河北矾山磷矿采矿方法的探讨.pdf

矿业快报 E XP R ES S I N F ORMA T I ON O F MI NI NG I N DUS T RY 总 第4 7 2期 2 0 0 8 年 8月第8期 河北矾山磷矿采矿方法的探讨 杨玉学 刘恩东 中钢集团工程设计研究院石家庄设计院 河北省涿鹿县矾山磷矿 摘要 在分析河北矾 山磷矿矿床地质条件的基础上 ， 探讨 了河北矾 山磷矿采矿方法在设计、 生产、 研 究等过程中的发展及演变情况， 分析 了不同采矿方法在矾 山磷矿 不同时期应用中的优缺 点。认为在 浅部 ， 由于矿体倾角较 陡， 有风化现 象， 应用无底柱分段崩落采矿法比较好。在深部 ， 由 于矿体倾角变缓 ， 矿体稳固性增强， 从技术、 经济、 管理等各方面比较 ， 应选用切顶锚杆房柱采矿法。 对切顶锚杆房柱采矿法的结构形态和相关参数提出了参考意见。 关键词 采矿方法 ； 矾 山磷矿 ； 演变； 深部矿体 中图分类号 T D 8 7 1 ． 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 9 - 5 6 8 3 2 0 0 8 0 8 - 0 0 6 7 - 0 3 1 概况 矾山磷矿位于河北省张家 口市涿鹿县矾山镇 ， 是我国北方唯一的大型磷矿， 是国家“ 七五” 、 “ 八 五” 期 间的重点建设项 目。矿山于 1 9 8 8年 4月开工 建设 ， 1 9 9 6年底建成投产 ， 矿 山设计 生产能 力为年 采选磷矿石 1 2 0万 t ， 生产磷精矿 3 9万 t ， 铁精 矿 1 4 万 t 。 矾山磷矿属岩浆岩型磁铁矿磷灰石矿床， 隐伏 于 1 2 0～ 2 5 0 m厚的第 四系黄土和砾石层下 ， 赋存于 偏碱性超基性辉石岩正长岩 、 杂岩 体内。矿体 产状 中部走向东西， 向北倾斜； 东部走向由北东转 向南北方向， 向北西和正西倾斜 ； 西部走 向北西 ， 向 北东倾斜 。空间形态为向中心倾斜的半盆状体。 矾山磷矿的矿体由3个平行 的矿体组成。其中 I 号矿体 目 前不具备开采价值； Ⅱ号、 Ⅲ号矿体距离 较近 ， 是达到开采要求的较 富磷矿体。矿体走向长 2 6 3 0～ 2 7 3 8 m， 倾 向宽 3 5 6～8 6 5 m， 赋存标 高 5 9 1～ 1 2 8 m。矿体倾角上陡下缓 ， 上部平均 5 5 。 ， 下部平均 3 O 。 。矿石为磁铁磷灰石岩、 磷灰石岩、 黑云母磷灰 石岩等。矿体呈层状 ， 不稳 固， 硬度 系数 f5～7 。 目前主采的 Ⅱ、 Ⅲ号矿体之间的夹石平均厚 7 m， 为 黑云母辉石岩， 硬度系数f 8 ， 中等稳固。矿体顶板 围岩为辉石岩， 硬度系数f 8 ， 较稳固。底板为间杂 状正长黑云母辉石岩 ， 不稳 固、 易垮落 ， 硬度系数 6 ～7。 矿体平均厚度为 Ⅱ号矿体 1 5 ． 4 m， IlI 号矿体 3 ． 3 m； 矿石平均品位 P 2 O5 1 4 ． 1 9 ％ ， T F e 1 2 ． 7 9 ％ ， 属 杨玉学 1 9 6 7 一 ， 男， 工程师， 0 5 0 0 2 1 河北省石家庄市。 于贫矿床。矿体顶部与O 含水层直接接触， 按水文 地质条件划分 6 矿块以西为高水位区， 上覆承压含 水层水位 7 4 8 m； 1 矿块以东为低水位区， 水位 5 6 0～ 6 0 0 m； 属 于潜 水性质。6 与 1 矿块之 间上覆黏 土 层， 将东西丽区隔开 ， 成为两个不 同的水文地 质单 元 。 矾山磷矿埋藏深、 缓倾斜、 中等厚度、 属典型难 采矿床 。 2 采矿方法演变 2 ． 1 原设计采矿方法 矾山磷矿的初步设 计完成 于 1 9 8 5年。