一种磷矿回采方法

技术领域

本发明涉及磷矿开采领域，具体为一种磷矿回采方法。

背景技术

磷矿是指在经济上能被利用的磷酸盐类矿物的总称，是一种重要的化工矿物原料。用它可以制取磷肥，也可以用来制造黄磷、磷酸、磷化物及其他磷酸盐类，以用于医药、食品、火柴、染料、制糖、陶瓷、国防等工业部门。磷矿在工业上的应用已有一百多年的历史。磷矿石按其成因不同，可分为磷灰石和磷块岩。磷灰石是指磷以晶质磷灰石形式出现在岩浆岩和变质岩中的磷矿石。磷块岩系指由外生作用形成、由隐晶质或显微隐晶质磷灰石及其他脉石矿物组成的堆积体。自然界中已知的含磷矿物大约有120多种，分布广泛。但是按其质和量都能达到可以开采利用的含磷矿物则不过几种。磷矿目前采矿方法主要为分段空场法，采场采用风动设备凿岩，电耙出矿的生产工艺。生产中存在的主要问题是设备及生产工艺落后，采矿资源回收率低、劳动生产率低、井下工人劳动强度大，井下通风系统不完善以及采矿生产对地面环境的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷矿回采方法，该方法的目的在于探索更加适应深部矿体开采技术条件的新采矿方法，确定合理的充填材料、充填工艺，评估充填效果，在基建期具备条件时通过采矿试验采出部分矿石，满足业主对矿石的需求；对解决掘进废石露天堆放及泥石流造成的环境影响具有重要意义，对解决深部地压及空区引起的次生地质灾害具有指导意义。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种磷矿回采方法，包括步骤如下：

S1、对盘区斜坡道完成施工，满足采矿方法试验要求，以便于通过盘区斜坡道对其它采准工程进行施工；

S2、矿石溜井施工，以便于为矿石的运输提供便利；

S3、溜井联络道施工，溜井联络道是连接采场与溜井的矿石运输通道，当矿石溜井施工完成后即可施工溜井联络道；

S4、回风天井施工，回风天井布置在盘区两翼，且内部布置简易梯子；

S5、分层联络巷施工，分层联络巷设置在盘区斜坡道在各分段落平点处，垂直矿体掘进分层联道，直到矿体，是连接盘区斜坡道与采场的通道；

S6、出矿进路施工，出矿进路设置采场垂直矿体走向布置，垂直分段平巷布置出矿进路直达采场，出矿进路负担下、中、上三个分层的回采。

优选地，在所述S1～S6步骤中，采场施工采用浅孔爆破工艺落矿，浅孔爆破工艺落矿包括对采场进行采场凿岩、采场爆破、采场撬毛和采场充填。

优选地，在浅孔爆破工艺落矿过程中，需要对施工中遇见的不稳定围岩进行采场支护，以及对采空区进行充填。

优选地，采场支护方式包括长描索支护技术，长锚索支护上盘不稳固围岩，即在凿岩巷道内钻凿一定深度的上向扇形孔，并放入相应长度的钢丝绳或钢绞线，采用前进式注浆法，将砂浆注入锚孔中，锚孔中的砂浆凝固后即成为采场上盘锚索预锚固结构。

优选地，充填的方式包括掘进废石加浇充填和全胶结充填对踩空区进行充填。

本发明的有益效果是：该方法的目的在于探索更加适应深部矿体开采技术条件的新采矿方法，确定合理的充填材料、充填工艺，评估充填效果，在基建期具备条件时通过采矿试验采出部分矿石，满足业主对矿石的需求；对解决掘进废石露天堆放及泥石流造成的环境影响具有重要意义，对解决深部地压及空区引起的次生地质灾害具有指导意义。

附图说明

图1为本发明一种磷矿回采方法的一步采进路炮孔布设示意图；

图2为本发明一种磷矿回采方法的二步采进路炮孔布示意图；

图3为本发明一种磷矿回采方法的复式起爆布设示意图；

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。

如图1至图3所示，一种磷矿回采方法，该方法采用沿矿体走向布置，当矿体厚大，或矿岩节理裂隙发育，稳定性较差时，采场垂直矿体走向布置。采场垂直矿体走向时又分为脉内、脉外两种采准方式，设计推荐采用脉内采准，即每一分层回采前，先通过分层联络道进入矿体，沿矿体底板边界施工分层平巷，垂直分层平巷即可进入采场回采，回采高度为分层高度；脉外采准，即每一分段在矿体底板围岩中施工分段巷道，垂直分段巷道施工采场联络道进入采场，回采高度为分段高度。该方法在具体运用时：

