顾世榛

（河北钢铁集团矿业有限公司承德黑山铁矿    河北承德）

摘要:河钢集团矿业公司承德黑山铁矿现已由露天开采全面转入地下深部开采，井采一作业区主采陡倾斜厚大钒钛磁铁矿体，采矿方法采用无底柱分段崩落法。随着开采深度增加，地应力持续升高，矿体产状起伏加剧、上盘围岩破碎严重、覆岩厚度分布不均、矿岩流动区域差异性显著。矿山长期采用传统统一截止品位放矿模式，存在废石提前混入、进路眉线变形、矿流紊乱、脊部残矿量大、贫化指标波动大等突出问题，严重制约采场资源回收率与供矿稳定性。为适配黑山铁矿破碎上盘、多变覆岩、大块率偏高、矿岩流动性差异大的特殊开采条件，本文依托无底柱分段崩落散体椭球体放矿理论，构建分段分区+错峰时差+梯度递减+眉线保形四位一体协同精准放矿新工艺。通过采场横向分区差异化管控、相邻进路时序错峰放矿、步距梯度定量控矿、眉线形态保形控矿、上下分段立体闭环残矿回收等一系列本土化、落地性极强的新型管控措施，彻底改变传统粗放式“一刀切”放矿模式。通过6个月现场试验，新工艺有效规整矿岩流动形态，显著延缓废石漏斗贯通速度，大幅降低永久性残矿损失。实施后矿石回收率提升1.37%，综合贫化率下降1.87%，出矿连续性与供矿均衡性显著提升，实现了安全稳采、资源增效、降本提质的综合效益。研究成果可为同类露天转地下金属矿山无底柱崩落法精准、低损、高效开采提供工程参考。

关键词：无底柱分段崩落法；分区放矿；错峰时差放矿；眉线保形；梯度递减放矿；黑山铁矿

1工程概况

黑山铁矿井采一作业区为露天转地下接续核心生产采区，主采钒钛磁铁矿体呈陡倾斜厚大产出，矿体走向延伸长、厚度变化幅度大，局部含地质构造与软弱夹层。矿区上盘围岩节理裂隙极为发育，整体性差、自稳能力弱，受爆破震动与采动应力影响易片帮冒落；下盘围岩岩体稳固、结构完整，为采场整体稳定提供良好围岩基础。作业区采用成熟的无底柱分段崩落法开采，分段高度12m，进路间距15m，回采进路菱形交错布置，采用扇形中深孔爆破落矿、铲运机端部出矿，依托覆岩自然崩落形成覆盖层实现安全放矿，矿石经分段巷道汇入主溜井完成转运提升。

随着开采深度持续下移，深部高地应力、围岩破碎、覆岩厚薄不均等问题日益突出，传统放矿工艺的技术短板持续放大。原有放矿方式对全采场进路采用统一截止品位、统一出矿节奏、统一步距放出量，完全忽视不同区域矿岩流动特性与围岩稳定差异，造成多项生产顽疾长期无法根治。主要问题体现在：中部矿体废石提前贯通混入、上下盘边界残矿滞留严重、多进路同步出矿造成漏斗互相干扰、眉线变形破坏放矿椭球体形态、大块堵口导致放矿中断、上下分段放矿缺乏统筹引发指标连锁劣化。粗放的放矿管理模式，已无法满足深部矿山低贫化、高回收、稳矿流、保安全、均衡供矿的生产要求，亟需研发适配赋存矿体条件的新型精准放矿技术体系。

2新型协同精准放矿体系构建

结合回采现场开采痛点，依托无底柱分段崩落散体流动规律、压力拱理论与矿岩漏斗发育机理，构建适配深部采场的分区差异化、时序错峰、梯度控量、边界保形、立体回收全维度精准放矿体系。所有创新措施均立足现场实际、无需设备改造、可直接落地执行，具备极强的矿山专属特色与技术先进性。

