浅谈采矿方法选择对矿产资源开采量的影响

浅谈采矿方法选择对矿产资源开采量的影响

杜振兴

浙江交通资源投资集团有限公司，浙江省杭州市310000

摘要：为保证矿山安全高效开采，结合公司深部矿体开采技术条件，初步拟定了矿柱预加固上向水平分层充填采矿法、上向进路充填采矿法和下向进路充填采矿法３种方案。运用层次分析法，结合模糊综合评判的理论，构造多因素判断矩阵，综合安全、经济、资源和效率等各方面的考虑，为每个备选方案进行了打分。最终优选出矿柱预加固上向水平分层充填采矿法为最佳的采矿方法。经实际应用，提高了采场生产能力，而且大大提高了安全生产保障。该结果符合工程实际，该方法可为类似矿山采矿方法优选提供参考借鉴。

关键词：采矿方法选择；矿产资源；开采量影响

引言

采矿方法的选择是矿山生产的基础工程，深深影响着安全生产的进行和矿山的经济效益。采矿方法的选择是一个系统工程，不仅要考虑矿体赋存条件，而且采矿技术水平及社会经济条件也不可忽视。因此，要综合考虑各个方面的因素，将采矿方法进行不断优化，才能安全高效且经济地实现采矿生产目标。

1现有采矿方法及存在问题

1．1开采技术条件

矿体大部分赋存于主裂面下盘的黄铁绢英岩化碎裂岩、黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩带内，与主断裂呈平行分布，属构造破碎带蚀变岩型金矿床。矿体呈脉状产出，走向长度1260m，控制斜深1390m，真厚度1．09～47．61m，平均真厚度10．23m，为厚度变化稳定的倾斜中厚—厚大矿体。矿体总体走向45°，倾向南东，倾角36°～50°，平均倾角47°。矿体上盘围岩为绢英岩化花岗质碎裂岩，下盘围岩为花岗质碎裂岩，赋矿岩性为黄铁绢英岩和黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩。矿区围岩属坚硬—半坚硬岩石，岩体完整，岩石稳固，质量良好，属工程地质条件简单的矿床。区域内涌水、淋水现象极少发生，水文地质条件简单。

1．2采矿现状

矿山经过30余年的开采，浅部资源已经枯竭，目前矿山开采深度超过800m，开拓深度超过1000m，已进入深部开采阶段。目前主要采矿方法为上向水平分层充填采矿法，局部边角矿体或小矿体采用上向水平分层进路充填采矿法开采。沿矿体走向方向将矿体划分为60m长盘区。采场垂直矿体走向布置，每个分层回采宽度7．0m，高度3．6m，充填过程底部垫废石、顶部浇面，采场间留设1．5m左右间柱，采场顶部留设3m顶柱。采准布置由分段运输巷施工联络平巷，每个盘区施工2～3个盘区联络巷，每个盘区联络巷施工1条沿脉巷道，由沿脉巷道分3～4支分层联络道联通矿体下盘，然后进行上向水平分层回采，相邻进路间留设1．5m左右矿体做间柱。采场垂直矿体走向布置，首层回采时需先施工凿岩巷道（3．0m×3．0m)，然后以凿岩巷道作为补偿空间进行劈帮、压顶回采作业。进路回采结束后，进行充填作业，首先利用废石充填1．5m，然后采用分级尾砂胶结充填对采场进行浇面，浇面高度0．5m，留1．6m自由面作为上分层回采补偿空间，充填体强度达到1．0MPa即可进行下分层回采。将进入采场的联络道挑顶，使联络道底板与分层充填高度在同一高度位置。每个分层联络道控制5～6个分层回采，矿石采用铲运机运至分段运输巷溜井进行出矿。

1．3存在问题

矿山开采历史悠久，目前矿山开采深度超过800m，深部矿体工程地质条件复杂，上盘围岩和矿体之间充填的断层泥造就了极为不利的回采条件，易垮塌冒落。深部矿体厚大，巷道至部分采场端部距离可达60m，采场内主要依靠局扇进行辅助通风，通风效果差，同时深井作业面临高温热害，井下作业环境恶劣，严重危害井下作业人员身体健康，导致生产效率低。部分采场暴露面积较大，在深井高应力作用下，回采过程中冒顶、片帮等现象时有发生，造成采矿损失率偏高、生产效率低，常规开采面临生产规模、作业环境、安全条件等瓶颈。

