云南斗南锰矿白姑缓倾斜矿体采矿法优化

任保光

(云南文山斗南锰业股份有限公司，云南砚山 663101)

0 前言

云南斗南锰矿白姑矿段为一缓倾斜薄矿体，直接顶底板多由泥岩、粉砂岩和含锰灰岩组成。泥岩遇水易软化，强度降低。顶板受构造影响稳固程度不一。根据顶板稳固和矿石厚度情况，开展“斗南锰矿采矿方法与地压活动规律的研究”和“斗南锰矿缓倾斜多层矿体开采方法工艺的研究”。在白姑矿段的采矿方法为：杆柱房柱采矿法(用于回采矿厚大于2.0 m的矿体)、普通房柱采矿法(用于回采矿厚为2.0～1.2 m的矿体)、破底(顶)房柱采矿法(用于回采矿厚为1.2～0.5 m的矿体)、削壁充填采矿法(用于回采矿厚小于0.5 m的极薄矿体)[1-2]。由于受工程地质条件和水文地质条件以及矿体赋存条件影响，采用不同的采矿方法，各自显现的地压活动不同，从而影响到作业人员安全和矿石回采率。为了安全、高效地利用好矿产资源，经过近几年对采矿方法优化，对于顶底板、倾角、矿石厚度、断层、裂隙变化大的矿块，采用向下分层采矿法效果较好。

1 矿区地质概况

白姑矿区位于云南省文山州砚山县境内，斗南向斜北翼东端，为一单斜构造。矿层自上而下有V10、V9、V8、V7b、V7a、V6等层位，主要呈层状，似层状、透镜状。矿体走向北 50(°)～70(°)东，向南东倾斜，倾角 14(°)～39(°)，一般为 25(°)，最大 45(°)，最小7(°)，为一海相沉积锰矿床。矿石类型以褐锰矿和碳酸锰为主，属低硫、低磷，低铁、易选的优质富锰矿。矿区为缓倾斜薄矿体，矿体顶底板围岩多由泥岩、粉砂岩和含锰灰岩组成，泥岩遇水软化，强度变低。矿层厚度变化较大，矿层厚度为0.3～2.98 m，平均1.23 m。

矿体顶、底板岩性：矿体直接顶为0.1～0.2 m厚的一层破碎软岩，随回采而脱落，这一层为矿石开采贫化的主要来源；此层之上除局部有0.1～0.2 m厚的灰岩产出外(该层质地性脆，暴露面积过大会发生离层冒落)，其余全部为泥质粉砂岩，厚度一般为0.2～0.4 m，除断层影响外，整体性较好。矿层底板岩性为粉砂岩、泥质粉砂岩，岩性松软，电耙出矿极易将其混入矿石采出，造成矿石贫化。

采场中除大的构造外，节理裂隙也较发育，主要有NW向段裂和NE小皱，对采场顶板稳定影响极大。

2 白姑缓倾斜矿体采矿方法

根据顶板稳固、矿石厚度情况分别采用：杆柱房柱采矿法(用于回采矿厚大于2.0 m的矿体)、普通房柱采矿法(用于回采矿厚为2.0～1.2 m的矿体)、破底(顶)房柱采矿法(用于回采矿厚为1.2～0.5 m的矿体)[1-2]。经过几年的生产实践，房柱采矿法在白姑矿区缓倾斜矿体中普遍应用，采矿各项指标都能够达到或超过设计指标；但对于部分由于倾角、顶底板、矿石厚度、断层、裂隙变化较大的矿块，采用房柱法采矿会存在一些安全问题。

1)存在走向断层的矿体，如果走向断层破碎带较宽、不稳或矿石错距大于1 m，围岩稳定性差时，每条切割上山均要穿过走向断层，脉外切割工程量大，脉外切割的废石将导致采矿贫化率升高，降低出矿品位，增加原矿和选矿成本。且每条切割上山的断层处均要进行架箱支护，加大了支护量，降低了作业效率，而且支护过程中较为危险。