2.1采场横向三区差异化放矿

根据矿体厚度、围岩稳固性、覆岩厚度、矿岩流动阻力四项指标，将每个回采分段横向划分为上盘破碎区、中部核心区、下盘边界区，实行一区一策精准管控。

（1）上盘破碎区：可控松动放矿模式上盘围岩破碎易冒落、覆岩稳定性差，采场安全管控优先级高于瞬时出矿量。管控原则为少出、勤出、不抽空、保垫层、稳覆岩。严格控制单次步距放出量，持续保留底部矿石垫层，缓冲围岩冒落冲击能量，杜绝顶板悬空、覆岩塌落与局部地压显现。放矿全过程监测围岩动态，待覆岩压实稳定后再适度提升放出比例，实现安全与回收平衡。

（2）矿体中部核心区：低贫化均衡放矿模式中部矿体厚大、矿石品质高、矿流阻力小，是主要出矿区段，也是废石最易提前侵入的区域。管控原则为稳流、慢放、早停、留残回收。坚持低贫化放矿理念，纯矿阶段匀速稳定出矿，初见废石及时减速，出现持续性混岩立即停采，剩余脊部残矿留置下分段二次回收，从源头控制整体贫化指标。

（3）下盘边界区：梯度强化回收放矿模式下盘边界矿岩混杂严重、散体移动阻力大、残矿滞留量高，是资源损失的重点区域。采用三梯度递进放矿制度：纯矿阶段高效出矿、微量混岩阶段稳流控量、高混岩阶段及时终止放矿。在可控贫化范围内最大化回收边界滞留矿石，有效降低永久资源损失。

2.2相邻进路错峰时差放矿

黑山铁矿传统贫化偏高的关键机理在于多进路同步出矿造成漏斗交叉贯通。无底柱崩落法放矿漏斗具有独占发育特征，多条进路同时出矿会打乱散体流动场，形成贯通式废石下沉通道，造成大范围提前混岩。

针对该问题，实施同分段错峰时差轮换放矿工艺：相邻进路严禁同步大规模出矿，严格执行“一放一停、错时2～4小时轮换作业”，同一时段仅保持单一主导漏斗发育，保证放矿椭球体垂直、规整、独立发育。该工艺从流动机理上抑制废石横向串扰，是黑山铁矿低成本、高效率降贫提收的核心技术手段。

2.3步距梯度递减放矿技术

针对传统匀速放矿“前期放空过快、后期废石快速倒灌”的普遍问题，结合黑山矿岩流动特性，采用单步距三阶段梯度递减放矿模式。第一阶段为纯矿高效放出阶段，放出量占本步总量60%；第二阶段为微量混岩稳流阶段，放出量占总量25%；第三阶段为控贫收尾阶段，仅放出15%残留优质矿石，见持续废石立即停矿。梯度递减模式有效延缓矿岩界面下移速度，规避瞬间大规模混岩问题，显著优化单步距放矿质量。

2.4眉线保形控矿技术

黑山铁矿井采长期存在眉线变形、超挖、垮塌顽疾，爆破扰动与铲运机作业冲击导致出矿口变形、矿流偏流、单侧串废、脊部残矿堆积，是长期制约指标提升的隐蔽核心因素。

通过建立全流程眉线保形机制，彻底改善放矿边界条件：优化眉线区域爆破装药结构，降低边孔装药量，弱化爆破对围岩的破坏。完整的眉线结构保证放矿漏斗居中垂直发育，杜绝乱矿流、偏流、串流问题，为标准化椭球体放矿提供基础保障。

2.5覆岩厚度动态匹配放矿制度

针对采场覆岩厚薄不均、放矿条件差异大的特点，建立动态适配放矿机制：覆岩偏薄区域严控放矿速度，防止顶板抽空、覆岩塌落；覆岩适中区域执行标准均衡放矿；厚覆岩区域适度加大放出量，加速覆岩压实、形成稳定压力拱。通过覆岩与放矿强度动态匹配，既保障采场安全，又优化整体放矿效果。

2.6大块前置管控与堵口预判放矿技术

受矿体构造与节理发育影响，局部爆破大块不可避免，大块卡堵眉线易造成放矿中断、悬料残留、矿流紊乱。通过源头优化孔网参数、改善爆破块度，降低大块产出率；出矿过程实时观察块度变化，提前预判堵口风险，出现大块及时减速预处理，严禁强行掏料破坏矿流结构，保证放矿过程连续稳定。

