无底柱分段崩落法在白云鄂博铁矿东矿的应用

周志刚 郝全明 牟英杰

(1.内蒙古科技大学矿业研究院;2.包钢集团矿山研究院)

无底柱分段崩落法是20世纪60年代从瑞典引进到国内的，在我国地下铁矿得到了广泛地应用。目前，在全国冶金重点地下铁矿中，按年产量计算，该方法采出的矿石量达80%以上。白云鄂博铁矿东矿已进入深部开采，截止2010年，最低标高为1 404 m水平，境界内可采矿量已经不多，经理论验证，采场按500万t/a的生产能力，矿山还可以稳产5 a左右，服务年限不超过10 a。因此，该矿即将转入地下开采，为使其生产能力保持稳定，根据国内大型露天转地下金属矿山的生产实践经验，结合东矿矿体的赋存状态，研究适合东矿地下开采的采矿方法是必要的。

1 东矿深部矿体概况

东矿采场露天坑1 230 m水平以下铁矿体赋存情况:矿体从西至东沿走向两端窄、中间宽，呈透镜状展布，共划出 4 层矿体，分别为Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#。区内最大铁矿体为Ⅰ#矿体，是主矿体的延深，经工程控制矿体规模较大，最大延深800 m(22线矿体);Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#矿体为隐伏矿体。Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#铁矿体产于向斜北翼，与围岩产状一致并与围岩为同步褶皱，Ⅳ#铁矿体产于向斜南翼。

2 无底柱分段崩落法的优势

无底柱分段崩落法具有基建采切工程量少，投资低，综合经济效益较好的特点。突出表现在以下几个方面［1］:

(1)没有底部结构，采场结构十分简单，回采和出矿工艺简单，易于掌握。

(2)采准布置简单，在竖向上各个分段从上往下回采，只要建成上部分段就可以投入生产，故基建工程量小。

(3)东矿深部矿体分支较多，夹层较多，无底柱分段崩落法能采用多种方式剔除夹石。比如，对厚度较大的夹石可以采用重新开切割槽或崩下不放出的方式剔除，对于厚度较小的夹石，可以在出矿过程中视品位情况将其剔除。

(4)东矿顶板为露天采场，岩石稳固，初期需要强制放顶，无底柱分段崩落法系分段回采，上下分段的下降距离不大，而且各矿块间也较容易实现均匀下降，因此要求的一次放顶量不大。

3 矿床开采顺序

(1)中段之间的开采。东矿深部矿床开采深度范围较大，主要集中在1 404～300 m水平，属于急倾斜厚大矿床。根据矿体的赋存特点和储量分布特点，将其中1 104 m水平的矿体划分为10个中段进行开采，中段高度105 m，为有轨电机车运输，1 230～1 404 m水平为露天采场挂帮矿，为首采区段，即地下开采的初期，规划矿石生产能力为150万t/a。

首采区段在1 230 m中段，布置有阶段运输巷道和阶段溜井，电机车有轨运输。1 230 m以上的矿石通过该中段运输巷道运出。

(2)分段之间的开采。根据矿床赋存特点，东矿深部矿床若采用无底柱分段崩落法工艺开采，中段高105 m，各中段划分为7分段进行回采作业，分段高度15 m，分段之间采用从上至下的顺序进行开采。

(3)分段内的回采。根据矿体沿走向和垂直走向的长度，各回采分段将矿体沿走向划分为两个条带，每个条带按照每6条进路划分为一个矿块作为独立的回采单元进行回采作业。因此，各回采分段内的回采顺序是在矿体下盘(北侧)开掘切割槽，向矿体上盘(南侧)方向退采，先采靠近下盘的条带后再采靠近上盘的条带，矿块之间的开采顺序则由西向东推进。

4 无底柱分段崩落法的应用

4.1 无底柱分段崩落法结构参数

4.1.1 地下矿山开采结构参数

目前世界采矿业发展方向是设备大型化、电动化、液压化、结构参数大型化，从而大幅度提高劳动生产率，降低生产成本。在国内已有部分矿山采用了加大分段高度和进路间距，如梅山铁矿采矿结构参数为15 m×20 m(分段高度×进路间距)、程潮铁矿为17.5 m×15 m、漓渚铁矿为24 m×10 m等，均取得了良好效果。

4.1.2 无底柱大间距结构理论

根据无底柱大间距结构理论以及试验数据，当分段高度为15 m，进路间距为15～20 m时，回贫指标变化平缓，说明此时无底柱结构参数较优，试验数据汇总见表1。

4.1.3 结构参数确定

结合国内矿山生产实际经验以及大间距试验数据结果，根据东矿矿体倾角陡、厚度较大(平均厚度103 m)赋存条件，推荐采矿结构参数为15 m×15 m(分段高度×进路间距)。