2)对于V 8、V 9两层矿同时回采的矿体(矿石+夹层在3～6 m厚)，采高较高。每个矿房控制的矿石量大，回采时间长(一般从打切割上山到回采结束都在25天左右)。因采高较高，在打切割上山和回采过程中，难发现浮石险兆，或浮石难于清理彻底，容易发生片帮和顶板脱落，给作业人员带来安全隐患[3]。再就是因为采高高，采空区垮落的废石量大，垮落的废石对下部采矿影响大，每个矿房内必须在每个回采步距结束后及时采用安全棚对上部的空区进行封闭，如果封闭不及时或安全棚不稳固，将会导致下部矿石损失或给下部的回采带来安全隐患；而且制作安全棚坑木用得多，危险性大，安全棚又易损坏。

3) 当矿体倾角大于 30(°)、小于 45(°)，已接近矿石的自然安息角，回采爆破下的矿石和上部采空区的矿柱或者废石跨落后会自然滚落，易破坏切割上山及运输平巷内的设备及管道线路。人员上下和在下部作业的人员，易受到滚石伤害，给安全生产够成较大的威胁。特别是顶板稳固性较差的矿块，使用房柱法回采时，在第一步距退下回采第二步距以后，地压显现时，直接顶板与老顶脱离跨落。由于直接顶板与老顶在2 m以上。如果安全棚封闭不及时或安全棚不稳固，跨落的岩石轻易就会把安全棚冲毁，岩石滚落到下步距，影响到下步距矿房的矿石回采，更容易伤及在下部工作的人员。因倾角大，在用电耙耙运矿石时大块矿石滚落速度快，操作电耙的人员难于避让，安全得不到保障。

4)次生断层多、节理裂隙较发育，且走向与切割上山相向，顶板稳固性差的矿块。用房柱法采矿，顶板极易冒落，安全得不到保障，而且回采率较低。

因以上类型矿块采用房柱法采矿存在问题，且作业人员作业时的安全系数低。为提高这部分矿块在采矿作业中的安全性、改善技术经济指标。经过采矿方法优化，对存在以上情况的矿块采用向下分层采矿法，效果较好。

3 下向分层采矿法

矿块走向长为45 m左右，在运输平巷内远离矿块采空区的一侧同时开两条切割上山，并把两条上山沿矿体倾向方向间隔8～15 m相互穿通作为联络通道，靠备采矿块的一条作为专门的人行井，另外一条作为专门的出矿井，就具备了出矿与人行的分开。上山打到距上中段采空区6～8 m时。以倾向方向间隔6～8 m的距离同时向相邻的采空区布置分层拉底，并在拉底内5～8 m处布置切割上山，同时向上掘进至上中段后回采。分层回采顺序为自上而下，分层拉底内回采顺序由下向上推进；分层拉底回采同时回采上一分层的预留矿柱；根据回采进度，上下分层可以错开回采，在回采上一分层时，下一分层可以布置拉底。每个分层回采结束，在出矿上山和上一分层预留的上山内设安全棚，防止上部空区垮落的废渣影响下分层的回采。

1)对于存在走向断层且断层破碎带较宽、不稳固或矿石错距较大的矿块，因为只布置两条上山，回采时不需穿过断层，穿断层的次数减少，支护量减少，所以支护过程中带来的安全问题也相应减少；采用房柱法多次穿断层导致的贫化率升高的问题得到改善；分层拉底可以根据上一采场和出矿、人行上山揭露的断层情况及时调整拉底位置和方向，断层面附近的矿石可以得到较好的回采，且作业人员的安全性得到改善。

2)对于采高较高的矿块，因为分层拉底间的距离仅为6～8 m，回采时间缩短，回采过程中发生的片帮减少；需要的安全棚数量减少，所以安全棚的制作、安装及安全棚封闭效果所引发的安全问题也相应减少。

