无底柱分段崩落法在羊耳山铁铜矿的应用

丁明福，周王贞

（1.安徽省铜陵县牛山矿业有限责任公司，安徽铜陵244151；2.江苏省南京明达矿业有限公司，南京210005）

无底柱分段崩落法在羊耳山铁铜矿的应用

丁明福1，周王贞2

（1.安徽省铜陵县牛山矿业有限责任公司，安徽铜陵244151；2.江苏省南京明达矿业有限公司，南京210005）

为提高开采效率，降低生产成本，增加矿山经济效益，在详细分析羊耳山铁铜矿矿体开采技术条件的基础上，采用无底柱分段崩落法作为其矿体开采的主要方法。详细论述了该采矿方法适用性、回采工艺参数及现场管理相关经验。通过实践证明，在羊耳山铁铜矿矿体开采中，无底柱分段崩落法在技术上是可行的，在经济上是合理的。

无底柱分段崩落法；赋存特征；结构参数；采矿工艺；经济效益

自20世纪60年代我国引入无底柱分段崩落法以来，因其开采强度大、机械化程度高、作业效率大、生产成本低、安全系数高、采矿方法简单、对矿体形态适应性强等优势，在我国金属矿山得到了大范围推广，尤其在铁矿山的应用更加广泛，我国70%的地下铁矿山采用无底柱分段崩落法采矿［1－3］。

无底柱分段崩落法一般是在地表允许陷落的前提下使用，在每个分段的下部布置出矿巷道，凿岩、爆破、松散覆盖岩层下出矿等工作均在回采巷道中进行［4］。国内外的专家、学者对该方法进行了大量的研究，尤其在崩落矿岩的移动规律、爆破参数、回采工艺、结构参数优化等方面［5］，取得了不少成果。这些成果应用于矿山开采中，为矿山企业带来了可观的经济效益。羊耳山铁铜矿为提高采矿效率和资源回收率，降低生产成本，根据矿山现状采用无底柱分段崩落法进行回采，取得了良好的效果。

1 矿山概述

铜陵羊耳山铁铜矿采用下盘竖井开拓法，通风方式为单翼对角式。羊耳山铁铜矿矿体为隐伏硅卡岩型矿床，矿体主要赋存于石炭系上统船山组及二叠系下统栖霞组和茅口组层位中。矿床由七个矿体组成，其中①号矿体为主矿体，呈层状，沿走向长400m，倾向最大延伸495m，最厚处46.87m。矿体走向49°，倾向319°，倾角30°～70°，往深部倾角变陡。矿体埋藏标高＋25～－250m，距地表深度80～350m。①号矿体赋存于石炭系上统船山组中，共分为三层，其顶、底板多为硅卡岩或硅卡岩化灰岩，局部为页岩。硅卡岩成分以透闪石、阳起石及黑柱石为主，含少量硅质及碳酸岩成分。

矿岩大部分稳固，巷道一般不需要支护，局部和近地表处节理发育，稳固性差，巷道需要支护，矿岩f＝6～10，均属中等稳固，能自行崩落。矿区自然排水条件较好，地下水富水性中等，补给条件一般，因此矿区为水文地质条件中等的矿床。

2 无底柱分段崩落法的回采试验

无底柱分段崩落法对矿体形态有良好的适应性，总体来说适用于急倾斜的厚矿体或缓倾斜、极厚、矿石中等以上稳固、回采巷道不需要大量支护、下盘围岩中等稳固以上的矿体。羊耳山铁铜矿属于倾斜—急倾斜厚大矿体，矿岩稳固性良好，因此采用无底柱分段崩落法具有明显的优势，为解决矿山采矿效率低下、降低生产成本提供了新途径。羊耳山铁铜矿无底柱分段崩落法采矿方案图见图1。

图1 无底柱分段崩落法方案图Fig.1 Plan diagram of sublevel caving without sill pillar

每个中段布置阶段运输平巷（如图1、2所示），根据工艺需要将阶段划分多个分段。每个分段之间的回采顺序是自上而下，爆破回采的矿石由溜井下放到本中段的阶段运输平巷，最后通过矿车等设备将矿石运走［6］。

