浅部低品位磷矿地下开采设计方案研究

浅部低品位磷矿地下开采设计方案研究

张超,李重海 ,徐正碧,唐志书

云南磷化集团有限公司  云南昆明650600

【摘要】我国是磷矿生产加工大国，磷矿对于地区以及国家经济发展有着明显影响。当前我国的磷矿矿山普遍属于开采浅部资源，以露天开采为主，随着浅层资源逐渐枯竭，部分露天矿山已逐步转向地下开采，只有少部分高品位资源采用地下开采方式。相对而言，低品位磷矿资源因为价值相对较低，较少采用地下开采方式，随着近年磷矿石价格上涨，低品位磷矿地下开采项目逐渐增加。对此，本文简要分析浅部低品位磷矿体地下开采设计方案，重点优化采准工程，希望可以为相关工作者提供帮助。

【关键词】浅部低品位；磷矿；地下开采设计方案

引言

我国属于磷矿产量大国，而磷矿对于地区与国家的经济发展有着相当显著的作用。我国投产、在建、拟建磷矿多采用条带式充填采矿法、伪倾斜条带房柱充填采矿法、阶段空场嗣后充填采矿法。部分磷矿床因不良地质构造发育,导致矿体岩性不均一，内含夹层,风化剧烈,致使浅部矿层及顶底板围岩破碎，矿山建设过程中基建工程投资较大，生产过程采矿成本偏高。对此，探讨磷矿体地下开采设计方案具备显著实践性价值。

1、矿山开采技术条件

本次选用我国西南某磷矿作为案例开展研究，其开采范围以内保有资源量约为700万吨，P2O5的平均品位约为21%，其中上矿层平均品位约21%，下矿层平均品位约24%。开采范围内磷矿的矿体最低赋存标高为1900米，最高标高2000米，最低的开采标高和地表的垂直距离为250米，扣除掉地表矿柱后竖直方向的高差达到240米。矿体的实际厚度范围在3.5至12.5米，平均厚度8.5米，上矿层平均厚度4米，下矿层平均厚度4.5米。矿体呈现出北侧偏厚的表现，同时矿体的倾角平均值为16°，呈现出北面更陡的表现。该项目开采的地质条件方面，围岩稳定性与相邻矿段的稳定性类似，岩体稳定性依次为上矿层顶板围岩、上矿层、下矿层、下矿层底板围岩，矿体的内部节理面存在明显发育，同时横向与纵向的节理面相对比较多，同时矿体风化严重，在爆破之后很容易形成菱形碎块。矿段在开拓期间的巷道普遍采用喷锚网或钢拱架进行支护处理，只有少部分的巷道不需要支护。结合矿段和巷道揭露的矿围岩稳定性和支护形式而言，可以判断近地表2000米标高致伤，矿体风化严重较为破碎，内部的巷道稳定性较差需要支护处理。

2、开采设计方案调研

通过对西南地区投产、在建、拟建磷矿山开采设计方案调研（表1），根据采矿方法选择原则，参照类似矿山工程实践，综合考虑矿层的走向长度、厚度、平均倾角、品位等基本要素，结合矿石价值以及不同品位矿石分采分运的需要，初步选择伪倾斜分段条带充填采矿法、上向水平分层进路充填采矿法。

表1 西南地区生产或在建矿山开采设计方案

3、采矿方案

针对磷矿矿体实际情况分析后，推荐采用无轨机械化采矿工艺。结合基建期已有巷道、相邻矿段揭露的内部巷道及露天开采情况，对矿体与围岩稳定性进行判断，采用上向进路充填采矿方法。首先是盘区、采场划分和尺寸，中段、分段高度分别为90米、15米，中段、分段巷道沿矿体走向水平布置。盘区沿矿体走向布置，长度200米，盘区的宽度依据矿体水平厚度设置，盘区之间不设间柱，每一个盘区需要沿走向划分多个采场，长度设计为100米，采场之间不设间柱、不设顶底柱。盘区内部布置脉内充填回风上山、脉内盘区斜坡道，其与采场之间设8米至10米间柱。

通过最终测量和计算分析，胶带运输巷道工程应用脉外布置的形式，在矿体中部上矿层顶板围岩布置一条伪倾斜盘区胶带运输巷道，坡度8-15%，通过胶带联络道连通分段、中段巷道。在矿体上矿层内盘区两翼分别布置脉内充填回风上山、盘区斜坡道，联通各分段巷道与上中段回风巷道，各分段与胶带运输巷道交叉点位置设置无轨运输设备上矿点，不设溜矿井。在回采出矿方面，每一个分段需要划分为3至5个分层开展回采，同时每一个分层的高度设计为3至4米，划分为多个平行进路的方式完成回采，同时每一进路的宽度区间控制在3到4米以内。应用浅孔爆破或掘进机掘进的方式进行落矿，以3立方米的电动铲运机将塌落后的矿石装入到运矿卡车或梭车当中，运输至盘区胶带运输巷道之后，转运至主斜坡道或主斜井运输到地表[2]。在矿体不稳定的地段，可以采用撬毛台车、锚杆台车的技术方式对采场的顶板提供支护支持。分段回采结束后，将本分段巷道按照盘区划分分次充填，逐步回收分段巷道顶部矿石。