该方法的采切工程布置主要包括：盘区斜坡道施工，矿石溜井施工、溜井联络道施工、回风天井施工、分层联络巷施工以及出矿进路施工；在采场施工时，为了提高采场生产能力，对采场采用浅孔爆破工艺落矿；该方法采用分区段施工，首先，在盘区斜坡道完成施工以及满足采矿方法试验要求以后，可通过盘区斜坡道对其它采准工程进行施工，以确保其他工程的安全顺利进行；然后进行矿石溜井施工，矿石溜井能够实现运输磷矿，该方法在施工至矿石溜井的施工时，矿石溜井与第一分段采场回采平行作业，在第二分段采场回采前完成施工，为第二分段及以上分段矿石的运输提供便利，并且，溜井联络道是连接采场与溜井的矿石运输通道，当矿石溜井施工完成后即可施工溜井联络道；随后可以进行回风天井施工时，由于回风天井施工周期较长，影响后续采切工作，为尽快形成试验采场，且考虑到施工的安全以及安全进度，优先在盘区两翼探矿穿脉处施工回风天井；回风天井作为采场安全通道，内部布置简易梯子；随后在进行回风联络道的施工，回风联络道连接上中段运输巷与回风天井，在采场回采前，需完成回风天井与回风联络道的施工；再然后对出矿进路进行施工，出矿进路沿着采场垂直矿体走向布置，垂直分段平巷布置出矿进路直达采场，出矿进路负担下、中、上三个分层的回采，以便于确保能够将开采的磷矿通过出矿进路顺利运输至地面。

进一步的，在该方法中，由于磷矿是埋藏在地下，且地质条件复杂，所以采用具体开采方式为“浅孔爆破工艺落矿”，该工艺包括对采场进行采场凿岩、采场爆破、采场撬毛和采场充填；

首先，采场凿岩；

在凿岩平巷内采用boomer281浅孔凿岩台车钻凿水平孔，炮孔直径

a)炮孔直径

试验采用boomer281浅孔凿岩机钻凿水平孔，炮孔直径为45mm。

b)最小抵抗线

采用浅孔落矿时，最小抵抗线根据孔径公式确定：

W＝(25～30)d

d＝45mm，代入上式得出W＝1.13m～1.35m。

为减少大块率，增加爆破作用圈的叠加面积，取W＝1.3m。

c)孔间距

孔间距根据公式确定：

a＝(1.0～1.5)W

在试验采场回采时，为减少爆破振动对上盘围岩和顶板矿体的扰动，孔间距取较小值，即a＝W＝1.3m。最佳孔间距可根据现场爆破效果进行优化、调整得出。

d)堵塞长度

炮孔堵塞长度为L

e)每米崩矿量q

上向水平分层充填法采用进路回采，浅孔落矿，布置两排落矿孔，两排光爆孔；一步采进路共8个落矿孔，14个光爆孔，如图1所示；二步采进路共6个落矿孔，13个光爆孔，如图2所示。每一分层每循环共14个落矿孔，27个光爆孔；炮孔总长为114.8m，矿石总量 Q＝12×2.8×4×3.03＝407.23t，故q＝3.55t/m；

爆破采用2号岩石乳化炸药，药卷直径为32mm，重200g，长200mm。则单孔装药量为：

Q＝(L-L

式中：Q——单孔装药量，kg；

L——炮孔长度，m；

L

L

q——药卷重量，kg；

单次爆破炸药消耗量为：

T＝n×q

式中：T——单次爆破炸药消耗量，kg；

n——炮孔个数，个；

Q——每孔装药量，kg；

经计算，两个进路一次爆破产生矿石总量为407.23t，光爆孔装药量为2/3q时，炸药消耗量为68.8kg，由此可得出炸药单耗为0.17kg/t。

然后，进行采场爆破；

凿岩结束后，清洁炮孔，炸药采用2号岩石乳化炸药，起爆器材为导爆管雷管，使用煤矿用电容式发爆器起爆，每次爆破4排炮孔，进尺为2.8m，两个进路分别爆破50次；

采用复式起爆网络，孔口起爆，如图3所示。两个进路分别完成一次爆破需脚线长5m的导爆管雷管45发(包含起爆雷管4发)，导爆索184m。一个分层矿块爆破需要雷管2250发，导爆索9202m，炸药4.13t。

而后，进行采场通风；

新鲜风流从运输巷道经分层联络道进入采场，冲洗工作面后，污风经回风天井汇入回风巷道，再经回风天井至回风竖井，最后由回风竖井抽出地表；为改善工作面通风效果，爆破后在采场内布置局扇加强通风；