为方便同分段设备的运行与人员的联系，在每个分段布置运输联络道（图1中6所示），并在分段运输联络道与设备井之间掘进联络道以方便设备、人员、材料进入采场。矿石回采是在回采巷道中进行，由联络道每隔一定距离掘进回采巷道，上下分段回采巷道的布置格局为菱形，交错布置。为了在回采爆破时提供自由面，需要开掘切割槽，切割槽的形成是在回采巷道的末端沿矿体走向掘进切割平巷，并在切割平巷中每隔回采巷道的间隔距离掘进切割天井［7－8］。回采时，采用凿岩台车在回采巷道中钻凿上向扇形孔，为了避免出矿和凿岩等工序之间的干扰，需要一次性钻凿完所有炮孔再进行爆破作业。爆破完成后，在回采巷道中使用装岩机将矿石运至附近溜井。由于无底柱分段崩落法的局限性，回采巷道的端部会被矿石封堵，为加强通风，改善工人劳作环境，需要在回采巷道中安设局扇。

2.1 结构参数与采准巷道布置

羊耳山铁铜矿无底柱分段崩落法采矿工艺将矿块沿走向布置，矿房长度为40m，宽度为矿体厚度。阶段高度的确定需要综合考虑，阶段高度愈大，其开拓和采准的工程量就会小，但设备井、溜井和通风井的长度也会增大，掘进难度增大。经研究分析确定阶段高度为50m，分段高度为10m。

阶段运输沿脉平巷、天井、溜井、设备井布置在下盘围岩中。沿矿体走向每200m布置设备天井和人行天井各一条。每分段在下盘沿走向布置一条运输联络巷道。天井和放矿溜井均与运输联络巷道相通。切割巷道沿上盘矿岩接触线布置，并每隔40 m掘进一条切割天井。

回采巷道间距对矿石的损失贫化及采准工作量有较大影响，根据充分回收矿石的要求，确定其间距为10m。回采巷道的断面尺寸取决于回采设备的尺寸，羊耳山铁铜矿采用东风－2型电动装岩机，回采巷道的尺寸设计为2.8m×3m，上下分段的回采巷道保持交错布置，使回采巷道间分布成菱形，以便将上分段回采巷道间的脊部残矿石尽量回收。而同一分段内的回采巷道平行布置。

溜井的间距主要根据装运设备的类型而定，羊耳山铁铜矿采用东风－2型电动装岩机，确定溜井的间距为40m。如果需要分级或者剔除矿石中夹石时可在适当位置增设溜井。

2.2 采准切割

为了在回采爆破时提供自由面以及爆破补偿空间，需要在回采巷道的末端开掘切割槽，羊耳山铁铜矿切割工作采用切割平巷和切割天井联合拉槽法，该拉槽法是在回采巷道的末端沿矿体上盘边界掘进切割平巷，并在切割平巷中每隔回采巷道的间隔距离掘进切割天井，以切割天井为自由面，两侧逐排爆破炮孔形成切割槽。这种拉槽法比较简单，切割槽质量容易保证。具体见图2。

图2 切割平巷和切割天井联合拉槽法Fig.2 Joint groove method by cutting roadway and cutting patio

2.3 回采工作

羊耳山铁铜矿回采由上向下按分段顺序进行，由上盘向下盘按步距退采。同时作业的分段3～5个，其中回采分段1～2个，凿岩分段1个，采准分段1～2个。每年同时生产的矿块数8～10个。

回采工作主要包括落矿、出矿、通风。

矿山凿岩采用CZZ－700型采矿钻车配YG－80和YGZ－90重型凿岩机钻凿上向扇形中深孔。为延迟上部废石细块提前渗入，炮孔扇面采用前倾布置，排面前倾80°；合适的边孔角以放矿漏斗边壁角为限，根据多年的工业试验探索，边孔角定为45°为宜。凿岩机钻头直径为51mm，最小抵抗线为1.5 m，孔底距等于最小抵抗线的1.0～1.2倍，每排9～10个炮孔，总孔深76～81m，平均孔深8.2m。

无底柱分段崩落法的工艺特点决定了其爆破补偿空间狭小的特性，属于挤压爆破的范畴。然而爆破块度对矿山企业的生产有着重要的影响，它与装运设备的效率以及二次破碎工作量有着紧密的关系。提高爆破效果的措施有多种，为了充分利用炮孔，提高爆破质量，可采用提高炮孔装药密度的方法，使用装药器是提高装药密度的有效措施［9］。羊耳山铁铜矿采用ANOL－150型气动装药器及抗静电聚乙烯输药管装药。装药时，在2＃岩石炸药中拌以2%的柴油，以减少返粉。每米炮孔崩矿量6.3～6.6t，每排炮孔崩矿量506t。炮孔装药密度0.93 g/cm3。每次爆破一排炮孔，用导爆索及导爆管起爆。

