甘肅西成鉛鋅礦田深部開采工藝研究

王鵬飛

（甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050）

甘肅作為現(xiàn)階段我國礦產(chǎn)資源的主要產(chǎn)地，加大對(duì)其開采工藝的研究對(duì)提高開采效果具有十分重要的意義[1]。對(duì)于深部的礦產(chǎn)資源而言，開采階段的工藝選擇對(duì)開采的完整率影響明顯，一方面開采工藝決定著施工的效率[2]，這就直接導(dǎo)致開采成本具有較高的變動(dòng)空間，另一方面，地下深層位置的地質(zhì)構(gòu)造難以通過直觀的方式觀察，因此對(duì)礦產(chǎn)分布的判斷更加困難。在此條件下，主要依靠開采施工過程逐步對(duì)其位置信息進(jìn)行分析，開采工藝就決定著信息的獲取程度。

為此，本文就甘肅西成鉛鋅礦為研究目標(biāo)，對(duì)其深部礦產(chǎn)資源開采工藝展開了相關(guān)研究。通過本文的研究，以期為提高該礦區(qū)開采工作提供有價(jià)值的參考。

1 西成鉛鋅礦田基礎(chǔ)狀況分析

作為貫穿甘肅省西和縣和成縣的鉛鋅礦區(qū)，西成鉛鋅礦的覆蓋范圍達(dá)到了1275km2，就現(xiàn)階段已開發(fā)的鉛鋅儲(chǔ)量而言，已經(jīng)超過了1300萬噸，是世界上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的最大鉛鋅礦之一。有專家更是大膽預(yù)測(cè)，其礦產(chǎn)存儲(chǔ)量可達(dá)到2500萬噸以上。根據(jù)已知的西成礦田開采數(shù)據(jù)可知，泥盆系是礦田主要的出露地層形式，除了該地層外，在礦區(qū)的外圍，還有以三疊系、侏羅系、第三系為主的地層結(jié)構(gòu)。相比之下，礦區(qū)的礦床生成時(shí)期集中在中泥盆統(tǒng)時(shí)期，且控礦特征明顯。從整體角度看，礦床分布方向?yàn)闁|西向展布，在吳家山背斜區(qū)域，可見明顯的褶皺構(gòu)造，在圍繞褶皺的區(qū)域內(nèi)，有中泥盆統(tǒng)以環(huán)形姿態(tài)出露，其也是控制礦產(chǎn)分布的主要因素。在礦田北部，有面積約為143.3km2的巖漿巖出露，并展現(xiàn)出明顯的侵入泥盆系特點(diǎn)，可能屬印支、燕山運(yùn)動(dòng)巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。西成鉛鋅礦田的礦體產(chǎn)出數(shù)據(jù)如表1所示。

通過這些信息可以看出，西成鉛鋅礦田的深部開采潛力是巨大的，就深部開采工藝進(jìn)行研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 礦田深部開采工藝要求分析

上文已經(jīng)分析了西成鉛鋅礦的基本特征，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)其深部資源更加充分開采，在對(duì)工藝選擇上需要秉持以下3個(gè)基本原則。

首先，也是最重要的，就是開采工藝要具有高效性，其次開采工藝要滿足安全生產(chǎn)的要求，最后，開采工藝要具有更高的先進(jìn)性，其不僅是提高開采回收率的關(guān)鍵因素，也是實(shí)現(xiàn)高效開采，安全開采的重要基礎(chǔ)。就上述三點(diǎn)，對(duì)礦田深部開采工藝的要求分為以下三點(diǎn)。

2.1 最大化資源采出率

隨著我國對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量逐漸增加，以及礦產(chǎn)資源被開發(fā)的程度逐漸提高，提高對(duì)不可再生資源利用的合理性已經(jīng)成為一種全球化的趨勢(shì)。對(duì)此，除了要在使用過程中減少浪費(fèi)，還要盡量減少在礦產(chǎn)開采過程中的浪費(fèi)。這不僅關(guān)系到提高開采工作的經(jīng)濟(jì)效益，也是提升礦產(chǎn)資源社會(huì)效益的重要途徑。出于這種考慮，礦井開采工藝要以最大化資源采出率為目標(biāo)，積極采用先進(jìn)的開采方法和技術(shù)，提高礦產(chǎn)資源的回收率。

2.2 最高化施工安全性

深部礦產(chǎn)資源的開采往往在安全方面的隱患要明顯高于地表開采。隨著事故的逐漸增加，國家對(duì)于礦產(chǎn)開采中的安全問題更加重視。

在這樣的環(huán)境背景下，除了加強(qiáng)對(duì)施工環(huán)境的安全防護(hù)措施以外，在開采工藝選擇上也要將安全放在首要位置。其中一方面是對(duì)于開采設(shè)備而言，要確保開采系統(tǒng)各部件之間的連接以及運(yùn)行工序正常；另一方面就是對(duì)施工環(huán)境而言，要確保空氣中有毒氣體濃度在可控范圍內(nèi)，地下空間的防護(hù)措施穩(wěn)定可靠。通過這樣的方式，最大限度地保證開采施工的順利進(jìn)行。