2矿体地质特征

2.1矿体特征

矿体赋存于下寒武统水沟口组一段（∈1sg1）内，矿体出露高程为464.0m（TCO东侧）—812.0m（TC16-1东侧），钻探工程控制的矿体最低位置标高-2.60m，沿倾向延深230.0m至560.0m，总体趋势西高东低，含矿岩性分别为薄层硅质岩夹泥岩、泥岩、含炭泥岩组成，矿体的产状与地层的产状大致相同，倾向大多数在133°至190°之间，倾角大多在33°至78°之间，层状产出，矿体的厚度分别在1.30m至24.08m之间，其平均厚度为11.51m，矿体厚度的变化系数约为48%，按照矿体厚度变幅程度可划定为较稳定型；矿体含V2O5的品位在0.79%至1.51%之间，综合品位为1.02%，品位的变化系数约为18%，按照品位变化程度可划分为品位分布均匀型钒矿体；矿体的连续性较好，探矿过程中没有发现分支再复合的现象，仅有少数地段夹有少量的薄层夹石，也没有发现断裂带有较大破坏矿体的迹象，矿体在平面上呈现为东西向条带状蛇曲形展布。

2.2矿石特征

烟城沟钒矿矿石结构为简单类型，大多为隐晶结构、隐晶至泥质结构和砂质结构，其次为粒状、假晶及胶状结构；矿石构造分别有结核状、微层状、板状、条带状等。矿石的矿物成分主要为非金属矿物，其次为金属矿物，但金属矿物含量较少。金属矿物主要是褐铁矿，其次以黄铁矿和钒铁矿次之；非金属矿物主要是石英、炭质、泥质和方解石等，副矿物以磷灰石为主。按照矿物成分、结构和构造，矿区主要赋存矿石类型可分为炭硅质岩型、硅质岩夹泥岩互层型、泥岩型三大类，其中，硅质岩夹泥岩互层型、泥岩型为该区域主要分布的矿石类型，V2O5品位在0.90%～1.59%之间，品位基本均匀稳定。

2.3围岩特征

矿体顶板和底板围岩由不同的岩石类型组成，矿体圈定靠化学分析成果界定，但也有大部分探矿工程中矿岩层位清楚，大部分矿体顶板岩性为下寒武统水沟口组第二岩性段的泥灰岩，底板岩性为上震旦统灯影组第四岩性段的白云岩和泥质白云岩，底板岩性较为稳固，开采时不易造成矿石贫化，其次也有一些探矿工程中矿体分布于下寒武统水沟口组第一岩性段的泥岩、硅质岩夹泥岩中，层位不清，难以区分，开采过程中容易造成矿石的贫化。

3采矿工艺优化方案

鉴于目前生产所面临的诸多问题，在深部矿体开采的过程中，考虑对现有开拓系统及回采方案进行优化，以膏体充填为基础，引进高效的机械化采掘设备，优化采准系统布置，以大盘区高效采矿模式，通过设置盘区脉外斜坡道实现无轨设备的快速转移，大幅度降低脉外分段巷道的工程量。最终达到提高采场生产能力和效率，实现提质增效，降低生产成本的目的。

3.1回采方案初步选择

根据矿体地质条件、现有开拓采准工程以及技术条件等因素，结合2022年无轨设备及膏体充填更新改造计划，初步选择机械化上向水平分层进路充填采矿法，盘区采用斜坡道+采场联络道的开拓方式。

3.2机械化盘区上向水平分层进路膏体充填采矿法

盘区开辟采用斜坡道+采场联络道，工程布置在矿体下盘，每个盘区设1条采准斜坡道。自斜坡道掘进采场联络道通达矿体。矿区现有溜井、滤水井以及充填材料井继续使用。采场矿石就近选择溜井出矿，前期用于废石充填转运及出渣溜井，后期作为出矿溜井。采准斜坡道自北缘斜坡道-365m水平的躲避硐室开始施工，掘进上向斜坡道直至-334m水平最后通过措施斜坡道与-320m沿脉巷道贯通，便于通风。井下回采安全，达到经济合理地支护效果，根据矿岩条件及工程重要程度对支护区域进行划分，将支护区域划分为Ⅰ~Ⅴ级为分级分区支护提供条件。通过对某铜矿矿岩条件和现有的支护方式进行调研，由于大部分岩体条件为Ⅱ级，对支护要求不高；现有支护主要是以价格低廉的管缝式锚杆为主的支护方式；但管缝式锚杆为被动支护，不能给工程围岩提供主动有效的支护力，只有当围岩开始发生变形时，才能提供反制的支护力。而围岩一旦发生变形破坏，管缝式锚杆又不能提供足够的锚固力以控制围岩变形。为此，在广泛调查的基础上，结合丰山铜矿的具体条件，提出了以湿喷混凝土、树脂锚杆和金属网为主的新型支护方法。针对丰山铜矿特殊地段，特别是节理发育良好、断层以及破碎带区域，只提高支护整体刚度难以有效控制围岩变形，要先柔后刚，先让后抗，柔让适度，稳定支护，确保安全。锚杆支护参数：间排距0.8～1m，锚杆长度1.8m、2.5m。当围岩较为破碎时，根据破碎程度以及影响范围调整锚杆支护参数。