爆破完成后，在松散覆盖岩层下采用东风－2型电动装岩机将回采巷道端部的矿石运至溜井进行卸矿。每个矿块配备一台，平均运距40～60m，平均台班效率达90t左右。在出矿过程中要对出矿进行严格管理，以便获得较优的损失贫化指标。羊耳山铁铜矿的矿石损失贫化管理由地质人员、采矿队和出矿工人共同负责，当矿堆中废石的混入量占50%以上时，即停止出矿。

无底柱分段崩落法回采工作面为独头巷道，无法形成贯穿风流，风路复杂，风流调节困难。回采工作面据通风需要在适当地点设局扇和辅扇进行多级通风。新鲜风从入风井经石门、平巷、天井进入采场，污风由分段回采巷道经脉外回风井进入阶段回风平巷、石门，再从出风井排出。

2.4 覆盖层及地压管理

为了形成无底柱分段崩落法正常回采条件和防止围岩大量崩落而造成安全事故，必须将岩石层覆盖在崩落矿石层上［10］。羊耳山铁铜矿采用边回采边放顶，靠人工强制崩落围岩形成覆盖岩层，必要时还运用预留崩落矿石作为覆盖层的过渡手段，待顶板围岩崩落后或者开采结束时再放出覆盖矿石层。覆盖层厚度一般为15～20m。随着开采深度的增加，使大部分采区强制形成足够厚的废石覆盖层。

2.5 技术经济指标

羊耳山铁铜矿无底柱分段崩落法的主要技术经济指标见表1。

表1 主要技术经济指标表Table 1 Maintechnical－economic indicators

3 无底柱分段崩落法应用评价

羊耳山铁铜矿矿体由于走向不长，矿块布置数量有限，要达到年生产能力20万t，必须要采用高效率的采矿工艺。无底柱分段崩落法配备机械化设备为企业规模化发展创造了有利条件，机械化设备的应用使工人的劳动强度降低，矿山劳动生产率大幅提高，经济效益大幅提升。回采作业均在回采巷道内，暴露面积小，顶板稳定性好，安全系数高。

无底柱分段崩落法已经全面应用在羊耳山铁铜矿－50m路段生产作业过程中。经实践证明，无底柱分段崩落法的采矿工艺在羊耳山铁铜矿的应用技术上是可行的、经济上是合理的、安全上是有保障的。它的回采率为80%～85%，贫化率约为15%，单班矿块生产能力为180～250t，经济技术指标明显。

无底柱分段崩落法在回采中还应该注意几个问题：1）由于是独头作业，应加强通风管理，确保新鲜风量供给。2）若矿石不稳固，回采巷道维护困难，要注意回采安全崩距。3）倾角小和矿体薄，矿石损失贫化将增大，注意控制矿石的贫化损失。

［1］郭雷，熊靓辉 .无底柱分段崩落法现状及发展趋势［J］.中国矿山工程，2010（6）：44－48.

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［3］秦秀山，陈赞成，曹 辉 .无底柱分段崩落法在劳服铁矿的适用性分析［J］.有色金属（矿山部分），2013，65（4）：12－15.

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［6］胡 磊 .老窿残矿开采技术优化研究［D］.湘潭：湖南科技大学，2008.

［7］刘艳章，姜维，王其虎 .合理布置切割工程平衡采区三级矿量［J］.化工矿物与加工，2011，40（2）：31－34.

［8］毕永涛 .浅谈多种切割方法在小官庄铁矿北区采矿中的应用［J］.现代矿业，2009（7）：75－78.

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Application of sublevel caving without sill pillar in Yang’ershan Fe－Cu Mine

DING Mingfu1，ZHOU Wangzhen2
（1.Tongling Niushan Mining Co.，Ltd.，Anhui Province，Tongling Anhui 244151，China；2.Nanjing Mingda Mining Co.，Ltd.，Nanjing 210005，China）

In order to improve mining efficiency，reduce production costs and increase economic benefits，based on a detailed analysis of mining conditions in Yang’ershan Fe－Cu Mine，sublevel caving without sill pillar method is adopted as the main method.This paper discusses the applicability of this mining method，mining processing parameters and site management experience.Practice has proved that sublevel caving without sill pillar method used in Yang’ershan Fe－Cu Mine is technically feasible and economically reasonable.

sublevel caving without sill pillar；occurrence characteristics；structural parameters；mining technology；economic benefit

TD853.36

A

1671－4172（2015）05－0014－03

丁明福（1973－），男，工程师，采矿工程专业。

10.3969/j.issn.1671－4172.2015.05.004