分段凿岩阶段矿房法底部结构的改良

杨 龙

（承德龙兴矿业工程设计有限公司,河北 承德 067000）

0 引言

承德某铁矿原来以开采小矿脉居多，大部分采用平底结构浅孔留矿法。目前该矿深部探明倾斜厚矿体，采用留矿方式回采厚矿体开采时，出矿能力小，效率低。对于本矿山赋存于中等稳固以上围岩之中的倾斜厚矿体，常用的采矿方法有分段凿岩分段出矿和分段凿岩阶段矿房法，上述方法传统上多采用底部漏斗结构出矿；但随着近年无轨设备应用的普及，如何改良底部结构以利于铲运机出矿成为该矿思考的问题。

1 承德某铁矿采矿方法改良需求的原因

1.1 承德某铁矿矿体赋存状态

承德某铁矿矿体赋存于太古界双山子群茨榆山组角闪斜长片麻岩中，矿石主要成分以磁铁矿、石英为主，含少量长石及角闪石、黑云母、绿泥石等。矿石呈细-中粒粒状变晶结构，条纹状或细条带状构造。矿石矿物成分主要为磁铁矿，少量褐铁矿和假象赤铁矿；脉石矿物以石英为主，少量的斜长石、绿泥石、角闪石、黑云母等。矿区内磁铁石英岩矿体围岩均为角闪斜长片麻岩。矿体与围岩界限清晰，开采时易于分离。矿体产状：倾向NW，倾角80°～84°，厚度10m～25m。

1.2 采矿方法现状

由于矿山浅部以小矿脉开采居多，以前采用平底结构浅孔留矿法。多年来，技术人员接触的也是这种方法。留矿法要求必须留矿石于矿房内，以供作业人员凿岩爆破，一般采用浅孔落矿。留矿法矿块有效出矿时间受到限制。很明显在厚矿体开采时，这种方法的凿岩和出矿效率低下，出矿能力小。目前，矿山考虑赋存矿体的优越条件，力求扩大生产能力，但扩能的主要问题是如何让工人和技术人员从传统的浅孔留矿工艺转化为分段凿岩阶段矿房法工艺。矿山从提高出矿的效率出发，研究将浅孔改为中深孔，同时保留以往的平底出矿方式。

根据矿山实际情况和矿体赋存特征，本次向矿方推荐采用分段凿岩阶段矿房法，将该方法的底部结构进行改良，以适应无轨设备的应用。

2 分段凿岩阶段矿房法

2.1 传统典型的采矿方式

分段凿岩阶段矿房法是将矿块划分成矿房和矿柱。本方法适用于矿石和围岩均稳固的急倾斜厚矿体，矿体的几何形状较规整，以防引起很大的矿石损失和贫化。目前阶段高度多为50～60m，沿走向布置为20～50m，宽为矿体的水平厚度；垂直走向布置的矿房宽度为10～25m，长度为矿体的厚度，间柱宽度10～15m，顶柱厚度为6～8m。底柱高度：当用漏斗直接出矿时，一般为5～8m；用电耙漏斗结构出矿时，为8～13m。

2.2 平底结构的采矿方式

本次研究方案是在传统矿块结构布置上，对底部结构进行变更和改进，其目的是适应于铲运机出矿。将传统的底部漏斗结构改成平底结构；矿块底部不形成漏斗而形成平底堑沟，铲运机可直接出矿。

2.2.1 矿块布置

倾斜中厚矿体（4～10m）开采时，矿块沿走向布置；厚矿体（10～25m）开采时，矿块垂直走向布置。

2.2.2 构成要素

阶段矿房法的矿块结构要素取决于矿岩的稳固性，地压大小和使用设备性能。阶段高度为45m，沿走向布置长为50m，宽为矿体的水平厚度，间柱宽度8m，顶柱厚度为5m。

2.2.3 采准切割

（1）采切布置方式（图1 矿房沿走向布置的分段凿岩阶段矿房法）。矿块为垂直深孔落矿方式，阶段运输巷布置于脉外，靠近矿体下盘掘进运输平巷，每隔一定间距布置装矿进路，位于矿体中央位置每隔一定垂直距离布置分段凿岩巷道。同时，底部掘进切割巷道，以便形成“V”型受矿堑沟；矿房中央布置切割天井，以形成切割槽。

