软破介质中残矿体开采技术研究

胡发龙，李群敬

(1. 北京斯罗柯资源技术有限公司， 北京 100005； 2 .中国地质大学(北京)人文经管学院，北京 100083； 3 .河南发恩德矿业有限公司， 河南 洛阳市 471716)

目前国内外矿山都开始关注残矿资源的二次回收，然而残矿的开采技术条件极为复杂，是当今采矿技术的一大难题。软破介质中的残矿开采条件尤为复杂，不仅周围环境不稳定，而且顶底板容易塌陷，巷道施工以及采矿方法的设计均与常规开采不同，因此合理的采矿方法和支护技术是安全经济回收残矿的关键。

本文以新城金矿浅部二次资源的回采作为工程背景，据前期地测资料显示，新城金矿-10～-120 m中段167#～191#柱之间高110 m、长380 m范围内，金矿平均品位7.0 g/t以上，残柱矿量40000 t左右，折合金属量达280 kg。回收残矿具有重大的经济效益。然而软破介质中残矿回收在地下矿山开采经验少，借鉴了国内外类似条件的工程施工经验，对残矿提出了合理的开采方案。

1 软破介质残留矿体开采条件

1.1 残矿赋存特征

残矿体赋存在浅部软破介质中，主要分布在-10～-120 m中段，长380 m范围内，矿石平均品位7.0 g/t以上。残矿体四周为充填体，强度为1～3 MPa，维持其稳定性是开采残矿的关键；水平矿柱上部为人工假顶，强度为5 MPa以上，具有一定支护能力。

1.2 残矿开采可行性分析

残矿主要有4种类型：间柱、顶底板水平矿柱、上下盘矿柱、上下盘低品位矿石。从经济效益和开采技术可行上对各种类型残矿进行分析。在现有条件下，水平矿柱是残矿开采的主要设计对象。安全高效回收残矿关键是选择安全经济的采矿方法，减少采场暴露面积和采取有效的采场支护技术。

2 软破介质中残留矿体采矿方法设计

本次设计对象为-90 m中段水平矿柱，平均厚度为2.5～2.7 m，宽度变化范围为14～29 m，矿体较破碎，f系数为6～8，容重为2.85 t/m3。水平矿柱上部存在人工假顶，周围及下部为尾砂充填体，矿柱在沿走向上部分不连续。

根据国内外经验和矿山实际情况，提出3个开采方案：小进路充填采矿法、进路短壁式落矿充填采矿法、人工矿柱全面采矿嗣后充填法。

2.1 小进路充填采矿法

矿房沿走向布置，矿房宽度为15 m(原一步矿房和二步矿房宽度之和)，长为27.5 m。采用装岩机出矿，进路设计宽度为2.5 m， 高度根据矿体厚度变化，以2.5 m为主。采用间隔回采方式进行开采，为了确保人工假底的稳定性，进路掘进采用普通爆破与控制爆破相结合的爆破技术，同时采用技术先进的水压支柱进行支护，支护间距为1.5 m，破碎地带加强支护，支护间距为1 m，配以金属网。待回采完毕后，人工回收水压支柱，充填采空区，一步回采进路采用灰砂比为1∶4的充填料充填，二步回采进路采用灰砂比为1∶8的充填料充填。采准工程布置见图1。

2.2 进路短壁式落矿充填采矿法

矿房沿走向布置，矿房宽度为15 m，长为27.5 m，采用铲运机出矿，进路设计宽度为3 m，高度根据矿体厚度变化，以3.0 m为主。进路垂直矿体走向，沿进路划分短壁式崩矿单元，根据矿体的宽度，一个矿块需布置3个采矿单元，为了确保人工假底的稳定性，进路掘进采用普通与控制爆破综合技术，同时采用单体液压支柱支护，支护间距为1.5 m，待每个单元回采完毕后，人工回收液压支柱，采用灰砂比为1∶8充填料充填采空区。采准布置见图2。

图1 小进路充填采矿法

2.3 人工矿柱全面采矿嗣后充填法

矿房沿走向布置，矿房宽度为15 m，长为27 m。设计开采高度为2.5 m，采用铲运机出矿，普通爆破与控制爆破结合崩落矿石，工作面采用扇形推进，同时用人工矿柱支护采空区，开采完后采用灰砂比为1∶8充填料充填采空区。采准布置见图3。

3 采矿方法比较与优选

针对-90 m中段水平矿柱设计的小进路充填采矿法、进路短壁式落矿充填采矿法、人工矿柱全面采矿嗣后充填法这3个方案的优缺点和经济指标比较分别见表1和表2。

图2 进路短壁式落矿充填采矿法

图3 人工矿柱全面采矿嗣后充填法

从表1和表2可知，3种方案都适合残矿的开采，各有其优点，单从技术经济上比较很难确定最佳方案，因此采用工程上应用广泛的模糊数学来优选最佳采矿方法。

表1 采矿方案优缺点比较

表2 采矿方案技术经济比较

影响新城金矿软破介质残矿采矿方法选择的目标因素主要有：工作安全状况、通风条件、采矿成本、千吨采切比、损失率、贫化率、采矿工效、采场生产能力、采矿方法工艺复杂程度、工人劳动强度、采矿方法对矿体的适应程度等。

采用层次分析法对各目标因素进行层次分解，通过两两比较确定同层次各影响因素中的相对重要性，最终通过合成得到各影响因素对决策方案的重要性，即目标因素对决策方案的权重：W=(0.223，0.126，0.056，0.032，0.359，0.076，0.010，0.030，0.011，0.032，0.045)。

根据所设计的采矿方法的指标选取决策采矿方法的定量指标，定性指标则按9级标准进行评判,得到主要影响因素隶属度模糊判断矩阵，见表3。

表3 主要影响因素隶属度模糊判断矩阵

3个方案评价的决策方案隶属度集为：

A=(0.82，0.40，0.67)

根据计算结果可知，3种采矿方法的综合优越度为：方案Ⅰ，82%；方案Ⅱ，40%；方案Ⅲ，67%。因此方案的优劣次序为方案Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ，故方案Ⅰ远远优于其他两个方案，因此选用方案Ⅰ，即小进路充填采矿法。

4 结 论

通过对软破介质中残留矿体进行开采可行性分析之后提出3种方案，针对开采残矿安全、充分利用资源等原则，通过多目标决策模糊优选模型对3种方案进行优选，最终选取小进路充填采矿法为最佳开采方案，实践取得了预期效果。

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