根据矿 体的赋存条件和当时的采矿技术水平、 装备水平等 因素 ， 确定了电耙 出矿的有底柱阶段崩落法为主要 采矿方法， 中段高 4 5 m， 存在以下问题。 1 底柱中放矿工程的采切工程量巨大 高达 1 3～1 4 m／ k in ， 使采矿总成本上升。 2 天井 、 溜井多 ， 结构复杂 ， 难于机械化作业 ， 劳动条件差。 3 矿体下盘岩石松软 ， 底部结构维护困难。 4 由于处于黄土覆盖层下 ， 一旦发生 突水及 黄土溃入， 将形成泥石流， 底部结构堵塞以后， 极难 处理 ， 而且使生产没有调节的余地。 2 ． 2 中期研究的采矿方法 1 9 9 1年， 北京科 技大学 矿业研究所、 原化学 矿 山规划设计院和矾山磷矿合作研究， 提出了无底柱 分段留矿崩落法的设计方案。该方法充分吸收了无 底柱分段崩落法和有底柱分段崩落法 的优点， 将前 者的落矿方式 、 采场结构、 采准布置和后者的放矿方 式结合起来， 解决了前述部分问题。 6 7 维普资讯 总第4 7 2期 矿业快报 2 0 0 8年 8月第 8期 2 ． 2 ． 1 该方法的工程布置和 回采工艺 1 阶段高度4 5 m， 分段高度9 m， 出矿穿脉间距 1 0 m， 崩矿步距 1 ． 8 m。 2 在回采进路 的端部打切割联络巷 ， 贯通各 回采进路； 再从每条 回采进路 的端部打一条切割天 井， 然后以切割天井 为 自由面， 在切割联络巷 中用 YG Z - 9 0钻机打垂直上向平行中深孔 ， 爆破后形成切 割槽 。 3 崩落顶板形成覆盖层。 4 在 回采进路 中， 按设计炮孔排距用 Y G Z - 9 0 钻机打垂直上 向扇形 中深孔。 5 按崩矿步距装药 ， 爆破后用铲运机出矿 ， 每 次出矿占爆破矿量的3 0 ％， 其余矿石最终在各出矿 穿脉中运 出。 A B - B 图 1 无底柱分段留矿崩落法 1 一 人行设备井 ； 2 一 下盘联巷 ； 3 - 下 盘凿岩巷 ； 4 - 脉内凿 岩巷 ； 5 - 切割天井 ； 6 - 出矿川 ； 7 - 溜矿井 ； 8 - 分段切割联巷 2 ． 2 ． 2 该采矿方法的优点 3 作业面较多 ， 安排生 产具有较大 的机动灵 1 采切工程量大大减少 ， 采 切 比由初步设 计 的 1 3～1 4 m ／ k m降到 7 m ／ k m左右， 而且减少的工程 量均为难于施工的天井 、 溜井 。 2 采场结构简单 ， 所有采切 工程都布置在 分 段水平 ， 便于施工和机械化作业。 3 提高 了采准布置对矿体 的适应性 ， 也使 矾 山磷矿的采矿技术和装备水平上了一个新台阶。 4 改善了劳动条件， 降低 了劳动强度 ， 提高了 劳动生产率， 同时也提高了作业的安全性。 2 ． 2 ． 3 该采矿方法的不足 目前开采的 Ⅱ、 Ⅲ号矿体之间的夹石为黑云母 辉石岩 ， 平均厚 7 m， 而 Ⅱ号矿体平均厚度 1 5 ． 4 m， 1 I 号矿体平均厚度 3 ． 3 m。合层开采直接废石混入率 达 2 7 ％ ， 加上开采期间的混入废石 ， 总废石混入率 将超过 3 0 ％ ， 贫化严重。 2 ． 3 目前使用的采矿方法评述 经过矿山技术人员多年的探索和和矿山应用 的 实践证 明， 在矾山磷矿特定 的地质和环境条件下 ， 采 用标准的无底柱分段崩落采矿法比较合适。 2 ． 3 ． 1 优点 1 可以在一定条件下分采分 出， 减少废石混 入量。 2 可以避免大量放矿可能造成崩落矿石 的二 次板结， 及时调整采矿结构参数， 使出矿时的放出椭 球体与设计参数更加吻合。有利于提高回收率， 减 低贫化率 。 68 活性， 并具有无底柱分段留矿崩落法的其它优点。 2 ． 3 ． 2 可能产生的问题 1 随着开采的向下延伸， 矿体的倾角变缓， 废 石混入率将大大增加， 地下水的威胁依然存在。 