2.7上下分段立体闭环放矿体系

突破单分段独立放矿局限，构建上分段控废、本分段稳流、下分段回收的纵向立体闭环管控模式。约束上分段严禁超放、空放，杜绝垂直贯通废石漏斗发育；本分段精准控流、稳定指标；下分段针对上段滞留残矿实施诱导松动、二次放矿，最大限度盘活残留资源，实现全采场纵向放矿体系闭环优化。

3配套现场保障措施

3.1爆放一体化联动管控

根据三区放矿特性差异化调整爆破参数，上盘破碎区弱化爆破强度、保护围岩稳定；中部及下盘区域优化孔网参数，提升矿石破碎均匀度。通过爆破质量前置优化，为精准放矿、稳流控贫提供先决条件，实现爆破、落矿、放矿全流程一体化管控。

3.2精细化放矿台账管理

建立单进路、单步距放矿台账，详细记录出矿量、纯矿时长、混岩时间、大块情况及停矿品位，积累黑山铁矿专属放矿数据库，持续动态修正分区放矿参数，实现工艺持续迭代优化。

3.3工艺交底与班组考核

针对错峰放矿、梯度放矿、眉线保形等开展专项培训与技术交底，将新工艺执行情况纳入班组绩效考核，杜绝粗放作业习惯反弹，保障新工艺长期稳定落地。

3.4安全风险防控

放矿全过程执行敲帮问顶、顶板监测、悬料排查制度，堵口处理、残矿清理严格落实专项安全措施，有效防范片帮冒落、埋压、坠料等风险，实现提质增效与安全生产同步推进。

4工业试验与指标分析

选取井采一作业区508m水平典型完整矿块开展6个月工业试验，试验段布置16条标准回采进路，矿体条件、爆破参数、设备人员保持不变，仅优化放矿管控模式，与上水平传统工艺回采水平形成对照分析。

试验结果表明：新工艺实施后，矿石回收率由88.26%提升至89.63%，提升1.37个百分点；综合贫化率由33.12%降至31.25%，下降1.87个百分点；大块堵口频次月均下降15%，放矿连续性显著提升；矿石品位波动大幅减小，供矿均衡性明显改善。

新工艺无需资金投入、不改变采掘参数、完全依托技术管理升级实现提收降贫，不仅提升了矿产资源利用率，降低采选运输、破碎、能耗成本，同时稳定采场地压环境，减少巷道维修量，综合经济与安全效益突出。

5存在问题与优化方向

试验过程中发现新工艺仍存在部分提升空间：一是局部矿体构造突变时，人工分区边界调整存在轻微滞后；二是混岩判断与停矿节点依靠人工观测，存在人为误差；三是上下分段立体放矿时序匹配仍可进一步精细化。

后续可依托三维地质建模实现智能动态分区，通过地质数据积累完善分段时序匹配标准，进一步推动放矿工艺向标准化、智能化、精准化方向升级。

6结论

（1）黑山铁矿深部开采围岩破碎、覆岩不均、矿流复杂，传统统一放矿模式存在显著技术短板，无法适配高效低损开采需求，亟需精准化、差异化、本土化的放矿管控体系。

（2）本文构建的分区差异化、错峰时差、梯度递减、眉线保形、立体闭环协同精准放矿工艺，完全契合无底柱分段崩落散体流动机理，全部措施贴合黑山铁矿现场实际，创新点突出、落地性强、区别于通用常规研究，具备极强矿山专属特色。

（3）工业试验证明，新工艺能够有效规整矿岩流动形态、抑制废石提前侵入、减少脊部永久残矿，显著提升矿石回收率、降低综合贫化率，同时改善采场出矿连续性与供矿稳定性，实现安全、资源、效益多维提升。

（4）该工艺零投入、易推广、可复制，适配黑山铁矿深部持续开采条件，可为同类型露天转地下破碎围岩金属矿山无底柱崩落开采提供先进、成熟、可借鉴的放矿技术经验。

参考文献

[1]  任凤玉，谭宝会。无底柱分段崩落法放矿理论与精准管控技术[J].金属矿山，2020.

[2]  高展，黑山铁矿深部开采工艺优化研究[J].河北冶金，2021.

[3]  GB16423-2020金属非金属矿山安全规程[S].

[4]  张志贵，无底柱崩落法错峰放矿技术研究[J].采矿技术，2022.

[5]  胡小伟，露天转地下矿山残矿回收技术优化[J].中国金属通报，2026.