（2）采准工作。采准工作主要包括下盘运输平巷、装矿进路、分段凿岩巷道、人行通风天井。

1）下盘运输平巷。下盘运输平巷是无轨铲运机出矿的主要通道，根据2m3型号铲运机的基本外形尺寸，设计此平巷的断面3.5×3.2m；同时，为保证铲运机有充足的装矿空间，该平巷距矿体下边界保持8m的距离。

2）装矿进路。装矿进路与下盘运输平巷斜交，交角50～55°，进路间距10～12m，曲率半径6～8m左右。

3）分段凿岩巷道。分段凿岩巷道布置在各分段水平的矿体中央位置，断面尺寸2.8m×2.8m。

4）人行通风天井。人行通风天井沿矿体倾向布置在矿房两侧的间柱内，连通中段的回风联络道及回风主巷，供人员设备通行，构成完整的回风系统，断面尺寸2.0m×2.0m。

（3）切割工作。矿块沿走向布置时，切割工程包括切割槽及“V”型受矿堑沟的形成。先在矿房中央位置掘进切割天井，在每个分段水平掘进切槽平巷，于切割天井下侧先开切槽平巷，由切槽平巷围绕切割天井开环形进路。

矿块垂直走向布置时，采切方式类似，切割天井位于矿体上盘边界。由于矿体太宽，底部无法形成堑沟而形成平底结构。

2.2.4 回采

（1）回采顺序。阶段矿房法是逐个阶段下向回采，沿走向均衡推进。先采矿房，后采矿柱。

（2）深孔凿岩与爆破。国内大多使用YGZ90型凿岩设备，钻孔110～130mm，使用中深孔爆破。

（3）通风。矿房回采时，应保证分段凿岩巷道与装矿横巷内风流畅通。新鲜风流由中段运输巷道、装矿进路及矿房一侧的人行通风天井进入空区及分段凿岩巷道内，清洗采场后，污风经矿房另一侧的人行通风天井到达中段回风巷。每次爆破后至少通风40min后，人员方可进行作业。

（4）出矿。崩落的矿石借助自重落入采场底部“V”型受矿堑沟，铲运机在装矿进路内出矿。

2.3 采矿方法的安全技术对策措施

矿体开采厚度＜8m，矿块沿走向布置时，矿房底部为“V”型受矿堑沟，铲运机无需进入采场，工人不会暴露于采空区以下作业。但当矿体厚度＞8m、矿块垂直走向布置时（图2 矿房垂直走向布置的分段凿岩阶段矿房法），底部形成平底结构，矿房划分3个10m高小分段崩矿，下部分段可适当滞后上部分段，以掩护铲运机装矿。当回采宽度＞5m后，崩落矿石上方空区大，将部分矿石暂留在底部以形成至少5m的垫层， 铲运机在下部分段和垫层的掩护下作业。当下部分段退采完毕时，矿石放空约1/2，此后需暂留矿石在空场内，铲运机在下盘进路于矿房交界处铲运矿石。

在矿石回采后期，由于工人和司机不能暴露于空场下作业，为可保证驾驶员的安全和矿石的回收率，暂留矿房底部的矿石需要借助遥控铲运机进入采场作业。目前，国内不少矿山已经成功应用遥控铲运机在空场下作业，矿山可参考丰山铜矿和板庙子金英金矿的遥控铲运机采购和应用情况。

3 结论

本次采矿方法的改进工艺位于底部结构，改进方式是依据以往矿山技术人员接触的平底留矿方式和铲运机出矿的技术水平，对爆破方式进行改进，将爆破方式由浅孔改为中深孔。故，改良后的分段凿岩阶段矿房法为中深孔落矿和平底结构出矿，企业只需新购置YGZ90型凿岩机和遥控铲运机，采用改良后的方法可提高凿岩和出矿的效率，降低工人劳动强度，也为矿山今后扩大生产能力提供支撑。

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