沿、垂直走向联合布置的无底柱分段崩落采矿方法现场应用研究

赵 野

（抚顺罕王毛公铁矿有限公司，辽宁 抚顺 113125）

无底柱分段崩落法由于没有复杂的底部结构，采准及回采工艺相对简单，便于大型无轨设备运输，通过回填覆盖严或崩落围岩的方式实现地压控制，是我国地下采矿广泛应用的一种采矿方法。如果无底柱分段崩落法采矿视为一种平面展开分层，则进路将矿体作为分割、并作为凿岩巷，随后进行中深孔凿岩，在进路进行回采出矿的具有机械化程度高、劳动消耗量小、安全系数高、成本相对较低等特点[1-3]。毛公铁矿二矿区进入井下开采以来一直应用该采矿方法，实现安全、高效回采。

1 矿山概况

抚顺罕王毛公铁矿地下采矿矿体根据组成矿石的主要矿物和脉石矿物，可划分为以条带状为主的磁铁矿石和角闪石磁铁矿石、辉石磁铁矿石三种。因区内铁矿石的含铁量以TFe＜45%为主，矿石工业类型属需选铁矿石。矿区是以磁性铁为主的磁性铁矿石。脉石矿物以石英、角闪石、绿泥石为主，矿床围岩以角闪斜长片麻岩为主，矿体顶板岩石为角闪片麻岩，底板岩石为角闪斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩和部分角闪花岗混合岩。夹石则以含铁石英岩为主，局部见有少量角闪斜长片麻岩。矿体走向平均长度600m，矿体平均厚度85m，矿体倾角25°～71°[4，5]，地质储量3000t。

矿区附近没有需要重点保护的名胜古迹和重要设施，拟开采范围内无人员居住，无主要公路、油气管路经过，矿山周边环境较好。岩石移动范围内无重要建筑物，原抚顺市纺织厂已拆迁完毕，矿山老选厂正在拆迁，设计新增建筑物、工业设施均布置在地表移动范围之外。毛公铁矿应用主、副井和斜坡道开拓，有轨和无归联合运输的方式。

根据矿床的矿体赋存条件、开采技术条件和水文地质条件毛公铁矿井下采矿应用无底柱分段崩落法，采用大结构参数，并配置相应的凿岩设备，分段高度20m，进路间距18m，崩矿步距3.4m，进路垂直矿体走向布置[6]，矿石可爆性较好。毛公铁矿采矿自进入0m分段以来，矿体上下盘倾角逐渐变缓，矿体上盘倾角25°～45°，且形态复杂，无底柱分段崩落采矿法按照矿体赋存条件与出矿设备的有效运距等因素回采进路可分为沿走向布置和垂直走向布置，此时当矿体上盘采用垂直天井拉槽后切割作为垂直走向进路回采的爆破空间，出现以下问题：①上盘矿体损失量与废石混入量均较大；②采矿效率降低，需出部分废石满足爆破需求；③采矿成本大幅度升高。而当矿体较厚时，进路沿走向布置方式不适用作为其采矿方式，存在采切工程量大、通风困难、运距增加等问题。

2 现场应用研究

针对进路垂直走向布置在上盘缓倾斜中厚矿体应用时出现的上述损失贫化量大、效率降低等问题，本文提出了一种降低矿体上盘损失贫化指标、提高回采效率、降低采矿成本的适用于上盘缓倾斜矿体开采的采矿方法。其在毛公铁矿井下采矿0m分段确定符合实验标准的实验矿块，具体实施方案为：根据缓倾斜矿体上盘的倾角与跨度确定矿体上盘回采进路沿走向与垂直走向的布置方法。沿走向采矿方式布置在矿体上盘倾角较缓区域，根据倾角较缓区域跨度及考虑矿石充分回收方面确定布置沿走向进路布置条数，保证能充分回收上盘矿体；垂直走向采矿方式按已经确定的进路间距布置在矿体中、下盘位置，进路沿走向布置崩矿后为垂直走向布置提供爆破空间。

按照已经确定的进路间距掘进垂直走向巷道满足探矿及后续采准和回采要求，进入回采工作后，利用垂直走向回采进路靠近上盘矿体倾角较缓区域部分作为沿走向进路回采的切割硐室，并在硐室内掘进垂直切割天井，通过切割天井扩井形成的空间爆破拉开切割硐室，为沿走向回采进路提供爆破空间，利用切割硐室提供的自由面，沿走向回采进路施工扇形中深孔后退式回采，沿走向进路回采后产生的空区为中、下盘垂直走向进路回采提供爆破空间，继而垂直走向回采进路正常上盘向下盘后退式回采，直至矿块回采完毕。

进路垂直走向与沿走向联合布置的具体要求：矿体上盘沿走向回采进路扇形中深孔布置穿过矿体界限0.5m后停止施工，防止装药装不到孔底，充分回收矿石的同时为后续采矿提供足够爆破空间；沿走向相邻两条回采进路之间挑顶区高度不超过7m（与中深孔边孔角度有关），挑顶高度根据中深孔凿岩设备能力确定，以便在下分段满足钻孔要求充分回收残留矿柱；垂直走向回采进路布置的第一排扇形中深炮孔与上盘沿走向回采布置范围的距离为2m～3m，防止沿走向进路回采时破坏垂直走向进路已施工完的前排炮孔，导致无法装药重新补孔的情况；沿走向靠近下盘垂直走向回采进路布置的扇形中深炮孔中至少有2个～3个钻孔能爆破至超过上分段标高2m以上，保证崩矿高度并与上分段通透，为后续爆破形成足够的回采空间。在施工中深炮孔过程中，工程技术人员要加强对工人的技术指导和现场监督，严格按照钻孔设计施工，保证钻孔质量满足爆破需求。

图1 矿块平面图

图2 矿块剖面图

基于毛公铁矿井下进入0m分段以后上下盘矿体形态，将本方案利用在无底柱分段崩落采矿方法中进行试验，在开采上盘缓倾斜中厚矿体时，回采进路沿走向与垂直走向相结合的布置形式，进行现场应用研究。同时上述方案针对矿体较厚、下盘倾角较缓的情况同样适用，并为以后类似矿体采矿打下坚实基础。

3 结论

（1）针对采用无底柱分段崩落法开采中，厚大矿体上盘缓倾斜时损失化大的问题，提出了一种沿走向、垂直走向联合布置无底柱分段崩落采矿方法。

（2）经过现场应用研究表明，采用沿走向、垂直走向联合布置无底柱分段崩落采矿方法，较传统垂直切割拉槽布置方法当期矿石回收率提高8%，矿块整体贫化率降低5%，实现了缓倾斜矿体低损失贫化、高效率、低成本开采，因沿走向回采为垂直走向进路回采提供足够的爆破空间，两者衔接处悬顶、立墙等现象也大大减少，且为后期类似矿体采矿提供充分现场实践经验。

（3）由于矿体采用沿走向、垂直走向相结合布置的形式，多条巷道联合贯通，通风效果较好，采矿工作面数量增加，使采矿效率得到充分提高。