——记2015年石化联合会科技进步一等复杂条件下厚大缓倾斜磷矿体安全高效开采关键技术

    磷矿是重要的、具有战略意义的非金属矿资源，中国磷矿石产量占世界的30％。磷矿作为一种不可再生资源，不可回收再利用，正在逐步走向枯竭。如果按当前技术水平只考虑开采富矿，现有资源仅够开采20年。保康白竹磷矿是国家八大磷矿区之一，矿区地质条件极为复杂，如何在保障地表危岩体安全的前提下，探索研究井下安全高效开采技术属世界性难题，国内外同类矿山没有先例。为此，湖北兴发化工集团股份有限公司、武汉工程大学和兴山县瑞泰矿山咨询服务公司联合设计单位组成项目组开展创新攻关，首次成功在国内磷矿开发出了一套适用于复杂地质条件下厚大缓倾斜磷矿体的关键技术，解决了白竹磷矿安全高效开采的重大技术问题。该项目也因此获得了2015年度中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖。

    保康白竹磷矿位于神农架以东，武当山以南，荆山山脉与大巴山相接高中山区，矿区磷矿资源丰富，是我国主要磷矿主要产区之一。该磷矿具有三大特点：一是属厚大缓倾斜矿体，磷矿层由三层组成，呈缓倾斜产出，平均厚度为17.71米，最大厚度达到24.93米，如此厚大缓倾磷矿体的开采属世界性难题；二是该矿区地表及矿区地质构造复杂，构造特殊，矿层节理裂隙发育，矿层顶板结构破碎，稳固性差，给采掘井巷的施工与采矿造成极大的困难；三是储量大，矿石综合品位低，平均品位23.2%,中低品位磷矿石占70%，富矿少，而且贫、富相间分布，不实现全层开采将造成极大资源浪费。白竹磷矿是国内厚大缓倾斜磷矿体的典型代表，其地质条件复杂、开采技术难度大、安全风险高，在国内外没有先例，也没有成熟的开采技术方案可以借鉴。同时由于矿区地表危岩体众多、影响区农户众多、矿层节理裂隙发育、顶板结构破碎多变，实际运行中的回采率由原设计方案的71%下降到60%以下，同时顶板冒落、矿柱片帮等事故频发，严重制约了矿山安全生产和资源综合利用。

    因针对上述问题，从2010年开始，湖北兴发化工集团股份有限公司联合武汉工程大学张电吉教授团队，自主一套适用于复杂条件下厚大磷矿体安全高效的“锚杆锚网锚索护顶、切顶分层房柱法”的采矿工艺技术。首先，项目组运用坑内钻探明井下顶板结构，针对不同顶板结构制定了分类管理的控顶技术，首次采取了“锚杆锚网锚索联合控顶技术”，解决了矿层顶板安全问题。其次，项目组优化开采技术方案，在切顶分层采矿基础上首次开发应用二步回采充填开采技术，结合混凝土矿柱胶结充填和矿房回填，使矿石的回采率由实际运行的60%提高到现在的85%以上，不仅年新增资源开采量30万吨以上，而且保障了井下作业的安全性，同时解决了矿柱安全和回采率低的问题。第三，在国内首次采用人工矿柱技术对靠近地表的采空区进行矿柱置换，将局部废石充填至新的采空区，地表覆土绿化，确保了地表采空区的安全稳定，解决了地表危岩安全和井下开采安全问题。

    上述关键技术的研究开发，共获得了5项实用新型专利，发表专业技术论文5篇。破解了复杂地质条件下厚大缓倾斜磷矿体开采这一世界性难题，填补了国内外技术空白，保障了矿山开采安全，提高了矿山资源利用效率。该技术分别在兴发集团后坪磷矿、武山磷矿、神农架兴华矿业和兴隆磷矿等单位应用，使企业的安全生产水平和生产效率发生了飞跃，近三年来新增利润8000多万元，新增税收5000多万元，节约生产成本2000多万元。同时近五年没有发生重大安全事故，矿区地表危岩体监测没有发现异常。

 

    该技术在保康白竹磷矿应用后，每年磷矿石开采能力新增45万吨达到120万吨，每年给地方贡献税费超过1亿元，为湖北保康、神农架林区、远安、夷陵区等磷矿资源大区县提供了技术示范标杆。按照综合回采率提高10%以上计算，相当于年新增磷矿储量120万吨以上，经济价值2.4亿元以上，不仅为湖北磷矿的安全开采提供了技术支持和示范引导，更是为全国磷矿资源利用树立了榜样。