4采矿方法

4.1采矿方法的比较与选择

按照矿体及其顶底板围岩的物理力学性质，矿体底板为震旦统灯影组厚层状白云岩，属较坚硬类岩石，完整稳定性较好；矿体为寒武统水沟口组一段泥岩和页岩夹纹层状硅质岩或泥灰岩，属软质岩，破碎完整性差；矿层顶板为寒武统水沟口组二段厚层状泥质灰岩、块状结构，属较坚硬类岩石，较完整、稳定；顶板上部为寒武统岳家坪组中薄－中厚层白云岩组成，属较坚硬类岩石，完整稳定性较好；矿体产状与地层产状基本一致，一般在133°至190°之间，倾角在33°至78°之间，为层状或似层状产出，矿体平均厚度约为11.51m，厚度基本稳定；V2O5平均品位为1.02%，品位变化系数为18%，V2O5品位分布基本均匀；矿体近东西走向连续性较好，基本无分支再复合的现象。根据烟城沟钒矿矿体赋存条件以及产状，可供选择的采矿方法有：分段崩落法和分段空场法。

由于本矿矿体比较松软，局部矿体厚度较小，采用崩落法，矿石贫化率和损失率比较大，鉴于矿山生产规模不大，为尽量减小矿石的损失和贫化，并考虑作业技术水平要求，因此选分段空场法更适合该矿床的开采。对局部倾斜、缓倾斜矿体可采用上向进路充填法或有底柱分段崩落法。

4.2分段空场法标准方案

4.2.1矿块构成要素

矿块沿走向布置（当矿体厚度＞15m时，垂直走向布置）阶段高度40m，矿块长度50m，宽度等于矿体厚度，顶柱高度4.0m，间柱宽度6m，底柱高度10.0m，漏斗间距8.0m，分段高度8.67m。

4.2.2采准工作

运输巷道沿矿脉靠下盘掘进，采准天井在矿脉中沿矿体下盘掘进，矿脉基本要位于天井断面的中央，尽量不破坏上盘围岩的整体结构。在运输巷道中每隔50m掘进天井，在天井中每隔6.67m掘进分段凿岩巷道。

4.2.3切割工作

在运输巷道底板上10.0m处掘进切割巷道，在底柱中掘进间距8m的普通漏斗，直通切割平巷。在进行扩漏的同时将矿房底部全部拉开，形成自由面，在矿房中央沿矿体倾斜方向掘进切割天井。为了尽量控制出矿块度，提高选矿厂设备效率，本设计对原采矿方法进行了调整，在底柱中增加了电耙道，一方面扒矿，一方面进行二次破碎。

4.2.4回采工作

沿矿房长度从矿房中央向两侧后退式回采，形成两个采矿工作面。沿矿房高度，自上而下分段回采，采矿工作线呈直线形。使用YGZ-90型凿岩机在分段凿岩巷道中打中深孔。炮眼采用垂直扇形排列，最小抵抗线1.0m～1.5m，孔底距1.3m～2.2m。凿岩台架选用TJ25型。单位炸药消耗量为0.4kg/t，凿岩机台班效率15～20m/台班。采下矿石利用自重。

4.3矿柱回采和采空区处理

4.3.1矿柱回采

矿房用分段空场法回采完后，底柱用束状中深孔，顶柱用水平深孔，间柱用垂直上向扇形中深孔落矿。同次分段爆破，先爆间柱，后爆顶底柱。

4.3.2顶板管理及采空区处理

分段空场采矿法，作业人员在分段巷道及电耙道中作业，不会暴露在空场之下，作业比较安全，生产中要严禁作业面形成倒梯形，同时做好电耙绞车硐室的支护工作。由于矿区地表是荒野山林，允许崩落，回采工作结束以后，要立即封闭采空区。由于矿体近地表，采空区会随着时间的推移自然冒落，进行充填。

结语

选择合适的采矿方法对于提高矿产资源开采量，保证开采安全，以及充分利用资源都具有重要的意义。在选择采矿方法时，需要考虑地质条件、技术能力、经济因素和环境影响等多方面的因素，以确保选择的采矿方法是最优的。

参考文献

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[2]蔡美峰，薛鼎龙，任奋华． 金属矿深部开采现状与发展战略［J］． 工程科学学报，2019，41( 4) : 417 － 426．