再然后，进行采场撬毛；

爆破通风后即进行撬毛作业，撬毛采用撬毛台车。在撬毛作业完成后，为保障采场作业空间安全，对于矿层不稳固地段采用锚网或喷锚网支护；锚杆选用直径42mm的摩擦式管缝锚杆，长1.8～2.0m，锚杆网度0.9×0.9m，梅花形排列；金属网可以用矿山废旧钢丝绳破股后手工编制而成，网度50×50mm，每张规格1.2×1.2m，金属网安装时每张要互相搭接并紧贴岩石面。最后在所有要求支护的矿岩面上喷射一层厚度30～50mm的素混凝土；

采场撬毛以后进行采场出矿；

撬毛作业完成后，采用柴油铲运机装载，地下卡车运矿；经分层联络道，中段运输巷道，辅助斜坡道运出地表。

进一步的，采用该方法进行磷矿回采施工中，每次施工中根据地质条件的要求和回采的安全，需要对施工中的不稳定围岩进行采场支护，以及对采空区进行充填；

其中，在实施过程中，所使用的采场支护方法可以是长描索支护，即在岩体中钻凿一定直径和深度的岩孔做为锚索孔，然后装入预先处理好的一定直径的钢丝绳或钢绞线，然后利用灰泵注入一定比例的水泥砂浆，其凝固之后岩体内应力增大，强度提高，从而维护岩体稳定的一项新技术。作为一种新型有效可靠的加强支护形式，锚索支护在采场支护中占有重要地位。与锚杆支护相比，锚索支护特点是锚固深度大、锚固力大、承载能力高，使下部不稳定的岩层锚固在上部稳定的岩层中，可靠性较大；而且可施加预应力，起到主动支护围岩的作用，因此可获得比较理想的加固支护效果，是大松动圈采场支护加固不可缺少的重要手段。其支护强度、加固范围、可靠性也是一般锚杆支护无法可比的。

此次试验选择长锚索支护上盘不稳固围岩，即在凿岩巷道内钻凿一定深度的上向扇形孔，并放入相应长度的钢丝绳或钢绞线，采用前进式注浆法，将砂浆注入锚孔中，锚孔中的砂浆凝固后即成为采场上盘锚索预锚固结构。采用长描索支护都是需要根据设计要求和地质情况综合考虑，经过验算得出的，该方法是一种有效可靠的加强支护形式，具有锚固深度大、锚固力大、承载能力高，使下部不稳定的岩层锚固在上部稳定的岩层中，可靠性较大等特点。

其次，采场充填则可以选择掘进废石加浇充填和全胶结充填对踩空区进行充填来进行；

在实施中，第一分层采用全胶结充填方案，形成人工假底。因此，在第一分层空区充填前，需预先架设充填挡墙，施工工艺详见充填挡墙施工图；第二分层以上采用低强度充填体+ 胶结面层或废石+胶结面层充填方案，掘进废石通过卡车运输，经盘区斜坡道，分层联络道进入采场充填，通过铲运机平场后，充填0.5m厚高强度胶结面层。第一分层胶结充填体体积为 4410m

以磷石膏水泥料浆胶结充填，其第一分层和面层胶结充填部分按配方LP6801(3:1)，14天抗压强度1.8MPa，满足1.5～2MPa的强度要求；28天抗压强度3.34MPa，满足3～4MPa的强度要求，详细配比见表1。

表1磷石膏充填配方

由于矿体较厚，且直接顶板稳定性差，允许暴露的时间较短，回采工艺对采掘设备的性能、效率、可靠性都有很高要求，这直接关系到生产安全和矿石的损失、贫化。因此，采矿试验以使用大型无轨液压采掘设备为基础。

其中部分机械选择如下：

a)Boomer281浅孔凿岩台车：采准切割时，因工作面调动频繁，取200m/台班；回采时，取250米/台班。

b)SPZ-II型湿式混凝土喷射机：取14立方米/台班。

c)坑内卡车：结合国内外坑内卡车的型号及参数，采矿试验选择20t的DQ-20J坑内卡车。

卡车将矿石运至井口堆场后，在返回途中，就近选择掘进工作面装载废石，并运至采场空区进行充填，做到一车两用。

全胶结充填采用磷石膏+河砂(40:60)胶结充填以磷石膏+河沙、水泥料浆浇面充填，面层高强度按下表15LHS7901配比进行，14天抗压强度1.6MPa，满足1.5～2MPa的强度要求。低强度部分按15LHS7703配比进行，14天抗压强度0.75MPa，大于0.5MPa。详细配比见表2。

表2磷石膏+(-15mm)(40:60)筛分河沙充填配方

通过采用该方法，其目的在于探索更加适应深部矿体开采技术条件的新采矿方法，确定合理的充填材料、充填工艺，评估充填效果，在基建期具备条件时通过采矿试验采出部分矿石，满足业主对矿石的需求；对解决掘进废石露天堆放及泥石流造成的环境影响具有重要意义，对解决深部地压及空区引起的次生地质灾害具有指导意义。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实说明书中实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内；同时，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。