某傾斜礦體副層設置方案探討

夏長念，陳小偉，段文權

(中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038)

0 引 言

自然崩落法是先用鑿巖爆破的方法采出階段內(nèi)礦體某個水平的一薄層礦石，使階段內(nèi)的礦體失去支撐，礦巖在重力作用下崩落，將崩落的礦巖從階段水平放出，使其上部的礦石繼續(xù)破裂，并借助重力作用崩落。隨著崩落開始后更多的巖石被放出，崩落在礦體中或礦塊中向上擴展，直至覆蓋巖石崩落，并產(chǎn)生地表塌陷。自然崩落法是一種自動化程度高的低成本的采礦方法，也稱之為“地下巖石工廠”。自然崩落法的初期投資較高，但它的作業(yè)成本比其它采礦方法低，因此對開采厚大、低品位礦體具有較大的優(yōu)勢，因此目前該方法也是開采厚大、低品位礦體的首選方案。

對于傾斜礦體的開采，采用自然崩落法時相對較為復雜，需要在礦體下盤設置一定數(shù)量的副層，當?shù)V體傾斜角度較小時，甚至需要在連續(xù)下盤布置多個副層，例如美國的賓漢姆凱約(Bingham canyon)銅礦。但是如果礦山設置的副層較多，作業(yè)點較為分散，礦山生產(chǎn)管理難度較大，因此對于厚大傾斜體采用自然崩落法開采時，需要根據(jù)礦體的形態(tài)和傾角進行對比分析，以便確定合適的副層布置方案。

1 礦體賦存情況

某銅礦礦體主要賦存于變質火山雜巖體內(nèi)，其產(chǎn)狀與圍巖基本一致，傾向北西，含礦雜巖體賦存于變質火山巖組中的絹云母石英片巖層中。其含礦巖性上部為變鉀質基性火山巖，下部以變石英晶屑凝灰?guī)r為主。圍巖為絹云母石英片巖及絹云母石英巖。礦體沿走向長約980 m，沿傾向延深900 m以上。礦體平均厚度為140 m，最大厚度為296 m，礦體傾角40°～55°，平均47°。

2 副層設置方案

為充分回收主層采場外的下盤礦石，根據(jù)礦體賦存形態(tài)，需要在礦體下盤設置副層。如果在下盤設置的副層數(shù)量過多，則作業(yè)面太過分散，礦山在生產(chǎn)組織較為困難，因此考慮礦山實際情況后，副層布置共考慮了2個方案，分別為單副層方案和雙副層方案，其中單副層方案有下部單副層方案和上部單副層方案。

2.1 方案Ⅰ：下部單副層方案

在體底盤主層以上30 m處設置1個副層，副層出礦巷道垂直礦體走向布置，出礦巷道凈斷面規(guī)格為3.8 m×3.5 m。放礦點間距為15 m×15 m。礦石溜井布置在下盤沿脈巷道旁側，間距為180 m，礦石通過溜井下放至下部有軌運輸水平。副層拉底水平位于出礦水平之上13 m，拉底巷道間距為15m，拉底巷道規(guī)格為3.0 m×3.0 m。拉槽巷道位于與主層礦體拉槽巷道連接處，自拉槽巷道向礦體下盤方向進行逐漸拉底。在礦體的下盤布置1條采準斜坡道，將副層的出礦和拉底水平與主層出礦水平連通。為滿足無軌設備安全通行的要求，副層出礦水平沿脈巷道凈斷面規(guī)格為4.4 m×3.7 m，采準斜坡道巷道凈斷面規(guī)格為4.4 m×3.7 m。

副層通風系統(tǒng)是由連通進風水平的進風天井和連通回風水平的回風天井組成，進、回風天井分別與副層的出礦水平和拉底水平連通。新鮮風流經(jīng)進風天井進入到副層出礦和拉底水平，之后沿著沿脈巷道沖洗工作面后，污風通過回風天井回到下部的集中回風水平。

