海南铁矿挂帮矿体诱导冒落法安全开采技术研究

王春贤+李海英+曾永春++张欢

摘 要：在露天转地下过渡期，海南铁矿的挂帮矿体与坑底矿分别用地下与露天同时开采，根据矿岩的稳定性以及与露天协同开采的要求，挂帮矿体实施了诱导冒落法高效开采方案，并解决了诱导工程的安全回采以及冒落矿石的合理回收等技术问题，取得了良好的实施效果。

关键词：挂帮矿 诱导冒落法 安全开采

中图分类号：TD8 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（b）-0056-02

海南铁矿属于沉积变质矿床，矿体似层状产出，向斜构造，轴部厚度较大，两翼变薄。矿石为赤铁富矿，顶底板围岩主要为白云岩、透辉石透闪石灰岩等，矿岩一般中等稳定到稳定，局部不稳定。矿体主要赋存标高在100～-100 m之间，原设计露天开采到0 m水平之后转入地下开采，后经优化，露天坑底向下延续开采到-76 m水平，由此增大了挂帮矿量，并延长了挂帮矿体地下开采与坑底矿体露天同时开采的时间，从而对挂帮矿安全开采提出了更高的要求。针对挂帮矿体条件以及与露天协同开采的要求，海南矿业股份有限公司与东北大学合作，研究出应用诱导冒落法开采挂帮矿的技术方案，同时研究了诱导工程的安全回采技术以及冒落矿石的合理回收技术，较好地解决了挂帮矿高效开采与露天地下同时生产的安全问题，取得了显著的技术经济效果。

1 诱导工程及其安全回采技术

海南铁矿的挂帮矿体赋存于+110 m之下，设计由0 m中段开采，采用无底柱分段崩落法，分段高度15 m、进路间距18 m，中段生产能力140万t/a。后经研究，改用诱导冒落开采方案，主体诱导冒落工程设置在60 m水平，其上矿岩利用60 m分段回采形成的连续采空区诱导冒落，冒落矿石在45 m与30 m分段回采时逐步放出，冒落岩石留于采场，为下面分段的回采需要形成覆盖岩层（图1）。

在图1所示的采场结构中，作为主体诱导工程的60 m分段，要求在回采过程中促使上部矿岩全部冒落，而且这些冒落的矿岩全部落入采空区内，以免影响露天采场的正常生产。为实现这一功能，60 m分段须满足如下三方面要求：其一、采空区跨度远大于上部矿岩的持续冒落跨度，以保障上部矿岩如期充分冒落；其二、回采进路的回采顺序，不仅要满足上部矿岩合理冒落顺序的要求，以避免在冒落过程中发生矿岩掺杂，而且要满足露天边坡岩移控制的要求，使采空区冒透地表时形成的塌陷坑，能够控制边坡岩移的方向，使四周岩移均指向塌陷坑内；其三、采空区的高度，需保证地表塌陷坑的体积足以容纳边坡岩移散体，保障移入塌陷坑内的岩移散体全部存留于塌陷坑内，而不向露天采场滑落。

60 m分段采准工程的布置形式如图2所示，为便于形成合理采空区形状，沿露天边坡方向布置回采进路，并将切割巷道布置在矿体的中部。该分段的回采跨度约125 m，根据现场实测的矿岩力学参数分析计算得出，上部矿岩的持续冒落跨度约为40～60 m[1]。可见回采跨度远大于上覆矿岩的持续冒落跨度，由此保证上覆矿岩可充分冒落。

在图2中，利用回采跨度大的有利条件，可以在较大的范围内选择首采部位，为保证上部矿岩合理冒落与控制岩移方向，经过研究确定，首先回采5#～7#进路，采用从切割巷道向两侧退采的回采顺序，以使采空区快速达到持续冒落跨度。

根据图1几何关系计算得出，图2诱导工程的合理崩矿高度（从巷道底板算起）为19 m。同时由现场爆破漏斗试验得出，爆破矿石的合理炸药单耗为0.34 kg/t。取炮排间距1.8 m，利用SimbaH1254型液压凿岩台车钻凿Φ85 mm的炮孔，每排布置8个炮孔。

回采诱导工程的主要目的是安全诱导上覆矿岩自然冒落，为下分段高强度开采创造条件。为加快回采速度与保障回采安全，采取了两项措施，一是从切割巷两侧同时退采，二是限制每一步距的出矿量。取崩矿步距1.8 m，每次爆破一排炮孔，采用斗容4.0 m3电动铲运机出矿，起初每一步距出矿到端部口微敞空为止，至上部矿岩大量冒落使端部口出不空后，按崩矿量控制每一步距的放出量。

+60 m分段于2014年5月开始回采，截止2014年6月底，回采跨度已经达到30 m，超过了上覆矿石的临界冒落跨度，采空区中部顶板矿石发生了自然冒落，从进路端部口的流动状态可以看出，冒落矿石的流动性较好。在此条件下，为减少围岩崩落量和加快上覆矿岩的冒落速度，进一步调整了诱导工程的回采方式与回采顺序，将切割槽南部矿体中出露的一条横贯东西方向、厚度10～12 m的夹层，留于采场不进行回采。本着经济、可靠与高效开采的原则，采取不崩落该夹层、另开切割槽回采后面矿体的技术措施，由此形成以该夹层为界的南北两个采区。南侧采区的跨度较小，上覆矿岩利用+60 m与45 m两个分段的回采空区诱导冒落；北侧采区的跨度大，按均匀扩展等价圆面积的方式[1]，按四个区依次扩展采空区，如图3所示。其中1区为诱导矿石持续冒落区，2区为诱导上覆岩层冒落区，3区为诱导上覆岩层持续冒落区，4区为强化诱导区。在1区回采完成后，方能进入2区回采，依此类推。根据矿岩持续冒落跨度值推测，在3区回采后，采空区的冒落高度即可通达地表。

2 冒落矿量的接收技术

诱导冒落的矿石，需要在其下分段的回采过程中加以回收。在图1采场结构中，在+60 m分段诱导工程的下部，布置了45 m、30 m与15 m三个接收分段，其中45 m分段主要接收北侧较大采区的诱导冒落矿量；30 m分段主要接收南侧较小采区的诱导冒落矿量。一般诱导工程采出的矿石量不足正常回采进路的1/3，而主要接收分段的采出矿石量，一般超过崩矿量的几倍。由于矿石层高度大，主要接收分段为高强度回采分段。为增大基建矿山的前期生产能力，需要尽可能提前回采主要接收分段。在海南铁矿条件下，45 m分段南侧采区可滞后60 m分段5～8个步距开始回采，北侧采区在上部矿石充分冒落之后便可投入回采。

海南铁矿挂帮矿量的开采条件见图4，不同步距诱导冒落的矿石层高度差异很大，此时主要接收分段（45 m与30 m分段）的放矿管理方法，可根据冒落矿石的流动性而灵活调整。如果冒落矿石的大块含量较大、流动性较差，主要接收分段应采取削高峰放矿，即每一步距均按上方冒落矿石层的高度控制步距放矿量，以保持矿岩接触面均缓慢下降。如果冒落矿石的流动性较好，则可放宽对步距出矿量的限制，对其下有接收条件的出矿步距，出矿到在端部口见覆盖层废石为止；对其下没有接收条件的出矿步距，一直放矿到截止品位。endprint