宜昌磷矿中磷层采矿方法及山体稳定性研究初探.pdf

技术经验 I M＆P纯z矿物与加I 2 0 0 1 年第 6期 文章编号 1 0 0 8 7 5 2 4 c 2 0 0 1 0 6 0 0 1 80 4 宜昌磷矿 中磷层采矿方法及山体稳定性研究初探 王荣林 宜昌县矿山规划设计研究所， 湖北 宜 昌4 4 3 1 0 0 摘要 宜 昌磷矿 矿柱稳定性统计分折方法和结论由指导． 结 合中碡层开采矿 区的具体情 况． 提 出 r供试 验待 进一步技 术论证的中碡 培采矿方法和山体 稳定的技术措施 关键词 宜昌磷矿； 中碡层 采矿方弦； 山体稳定 中田分 类号 TD 8 71 3 文献标讯码 A 1 前 言 宜昌磷矿位 于湖北省宜昌、 远安、 山三县交 界 处， 距宜 昌市 1 2 0 k m， 总储 量 1 3 ． 4亿 t 震旦 系 上统陡山沱组是矿 区的含磷岩系， 由含钾页岩、 磷 块岩及白云岩等岩层组成， 多直接不整台于前震 旦系崆岭群之上． 主要分 布于近南北 向短轴背斜 黄陵背斜的东翼和北翼。地层 含矿层 产状 平缓． 倾角 5 。 ～6 。含磷岩系中有三个含磷层位， 具有工业价值的为一矿层 P h I 和二矿层 P h 2 。 P h 。 矿层又分为 P h 、 P 、 P h 三层， 其中仅上部 的 P 为工业矿层， P 、 P h 无工业债值P 1 2 矿 层又称中磷层， 为宜 昌磷矿次要工业矿层， 占总储 量的 5 ％， 主要分布在杉树垭矿区和栗西矿区。 本文主要探讨 中磷层开采合理的采矿方法和 山体稳定的技术措施。 2中磷层开采矿区地形地质概况 2 ． 1杉树 垭矿 区概况 杉树垭矿区位于宜 昌县北部山区， 邻近保康 、 远安两县， 矿区面 积约 1 6 k m2 。中磷崖赋存于 陡 山沱组胡集段下亚段， 直接顶板 z 。 d 2 为深灰 色中厚层状粉晶一细晶 云岩夹薄层 泥质粉晶云 岩． 厚 2 3 7 ～1 1 ． 8 2 m，平均 6 ． 7 8 m。矿层由砂 屑 - 收稿 日期 2 0 0l 一0 2 2 6 1 8 磷块 岩、 条带状磷块岩、 硅质磷块岩夹粉晶云岩 部分地段夹硅质岩 组成。中磷矿层结构较为复 杂， 其上部磷块 岩夹白云岩， 为贫矿． 中部磷块岩 不夹或夹微量云岩． 为富矿， 下部磷块岩夹较 多云 岩或硅质岩， 为贫矿。矿层产状与地层产状一致， 总体倾 向北东， 倾 角 5 。 ～1 0 。 ． 局部较陡， 可达 1 5 。 一 2 5 。 。矿体底板为 z 。 ， 灰白色层状粉晶一细 晶云岩， 中部偶夹少量泥晶磷块岩及砂砾屑硅质 磷块岩． 厚 7 ． 6 1 ～2 3 ． 9 3 m． 其下即 P h ． 其厚度为 P 与 p h 3 两个矿层相距的高度。矿区内 P 为 次要矿层， 大多为贫矿。局部形成透镜体富矿带， P 2 含量可高达 3 6 ％左右，矿区内断 裂构造发 育． 已大致 查明的有 3 5条断层， 均为正断层。中 磷层 DE级储量 2 4 1 8 ． 9 7万 t 。下磷层 P h } D E级 储量 5 1 4 2 ． 2 0万 t 。 2 2栗西 矿 区概 ；兄 栗西矿区紧靠杉树垭矿区． 位于其南部， 矿区 地形 特点类似杉 树垭 矿区， 矿 区面积约 1 5 k m 。 Z j 2 d 2 厚 2 ． 2 0 m～1 9 7 0 m， 中磷层厚 0 2 9 m～ 7 ． 8 6 m， 一般厚 2 ～4 m， 0 5含量 9 1 0％～3 2 8 6 ％． 一般 含 P 2 O5 1 8 ％-2 3 ％。矿区有较大断层 2 7条， 大 多 为高 角度正断层， 少数 为逆 掩断 层。 维普资讯 技术经验 I MP讫I矿糟 与加I 2 0 0 1 年第 6期 中磷层 cD级储量 8 0 9 5 ． 9万 t 。P h l CD级 储量 1 2 2 0 1 0 8万 t 。P k 2P h 『 cD级 储 量 2 0 2 9 6 9 8万 t 。 3 中磷层矿区开采现状 自8 O年代末以来， 先 后有 1 8家集体矿山企 业在以上两个矿区进行开采． 目前尚有 l 5 家矿 山 在生产。生产能力逾 6 0万 t ／ a ， 产量一般达 5 O万 t ／ a 。杉树垭矿区有 5家． 栗西矿区有 1 0家。 这些矿山所采用的采矿方法为“ 房柱法” 。采 场构成要素大同小异， 采场走 向宽度 4 8 --6 0 m， 倾 斜长度 4 8 ～6 0 m， 每个采场分 4个矿房， 矿 房宽 1 2 ～1 5 m。顶柱斜长 3 m， 间柱规格有 3 m3 m和 3 m4 m两种。