方案I副層出礦和拉底水平復合圖見圖1。

圖1 方案Ⅰ下部單副層平面布置圖

2.2 方案Ⅱ：上部單副層方案

在體底盤主層以上60 m處設置1個副層，該方案與方案Ⅰ布置方式基本相同，各種巷道規(guī)格、通風系統(tǒng)生成工藝等均同方案Ⅰ。

方案Ⅱ上部單副層出礦和拉底水平復合圖見圖2。

圖2 方案Ⅱ上部單副層布置圖

2.3 方案Ⅲ：雙副層布置方案

分別在礦體底盤主層出礦水平之上30 m、60 m處各布置1個副層，副層拉底水平均在出礦水平之上13 m處。該方案2個副層布置形式同方案Ⅰ和方案Ⅱ。副層通風系統(tǒng)是由連通進風水平的進風天井和連通回風水平的回風天井組成，進、回風天井分別與副層的出礦水平和拉底水平連通。新鮮風流經(jīng)進風天井進入到2個副層的出礦和拉底水平，之后沿著沿脈巷道沖洗工作面后，污風通過回風天井集中回入下部的集中回風水平。

方案Ⅲ雙副層布置方案的出礦和拉底水平復合圖分別見圖3、圖4。

圖3 方案Ⅲ雙副層布置圖(下部副層)

圖4 方案Ⅲ雙副層布置圖(上部副層)

3 技術經(jīng)濟比較

3.1 方案可比工程量估算

根據(jù)3個副層方案的布置情況和設計選定的作業(yè)設備，對3個方案的工程量分別進行了統(tǒng)計，詳見表1。

表1 3個方案的工程量對比表

3.2 采出礦量對比

采用專業(yè)軟件對3種副層布置方案采出的礦量進行了模擬計算，計算時所采用的輸入?yún)?shù)見表2，計算結果見表3。

表2 專業(yè)軟件輸入?yún)?shù)

表3 采出礦量計算表

通過模擬計算，從表3中可知，方案Ⅲ比方案Ⅰ采出礦量多448 萬t，金屬量多19 360 t；方案Ⅲ比方案Ⅱ采出礦量多632萬t，金屬量多24 307 t。

3.3 副層方案經(jīng)濟效益比較

3.3.1 方案I與方案Ⅲ比較

根據(jù)工程布置情況經(jīng)計算，方案Ⅲ比方案Ⅰ增加巷道工程量11.49 萬m3，增加中深孔拉底量31.7 萬m3，可比投資多出12 643 萬元。多采出礦石量448 萬t，金屬量17 749 t(考慮選礦回收率92.5 %之后)。2種副層方案可比經(jīng)濟效益對比見表4。

從表4可見，在含稅銅價45 000 元/t時(不含稅為32 700 元/t)，采用方案Ⅲ(雙副層布置方案)比方案Ⅰ(下部單副層方案)可比收益多5 596 萬元，方案Ⅲ經(jīng)濟效益較好。

表4 副層方案I和方案Ⅲ經(jīng)濟效益對比表

3.3.2 方案Ⅱ與方案Ⅲ比較

根據(jù)工程布置情況，經(jīng)計算方案Ⅲ比方案Ⅱ增加巷道工程量6.22 萬m3，增加中深孔拉底量3.88 萬m3，可比投資多4 195 萬元；但是多采出礦石量632 萬t，金屬量22 094 t(考慮選礦回收率92.5 %之后)。2種副層方案可比經(jīng)濟效益對比見表5。

從表5中可見，在含稅銅價45 000 元/t時(不含稅為32 700 元/t)，采用方案Ⅲ(雙副層布置方案)比方案Ⅱ(上部單副層方案)可比收益多12 448 萬元，方案Ⅲ經(jīng)濟效益較好。

表5 副層方案Ⅱ和Ⅲ經(jīng)濟效益對比表

綜合表4和表5中的比較結果，方案Ⅲ雖然工程量較大，礦山需要投入的費用相對較多，但是可以多回采礦石，且回采出的礦石價值遠遠大于工程所增加的費用。因此，通過技術經(jīng)濟比價，副層布置最終推薦方案Ⅲ，即在礦體下盤分別距離主層30 m、60 m處設置2個副層，以便充分回收礦石資源。

4 結 語

傾斜礦體采用自然崩落法開采時，為了充分回收礦山資源，必須在礦體的下盤增設副層，但是副層設置數(shù)量和位置對于礦山生產(chǎn)投資和回收資源量而言都具有決定性的影響，需要考慮諸多因素。文章針對某傾斜礦體的副層布置方案提出了3種方案，并綜合考慮了工程布置、生產(chǎn)成本、回采資源量和礦山生產(chǎn)管理等諸多因素，并通過詳細的技術經(jīng)濟比較分析，最終確定了最佳技術方案，這對今后類似礦山的開采具有一定的參考和借鑒意義。