安徽某铜矿采场结构参数优化研究

陈 刚（安徽铜冠（庐江）矿业有限公司,安徽 铜陵 244000）



安徽某铜矿采场结构参数优化研究

陈 刚
（安徽铜冠（庐江）矿业有限公司,安徽 铜陵 244000）

摘 要：此次研究的铜矿床由铜泉山和凤台山两个矿区组成，具有埋藏深、资源丰富，规模大型，矿石平均品位极低，矿石可选性好等特点。通过对采矿结构参数优化，实现矿山安全开采，提高矿山经济效益。

关键词：RQD； 暴露面积； FLAC3D及Dimine分析； 参数优化

0 前言

某铜矿为大型斑岩型铜矿床，采用高效率的大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法，部分区域使用中深孔分段空场嗣后充填法，本文总结分析前期研究成果的基础上，针对采场顶板和侧帮暴露面积偏大等问题，对采场结构参数开展验证性研究，最终实现矿山安全、高效、经济开采的目的。

1 矿体顶底板完整性评价

该铜矿矿体的顶底板围岩主要为石英闪长斑岩，少量为砂页岩。矿床矿体及其顶、底板所在岩组为Ⅲ、Ⅳ岩组，属较硬～坚硬岩石。铜泉山矿段主矿体、次要矿体顶底板10m内RQD值分级统计见表1。凤台山矿段矿体及其顶底板（±10m）RQD值统计结果见表2。

总体来看，矿体及其顶底板围岩，属较完整类型。矿体顶底板在局部地段RQD值较低，RQD值在0～40%，岩体完整性属差或破碎。

2 采场结构参数评价

采场暴露面积是一项重要的采场稳定性指标，对于岩体而言，采场顶板暴露面积尤其重要，对于充填体而言，侧帮暴露面积尤其重要。参考国内相似矿山，如安徽李楼-吴集铁矿等，其顶板暴露面积不超过1600 ㎡，侧帮暴露面积通常不超过8050 ㎡。参考国外类似矿山，如南非的奥基普铜矿等，其顶板暴露面积一般不超过1200 ㎡，侧帮暴露面积通常不超过9600 ㎡。该铜矿的采场顶板暴露面积和侧帮暴露面积均达到或超过国内外同类采矿方法的极值。

3 采场结构参数安全可靠性验证

运用FLAC3D数值软件，通过建立三维数值模型对首采中段-770--650中段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号三个盘区的开采进行了模拟研究。研究时分别从位移、应力、塑性区和拉应力区等方面进行了分析。

此时的采场结构参数为：采场高度120m，采场长、宽分别为80m和40m，盘区间柱宽度20m，矿柱宽度14m。

（1）最大位移情况。最大位移基本上发生在矿柱中，总共有16个模拟开挖步骤，位移最大值从最初的7.592cm，增加到13.448cm。随着开挖的进行，最大位移发生的位置会发生变化，在矿柱中围岩位移较大，顶底板的位移相对不是很大。

（2）拉应力区情况。随着开挖步骤的增多，采场受拉面积从最初的1080 ㎡逐渐增加至3472m2。

受拉区范围随着回采的进行逐渐变化，主要发生在采场矿柱和顶底板周围。

（3）最大压应力情况。最大压应力随着回采的进行，有增大的趋势。矿柱最大压应力从58.355MPa，增加至63.488MPa。最大压应力发生在采场四角区域。

（4）塑性区情况。塑性区的发展直接反映了围岩破坏区域的情况。塑性区发生在采场矿柱内、矿体顶、底板及侧壁围岩内。随着开挖步骤的增多，塑性区有逐渐增大趋势。最大塑性区的范围接近20000m2。

（5）拉破坏区情况。岩体是典型不抗拉材料，在回采过程中应尽量减小这种破坏。拉破坏区出现于采场四周。最大拉破坏区的范围接近1000m2。

从上述结果判断，矿柱最大压应力未超过65MPa，回采过程中采场整体稳定性是好的；但由于塑性区、拉破坏区的范围较大，矿柱及围岩必然发生局部垮塌。

表2 凤台山矿段矿体及其顶底板RQD值统计表

4 采场结构参数调整思路

为了改善采场稳定性，对现有的采场结构参数进行调整，一步骤回采采场高度120m不变，凿岩高度60m，永久矿柱宽12m，矿房宽30m，采场长度根据矿岩稳固性进行调整（80m，或将80m 分为两段，每段35m，中间留10m的间柱，连续或隔一留一）。

5 使用Dimine软件进一步优化采场布置

使用Dimine软件，选用调整后的参数，对首采阶段-770--650中段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号盘区合理布局选取最优方案，争取采场地质量和出矿品位最大化。

6 结论

综上，经采场结构参数验证性研究，从减小采场顶板暴露面积现有的采场结构参数进行了调整。调整后，在确保了采场的稳定性的同时，提高了理论可采地质量及出矿品位。在确保安全生产的前提下，达到降本、提质和增效的目标。

表1 铜泉山矿段矿体顶底板RQD值分级统计表

参考文献：

［1］铜陵有色设计研究院.安徽铜冠（庐江）矿业有限公司沙溪铜矿开采可行性研究［R］.铜陵：铜陵有色设计研究院,2010（10）.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.223