某露天轉(zhuǎn)地下緩傾斜磷礦山機(jī)械化采礦方法探討

何皇兵，童志鵬，魏建海

(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

我國(guó)緩傾斜薄至中厚礦體開(kāi)采技術(shù)難度大，巖體賦存條件復(fù)雜，亟待研究安全高效、經(jīng)濟(jì)合理的采礦方法。國(guó)內(nèi)關(guān)于緩傾斜薄至中厚礦體開(kāi)采工藝多以淺孔房柱法(全面法)為主，出礦設(shè)備主要采用電耙、扒渣機(jī)等，采礦工藝較為落后，作業(yè)安全性較差。

我國(guó)磷礦資源中的緩傾斜礦體以其礦圍巖穩(wěn)固性差、礦石價(jià)值低成為緩傾斜礦體采礦方法研究的重點(diǎn)。該文以云南某露天轉(zhuǎn)地下緩傾斜薄至中厚磷礦山為例，進(jìn)行緩傾斜磷礦山的機(jī)械化采礦方法探討。

1 開(kāi)采技術(shù)條件

1.1 礦體形態(tài)特征

礦體產(chǎn)狀穩(wěn)定，走向、厚度及傾角變化小。礦體厚度4.34～12.79 m不等，平均厚度約為8 m左右，礦體傾角12°～20°，平均傾角約為15°左右。主要為II品級(jí)和III品級(jí)礦體，平均品位(P2O5)約為23.34 %。

1.2 工程地質(zhì)條件

礦體與頂?shù)装逦挥谕坏貙又?，均為白云質(zhì)硅質(zhì)條帶磷塊巖，抗壓強(qiáng)度71.9～85.3 MPa，為堅(jiān)硬巖類(lèi)，但節(jié)理裂隙發(fā)育，穩(wěn)固性一般。且裸露巷道巖體風(fēng)化后的抗壓強(qiáng)度急劇下降，在施工過(guò)程中應(yīng)及時(shí)對(duì)揭露后的巖體進(jìn)行封閉。

1.3 礦石價(jià)值分析

礦山擦洗廠(chǎng)對(duì)原礦的品位要求為27 %～27.5 %，通過(guò)擦洗提高1 %～2 %個(gè)品位點(diǎn)，達(dá)到28.5 %的產(chǎn)品要求，隨著露天開(kāi)采結(jié)束地下開(kāi)采已無(wú)高品位擦洗礦體。礦山浮選廠(chǎng)對(duì)原礦的入選品位要求為>20 %～20.5 %，浮選精礦品位為28.5 %，且原礦品位越高，浮選回收率越高。礦山保有資源的品位較低，約為23.34 %，按浮選精礦售價(jià)343.17 元/t(不含稅)，選礦回收率按80.47 %考慮，則礦石價(jià)值約為235.98 元/t。

2 主要技術(shù)路線(xiàn)

礦石價(jià)值約235.98 元/t，而選礦制造成本約為76.14 元/t原礦(礦山已建有一座浮選廠(chǎng))，應(yīng)盡可地降低采礦制造成本，才能使該露天轉(zhuǎn)地下礦山有盈利，因此，采礦方法應(yīng)突出以下幾點(diǎn)：

(1)礦體及頂?shù)装宸€(wěn)固性一般，應(yīng)控制采場(chǎng)結(jié)構(gòu)尺寸，保證采礦方法的安全；

(2)降低基建井巷工程投資，減少采礦制造成本中的折舊攤銷(xiāo)費(fèi)用；

(3)礦石價(jià)值較低，且礦石品位對(duì)選礦回收率影響較大，應(yīng)盡可能地降低貧化率，可以適當(dāng)提高損失率；

(4)采用無(wú)軌機(jī)械化開(kāi)采，實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益，而無(wú)軌機(jī)械化的巷道斷面較大，采切工程量較大，為此，采切系統(tǒng)的布置應(yīng)盡量利用礦體的緩傾角，將巷道偽傾斜布置于礦體底板上，增加副產(chǎn)礦石，以礦養(yǎng)礦。

