磷矿采矿的设计分析

唐仕学 刘光俊

摘要：本文分析了磷矿采矿设计的基本原则，并结合案例从比选采矿方式和采矿具体方案两个方面对具体设计予以讨论。

关键词：磷矿;采矿;设计原则;具体方案

为了满足磷矿采矿的基本要求，要结合矿体基础的赋存条件和矿山周围地形因素、矿山施工工程条件等完成基础设计，要从设计工作出发，保证设计细节满足具体工作要求，打造多元稳定的控制体系，共同促进经济效益和社会效益的和谐统一。

一、磷矿采矿设计的基本原则

第一，设计部门要在具体设计环节处理方面全面贯彻落实国家相关法律法规，保证具体设计内容和设计单元的合理性、规范性、科学性。

第二，设计部门要秉持可持续发展的原则，在具体工作环节和设计内容处理方案调控相应单元，平衡贫富兼采设计内容，实现均衡生产的采矿目标。

第三，在设计环节处理方面，要尽量减少农田或者是耕田的占地面积，确保设计内容能在充分利用已经成型的井巷工程结构，不仅能实现环保节约用地的目标，还能优化成本控制效果。

第四，在具体设计工作中，要关注环保效益，减少设计内容和设计环节对于周围环境产生的影响[1]。

第五，要践行以人为本的设计原则，确保能减少设计隐患，从矿山采矿实际工作出发，避免安全事故造成的经济损失和人员伤亡。

第六，要结合磷矿采矿的具体要求设计选取适宜的采矿技术，无论是技术方案还是技术装备水平都要匹配具体环境要求，在提升劳动效率的同时，创设良好的作业空间。

二、磷矿采矿设计具体方案

本文以湖北龙蟒磷化工有限公司保康县白竹磷矿区I矿段北部块段磷矿100万t/a采矿工程为例，矿区总面积为11.51km2，共分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个矿段[2]。其中白竹矿区I矿段北部块段全块段内Ph1、Ph3（331+332+333）共计保有资源量58895kt，品位22.18%，331资源量为8 kt，品位22.19%，332资源量为29042 kt，品位21.94%，333资源量为29845 kt，品位22.18%。其中矿界内（标高400～875m）保有（332+333）资源量48843kt，P2O5平均品位21.91%，332资源量为28853 kt，品位21.94%，333资源量为19990 kt，品位21.89%。矿界外保有（331+332+333）资源量10052kt，P2O5平均品位22.74%，331资源量为8 kt，品位22.19%，322资源量为189 kt，品位22.40%，333资源量为9855 kt，品位22.76%。

（一）比选采矿方式

本工程主要采取的是主平硐加辅助平硐盲斜坡道开拓，汽车无轨运输方案。主要是因为矿体本身存在较大的倾向性，选取自上而下的开采流程，并且结合基建投资项目、见矿要求以及开采技术条件等，最终设定一期和二期不同的设计方案[3]。

第一，矿山一期工程项目。具体开采内容为+700m标高以上的矿体。地理位置是在699主平硐布置于矿区西侧8线以西，在整个磷矿采矿项目中，一期工程单元是整个体系中作为+700m及以上中段矿石的运输通道。与此同时，一期工程项目单元中还设置了738辅助平硐并直接与+740m中段相连，作为安全出口和进风井，采用的采矿设备是铲运机装入20t井下矿用汽车。

第二，矿山二期工程项目。具体开采内容为+540-+700m标高的矿体。738辅助平硐为一期已设辅助平硐，布置于矿区中西部，直接与南采区+740m中段相连，作为南采区人员、材料及设备运输通道，并作为安全出口及进风口;520辅助平硐为新建井口，布置于矿区西北角，并与+525m中段相连，作为北采区人员、材料及设备运输通道，并作为安全出口、进风口以及一期工程的主要排水平硐;830回风平硐为主回风平硐，位于矿区西南部，作为矿山的主通风井兼作安全出口。