间柱之 间的距离 6 ～8 m。底柱斜 长 3 m， 两个采场之间留 3 m宽的连续矿 壁。开采 回采率约 8 O ％， 采矿贫化率 8 ％左 右。采矿方法 构成要素同开采下磷层的房柱法相近或相同。采 空区处理设计采用强制崩落顶板的方法。 在实际开采中有一些矿山因种种原因未能按 设计要求施工， 实际形成“ 巷道式回采” 和“ 硐室式 回采” ， 地表露头乱开 硐 口较多。至于采 空区处 理， 目前 尚无一家采用强制崩落顶板的方法。有 一 些 P 发育 P 2 含量高的矿山． 在开采中磷层 的同时也对 P h } 富矿透镜体实施丁回采。但同时 开采上下对应部位中磷层和 下磷 层的矿 山则很 少 。 4 中磷层开采技术条件特点探析 与开采下磷层 比较， 开采中磷层技术条件具 有以下几个特点 1 中磷层开采矿区山势陡峻， 地形 条件非常 不利于山体 稳定。大多数 采空 区是 不允许 冒落 的。因采空区冒落． 地表就有可能引起塌陷。从 而有可能导致地表陡岩基脚失稳， 诱发陡岩崩落． 酿成地质灾害 2 中磷层发育矿区． 历史上山体垮塌遗迹较 多， 古裂缝时有 发现。说 明矿 区山崩滑坡 在历史 上时有发生， 当属地质灾害重点防范区。 3 矿区中有些矿段还是地震 多发区。例 如 董家河矿段， 1 9 6 0 --1 9 7 7年， 发生 1 ． 5 ～2 ． 9 级地 震共 1 O次。 4 矿岩 内部构造较其 它矿区更为复杂。断 层多， 裂隙发育． 往往会形成滑崩体的边界条件。 5 地质工作程度普遍较低。 6 中磷层直接顶板 z L 2 d 为灰 白色中厚 层状粉晶云岩夹薄层状泥晶泥质云岩， 易风化， 遇 水易变软， 实际岩石力学强度较低 根据栗西矿 区金西磷矿等矿山井下现场观察， 数处 3 ～4 m宽 的脉 内巷道中， 顶板垮落高度达 6 m以上， 顶板稳 固性 较差 。 7 中磷层 白云岩夹石层多且厚度变 化大 对控制出矿品位极 为不利。 8 中 磷层 现 可采 厚 度 一般 2～6 m， 平 均 2 ． 5 m左右， 远大于 目前大量开采的下磷层实际可 采厚度 1 ～3 ． 5 m平均 1 5 m。 9 下磷层开采有 3 O多年的历史， 采矿 方法 较成熟。但对中磷层开采 目前还没有较成熟的采 矿方 法。 1 O 下磷 层开采后的采空区顶板处理， 大多 是采用强制崩落顶板的“ 崩” 法。而杉树垭 矿区、 栗西矿区的中磷层开采， 由于顶板含泥质， 稳 固性 较差， 故回采 中的顶板管理形 势就 比较严峻。但 更艰 巨的是 回采 后的采 空区处理和 山体稳定 问 题。为了山体稳定， 最有力的保证条件是回采 中 和回采后顶板长期不垮落。而要求顶板长期不垮 落的采矿 方法 a b 充填性的 目前在国内技术上还 是个难题。另外， P h 2 和 P h } 相距 2 ～2 4 m一般 8 m左右 ． 若都需要开采时． 在技术上也有不少难 题 5 供试验待论证的中磷层采矿方法刍形 殛初步 依据 笔者从 1 9 9 5年开始接触开采中磷层的矿山． 多次到矿 山的采区、 采场， 矿房去技术服务， 技术 指导． 也参与了对一些需 整改的矿山进行改造方 案设计。基于以上的初步认识和分析． 提交了供 试验待论证的 中磷层采矿方法， 其 刍形如下图及 文字 所述 。 5 ． 1 采矿方法构成要素 矿块沿走向布置， 长 6 4 m， 斜长 4 3 m。矿块问 - 1 9 维普资讯 维普资讯 技术经验 I Mc i P讫z矿耪与加I 2 0 0 1 年第 6期 原底柱倾斜长 3 m， 走 向长 6 ． 5 m， 其 w／ h值 1 ． 7 3 。现底柱修改为近似梯形 水平投影 ， 上宽 2 m， 下宽 9 m， 斜长 8 m． w／ h值为2 ． 2 1 。 5 关于矿层倾角。无论开采 P } l} ， 还是开采 P h 2 ， 矿层倾角大多在 5 ～l 5 之间， 超过 1 5 。 以上 的很少。故中磷层采矿方法设计 中暂不考虑倾 角 大于 1 5 。 的情况。 6 维护山体稳定的初步技术措施 要维护中磷层开采矿区的山体稳定， 除采用 合理的采矿方法之外， 还要采取其它一些技术措 施以相互配合 总结 6年来的工作实践， 采取的 初步技术措施如下 1 在山坡露头处， 从外到里直到矿体上部覆 岩厚度达到 3 0 m处， 其闻的矿体要留作山坡露头 永久保安矿柱， 一般宽 3 0 ～6 0 m， 以保持矿体露头 以上山体基脚稳固． 是防治岩移的基础。 2 受大断层威胁部位 ， 要及早采取防范措旆 对距矿体露头较近， 且断裂面倾向与矿层倾 向相同的较大断层， 要高度警惕。