摘要：采矿方法对矿山生产的许多技术经济指标都有重要的影响，而采矿方法及其开采工程布置与矿体赋存状况，尤其是矿体厚度、倾角、稳固性、品位等密切相关。虽矿体赋存条件的复杂性特点决定了一座矿山不可能固定采用一种采矿方法，但从生产组织与管理角度出发，采矿方法也不能太多。本文通过技术、安全、经济多方面对比，确定白竹磷矿上层磷矿层（Ph3）采用预控顶小分段嗣后充填法，下层磷矿层（Ph1）采用伪倾斜进路充填法的方法。
关键词：采矿方法；初选；优选
1采矿方法选择主要影响因素
采矿应遵照安全、高效、环保的基本原则，但方法的选择受多种因素的影响，
矿床地质条件对采矿方法的选择起控制性作用，主要包括（1）矿石和围岩的物理力学性质，特别是矿石和围岩的稳固性。（2）矿体倾角和厚度；（3）矿体形状和矿石与围岩的接触情况；（4）矿石的品位和价值；（5）矿体中品位分布情况及围岩含矿情况；（6）矿体埋藏深度；（7）矿石氧化性、自燃性和结块性。此外，某些特殊要求可能是采矿方法选择的决定因素，如：（1）地表是否允许陷落，如地表有重要工程、水体及其它需要保护的因素，不允许陷落，则在采矿方法选择时应优先考虑能保护地表的采矿方法。（2）加工部门对矿石质量的特殊要求，如贫化率指标、矿石块度等。（3）若开采含放射性元素的矿石，则应采用通风效果好的采矿方法。
2开采技术条件简介
白竹矿区磷矿层呈层状、似层状产于陡山沱组第二段地层中（Z1d2），为沉积型磷块岩矿床，由二层磷矿层组成，从下盘至上盘分别是第一磷矿层Ph1和第三磷矿层Ph3，中间为夹层。磷矿层主要为白云质条带状磷矿岩，硬度系数9~11，为碎裂中～坚硬岩组，体重2.95t/m3，平均倾角12°~17°。从岩体调查结果可知，矿石稳固性较好，且Ph3磷矿层整体稳定性好于Ph1磷矿层；中间含磷钾硅质页岩夹层稳定性极差，遇水软化，易风化。
考虑到目前磷矿市场实际情况，矿石开采品位需保持在24%以上，才能保证矿山盈利。经与矿山现场人员沟通开拓建设揭露情况，并分析中化地质矿山总局湖北地质勘查院的《白竹矿区I矿段矿层沿走向柱状对比图》发现，当矿石开采品位控制在24%以上时，估算Ph1磷矿层平均厚度3.8m，Ph3磷矿层平均厚度9.92m，夹层厚度0~5.58。
前期岩体调查研究结果显示，整个开采区域水文地质条件简单，已施工巷道没有明显涌水现象，但节理/、层理发育，优势结构面倾向与磷矿层倾向一致，并伴有随机节理，对岩体稳定性影响较大，开采时应予以重视。
3采矿方法初选分析
考虑到磷矿层的实际赋存条件，虽有部分露头矿，但主要矿层埋藏于高陡山坡内，宜采用地下开采为宜。
目前地下开采方式主要有空场法、崩落法和充填法三大类采矿方法，考虑地表为高陡山坡，从保护生态环境出发，地表不允许塌陷，可首先排除崩落法。考虑到充填法在控制损失、贫化指标和保护地表环境中不可替代的优势，从矿山整体经济效益出发，应在关键区域或品位较高区域采用充填法，以达到降低安全风险和合理配矿需求，保证矿山整体出矿品位。
根据白竹矿区矿床开采技术条件条件和矿山实际情况，初选两种充填法方案：
方案一：采用预控顶小分段空场嗣后充填采矿法和伪倾斜进路充填采矿法分别回采上层Ph3磷矿层和下层Ph1磷矿层；
方案二：采用上向水平分层充填采矿法对上层Ph3磷矿层和下层Ph1磷矿层合采。
3.1 伪倾斜进路充填采矿法
1）方案特征。伪倾斜进路充填采矿法的基本特征是：沿矿体走向布置盘区，
盘区内布置伪倾斜进路，两步骤间隔回采方式（图5-1）。该方案工作面暴露面积小，安全性好，适用于下层Ph1磷矿层。
2）采准工程。采准工程主要包括：运输平巷、斜坡道、储矿横巷、储矿平巷和扒矿平巷等。
（1）运输平巷
在矿体顶、底板处交替布置上、下阶段运输平巷。
（2）斜坡道
在矿体中部布置1条斜坡道，连接Ph1磷矿层运输平巷和Ph3磷矿层上部凿岩联络平巷和下部出矿联络平巷，作为设备和人员进出通道，其坡度应满足无轨运行设备的爬坡能力要求。
（3）储矿横巷、储矿平巷、扒矿平巷
在Ph1磷矿层运输平巷侧布置1条相互连通的储矿横巷、储矿平巷和扒矿平巷作为铲装作业地点，储矿横巷和储矿平巷作为铲运机运输矿石通道和矿石暂存地点，扒矿平巷作为扒渣机和井下汽车临时停放地点。
