某缓倾斜磷矿采矿方法优化研究

宋 华，刘 敏

(北京博鼎诚工程设计有限公司涿州分公司， 河北 涿州市 072750)

0 引 言

该磷矿为地下开采矿山，年产量90万t/a，生产初期采用电耙出矿房柱采矿法。据国土资源部发布的《矿产资源节约与综合利用鼓励、限制和淘汰技术目录》(国土资发[2014]176号)规定，普通电耙因其能耗高、效率低、电耙道容易损坏、维修难等缺点，大中型矿山主矿体采矿限制使用普通电耙出矿[1]。为使矿山生产符合国土资源部规定，淘汰限制类设备，提高生产效率，需对采矿方法进行优化，将电耙出矿改为其他出矿方式。

该磷矿矿体倾角为12°～30°，属缓倾斜矿体，由于该倾角超出设备爬坡极限，同时崩落后的矿石无法自溜至运输巷，除电耙出矿外，国内外矿山出矿方案不多[2]。经不同采矿方法综合及改进，确定使用分段房柱采矿法，该采矿方法能够很好的适应矿体赋存条件，提高矿块生产能力，对提高矿山经济效益具有重要意义[2-5]。

1 矿山概况

该磷矿位于四川省凉山彝族自治州，属沉积型磷块岩。磷矿体工程控制走向长度为4000 m，矿体产状倾向为270°～300°，倾角为12°～30°，平均厚度为10.01 m，平均品位(含P2O5)为21.49%。磷矿体赋存于寒武系下统麦地坪组地层中，呈层状产出，其顶板岩石为中厚层状含磷白云岩，岩层完整，岩石坚硬，稳固性较好，单轴极限抗压强度为124～134 MPa，抗剪强度为29 MPa；底板为薄层状的含磷白云质及硅质白云岩，层间结构良好，干岩石的抗压强度为134 MPa，湿岩石为43 MPa，干岩石抗剪强度为29 MPa，湿岩石为28 MPa。

矿山建设规模为90万t/a，采用连续工作制，年工作日300 d，日工作3班，每班工作8 h。

2 采矿方法优化研究

2.1 原采矿方法

矿山原采矿方法为房柱采矿法，该采矿方法较为成熟，应用广泛[6]。

(1) 矿块构成要素。矿块沿矿体走向布置，矿块走向长70 m，斜长60 m，中段高度为25 m。矿块间留设4 m宽连续间柱，顶、底柱宽度均为4 m，矿房内留设4 m×5 m的点柱。

(2) 采准、切割工程布置。采准工程为脉内运输平巷、电耙硐室。脉内运输平巷沿矿体走向布置于脉内，规格为2.6 m×3.27 m；电耙硐室位于脉内运输平巷下部矿柱内，规格为2.5 m×2.5 m×2 m。

切割工程为脉内切割上山和拉底平巷。切割上山沿矿体倾向布置，沿矿房中心线掘进，施工时从下往上掘进，规格为2.5 m×2.5 m。拉底平巷位于矿房下部，规格为2.5 m×2.5 m。

(3) 回采工艺。矿块回采时先采拉底层，再回采上部矿体；矿房在矿体倾斜方向沿切割上山自下而上回采。

回采拉底层时用YT-27凿岩机钻凿垂直于工作面的平行炮孔，炮孔平行排列，直径为38 mm；采用普通硝酸铵炸药，人工装药，导爆管雷管一次起爆。回采上部矿层时采用YG80凿岩机钻凿孔径65 mm，网度为(1.3～1.5)m×(1.3～1.5)m的上向炮孔；采用铵油炸药，装药机装药，导爆管雷管一次起爆。

采下的矿石使用30 kW电耙出矿，由电耙耙至放矿口，溜放到中段运输平巷内装入矿车。

2.2 优化后采矿方法

矿块内巷道工程若沿矿体倾向布置，超出凿岩及出矿设备爬坡极限能力，且矿体倾角小于矿石自然安息角，爆破后矿石不能抛掷到中段运输巷，工程沿矿体倾向布置方案不可行。经综合房柱法、分段空场法等多种采矿方法，设计将房柱法在倾向方向分段，分段巷沿矿体走向布置，斜坡道脉内伪倾斜布置，有效解决设备进出及矿石运输等问题，减少建设工程量，缩短矿块准备周期[7-8]。优化后的分段房柱采矿法见图1。