采用的采矿设备是中段以下各盘区矿石由铲运机装入20t井下矿用汽车经中段巷道、中段斜坡道由主平硐运出地表[4]。

对于缓倾斜中厚以上矿体的处理依旧是采矿设计行业中的重要研究内容，较为常见的方式主要包括：1）底盘漏斗法，但是这种处理机制的采切工程量较大，一般不会应用在大规模开采项目中。2）胶结充填采矿法及，这种技术的成本较高，但是矿石的价格却并不高，因此，技术经济指标受限。3）锚杆护顶分层房柱采矿法，融合了技术优势，在生产能力和开拓量方面较为适中，适合品位一般的矿山采矿工作。因为本工程项目的矿石品位并不高，所以，选取较为普通锚杆护顶分层房柱采矿法[5]。

（二）具体设计方案

1.开采范围

結合地质条件调研报告可知，目前白竹矿区位于新华断裂南东侧。受五条平移正断层的破坏，自北向南白竹矿区被分割为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个矿段，具体开采范围见表1：

选取自上而下的开采顺序，中段区域要从矿区的边界位置开始，向中心主胶带位置借助后退式回采的方案予以采矿操作，匹配地下开采的方式有效维持磷矿开采的稳定性、安全性和可靠性[6]。

2.回采处理

为了维持磷矿开采工作的合理性，在设计方案中，要对回采环节予以重视，确保对应的回采工艺要点合理有效，全面提升控制的规范性和科学性。

第一，要着重分析矿块的基本构成因素，结合整个磷矿区域走向完成盘区的划分，直接走向布置矿房。在操作体系中，盘区的基础参数见表2：

第二，要落实合理的采准工作内容，Ph1盘区斜坡道、Ph3盘区斜坡道、切顶层斜坡道、凿岩平巷、行人通风联络道等，切割工作主要包括切顶平巷、切割横巷等。Ph1盘区斜坡道与中段运输巷道贯通，斜坡道采用伪倾斜布置，平均坡度15%左右，主要为Ph1层矿石、人员、设备、材料出入通道运输，布置在Ph1层矿体内靠近底板的位置;从Ph1矿层顶板向上留5m矿柱，沿矿柱顶板布置Ph3盘区斜坡道，通过联络道与中段运输巷道贯通，斜坡道同样采用伪倾斜布置，平均坡度15%左右，主要为Ph3层矿石、人员、设备、材料出入运输通道，两条斜坡道在平面投影中尽量靠近盘区中间且尽量互不交叉[7]。盘区矿块沿走向布置，每个矿房的每一分层布置一条凿岩平巷;切顶层与盘区斜坡道之间每个矿房布置一条倾斜联络道，每层的凿岩平巷交错布置在矿柱旁边，盘区两端底板布置通风联络巷与上下两中段巷道相通，并作为盘区安全出口，每个矿房的两端布置切割天井及切割横巷。

第三，结合盘区的工作状态完成切割，然后进行对应的回采作业，利用自上而下的回采出矿处理模式，采矿工序要从顶层切采开始，然后完成锚杆台车对锚固的处理，钢筋网的基础网度控制在200mm*200mm。与此同时，要对顶板进行锚索加固处理，依据实际情况判定加固的必要性和参数范围。若是需要利用锚索处理，就要选取树脂预应力锚索，长度为6m到10m左右，直径为15.24。切顶采用HT81轮式液压凿岩台车凿水平炮孔，孔深2.5m，排距1m，孔距0.6～0.8m。凿岩结束，由爆破工装入2#岩石乳化炸药，导爆管雷管起爆，每次爆2～3排炮孔。采场内大块采用PSC-85型井下破碎机或风镐破碎，出矿块度要求不大于300mm， 经通风、撬浮石、检查顶板再出矿，采场内矿石直接用CY-4型柴油铲运机装入20t井下汽车，经中段运输巷道、脉内斜坡道再由主平硐运送至坑外[8]。