3 無(wú)軌機(jī)械化采礦方法方案

3.1 脈內(nèi)采準(zhǔn)沿走向布置房柱嗣后充填采礦法

3.1.1 盤(pán)區(qū)、采場(chǎng)劃分及尺寸

中段高度60 m，盤(pán)區(qū)沿走向布置，盤(pán)區(qū)長(zhǎng)度200 m，盤(pán)區(qū)寬度為礦體水平厚度，盤(pán)區(qū)之間留設(shè)12 m的盤(pán)區(qū)間柱，中段間留設(shè)12 m的中段礦柱，每個(gè)盤(pán)區(qū)在盤(pán)區(qū)的2端各留設(shè)1條溜井，相鄰盤(pán)區(qū)共用該條溜井。每個(gè)盤(pán)區(qū)沿走向劃分成2個(gè)采場(chǎng)，采場(chǎng)沿走向長(zhǎng)度100 m，采場(chǎng)間留設(shè)5 m采場(chǎng)間柱，采場(chǎng)沿傾向長(zhǎng)度等于盤(pán)區(qū)沿傾向長(zhǎng)度。每個(gè)采場(chǎng)沿傾向劃分成4個(gè)礦塊，礦塊間留設(shè)沿走向的寬度為4 m的條柱，條柱寬度尺寸為4 m，礦塊內(nèi)留設(shè)規(guī)則點(diǎn)柱，點(diǎn)柱尺寸為5 m×4 m，點(diǎn)柱沿走向間距為11～13 m，沿傾向間距為9～11 m。每個(gè)塊礦沿傾向劃分成4個(gè)條帶，條帶寬度約為8～10 m。

3.1.2 采準(zhǔn)及切割工程布置

采準(zhǔn)工程以脈內(nèi)采準(zhǔn)為主，采準(zhǔn)工程包括有脈內(nèi)底板采區(qū)斜坡道、中段脈內(nèi)沿脈、采場(chǎng)溜井(布置在脈外)、充填回風(fēng)上山；切割工程為切割巷。

脈內(nèi)底板采區(qū)斜坡道為適應(yīng)礦體傾角變化，在脈內(nèi)偽傾斜布置，脈內(nèi)底板采區(qū)斜坡道作為盤(pán)區(qū)沿走向劃分的界限，考慮每200 m布置1條，作為采場(chǎng)與礦塊的進(jìn)回風(fēng)主要通道；充填回風(fēng)上山以采場(chǎng)為單元，在每個(gè)采場(chǎng)的中部沿礦體傾向布置充填回風(fēng)上山。

當(dāng)?shù)V體厚度小于7 m，條帶采用淺孔掘進(jìn)臺(tái)車(chē)一次性開(kāi)采，見(jiàn)圖1；當(dāng)?shù)V體厚度>7 m，對(duì)條帶頂部進(jìn)行切頂支護(hù)后再進(jìn)行開(kāi)采，見(jiàn)圖2。

3.1.3 回采出礦

在礦塊內(nèi)，以條帶為單元，在條帶中部沿走向掘進(jìn)切割巷，并以切割巷為自由面，采用淺孔掘進(jìn)臺(tái)車(chē)為主，氣腿式鑿巖機(jī)為輔進(jìn)行鑿巖，并采用水平孔裝藥臺(tái)車(chē)進(jìn)行裝藥，乳化炸藥藥卷、非電起爆網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行爆破落礦，由4 m3鏟運(yùn)機(jī)經(jīng)脈內(nèi)底板采區(qū)斜坡道將崩落礦石倒入采場(chǎng)溜井內(nèi)。

圖1 條帶不切頂開(kāi)采示意圖Fig.1 Strip-mining without topping

圖2 條帶切頂開(kāi)采示意圖Fig.2 Strip-mining with topping

3.1.4 回采順序

中段內(nèi)以礦塊為單元，由下往上進(jìn)行回采；礦塊內(nèi)以條帶為單元，由下往上進(jìn)行回采。相鄰采場(chǎng)與盤(pán)區(qū)間在傾向上適當(dāng)錯(cuò)開(kāi)一定距離，以保證回采安全。

3.1.5 采場(chǎng)通風(fēng)

新風(fēng)從盤(pán)區(qū)一端的脈內(nèi)底板采區(qū)斜坡道進(jìn)入，洗刷條帶工作面后經(jīng)充填回風(fēng)上山、切割巷、到達(dá)另一端的脈內(nèi)底板采區(qū)斜坡道，再經(jīng)上中段脈內(nèi)沿脈進(jìn)入回風(fēng)系統(tǒng)?；夭蛇M(jìn)路獨(dú)頭巷道采用局扇和PVC風(fēng)筒進(jìn)行通風(fēng)。

3.1.6 采場(chǎng)充填

充填以礦塊為單元進(jìn)行集中充填，每個(gè)采場(chǎng)分成4次進(jìn)行充填。充填管道經(jīng)脈內(nèi)底板采區(qū)斜坡道、上部的切割巷、充填回風(fēng)聯(lián)道及充填回風(fēng)上山進(jìn)入采空區(qū)充填?？上冗M(jìn)行部分廢石充填，然后進(jìn)行充填料漿充填，采用灰砂比1：30的充填體進(jìn)行充填。

3.1.7 采場(chǎng)脫水

為便于充填時(shí)的滲透及溢流脫水，在密閉墻內(nèi)設(shè)置濾水設(shè)施，充填單元礦塊內(nèi)的水由密閉墻滲透至下中段脈內(nèi)沿脈排入水泵房中，由排水系統(tǒng)排出地表。