图1分段房柱法矿块布置

(1) 矿块构成要素。矿块沿矿体走向伪倾斜布置，矿块走向长为180 m，斜长为60 m，中段高度为25 m。共分4个分段，分段沿矿体倾向斜长为14 m。矿块间留设8 m宽连续间柱，顶、底柱各宽4 m，矿块内留设3排12列4 m×5 m的点柱，矿房宽9 m。

(2) 采准、切割工程布置。采准工程为分段运输平巷和斜坡道。分段运输平巷沿矿体走向布置，三心拱断面为3.0 m×3.1 m；斜坡道布置在间柱内，采用伪倾斜布置，坡度为12°左右，联络中段运输平巷与分段运输平巷。

切割工程为拉底工程及切割天井。拉底工程在分段运输平巷内采用浅孔凿岩机沿矿体倾向钻凿浅孔，炮孔直径Φ40 mm，浅孔爆破，采出矿层下部2.8 m高的矿体，形成拉底层；在拉底层端部，利用中深孔凿岩机钻凿上向中深孔，爆破形成切割天井，尺寸为2.5 m×2 m，为后续中深孔爆破回采提供爆破补偿空间。

采准、切割工程出矿采用2 m3柴油铲运机，运至中段溜井。

(3) 回采工艺。矿房内从上至下逐分段沿矿体走向方向后退式回采，采用集中凿岩、集中出矿方式，凿岩和出矿在不同的矿块(或分段)中进行。

回采时采用中深孔凿岩机钻凿上向垂直中深孔，炮孔直径Φ65 mm，炮孔采用梅花形排列，孔间距1.5～1.8 m，排距1.8 m[9]。

采准切割采用浅孔爆破，一般采用普通卷状硝铵岩石炸药，遇水较大的矿块采用乳化炸药。回采采用中深孔爆破，采用粉状硝铵岩石炸药，装药器装药，导爆管雷管一次起爆[10]。

落矿从切割天井开始扩槽，扩槽完成后开始成排爆破，沿矿体走向方向后退式回采，倾向方向从上至下逐分段回采。

采场矿石运搬：采用2 m3柴油铲运机出矿，采下的矿石经分段运输平巷、斜坡道、中段运输平巷倒运至中段溜井[11]。配备0.3 m3履带式液压反铲用于辅助作业。

2.3 矿山生产应用效果评价

经过一段时间的实践，对比原房柱采矿法，分段房柱采矿法主要优势体现在以下几个方面：

(1) 矿块生产能力提高：出矿设备利用高效的铲运机代替低效的电耙，原采矿方法矿块生产能力仅为200 t/d，优化后的采矿方法矿块生产能力可达360 t/d，效率提高80%，同时工作的矿块数由原来的10个减少为6个，同时回采中段数量由3个减少为2个，降低了生产管理难度。

(2) 设备数量减少：优化后的采矿方法采用集中凿岩、集中出矿，凿岩和出矿在不同的矿块(或分段)中进行，设备空闲等待时间大大缩短，设备效率显著提高，减少了全矿设备需求量，减少了设备资金投入。

(3) 劳动定员数量减少：原采矿方法每个矿块内需1名电耙司机，现采矿方法每个矿块需1名铲运机司机，由于同时工作矿块数量减少，全矿出矿工人由10人减少为6人，降低了人工成本，提高了劳动生产效率。

(4) 综合经济效益提高：由于优化后的采矿方法能够有效提高矿块生产能力，减少设备数量，减少劳动定员数量，经核算，采矿成本可降低6.25%，提高了综合经济效益。

3 结 论

矿山变更采矿方法一年多的实践表明，优化后的采矿方法能够很好适应矿山地质现状，在保证安全生产的前提下，提高了矿块的生产能力，减少了设备数量，减少了劳动定员数量，有效降低了生产管理难度，提高了生产效率，降低采矿成本6.25%。