復(fù)雜富水礦山采礦方法選擇研究

魏愛國

（內(nèi)蒙古額濟納旗基層國土資源管理所，內(nèi)蒙古 阿拉善 735400）

優(yōu)選采礦方案可以通過模糊數(shù)學(xué)理論來針對采礦成果的收益性、消耗性以及非定量指標(biāo)來做好隸屬度矩陣計算，綜合考察下來，為了確保富水復(fù)雜礦床的安全高效施工工作，經(jīng)過全方位評估采礦方案的綜合優(yōu)越度之后，認(rèn)為可以將分段空場嗣后充填法作為最佳采礦方案。

1 技術(shù)條件（以白象山為例）

1.1 礦體和圍巖的穩(wěn)定性分析

對于礦區(qū)的礦體來說，影響穩(wěn)定性的關(guān)鍵主要在于造泥礦物和鱗片狀礦物在礦石當(dāng)中的實際含量與富集程度，經(jīng)相關(guān)研究表明，造泥礦物與鱗片狀礦物在礦石當(dāng)中的含量與集中度越高，則礦體穩(wěn)定性越高[1]。一般來說，會影響到主礦體的穩(wěn)定性的軟弱夾石層中，常見的夾石巖性有大理巖、閃長巖、輝綠巖、角巖、微晶高嶺石巖以及正常細(xì)晶巖等等。雖然說礦體的主體是比較穩(wěn)定的，而圍巖局部卻常常會出現(xiàn)軟化巖石，圍巖所指的就是礦體夾石層與頂?shù)装逯g的部分，這是一個在礦體上下盤20m直徑范圍內(nèi)的近礦圍巖不穩(wěn)定帶，在采礦方案的安全性方面起到了重要影響作用，也是礦山開采過程中的主要工程地質(zhì)問題[2]。

1.2 礦山概況

本文將針對白象山礦區(qū)作為采礦方法優(yōu)選的案例來進行分析，首先該礦區(qū)位于長江下游，地處大型鐵礦床聚集群，白象山礦區(qū)的主礦體賦存主要在閃長巖和砂頁巖接觸帶的內(nèi)部區(qū)域，整體形態(tài)受到了礦區(qū)山體背斜構(gòu)造的控制影響，主礦體形態(tài)在橫向呈現(xiàn)出平緩的拱形，礦體的傾斜角大約在10°～30°之間，其沿主要走向最大可延長至1780m，橫向最大可延伸至1130m，白象山礦區(qū)各個區(qū)域的平均厚度達到了34.41m，在總走向與傾向間都有著分支線箱，并且礦區(qū)礦體的頂?shù)装褰缦薹置鳌?/p>

其次，第四系含水層在礦區(qū)南和西南的沖擊平原，而隔水層則位于白象山跛腳區(qū)域，第四系含水層與隔水層的厚度大致在二十米到五十米之間，從上至下被按照強弱等級而分為五個部分。在礦區(qū)的礦體與頂板之間的基巖裂隙間所具有的含水層，按照其富水性可以將其由強至弱分為三類，而礦體下盤的閃長巖體則主要被作為隔水底板，礦體上部區(qū)域具有連續(xù)分布的強含水層，該含水層也是礦坑充水的主要含水層。

1.3 地質(zhì)條件

首先，采礦前工作人員要對區(qū)域內(nèi)的地表水系進行細(xì)致的勘察，在白象山地區(qū)，可以看見交叉縱橫的溝壑渠流，積水面積占周邊總流域面積的五分之一作用，其中青山河由南向北縱跨礦區(qū)，這樣的地表水系將礦區(qū)分為了兩大塊，并不利于開采。

其次，在基巖部分的含水層，只要以中等及強富水為主，在針對礦區(qū)進行水文地質(zhì)勘探的過程中，發(fā)現(xiàn)礦區(qū)礦體以及頂板之間的部分，具有基巖裂隙含水層，在采礦過程中如果不多加注意，就有可能會影響到地下水的分布以及增加了發(fā)生礦區(qū)事故的風(fēng)險。

再次，在礦坑當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)白象山礦體頂板為厚大的砂巖強含水層，這個含水層對于第四系弱含水層起到了承接的作用，其向上進行越流補給，向下又進行礦體含水層補給，到現(xiàn)在可觀測的礦坑用水量已經(jīng)超過了32000m3/d。

最后，白象山礦區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造形成發(fā)育，而礦區(qū)內(nèi)部主要斷裂帶，其中也包含礦區(qū)兩側(cè)的裂隙發(fā)育帶，這兩個位置都具有一定的導(dǎo)水作用。由此可見，礦區(qū)的斷層具有較強的富水性，所以在水體下進行開采的過程中需要注意兩個要點，一個是在一定要在重力方向上保證垂直，需要具有一定的安全深度，另外一個就是在水平方向上，與導(dǎo)水結(jié)構(gòu)之間需要維持相應(yīng)的安全開采距離，以防由于側(cè)翼承壓水條件，此時安全距離不滿足需求而引起斷層突水的情況。

2 采區(qū)劃分

從白象山的地質(zhì)綜合條件來看，可以按照各個主要礦體的形態(tài)變化與地質(zhì)條件情況來將其分為四個開礦區(qū)域，分別在東西各設(shè)兩個區(qū)。

