黃沙坪礦區(qū)鎢鉬厚大礦體采礦方法選擇及優(yōu)化

羅志桃

(湖南有色黃沙坪礦業(yè)有限公司， 湖南 郴州市 423000)

0 引言

在金屬礦山地下開(kāi)采中，采礦方法的優(yōu)劣是關(guān)乎礦山生產(chǎn)效益的重要因素，因此，選擇合理可行的采礦方法極其重要。

已有學(xué)者對(duì)于采礦方法的選擇已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，王磊[1]為了對(duì)地下礦山生產(chǎn)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，將地應(yīng)力、圍巖質(zhì)量、采場(chǎng)暴露、采礦方法及機(jī)械化水平劃為表征因素指標(biāo)，將人員傷亡、噸礦成本及采礦生產(chǎn)能力作為結(jié)果指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)多目標(biāo)的靶向改進(jìn)。劉恩彥等[2]采用AHP- FUZZY理論，對(duì)瓦廠坪鋁土礦進(jìn)行了采礦方法選擇。徐剛[3]提出使用模糊評(píng)判法對(duì)專(zhuān)家所提出的3種采礦方法進(jìn)行優(yōu)選，解決了某金屬礦礦體賦存條件復(fù)雜、采礦方法靠人為經(jīng)驗(yàn)難以確定的難題。張衛(wèi)中等[4]采用層次分析法（AHP）建立了層次結(jié)構(gòu)分析模型，再根據(jù)定性指標(biāo)和定量指標(biāo)隸屬度的確定方法建立模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣，確定出無(wú)軌運(yùn)輸、錨網(wǎng)護(hù)頂、輪式出礦的房柱法為瓦屋磷礦Ⅳ礦段最優(yōu)采礦方法。

針對(duì)厚大礦體，常用的采礦方法包括大直徑深孔空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法[5-6]、分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法[7-8]、高分段空?qǐng)霾傻V法[9]、無(wú)底柱分段崩落采礦法[10]等。本研究基于上述采礦方法進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)選，得出最適合黃沙坪礦區(qū)鎢鉬厚大礦體的采礦方法，同時(shí)對(duì)選擇出的采礦方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 礦床開(kāi)采條件及采礦方法初選

黃沙坪礦業(yè)主要回采鉛鋅礦石，探明的鉛鋅礦體厚度較薄，價(jià)值高。經(jīng)前期的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比，選擇了上向水平分層廢石充填采礦法回采鉛鋅礦石，在生產(chǎn)中驗(yàn)證了采用該方法可有效提升礦石的回采率，降低礦石貧化率。但是該方法存在生產(chǎn)成本與管理費(fèi)用較高，生產(chǎn)效率較低等問(wèn)題。

近年來(lái)，黃沙坪礦區(qū)深部的探礦工作發(fā)現(xiàn)了大量的鎢鉬礦石。以探明的W216-4礦體為例，其鎢鉬多金屬礦石量1 823 197 t，平均品位WO3為0.35%，Mo為0.05%，Bi為0.06%，F(xiàn)e為19.92%，CaF2為27.61%，傾角為70°～88°，平均厚度為63 m，礦區(qū)水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)條件和環(huán)境地質(zhì)條件均為中等類(lèi)型。探明的鎢鉬礦石賦存條件良好，礦體厚大、品位較高，綜合價(jià)值較高，資源儲(chǔ)量可靠，具備開(kāi)發(fā)價(jià)值。

針對(duì)上述問(wèn)題，應(yīng)在目前的市場(chǎng)行情和開(kāi)采技術(shù)條件下，選擇合適的采礦方法，通過(guò)采礦方法的研究和優(yōu)化，有效控制和降低生產(chǎn)成本，提高資源回采率和采礦效率，保障井下回采安全，保證企業(yè)的利潤(rùn)?；诖?，本研究開(kāi)展對(duì)黃沙坪礦區(qū)厚大礦體采礦方法的選擇研究。