2 由于是缓倾斜、 中等厚度的矿体， 采场结构 参数、 尤其是放矿过程要严格控制， 否则损失、 贫化 指标将难于达到设计要求。 3深部矿体开采建议选用的采矿方法 3 ． 1 切顶锚杆房柱法和普通房柱法 该矿山矿体的上部与下部基本条件相同， 只是 随着矿体的延深， 矿体的倾角变缓。因此在深部开 采时， 建议优先考虑选择房柱法。即 Ⅱ号矿体平均 厚度 1 5 ． 4 m， 选择切顶锚杆房柱法； Ⅲ号矿体平均厚 度 3 ． 3 m， 采用普通房柱法 。 3 ． 2 切顶锚杆房柱法工艺 1 采切工程。按设计 矿块 构成要素 ， 从矿房 边界向上打天井直至顶板 ， 然后在矿房 内沿顶板采 2 m厚的切顶层 ， 切顶层采后及时打锚杆 、 挂 网喷浆 ， 使顶板得到保护。同时， 把天井扩大成垂直切割槽， 形成爆破补偿空间， 至此， 采切工作完成。 2 回采工作。回采 时， 切顶层作为穿孔 、 装药 空 间。从切顶层向下打平行 中深孔 ， 炮孔经过验收 后 ， 用装药器装药， 然后爆破落矿。炮孔排面垂直 ， 炮孔{ j } j 眶1 ． 5～ 2 ． 0 m。 部分不规范残矿用浅孔凿岩机打眼后 ， 爆破 回 收。 ， ， _ ＼ ． ． 广 _ 、 一0 三0 维普资讯 杨玉学 刘恩东 河北矾 山磷矿采矿方法的探讨 2 0 0 8年 8月第 8期 3 出矿。爆破后 的矿石可 以用装载机或由底 部结构运出。见图 2 。 C1 C2 A1 - A1 B 2 一 B 2 Cl Cl 图 2 切顶锚杆房柱 法 1 一 间柱 ； 2 一 顶柱 ； 3 一 点柱； 4 一 切顶工作空间 ； 5 一 切割天井 ； 6 - 切割联络巷 ； 7 - 切割槽 ； 8 - 回采工作面； 9 - 锚杆 ； 1 0 一 矿石 采矿方法图说明 ①采矿方法图针对 Ⅱ 矿层用； ②Ⅱ、 Ⅲ矿层分层开采， 先采Ⅱ层， 后采Ⅲ层； ③回采时， Ⅱ、 Ⅲ矿层各矿柱的中心严格对正， 相应工程也必须对正； ④ Ⅱ、 Ⅲ矿层的矿块构成要素相同， 但 a 层矿柱的线尺寸各边均放大 l m； ⑤ Ⅱ矿层开采时必须超前 Ⅲ矿层至少一个矿 房， 但超前距离不得大于一个矿块； ⑥ 回采Ⅲ矿层时， 中深孔切忌超钻破顶， 避免崩落夹层， 既能够保证安全， 又可以避免贫化。施工时， 可以 适 当留一 层护顶矿 0 ． 5～1 ． O m 。 3 ． 3 深部开采选用房柱法的优点 1 工艺成熟简单 ， 易掌握。 2 贫化率和废石混入率低， 生产成本比较低。 3 生产管理简单 ， 生产环境好。 参考文献 『 1 ] 张世雄． 固体矿物资 源开发 工程 『 M] ． 武汉 武 汉理 工 大学 出 上接第3 8 页 图 6闭路实验流程 [ 2] [ 3] 版社 ． 2 0 0 5 3 5 0 ． 边克信。 刘殿中． 采矿设计手册 矿床开采卷． 下 [ M] ． 北京 中国建筑工业出版社 ， 1 9 8 7 1 1 8 3 ． 陆 国荣等． 采 矿 手册 第 四卷 [ M] ． 北京 冶金 工 业 出版 社 ， 1 9 9 0 1 3 7、 收稿 日期 2 0 0 8 一 D 4 - 0 7 表 6 闭路试 验结果 参考文献 [ 2] [ 3 ] [ 4] 于延棠， 毕双． 中国出口前景展 望[ J ] ． 中国非金 属矿 工业导 刊 。 2 0 0 2 ． 1 2 5 4 1～ 4 3 ． 刘谟罐， 冯建明． 钡盐精细化工产品[ J ] ． 青岛化工， 1 9 9 3 4 2 ～ 6． 许庚望． 钡盐的生产及 开发 [ J ] ． 陕西化 工， 1 9 9 1 ． 1 4 1- 4 3 ． 雷绍明， 重晶石 的提纯及改性[ J ] ， 矿产保护与利用 ， 2 0 0 4 4 21～2 7 ， 收稿 日期 2 0 0 8 - 0 4 -0 9 6 9 一 一 维普资讯