2.3 最高化開采技術(shù)先進(jìn)性

深部礦田的開采施工難度更大，這也是制約開采效率和開采回收率的關(guān)鍵因素。隨著現(xiàn)代礦產(chǎn)科學(xué)研究的程度逐漸提高，相關(guān)技術(shù)工藝水平也實(shí)現(xiàn)了突破性發(fā)展，其不僅降低了對(duì)施工環(huán)境的要求，也不再受限于地下礦產(chǎn)分布的限制，通過先進(jìn)機(jī)械操作方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)開采工藝的優(yōu)化。因此，在對(duì)西成鉛鋅礦田深部資源開采工藝的選擇上要以現(xiàn)代化的先進(jìn)技術(shù)作為首選。通過提高工作效率的方式降低施工環(huán)節(jié)中的人力勞動(dòng)強(qiáng)度，為安全生產(chǎn)和資源經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值提升提供保障。

3 礦田深部開采工藝設(shè)計(jì)

在上述基礎(chǔ)上，本文研究了甘肅西成鉛鋅礦深部資源的開采工藝，并將具體的施工方式作出了詳細(xì)闡述。

考慮到深部環(huán)境對(duì)開采施工的限制，在方法上本文選擇具有更高靈活性和適應(yīng)性的空?qǐng)霾傻V法。當(dāng)深部的開采礦體出現(xiàn)明顯變化時(shí)，將礦塊進(jìn)行分割處理，分割的礦塊包括礦房和礦柱兩部分。

在此基礎(chǔ)上，依靠礦柱對(duì)開采空間的支撐作用，借助現(xiàn)代開采設(shè)備的高效性對(duì)礦房實(shí)施快速回采，當(dāng)開采達(dá)到一定程度后，采空區(qū)在穩(wěn)定性不變的前提下實(shí)現(xiàn)空間的擴(kuò)展，為后續(xù)的開采和掘進(jìn)工作提供充分的施工環(huán)境。需要注意的是，對(duì)采空區(qū)四周進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸烫幚硎鞘直匾模V柱對(duì)空間的支撐是以點(diǎn)的形式存在的，但當(dāng)采空區(qū)達(dá)到一定規(guī)模后，其受力是以面的形式存在的。完成對(duì)礦房的開采后，即可實(shí)施礦柱開采，這時(shí)的開采活動(dòng)需要與充填采空區(qū)活動(dòng)同步進(jìn)行，以最大限度降低施工風(fēng)險(xiǎn)。以此為基礎(chǔ)，具體的施工工藝包括以下幾個(gè)方面。

首先是對(duì)西成鉛鋅礦田深部大型礦塊的劃分處理，在第1部分已經(jīng)分析得出，西成鉛鋅礦的礦床分布具有明顯的連接特征，大面積出現(xiàn)的頻率較高，在不同的標(biāo)高范圍內(nèi)，出現(xiàn)了多個(gè)礦脈群。在大幅度的標(biāo)高變化情況下，在極大程度上提高了礦產(chǎn)開采難度。此時(shí)，需要結(jié)合遙感技術(shù)明確定位礦床礦體的產(chǎn)出位置。以此為依據(jù)，按照具體的開采需求，設(shè)計(jì)固定的標(biāo)高數(shù)值作為礦塊劃分的標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合礦體在區(qū)域內(nèi)的走向，對(duì)西成鉛鋅礦田深部的礦塊劃分高度以25m～25m為宜，長度在20m～30m為宜。

其次就是采切施工。由于西成鉛鋅礦田的控礦因素主要是斷裂構(gòu)造，因此礦床的圍巖以及礦石本身均具有較高的穩(wěn)定性，但因?yàn)轳薨櫟姆植?，深部礦體在厚度上存在不規(guī)律的變化，且幅度較大，因此，在對(duì)礦體進(jìn)行采切施工時(shí)，礦柱的直徑以2.3m～3.3m為宜；在礦體走向上，以5m～7m的間隔掘鑿巖壁，以此實(shí)現(xiàn)以上層開采區(qū)域的接通，提高空間內(nèi)氣體的流通，需要注意的是，掘鑿巖壁的角度不宜超過35°，否則會(huì)加大礦房坍塌的可能性。

最后就是回采施工，其也是整個(gè)開采工藝的核心。為了最大限度降低開采工作對(duì)深部環(huán)境穩(wěn)定性的影響。可以采用自下而上的方式實(shí)施開采，同時(shí)在礦房的選擇上，以間隔的方式分布進(jìn)行，這樣做的目的是降低局部過度開采對(duì)礦體平衡的破壞。最先開采的位置是礦房巖壁位置，在巖塊兩側(cè)開采出寬度不超過2m礦脈，再沿著礦脈掏采礦房的其余礦石，這樣就避免了對(duì)爆破施工的使用次數(shù)，最大限度提高單次爆破的效率，降低開采成本的同時(shí)，也減少了爆破對(duì)礦體的沖擊，提高開采的安全性。

4 結(jié)語

資源使用需求逐漸增加、資源開發(fā)程度逐漸提高、資源探測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展，在這三個(gè)因素的綜合作用下，對(duì)于更深層資源的開采將成為未來礦產(chǎn)開發(fā)的主要趨勢(shì)。為此提高對(duì)深部資源開采工藝的研究是十分重要的。本文提出甘肅西成鉛鋅礦田深部開采工藝研究，以西成鉛鋅礦區(qū)的實(shí)際地質(zhì)環(huán)境條件為基礎(chǔ)，結(jié)合深部開采的實(shí)際需求，提出了具體的開采方法以及施工工藝。通過本文的研究，以期為深部礦產(chǎn)資源的開采工作提供有價(jià)值的參考。