東北部區(qū)域的長條狀礦體因為形態(tài)變化較大，具有一定的勘探控制程度，而東南部礦體則是風(fēng)井附近的小礦體，是相對而言更加獨立的一個部分[3]。其次，西北部的礦體基本上呈現(xiàn)出坡度較緩且略有傾斜的中型厚礦體以及大型厚礦體，相對于東北部區(qū)域來說水文地質(zhì)條件要更為簡單。最后，西南部區(qū)域的礦體傾角也較小，具有得天獨厚的整體性與厚度優(yōu)勢，并且西南部區(qū)域與導(dǎo)水?dāng)鄬颖容^靠近，所以將西南部區(qū)域的斷層安全礦柱界限與進路膠結(jié)充填界限區(qū)域內(nèi)部的礦體作為重點關(guān)注的西南-1區(qū)，而膠結(jié)充填界限以東的礦體則被稱之為西南-2區(qū)。

3 礦體分類

采礦方案的甄選需要綜合考量多方面的條件，除了一般常見的針對礦體及頂、底盤穩(wěn)固性以及賦存地質(zhì)條件進行細(xì)致而具體的分析之外，還需要針對礦體傾角、厚度之間的差別與聯(lián)系來進行考察。礦體的賦存狀態(tài)復(fù)雜多樣，為了能夠根據(jù)不同的狀態(tài)選擇出更為合適的采礦方法，需要針對礦體實際的賦存狀況、傾斜程度以及礦體厚度來對礦體進行具體分類[4]。

首先，東北區(qū)的礦量不容小覷，總計達1870萬t，是白象山礦區(qū)總礦量的22.7%，該區(qū)域的礦體主要以緩傾斜中型厚礦體與厚礦體為主，水文地質(zhì)條件也比較簡單；東南區(qū)是比較靠近風(fēng)井且體積較小，礦量約為385萬t，占比接近總礦量的百分之五，其礦體主要組成部分與東北區(qū)礦體基本類似；西北區(qū)礦量要比東北區(qū)礦量更多一些，大約在2010萬t左右，礦體具有一定的傾斜角度，傾斜角度大約在20°～40°之間，其中礦體分布以厚礦體與極厚礦體為主，這些礦體從緩傾斜到傾斜都有；最后，西南區(qū)的礦量占比接近白象山礦區(qū)總量的二分之一，是礦量最為龐大的一塊區(qū)域，礦量達到3970萬t，其中礦體以緩傾斜斜厚礦體與極厚礦體為主。

4 方案篩選

由于幾個礦體分區(qū)之間各自具有不同的特點，文章篇幅有限，無法進行分別闡述，接下來將根據(jù)西南區(qū)域礦體的具體情況來進行分析。首先，西南區(qū)域礦體的基本厚度基本超過了100m，一般來說會以階段填充法作為采礦方案的主要組成部分來進行實施。根據(jù)白象山的鐵礦情況，在維護收益性與消耗性的前提下采取隸屬函數(shù)法對指標(biāo)體系進行管理，采礦區(qū)的穩(wěn)定性、適應(yīng)性、難易度以及地壓四個定量指標(biāo)都被作為重要的考量要素。

首先，分段鑿巖階段出礦嗣后充填法在應(yīng)用過程中更為適合礦石和圍巖中等穩(wěn)固以上的厚大礦體，其優(yōu)勢在于可以進行多分段同時回采，可集中作業(yè)且回采強度高，具有良好的生產(chǎn)能力，此外，施工作業(yè)的安全性也具有一定的優(yōu)勢，因為該方案作業(yè)主要在專用巷道里施行，對作業(yè)人員具有相當(dāng)?shù)谋Ｕ献饔?。但是，因為切割工程量大的缺點，中深空鑿巖與爆破技術(shù)上也給相關(guān)人員帶來了一些難度，中深空爆破很容易對周邊區(qū)域以及充填體造成不良影響。

其次，運用VCR嗣后充填法的過程中，發(fā)現(xiàn)其具備良好的生產(chǎn)效率，并且針對全段高的切割天井與分段鑿巖巷道也不需要進行掘進，沒有過高的采切工程量，崩礦的質(zhì)量優(yōu)良且少大塊礦石，在一定程度上節(jié)省了采礦成本。缺點主要是需要較好的鑿巖技術(shù)，需要采用高密度且高爆速的炸藥，爆破成本較高且技術(shù)難度大。

最后，側(cè)向崩礦階段空場嗣后充填法在應(yīng)用過程中生產(chǎn)效率也是非?？陀^的，但是切割立槽形成比較困難，導(dǎo)致崩礦，穩(wěn)定性差而且安全性低。

綜上所述，分段鑿巖階段出礦嗣后充填法對于西南區(qū)域來說為最優(yōu)方案。

5 結(jié)語

礦山總體的地質(zhì)條件與水文條件對于采礦方法的選擇都有著重要的影響，在針對礦體的性質(zhì)與形態(tài)進行分類過后，在礦山的幾塊區(qū)域分別進行了上向水平分層充填法、上向水平進路充填法以及分段鑿巖階段出礦嗣后充填法、側(cè)向崩礦階段充填法以及VCR嗣后充填法等方案，最終在模糊數(shù)學(xué)對比分析的基礎(chǔ)上，確立分段鑿巖階段出礦嗣后充填法為最優(yōu)采礦方案。在今后的實踐研究工作中，相關(guān)人員也要秉持科學(xué)務(wù)實的態(tài)度來進行方案選擇，仔細(xì)比對數(shù)據(jù)，在過程中積累經(jīng)驗，確保提升采礦效率與質(zhì)量。