图5-1 伪倾斜进路充填法方案图
3）回采。矿块内垂直矿体走向，伪倾斜布置进路，两步骤间隔回采方式，采用凿岩台车钻凿水平炮孔自下而上掘进形成进路采场，一步回采结束后胶结充填，形成人工矿柱，再进行二步回采非胶结充填或低标号胶结充填。
4）通风。采场爆破工作结束后，及时通风、清理顶帮松石。进路采场利用局扇将污风抽出，进入本中段运输平巷，再进入回风系统，排出地表。
5）出矿。每次爆破经充分通风排出炮烟后，利用铲运机将采场矿石经运输平巷、储矿横巷运搬至储矿平巷卸矿，再利用停放在扒矿平巷中的扒渣机将储矿平巷中的矿石运搬到矿用汽车上，经运输平巷将矿石最终运输至地表。
6）充填。回采结束后及时充填，尽可能缩短进路暴露时间。一步回采进行胶结充填，二步回采非胶结充填或低标号胶结充填。
3.2 预控顶小分段空场嗣后充填采矿法
1）方案特征。预控顶小分段空场嗣后充填采矿法的基本特征是：采场沿走向伪倾斜布置，间隔回采，一步回采矿房，胶结充填后回采二步矿柱进行非胶结充填或低强度充填。每个采场划分为两个分层，首先回采上分层（控顶层），采用措施加固顶板后，再在控顶层内钻凿下向中深孔回采下分层（回采层），两分层回采完毕后，进行充填。该方法标准采矿方法如图5-2所示。
2）采准工程。该采矿方法的采准工程主要包括：凿岩联络平巷、出矿联络平巷、分段联络道、卸矿硐室和溜井等。
（1）凿岩联络平巷
在上阶段Ph3矿层顶板布置凿岩联络平巷，自矿体倾向方向偏斜50°进行伪倾斜布置，以使其坡度小于10°，方便凿岩出矿设备运行。
（1）出矿联络平巷
在下阶段Ph3矿层底板布置出矿联络平巷，同样自矿体倾向方向偏斜50°进行伪倾斜布置，与凿岩联络道平行。
（2）分段联络道
通过分段联络道联络凿岩联络平巷和出矿联络平巷，分段联络道沿走向布置，坡度控制在10°以内。
（3）卸矿硐室
在分段联络道上靠近凿岩联络道位置布置一个卸矿硐室。
（4）溜井
在卸矿硐室内布置1条溜井，溜井底部通达Ph1储矿平巷。将矿石下放到下层Ph1磷矿层的储矿平巷内，利用其出矿系统出矿。
3）切割工程。该采矿方法的采准工程主要包括：凿岩硐室和切割立槽。
（1）凿岩硐室
在矿房顶部，自凿岩联络道沿矿体顶板掘进凿岩巷道，再沿矿房边界拉顶。形成拉开凿岩硐室，为回采钻凿下向孔做准备。
（2）切割立槽
在矿房出矿联络道一端，自凿岩硐室向下施工切割立井，并以此为自由面爆破形成切割立槽。
图5-2 预控顶小分段空场嗣后充填法方案图
4）回采。凿岩巷道可采用液压凿岩台车钻凿水平炮孔开掘，视矿岩稳固情况采用锚杆支护、喷浆支护或喷锚网支护方式加固顶板。回采层采用井下凿岩台车，钻凿下向中深孔，向切割槽方向侧向崩矿回采。
5）通风。采场爆破工作结束后，及时通风、清理顶帮松石。新鲜风流由出矿联络平巷进入采场，冲洗采场后，污风经凿岩联络平巷排出。
6）出矿。每次爆破经充分通风排出炮烟后，利用2m3铲运机在采场经出矿联络平巷，分段联络道铲装矿石，向溜井卸矿。
7）充填。回采结束后应尽快充填，尽可能缩短进路暴露时间。一步采场（矿柱）进行胶结充填，二步采场（矿房）非胶结充填或低标号胶结充填。
3.3 上向水平分层充填采矿法
1）方案特征。上向水平分层充填采矿法的基本特征是：沿走向布置矿块，将两层磷矿作为整体，同时自下而上两步骤间隔分层（水平分层或倾斜分层）回采并充填，一步回采矿房，胶结充填后回采二步矿柱并进行非胶结充填或低强度充填。为确保底柱资源回收，第一分层均采用胶结充填并布设钢筋网构筑高强度人工胶结底柱。
2）采场布置和结构参数。采场长度50m，采场宽度即为矿体水平厚度，并以矿体中部夹石层作为采场中部连续矿柱，下层磷矿层（Ph1）进路开采不留点柱，上层磷矿层（Ph3）留设规则点柱，采用方形矿柱5m×5m，矿柱中心距15m。阶段高度25m，底柱厚5m，分段高度9.9m，分层高度3.3m。
3）采准工程。该采矿方法的采准工程主要包括：脉外采准斜坡道、分段平巷、分层联络道、卸矿横巷、溜井、充填回风井、穿脉和装矿横巷等。
（1）脉外采准斜坡道
采用下盘脉外斜坡道采准方式，通过脉外斜坡道联络各分段平巷。
（2）分段平巷
分段平巷沿矿体走向布置，分段高10m。其位置应保证分层联络道坡度满足铲运机的爬坡能力要求，且与分层联络道之间保证6m以上的转弯半径，断面尺寸规格3.2m×3.2m。