1.1 礦山鎢鉬厚大礦體模型

以礦山已探明的W216-4礦體為例開(kāi)展采礦方法選擇研究，該礦體三維模型如圖1所示。

圖1 鎢鉬厚大礦體模型

W216-4礦體走向南北、傾向東，傾角70°～88°不等。礦體從-96 m中段至-176 m中段逐漸變大，其中-96 m中段礦體最小，走向最長(zhǎng)為110 m，最寬為60 m，最窄為6 m，面積為3905 m2。-176 m中段礦體最大，走向最長(zhǎng)為120 m，最寬為100 m，最窄為60 m，面積為11 056 m2。因矽卡巖（圍巖）與礦體間漸變過(guò)渡的關(guān)系，故鎢、鉬礦化不連續(xù)，品位變化大。

1.2 開(kāi)采技術(shù)條件

（1）礦床主要充水含水層和構(gòu)造破碎帶富水性強(qiáng)，水文地質(zhì)邊界較復(fù)雜，礦區(qū)水文地質(zhì)條件中等。

（2）塊狀巖類(lèi)、礦體頂?shù)装鍑鷰r穩(wěn)定，主礦體賦存區(qū)少有斷層結(jié)構(gòu)面，工程地質(zhì)勘查類(lèi)型屬中等類(lèi)型。

（3）由于上部曾出現(xiàn)巖溶地面塌陷、廢石堆等破壞土石環(huán)境等情況，礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)類(lèi)型屬中等類(lèi)型。

綜上所述，黃沙坪礦區(qū)W216-4礦體開(kāi)采屬于中等復(fù)雜類(lèi)型。

1.3 采礦方法初選

根據(jù)黃沙坪礦業(yè)W216-4鎢鉬厚大礦體的賦存特征，先前礦山開(kāi)采鉛鋅礦體采用的上向水平分層充填采礦法生產(chǎn)效率較低、充填工藝較為復(fù)雜不宜選用。由于礦山地表不允許塌陷，故不宜采用崩落采礦法；空?qǐng)龇〒p失率大，為充分回采資源，排除空?qǐng)龇?。根?jù)國(guó)內(nèi)外厚大礦體高效開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，擬采用深孔爆破或中深孔爆破嗣后充填采礦法，初選了3個(gè)方案：大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法、分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法、高分段上下向鑿巖階段礦房嗣后充填采礦法。

2 采礦方法優(yōu)選

2.1 建立采礦方法綜合評(píng)價(jià)模型

選取13項(xiàng)因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立采礦方法綜合評(píng)價(jià)模型，如圖2所示。

圖2 采礦方法綜合評(píng)價(jià)模型

2.2 層次分析法確定權(quán)重

根據(jù)AHP基本原理，經(jīng)查閱大量相關(guān)文獻(xiàn)，并與專(zhuān)家和現(xiàn)場(chǎng)工作人員協(xié)商，分析礦山已有的資料以及實(shí)際數(shù)據(jù)，給出了上述13項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，見(jiàn)表1。

表1 層次分析法權(quán)重指標(biāo)

2.3 確定模糊數(shù)學(xué)因素集和方案集

根據(jù)選取的影響采礦方法選擇的13項(xiàng)因素，其中6項(xiàng)定量指標(biāo)采用實(shí)測(cè)和計(jì)算的方法獲得，其評(píng)價(jià)定量指標(biāo)值見(jiàn)表2。另外7項(xiàng)定性指標(biāo)，其評(píng)價(jià)定性描述見(jiàn)表3。

2.4 確定隸屬度矩陣

通過(guò)表2中定量指標(biāo)組成特征值矩陣，并進(jìn)行 歸一處理，確定定量指標(biāo)的隸屬度矩陣，定性指標(biāo)通過(guò)二元對(duì)比法確定隸屬度矩陣，最終得出采礦方法選擇綜合隸屬度矩陣：