视 已开采与否 以及开采具体情况， 要 圈定一定 范围的“ 禁采区” 禁止在此范围内从事开采活动或采用“ 特殊 的采 矿方法。要严防由于开采活动不当， 诱 发山体滑 坡 。 3 严格杜绝在露头处乱开硐 口。合理确定 开拓运输系统和合理的采矿方法。 4 对 已经实施“ 巷道式 回采” 的工区或采场， 已无法按设计的新采矿方法组织回采， 可进行改 造 用“ 条带法” 回采， 可采用“ 采五留五” 或“ 采六 留四” 的条带法 回采剩 余的矿量， 严禁“ 硐室式 回 采” 。力争使矿柱布设均匀且使矿柱的 w ／ h值达 到 2以上。 5 在陡岩尤其是三面凌空的悬崖峭壁下的 矿体， 务必按有关规 范方法 留设相应的保安矿柱 在安全开采深度之内 。 6 对其它有较大断层矿段， 回采时， 沿断层 面要留设距断层面宽 3 0 m 以上 的隔离矿柱， 力争 不触及破碎带。且靠近断层面的矿房， 要适当增 大矿柱尺寸。 7 加强和改善支护技术手段 ， 使用较先进的 锚杆和锚护技术， 在顶板软弱处， 进行必要的及时 加固 。 8 制定好井下地压观测和地表岩移观测， 并 组织专门人员认真实施． 做好观测记录， 以便及时 掌握地压及地表岩移动态。 7 结语 1 宜 昌磷矿区中磷层开采， 开发在前． 科研 滞后， 山体稳定形势 比较严峻。笔者是应开采实 践的急需而提出的中磷层采矿方法及山体稳定技 术措施， 仅是初步的． 探索性的， 尚很不完善， 需进 一 步技术论证， 修改和完善。 2 与 中磷层采矿方法和山体稳定密切相关 的中磷层直接顶板的岩石力学参数测定问题十分 重要。笔者现场 调查看到的是中磷层直接 顶板 z ， 2 稳固性 不 如下磷层 p h J 直接顶 板 z I 2 d I 。但查有关 测试数 据． 却是 z ， 2 一 比 z I 2 d 】 的力学强度还 要好。笔者认为有可能是地质情况 的复杂多变性和取样的代表性复杂性所造成的。 3 因矿 区地质情况的复杂性、 特殊性， 开采 中磷层的采矿方法 旨在地表山势陡峻不允许塌陷 的限定条件下， 设计 出一种既能保持一定的开 采 回采率， 叉能合理留设各类矿柱以长期支撑顶板 的采矿方法， 难度是较大的。本文仅给出标准矿 块 的采矿方法构成要素 实践中， ， 则不能干篇一 律． 要考虑 采深 、 采厚， 矿层倾角． 顶 板的稳 固程 度， 地形、 构造 、 水文以及爆破振动， 地震 、 暴雨等 等因素， 因地制宜予以调整。 Pr e l i mi n a r y s t u d y o n m i n i n g me t ho d a n d ma s s i f s t a b i l i t y f or m i d d l e ． p h o s p h a t e ． b e d o f Yi c h a n g Ph o s p h a t e De p o s i t WANG R o n g l [ n Yi c h a n g D e ig n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e o f Mi n e ， Yi c h a n g Hu b e i 4 4 3 1 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t C o mb i n e d s p e c i fi c e o n d i t i o o f t h mk l d l p h o s p h a 【 d o f Yi c h a n g Ph o s p ha 【 e D e p o s i t ． p a p e r p r e s e n t s mi n i n g me t h o d a n d r 【 o s t a b i l i z e f f o r t h e r e s u l t【 f s t a bil i q s t a t L ql c s a n d a n a l y s is f o r Yi c h a n g Ph o s p h a t e ． p o s i t a s b s is Ke y wo r d s Yi c h a n g P h o s p h a t e De p o s i t m i n i n g me t h o d f o r mid dte - 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