3.1.8 采場(chǎng)安全措施

采場(chǎng)開(kāi)采過(guò)程中，采用礦柱管理頂板，考慮到條帶豎向高度較高，且垮度較大，在回采過(guò)程中為保證回采作業(yè)人員及設(shè)備的安全，應(yīng)配置撬毛臺(tái)車(chē)、錨桿臺(tái)車(chē)及濕式噴漿臺(tái)車(chē)，在礦體不穩(wěn)固的地段，應(yīng)采用錨桿、噴錨網(wǎng)對(duì)頂板進(jìn)行錨固，或噴射混凝土加固頂板，如有需要還應(yīng)對(duì)點(diǎn)柱進(jìn)行噴錨網(wǎng)加固。

3.2 脈內(nèi)采準(zhǔn)沿走向布置條帶充填采礦法

3.2.1 礦塊布置

中段高度60 m，沿礦體走向每隔200 m沿礦體傾向底板內(nèi)偽傾斜布置采區(qū)斜坡道，以采區(qū)斜坡道劃分為盤(pán)區(qū)，每一個(gè)盤(pán)區(qū)中部布置間柱，將1個(gè)盤(pán)區(qū)劃分為2個(gè)采場(chǎng)。采場(chǎng)長(zhǎng)度100 m，間柱和中段礦柱均為12 m，每個(gè)采場(chǎng)沿走向劃分成若干個(gè)條帶，條帶寬度8～12 m，根據(jù)礦體傾角的變化，每個(gè)采場(chǎng)可劃分條帶約18～27 個(gè)。

3.2.2 采準(zhǔn)切割

通過(guò)中段巷道施工脈內(nèi)底板上的采區(qū)斜坡道，采區(qū)斜坡道坡度<15 %。

采區(qū)溜井布置在脈內(nèi)采區(qū)斜坡道中部的兩側(cè)，位于盤(pán)區(qū)間柱內(nèi)，盤(pán)區(qū)兩側(cè)各設(shè)一條溜井，采區(qū)溜井處預(yù)留礦柱。溜井上口設(shè)置格篩，格篩孔尺寸為350 mm×350 mm。溜井格篩一側(cè)設(shè)置固定式液壓破碎錘，用于采場(chǎng)出礦大塊的破碎。充填回風(fēng)巷道布置在盤(pán)區(qū)間柱上方，距離礦體頂板約5 m，與脈內(nèi)采區(qū)斜坡道之間有足夠的巖體間隔，保證充填回風(fēng)巷道自身的穩(wěn)定。在充填回風(fēng)巷道內(nèi)向兩側(cè)施工聯(lián)絡(luò)道與充填回風(fēng)井，與采場(chǎng)相通，滿(mǎn)足采場(chǎng)充填與通風(fēng)需求。充填回風(fēng)井?dāng)嗝? m×2 m。

3.2.3 回采出礦

采場(chǎng)內(nèi)的條帶礦體回采時(shí)，分為兩步，先回采下層后回采上?；夭上聦拥V時(shí)，先施工一條斷面3.8 m×2.5 m貫穿條帶的切割進(jìn)路，再由條帶中部后退式回采。采場(chǎng)內(nèi)采用鑿巖臺(tái)車(chē)掘進(jìn)式鑿巖爆破，回采寬度8～12 m，高度約5～7 m。局部區(qū)域采場(chǎng)內(nèi)下層礦厚度超過(guò)7 m時(shí)，可以進(jìn)行分層回采。

當(dāng)?shù)V體厚度小于7 m，整個(gè)條帶一次性開(kāi)采，見(jiàn)圖3；當(dāng)?shù)V體厚度大于7 m，整個(gè)條帶在豎向上分兩層開(kāi)采，下層礦體回采結(jié)束后進(jìn)行高強(qiáng)度膠結(jié)充填，見(jiàn)圖4，下層礦體充填養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，上層礦體回采工藝與整個(gè)條帶一次性開(kāi)采相同。

出礦采用4 m3鏟運(yùn)機(jī)，將條帶內(nèi)崩落礦石鏟運(yùn)到采場(chǎng)溜井內(nèi)。在下層礦回采完畢后，在采場(chǎng)中部施工切割天井，切割天井尺寸2 m×2 m；在采場(chǎng)內(nèi)用中深孔鑿巖臺(tái)車(chē)施工上向中深孔，中深孔上向平行布置，孔間距2 m，排間距2.2 m。采場(chǎng)內(nèi)中深孔全部施工完畢后，通過(guò)切割天井爆破拉槽，從條帶中間向兩側(cè)后退式崩礦，每次單側(cè)爆破2～3排。中深孔爆破采用粉狀銨油炸藥，用裝藥器裝藥。崩落到采場(chǎng)空區(qū)內(nèi)的礦石采用鏟運(yùn)機(jī)出礦。礦石由鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)輸?shù)缴仙絻?nèi)采區(qū)溜井。采場(chǎng)內(nèi)各條帶回采，采用2步驟間隔式回采，待1步驟采場(chǎng)充填體養(yǎng)護(hù)完成后，回采2步驟采場(chǎng)。