表2 各采礦方法評(píng)價(jià)定量指標(biāo)值

表3 各采礦方法評(píng)價(jià)定性描述

2.5 最優(yōu)采礦方法方案確定

通過(guò)運(yùn)算，可得方案集A的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為：

綜上可得各方案的優(yōu)越度：方案一為75.1%；方案二為88.3%；方案三為63.2%。因此，采礦方法的優(yōu)劣次序?yàn)椋悍桨付?、方案一、方案三?/p>

3 底部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

傳統(tǒng)分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法的塹溝底部結(jié)構(gòu)布置形式為集礦塹溝分布于回采礦房的正下方，集礦塹溝的中心線與回采礦房的中心線一致；出礦平巷位于礦房?jī)蓚?cè)礦柱的正下方，中心線與回采礦柱的中心線一致，如圖3所示。上述傳統(tǒng)塹溝存在著一定的問(wèn)題，即完成一步驟礦房的充填后，亟待進(jìn)行二步驟礦柱的回采作業(yè)，此時(shí)一步驟礦房的出礦進(jìn)路變?yōu)槎襟E礦柱的集礦塹溝，若重新將一步驟礦房的集礦塹溝挖通作為二步驟礦柱的出礦平巷，在充填體下方作業(yè)有可能產(chǎn)生安全問(wèn)題；若在一步驟的集礦塹溝旁邊重新鉆鑿一條出礦平巷，距離二步驟礦柱的集礦塹溝距離較短，鏟運(yùn)機(jī)作業(yè)時(shí)鏟斗與車(chē)身無(wú)法在一條直線上，影響鏟運(yùn)機(jī)的作業(yè)效率。

圖3 傳統(tǒng)塹溝底部結(jié)構(gòu)

基于上述問(wèn)題，結(jié)合黃沙坪礦區(qū)的工程實(shí)際，對(duì)傳統(tǒng)底部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化研究，設(shè)計(jì)了一種新的底部結(jié)構(gòu)布置形式。該底部結(jié)構(gòu)將一、二步驟集礦塹溝偏離于上方礦體的中心線，出礦時(shí)鏟運(yùn)機(jī)從一側(cè)進(jìn)入，將底部塹溝內(nèi)礦石運(yùn)出。這樣的底部結(jié)構(gòu)給出礦進(jìn)路增加了長(zhǎng)度，既不需要在后期重新施工二步驟礦柱出礦平巷，又給鏟運(yùn)機(jī)作業(yè)提供了足夠的空間，如圖4所示。

圖4 新型塹溝底部結(jié)構(gòu)

4 結(jié)論

針對(duì)黃沙坪礦區(qū)新探明的鎢鉬厚大礦體，沿用原先的上向水平分層充填采礦法工作效率低、生產(chǎn)成本高，故本研究開(kāi)展了采礦方法研究，優(yōu)選黃沙坪礦區(qū)鎢鉬厚大礦體的最合適采礦方法。

（1）根據(jù)黃沙坪礦區(qū)鎢鉬厚大礦體開(kāi)采技術(shù)條件和礦體產(chǎn)狀，結(jié)合國(guó)內(nèi)外同類(lèi)礦山開(kāi)采現(xiàn)狀、趨勢(shì)，初選出3種適合礦山的采礦方法：大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法、分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法和高分段上下向鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法。

（2）對(duì)初選的采礦方法技術(shù)指標(biāo)和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了計(jì)算和分析，采用模糊數(shù)學(xué)和層次分析法建立采礦方法選擇模型，對(duì)初選采礦方法進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，確定最優(yōu)的采礦方法為分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法。

（3）相比傳統(tǒng)的分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ǎ瑢?duì)采場(chǎng)底部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，在傳統(tǒng)的塹溝底部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，調(diào)整兩步驟回采出礦平巷以及出礦進(jìn)路的布置位置，給出礦進(jìn)路增加長(zhǎng)度，從而既不需要在后期重新施工二步驟礦柱出礦平巷，又給鏟運(yùn)機(jī)作業(yè)提供了合適的空間。