在采场通风方面，对于新鲜的风流通过进风系统进入到井下，此时可以依据通风井、分段的干线、联道等完成整个通风线路的构建。针对洗刷的工作面可以采用充填回风上山、中上段回采联道结合巷道汇入整体回风系统的方式进行处理。

在采场充填方面，可以先将采场划分为不同线路走向的平行进路之后再进行回采，对采空区进行胶结充填养护处理之后再进行相邻进路开采。应用高强度的胶结充填体保障凿岩台车、铲运机、卡车或梭车可以顺利的通行。同时填充的管径可利用充填钻孔、中段巷道、分段巷道和回风上山等工程顺利进入到采场当中[3]。

在间柱的处理方面，采场和盘区胶带运输巷、脉内充填回风上山、盘区斜坡道之间应当采用永久性矿柱进行顶板支撑，而不采用回采方式处理。

对于采场安全措施方面，可以使用撬毛台车对浮石进行清理，针对稳定性比较差的区域可以采用湿式的喷浆支护技术处理然后再出矿。在出矿完成之后需要结合采场的顶板实际情况，检查确认顶板是否完整，考虑是否采用锚杆对顶板进行加固处理，锚杆方面可以应用二级钢筋，钢筋长度为3米，锚杆间距0.8到1.0米，应用砂浆或树脂锚杆锚固处理，锚固力设计为每一颗50kN。在整个生产期间需要结合顶板管理制度，强化巡视与检查工作，在出现异常情况下时应当及时进行处理。

对于主要的采掘设备，需要结合矿床、采矿方式明确最佳的选型，此时需要针对分段持续性建设，结合盘区采用周转平衡、持续性的方式展现无轨设备的运行效率，同时基于矿体走向短、厚度变化轻微的基本特征，从而满足生产规模的具体要求，对于采掘设备应当做好型号妥善选择，以高效、灵活、可靠的无轨采掘设备为主[4]。在采掘设备的型号选择方面应当考虑下面几点基本原则：1、对于开拓、采切掘进的工作面，需要应用浅孔掘进台车或掘进机进行凿岩，同时利用铲运机结合井下卡车、梭车进行渣石运输，应用喷锚网进行支护，配置湿式的喷浆台车，同时在局部区域可以应用撬毛台车结合锚杆台车的方式进行顶板支护处理；2、采场在回采期间可以应用浅孔掘进台车的凿岩和电动铲运机进行运输出矿，同时在边缘薄脉状矿石中可应用气腿式凿岩设备进行辅助性处理，采用20吨的矿用卡车或梭车进行运输，装入到伪倾斜盘区胶带运输巷，转运至主斜坡或主斜井并最终输送到地表；3、对于无轨辅助运输的设备采用多功能的服务车进行处理，其主要涉及到井下材料、爆破器材以及相关运输设备，同时结合功能特征进行合理的选配处理。

3、总结

综上所述，本文针对浅部低品位磷矿地下开采的设计方案进行了研究，充分利用无轨机械化开采、运输设备，降低不利工程地质条件影响，采用进路填充方式开采，有着简单、高效的伪倾斜盘区胶带运输巷、脉内充填回风上山、盘区斜坡道采准工程，且不设溜矿井。严格控制采场的回采进路宽度，保证矿房与采准工程距离，可以保障矿体及采准工程的整体稳定性。在开采方面结合矿体倾角特点，在矿体竖向划分为多个分段，可以实现多分段同时出矿，这一种方案设计可以显著提高采场数量、出矿效率，降低生产组织压力与运输成本。各分段、中段巷道即使在矿体勘查深度不足或矿体形态发生较大变化情况下，可灵活调整方位，采矿方案对矿体赋存条件适应性较强。同时对于基建成本的控制效果明显，可以减少采切工程，提升建设速度，缩短建设周期迅速形成产能

。对企业加快资金回收率有着较高经济效益。

【参考文献】

[1]裴明松，刘林，李小伟，代光俊，黄德将，陈爱章，斯小华.中低品位磷矿山废石处置方案优选[J].采矿技术，2023，23(01):205-209.

[2]魏鹏，我国磷矿分布特点及主要开采技术[J].武汉工程大学学报，2011，33卷.

[3]王晓宇，武尚荣.浅部低品位磷矿体地下开采设计方案研究[J].有色金属设计，2022，49(03):20-24.

[4]成建，吴东.数值模拟在某磷矿采矿方法选择上的应用[J].云南冶金，2015，44(03):1-3.

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