3) 对于矿体倾角在 30(°)～45(°)间的矿体，由于沿倾向方向只需布置两条上山，回采时要安设的安全棚就减少很多，因上部空区封闭不及时或安全棚不稳固，导致下部矿石损失或给下部回采带来的安全隐患相应减少；因矿体倾角较大、分层拉底间隔仅为6～8 m，一般情况下在分层拉底内均不需再沿倾斜方向布设电耙耙矿，采用房柱法每个矿房均面临的上山内耙矿变为一个采场只需在一条出矿上山里耙矿，其余的矿石耙运均改变为水平拉底内的耙运，由上山耙矿带来的上山倾角变化大、视线不好、易发生滚石伤人等问题得以解决；作业人员大部分时间是在水平的分层拉底内作业，和房柱法相比作业环境和安全性得到改善；分层拉底一般布置在矿体倾角发生变化的地方，便于回采时根据不同的倾角采取不同的回采及支护措施，更有利于提高回采率。

4)对于次生断层多、节理裂隙较发育，且走向与切割上山相向，顶板稳固性差的矿块。采用向下分层采矿法，避免了切割上山与断层、节理、裂隙同相，能有效选择留矿柱位置，大大降低了作业人员的安全和支护量，有效提高了回采率。

因为向下分层采矿法在上述几种采场条件下的使用效果较好，得到了认可和推广。

4 存在的问题及解决方法

1)为防止上分层采空区垮落的废渣冲入下分层，保证下分层回采时的安全，分层间需留设1.5～2 m厚的矿石顶柱，仅允许局部小面积穿通上分层，作为确认上分层位置之用，在回采过程中对上分层拉底的标定应准确无误，在距离上分层3 m左右时应减少炸药量，必要时可布置超前孔，防止因爆破震动导致上分层废渣冲入作业面。由于分层拉底间留设的矿石顶柱增多影响到采矿回采率的提高，但可以根据顶板的稳固情况，采取放小炮(松动爆破)快速回采部分矿柱。但必须监护到位，由经验丰富，反应速度快的老工回采。

2)回采至下部分层(一般为第3、4分层)时，上一分层预留的安全通道由于压力显现，开始出现片帮，上部的空区也开始垮落，这时安全棚的架设必须保证牢固，并注意架设安全棚时的作业安全，同时加强上山内的支护及浮石的清理。为减少作业人员在新增空区内作业的时间，可以采用中孔一次崩落分层间矿石的方式，在多回收顶柱的同时可以降低作业过程的安全风险，但受矿石倾角及采场顶板的限制和爆破技术的影响较大，只能用于矿石倾角大于30(°)的矿块。

3)因采场矿石搬运环节增多，出矿效率不高，因只使用一条上山作为整个采场的出矿上山，所有的矿石均需电耙耙运至出矿上山内，为防止大块矿石滚落至运输巷道内，又必须将出矿上山和大巷内的出矿口错开布置，因此导致耙运环节增加，加上分层内矿石为水平耙运，导致耙矿效率较低。

4)由于分层内矿石耙运和出矿上山与装矿上山转耙运段都是平巷耙运，平巷内容易积水。耙运过程中，部分矿石和废渣变为泥浆顺水冲入运输大巷，影响到运输大巷的文明生产。可从运输平巷打一条拉底再连通至出矿拉底，专作泄水用，泥浆可以在泄水拉底内沉积，解决泥浆水冲入大巷的现象。

几年的实践证明：对斗南矿区普遍存在的走向断层发育、采高较大、倾角变化大、次生断层多、节理裂隙较发育、顶板稳固性差的缓倾斜矿体，采用向下分层采矿法，可有效提高采矿作业的安全性，并对采矿指标的改善起积极作用。

[1]马鞍山矿山研究院，文山州斗南锰矿.斗南锰矿采矿方法与地压活动规律的研究[R].文山：文山州斗南锰矿，1991.

[2]马鞍山矿山研究院，文山州斗南锰矿.斗南锰矿缓倾斜多层矿体开采方法工艺研究[R].文山：文山州斗南锰矿，1991.

[3]斗南锰业股份有限公司安全生产委员会.云南文山斗南锰业股份有限公司典型事故案例汇编(1989-2003)[C].文山：斗南锰业股份有限公司，2003.