龙桥铁矿缓倾斜中厚矿体崩落采矿法覆盖层研究

邱晓东，丁 铭

(1.金建工程设计有限公司， 山东 烟台市 264670； 2.华煤集团有限公司，吉林 长春 130012； 3.庐江龙桥矿业有限公司， 安徽 合肥 231500)

龙桥铁矿床属层控沉积-热液迭加改造型矿床，矿床的工业类型属隐伏的大型含铜高硫磁铁矿床。矿体走向290°，倾向南，倾角15°～30°，矿体长2188 m，平均宽512 m，厚一般20～40 m，最厚63.58 m，最薄2.61 m，平均厚27.07 m。埋藏于-268.07～-507.41 m，矿床岩体质量总体属良好型。

1 矿床构造地质特征

龙桥铁矿床范围内断裂构造发育，在勘探地质阶段共查明断层12条。有些断层切割较深，破碎带宽度达到6 m。在矿山基建及生产初期通过坑道工程,进一步揭露了其地质信息，8线以东共有断层13条，由于这些断裂构造作用使矿体顶板岩石的整体性受到破坏。矿床内节理发育，主要走向为NNE、NE、NWW、NNW向，其中NNE、NE向最发育。

根据断层的产状和特征，将东区断层分为北北东、北东和北西向3组：

(1)北北东向断层组：包括走向15°～30°的断层。东区有6条,即F106、F102、F107、F111、F113、F6，均为正断层，其中F106、F107、F111、F6规模较大。断层倾向南东东，倾角较陡，60°～90°。

(2)北东向断层组：包括走向30°～65°的断层。东区有4条即F110、F108、F104、F103，均为正断层，其中F103规模较大。断层倾向南东，倾角57°～85°。F110 、F104与铜矿化关系密切，特别是F110，在-332.5 m分层6～8线南断层内见20～30 cm厚黄铜矿方解石脉，含铜品位高达26%，在-342.5 m分层，断层两侧泥质粉砂岩及磁铁矿体中含铜平均品位为0.71%，视厚度达32.9 m。

(3)北西向断层组：包括走向320°～335°的断层。东区有3条即F101、F105、F109，断层规模相对较小，F109明显错动了北东向断层。断层倾向南西，倾角69°～81°。

走向北北东向断层为东区主要断层，次为北东向断层。通过地质构造调查得知：虽然龙桥铁矿床顶板岩石RQD值较高，一般大于75%，岩体质量属于良好类型，但矿区内断裂构造发育，对矿体及围岩破坏作用较大，使岩体稳定性变差。随着空区面积的增大，在拉应力作用下，采空区顶板可能会首先在断裂面处冒落。因此,龙桥铁矿空区顶板在达到一定暴露面积条件下具备自然冒落的地质条件。

2 采矿方法及工艺

龙桥铁矿在厚大矿体部分采用无底柱分段崩落法采矿，对于矿岩均较稳固的矿山，在围岩不能及时冒落时，通常应采用工程或爆破方式进行强制放顶，以满足崩落法工艺要求的覆岩下出矿条件，但龙桥铁矿为缓倾斜矿床，空区水平面积巨大，如采用人工放顶，放顶工程本身存在较大的安全隐患，工期较长，施工难度大，且在生产中会造成较大的矿量损失，因此龙桥铁矿联合设计单位、科研院所，经分析矿床地质构造特征，采用了预留矿石作为覆盖层进行正常生产，当采空区暴露到一定面积时空区顶板岩石会自然冒落形成岩石覆盖层，再回收预留矿石的生产工艺。

龙桥铁矿目前共有两个生产中段，分别为-320 m中段与-370 m中段，中段高度50 m，分段高度12.5 m，进路间距15 m，上下分层进路呈菱形布置。生产中，无底柱分段崩落法采场沿走向布置采矿进路，每200 m进路长度划分为一个矿块，中间进行切割向两端退采。

矿山采矿采用暂留矿石作覆盖层和顶板岩石自然冒落相结合的工艺方法(见图1)，生产中具体实施是第一分层崩落矿石量的70%～80%暂留在空区，第二分层崩落矿石量的40%～50%留在空区，经计算，两个分层后空区留矿的厚度已达24 m，满足安全规程与设计规范最小20 m的覆盖岩层的高度要求，第一分层开始出矿时，控制每条出矿进路的眉线处不与空区相通，已形成的空区与其它工程的通道进行封闭以防止空区中可能出现的较大面积冒落产生冲击气流危害。自第三分层开始就可以进行正常的放矿。当矿体采矿结束时因采空区的暴露面积扩大，崩落时间增长，冒落岩石的厚度已满足垫层的要求，最后放出存在空区里的矿石。

龙桥铁矿从投产以来的生产实践表明,主要采矿方法无底柱分段崩落法的贫化率控制在15%左右,预留矿石作为覆盖层在保证生产安全、降低贫化率、满足矿山生产进度、提高矿山经济效益等方面取得了良好的效果。

图1 采矿工艺

3 采空区顶板冒落监测

龙桥铁矿从矿山投产开始，自2007年2月就进行了采空区顶板岩层监控技术研究，测试了龙桥铁矿的基础岩石力学数据；2008年起与相关高校和设计院组成了采空区监测及岩石冒落规律研究课题组，开展了大量的监测研究工作。

在采空区管理方面，除采矿工艺所规定的控制放矿保证采空区中矿石、岩石垫层的厚度符合矿山安全规程的要求外，目前-355 m分层以上各分层通往采空区的所有通道均采用压渣方式和浇注砼墙方式进行了封闭。

为了查明采空区顶板围岩冒落情况，在地表施工监测钻孔通过仪器测量，获取岩层冒落高度数据，为采空区管理、采矿方法研究、放矿管理、损失贫化管理提供依据。自2008年3月起，共施工6个监测钻孔进行监测。

从监测数据来看,截止到2013年3月,6个监测孔中除2号孔因位于浅采区只产生岩石位移尚未冒落外,其他监测孔平均顶板岩石冒落高度达16 m,形成的松散体覆盖岩层厚度达25.6 m,完全满足安全规程及设计规范的要求。

4 结 论

龙桥铁矿自投产到目前为止，东区8线～7线从-320 m分层开始首采，已经下降到-355 m分层。从对过去所积累的工程及生产数据进行分析得出以下结论：

(1)利用勘探地质工作成果和巷道工程揭露的地质数据,确认矿床顶板岩石因断裂构造破坏了岩体的整体稳定性，当采空区面积扩大到一定程度时顶板岩石能够发生自然冒落的认识经过生产得到了验证。

(2)龙桥铁矿无底柱分段崩落法采矿用暂留矿石结合顶板岩石自然冒落形成覆盖层符合矿山安全规程要求，保证了采矿作业的安全，有效地降低贫化率至5%左右，取得了较好的经济效果。

(3)针对龙桥铁矿缓倾斜矿体的特点，采用预留矿石作为覆盖层，不仅节省了强制放顶工程的费用，而且为矿山连续生产提供了保证，为类似矿山的采矿工作提供了借鉴。

参考文献：

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