3.2.4 采場(chǎng)通風(fēng)

礦體回采時(shí)，條帶內(nèi)通風(fēng)，通過(guò)采場(chǎng)兩端聯(lián)絡(luò)道內(nèi)的局扇風(fēng)機(jī)，向采場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行壓入式通風(fēng)，通過(guò)充填回風(fēng)天井回風(fēng)。

圖3 條帶豎向上不分層一次性開(kāi)采示意圖Fig.3 One-off strip-mining on vertical direction without layered mining

圖4 條帶豎向上分兩層開(kāi)采示意圖Fig.4 Strip-mining on vertical direction with two-layered mining

3.2.5 采場(chǎng)充填

條帶回采結(jié)束后，立即進(jìn)行充填。在條帶聯(lián)絡(luò)道設(shè)置充填擋墻，連接條帶內(nèi)濾水裝置，充填管由上盤(pán)的充填回風(fēng)道通過(guò)充填回風(fēng)井進(jìn)入條帶內(nèi)。條帶充填采用分層多次方式，保證濾水與接頂效果。充填1步驟的灰砂比為1：5，2步驟的灰砂比為1：30。

3.2.6 采場(chǎng)支護(hù)

回采下層礦體后，視采場(chǎng)頂板情況，采用管縫式錨桿，用錨桿臺(tái)車(chē)對(duì)采場(chǎng)頂板進(jìn)行錨桿或錨網(wǎng)支護(hù)，保證頂板穩(wěn)固，為出礦與施工中深孔創(chuàng)造安全環(huán)境。崩落上層礦體時(shí)，要加快爆破與出礦，縮短采場(chǎng)空頂時(shí)間，保證采場(chǎng)頂板穩(wěn)固。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)2個(gè)方案均利用了礦體的緩傾角，將采切系統(tǒng)巷道盡可能布置于礦體底板上(脈內(nèi)采準(zhǔn)沿走向布置條帶充填采礦法充填通道布置于盤(pán)區(qū)間柱上部，位于脈外)，實(shí)現(xiàn)了以礦養(yǎng)礦。采區(qū)斜坡道在礦體底板上沿傾向布置，但礦體的傾角應(yīng)比較穩(wěn)定，起伏不能過(guò)大，同時(shí)條帶底部的巷道沿礦體走向布置，因此，礦體走向的起伏不宜太大，以避免巷道頻繁拐彎。

(2)礦體傾角增大時(shí)，偽傾斜布置于盤(pán)區(qū)礦體底板上的斜坡道斜長(zhǎng)變長(zhǎng)，為保證采區(qū)斜坡道的布置合理(盡可能地布置于礦體內(nèi))，礦體的走向長(zhǎng)度應(yīng)較長(zhǎng)，否則偽傾斜布置采區(qū)斜坡道將無(wú)法實(shí)現(xiàn)，也不能有效地劃分盤(pán)區(qū)。

(3)2種采礦方法均在中段內(nèi)沿走向劃分有多個(gè)盤(pán)區(qū)、采場(chǎng)與條帶，多個(gè)盤(pán)區(qū)、采場(chǎng)與條帶需要同時(shí)作業(yè)，而盤(pán)區(qū)間均以采區(qū)斜坡道作為進(jìn)回風(fēng)通道，通風(fēng)管控較為復(fù)雜，要求較高。

(4)脈內(nèi)采準(zhǔn)沿走向布置房柱嗣后充填法將傳統(tǒng)的房柱法由傾向向下出礦，改為沿走向布置出礦，將電耙改為鏟運(yùn)機(jī)，實(shí)現(xiàn)的采礦方法的無(wú)軌機(jī)械化。脈內(nèi)采準(zhǔn)沿走向布置條帶充填采礦法為兩步驟開(kāi)采方案，充填成本較房柱嗣后充填法高，而其中在豎向上劃分兩層開(kāi)采的充填成本更高，下分層均應(yīng)采用高強(qiáng)度進(jìn)行充填，適應(yīng)于有兩層礦分采分運(yùn)或者礦石價(jià)值較高的礦體開(kāi)采。而本礦山礦石價(jià)值不高，因此，推薦脈內(nèi)采準(zhǔn)沿走向布置房柱嗣后充填法。

(5)在豎向開(kāi)采順序上可以以中段為單元，將礦體上部作為首采區(qū)域，減少開(kāi)拓系統(tǒng)的深度，以達(dá)到控制基建投資。