（3）分层联络道
每分层采场均布置一条分层联络道连通采场和分段平巷。各分段下向分层联络道坡度取14%；上向分层联络道坡度取20%。分层联络道断面规格取3.2m×3.2m。
（4）卸矿横巷
分段平巷和溜井之间用卸矿横巷连通，断面尺寸规格3.2m×3.2m。
（5）溜井
在分段平巷上间隔约100m布置溜井。
（6）充填回风井
充填回风井沿矿体倾向布置于采场中央靠近上盘的矿体中，同时兼作采场安全出口。断面尺寸规格1.8m×1.8m。
（7）穿脉
自矿体下盘脉外运输大巷垂直于矿体掘进，抵达矿体上盘，断面尺寸规格3.2m×3.2m。
（8）装矿横巷
运输大巷和溜井出矿口之间用装矿横巷连通，装矿横巷与运输大巷保证6m以上的转弯半径，断面尺寸规格3.2m×3.2m。
4）切割工程。切割工作主要是拉底，自下向分层联络道布置一条拉底巷道（切割巷道）。以切割巷道为自由面用凿岩台车向两边扩帮，直至采场边界，形成拉底空间。
5）回采。在最下一分层拉底空间中钻凿上向炮孔崩矿，控顶高度5.5m，分层充填高度3.4m，余下部分作为上分层回采作业空间并提供爆破自由面。
6）通风。采场爆破工作结束后，及时通风、清理顶帮松石。新鲜风流由分层联络道进入采场，冲洗采场后，污风经充填回风井排出，每次爆破后通风时间不少于40min。
7）出矿。采用铲运机将崩落的矿石自采场经分层联络道，分段平巷卸入分段溜井，下方至装矿横巷，由汽车沿运输大巷运输至地表。
8）充填。采场因预留规则点柱，除最下一分层胶结充填外，上部分层可进行非胶结加胶面充填。充填滤水通过预先布设的脱滤水管导出采场。
4 采矿方法优选
1）技术方面
（1）方案一采用进路充填法和预控顶小分段空场嗣后充填法对Ph1 磷矿层和Ph3磷矿层进行分采，充分利用磷矿层缓倾斜特点，伪倾斜布置采场或采准工程，且采切工程均在矿体内布置，有利于提高回采率并降低贫化率，但该方案回采工艺相对复杂，管理难度较大。
（2）方案二采用上向水平分层充填法合采Ph1 磷矿层和Ph3磷矿层，虽然回采工艺简单，但矿体上三角和下三角区域矿石回收困难，同时采准工程布置在下盘围岩内，增加了大量废石掘进工程量，不利于控制采矿成本和贫损指标。
2）安全方面
（1）方案一中的伪倾斜进路充填法，工作面暴露面积小，安全性好；预控顶小分段空场嗣后充填法，虽然采场高度大，但因预先控顶支护，加之上层磷矿层（Ph3）顶板稳固性好，安全性有保证。
（3）方案二的上向水平分层充填法，空场暴露面积大，虽留设了点柱，但回采作业中点柱不仅影响设备通行，而且规格若达不到设计值，存在因点柱尺寸不够而引起安全事故的隐患。
3）经济方面
（1）从采矿成本来看，方案一综合采矿成本90.39元/t，而方案二综合采矿成本98.29元/t，按生产能力100万t/a计算，方案一较方案二年节约成本790 万元，故方案一优于方案二。
（2）从损失贫化指标来看，方案一综合损失率13.2%、贫化率4.7%，而方案二综合损失率27.3%、贫化率7.6%，方案一较方案二出矿品位提高0.69%，按生产能力100万t/a计算，减少废石混入2.9万t/a，可相应节约回采、运输和选矿成本约226万元，且回收率提高，延长了矿山服务年限，故方案一优于方案二。
（3）从生产能力来看，方案一综合生产能力可达442.5t/d，而方案二综合生产能力为287t/d，即达到100万t/a产能，方案一仅需布置7个矿块同时回采，而方案二需布置11个矿块同时回采，考虑到三级矿量平衡，方案一设置备采矿块3个，方案二需设置备采矿块6个，相应的人员和设备投入量将增加，亦影响矿石生产成本。
综上所述，从技术、经济及安全三方面对比分析，方案一明显优于方案二，故推荐采用方案一作为矿山充填法开采方案，即上层磷矿层（Ph3）采用预控顶小分段嗣后充填法，下层磷矿层（Ph1）采用伪倾斜进路充填法。
论文作者:田晓明
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/9/17
标签：平巷论文; 磷矿论文; 矿体论文; 进路论文; 方案论文; 矿石论文; 方法论文; 《基层建设》2018年第23期论文;