3.采掘运输

要秉持设备安全性、高效性以及机械化水平高的设计原则，落实完整的设计方案和应用处理规划，确保采掘运输工作能匹配磷矿采矿的基本需求。并且，要确保设计方案能减少能耗和井下污染程度，最大程度上打造经济效益和环保效益双赢的采掘运输处理方案。

4.顶板设计

要结合实际情况完善磷矿采矿中顶板结构的管理水平，从采场支护结构、顶板监测过程以及空区处理三个方面落实完整的顶板管理设计方案。

第一，采样支护处理。要保证磷矿采矿设计体系中回采过程的合理性和规范性，并且着重对顶板的质量予以检查，有效处理浮石对于后续开采工作造成的影响。因为直接顶板为含磷白云岩，其稳定性较好，一般情况下顶板采用锚杆支护，局部破碎地段采用锚网支护。与此同时，要在巷道的两侧预留顶结构和底柱结构位置，为后续连续矿柱开采工序提供保障，最大程度上保证开采工艺流程和整体工程项目的安全性。

第二，顶板监测工序，要结合国家相关规定确保具体监测单元和操作流程的规范性，并且要匹配安全监督管理机制，维持综合管控效果。在落实监测方案时，要完全按照“存在大面积采空区、工程地质复杂、有严重地压活动的地下矿山，应实现对采空区稳定性、顶板压力、位移变化等的动态监控”的标准完善操作环节，匹配顶板监测仪等高科技产品，获取实时性数据信息，一旦出现形变且超出规定范围数值，就会发出声光警报，以备相关操作人员及时进行纠偏处理。

第三，采空区的实时性处理，要结合白竹矿区磷矿生产揭露的情况予以集中分析，因为矿层结构和顶板结构的稳定性较好，因此，多数采空区的稳定状态满足质量标准，要结合矿柱结构的尺寸以及具体强度参数落实后续的操作工序，盘区回采结束后，可利用生产废石进行充填，并应及时封闭采空区。值得一提的是，为了避免地压引发大面积岩石移动，要结合矿柱的应用情况和具体方案落实有效的预控防护机制，并且在空区处理方面践行逐个矿块和逐个分段检查的工序，全面提升控制效果，保证能减少安全隐患[9]。

除此之外，要做好矿井通风处理工作，结合具体情况设计对角式抽出式通风系统。

结束语：

总而言之，要结合磷矿采矿的具体情况完成设计方案，确保设计细节和处理工序落实到位，全面提升综合安全水平，实现经济效益、环保效益以及社会效益的共赢。

参考文献：

[1]石亮. 清平磷矿深部充填采矿的可行性研究[D]. 四川：西南科技大学，2018.

[2]劉敏，宋华，张燕飞. 预控顶条带式充填采矿法在缓倾斜中厚磷矿体开采中的应用[J]. 化工矿物与加工，2019，48（1）：4-6.

[3]任红岗，赵旭林，王海军，等. 宜昌磷矿采矿活动对黄柏河东支水环境影响及对策[J]. 有色金属（矿山部分），2018，70（1）：90-95.

[4]吴绍雄. 充填采矿法在磷矿中的应用现状及发展方向[J]. 城市地理，2018（2）：91-92.

[5]周根明，胡建钊，段永祥. 某磷矿采矿方法优化研究[J]. 有色金属科学与工程，2019，10（3）：81-85.

[6]吕书平，常伟，赵海，等. 矾山磷矿安全高效充填采矿综合利用先进技术[C]. 第八届中国充填采矿技术与装备大会. 2017：12-14，80.

[7]罗亮. 条带式矿柱嗣后充填采矿方法在缓倾斜磷矿开采中的应用[J]. 化工矿物与加工，2016，45（10）：72-74.

[8]郝学冉. 某磷矿缓倾斜薄矿体采矿方法研究[J]. 现代矿业，2019（11）：131-133.

[9]张星芒. 中益矿业50万吨磷矿采矿工程环评公示[J]. 四川化工，2018（1）：53-54.

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