表1 无底柱大间距结构试验结果

矿体厚度大于15 m时，采矿进路垂直矿体走向布置，矿体厚度小于15 m时，采矿进路沿矿体走向布置。厚大矿体在矿体中间增设联络道，联络道间距为50 m，每6条进路为1个矿块，矿块平面尺寸为90 m×50 m，每个矿块布置1条矿石溜井。

采矿进路断面(宽 ×高)为4.0 m ×4.0 m，如果矿体稳固性允许，进路宽度可以更大一些，以获得较好的放矿效果。东矿无底柱分段崩落法见图1。

图1 无底柱分段崩落法采矿方法(单位:m)

4.2 回采进路联络巷、矿石溜井、通风天井的布置

①回采进路联络道布置在矿体中，联络道间距为50 m;②矿石溜井的布置考虑互为备用，工作面距相临矿石溜井的距离不超过200 m，以便在一条溜井有故障时，不影响生产;③矿石溜井布置在穿脉巷道的一侧，溜井直径为3 m，沿走向90 m，垂直走向100 m;④采场通风，在矿体端部布置回风天井，回风井直接与各分段联络道相通，构成通风回路。

4.3 矿块通风

新鲜风流经进风天井到各分段联络巷，各回采进路通风采用局扇送入。洗刷工作面的污风，经回风天井进入回风巷，最后经风井排出地表。

4.4 放矿管理

放矿方式分为截止品位放矿、低贫化放矿和无贫化放矿。

(1)截止品位放矿是无底柱分段崩落法最早采用的放矿管理方法，按照截止品位确定是否继续放矿，截止品位与矿石售价、提升、运输、选矿成本等相关。

(2)低贫化放矿方式。介于截止品位放矿和无贫化放矿之间最新提出的一种放矿方式。在无底柱分段崩落法中，随着矿石被放出，放出体不断扩大，废石漏斗不断下移，当放出体的顶点达到矿岩接触面的原始位置时，废石漏斗最低点恰好到达放出口，此时纯矿石放出量达到最大值。再继续放出，放出体伸入覆盖岩中，废石漏斗顶点被放出，成为破裂漏斗，废石漏斗一旦破裂就停止放矿(或见到废石漏斗为止)的放矿方式称为低贫化放矿方式［2］。可见，低贫化放矿方式时，随着开采分段的下降，由于上部未放出矿量的下移，下分段的矿石回收率进一步提高，即体现出无底柱分段崩落法“上面丢，下面拣”的特点，其总的回收指标明显改善。

(3)无贫化放矿是一个理想状态，它是以矿石作为覆盖层，生产中爆破多少矿就出多少矿，一直保持崩落矿石上面矿石覆盖层不变，从而达到生产过程中无贫化放矿，矿石覆盖层在最后分段回收。这种方式需要矿体产状具备倾角较陡的赋存条件和前期有较大的基建采准投入，采用矿石作为覆盖层。

对于东矿而言，推荐采取低贫化放矿方式的放矿管理方式，但当回采靠近矿体下盘时，若矿体倾角缓，则需要采取截止品位放矿管理，以避免靠近下盘矿石的永久性损失。

放矿管理是无底柱分段崩落法中的重要一环，直接影响到矿石回收指标，对矿山经济效益影响重大，因此，在生产中应加强对放矿管理方式的研究。

5 结论

白云鄂博铁矿东矿即将进入露采转地采，为了满足包钢集团公司对自产铁矿石的需求，东矿地下开采须达到一定的生产能力，所以，选择适合高效的采矿方法是必要的。无底柱分段崩落法以其采切工程量少、投资低、采场结构简单、回采和出矿工艺易于掌握，能采用多种方式剔除夹石等优点，被广泛应用于大型地下铁矿床的开采。但该采矿方法也存在如下问题:①矿石损失、贫化率相对较高;②由于东矿地下开采深度约1 000 m，需对深部地压及岩爆活动控制进行研究。

东矿露天转地下开采时，可以考虑采用无底柱分段崩落法作为采矿方法，但同时需考虑解决应用此种采矿所产生的技术问题。

［1］孙毅民，郭海龙.无底柱分段崩落法与大型无轨设备的应用实践［J］.采矿技术，2011(5):7-9.

［2］周宗红.夏甸金矿倾斜中厚矿体低贫损分段崩落法研究［D］.沈阳:东北大学，2006.