9]。

除此之外，要做好礦井通風處理工作，結(jié)合具體情況設(shè)計對角式抽出式通風系統(tǒng)。

結(jié)束語：

總而言之，要結(jié)合磷礦采礦的具體情況完成設(shè)計方案，確保設(shè)計細節(jié)和處理工序落實到位，全面提升綜合安全水平，實現(xiàn)經(jīng)濟效益、環(huán)保效益以及社會效益的共贏。

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