金属矿山安全开采深度研究与思考

李长富，张瑞萍

（云南金沙矿业股份有限公司，云南 东川 654100）

在开采金属矿山的过程中，由于不同矿层之间的相互干扰和影响，会对矿山的安全开采带来不利的影响，其工程的布置以及地压的相互作用会使开采的过程不稳定，从而不利于开发矿山。

因此，研究金属矿山的合理开采深度和开采矿层的顺序，对降低金属矿山和矿层间的相互干扰有一定的积极影响。文章深入探究了金属矿山的基本结构以及开采矿层的基本特征，分析了矿山安全开采深度和矿层间距、开采角度和矿层倾角等各个方面的关系，并在此基础上对矿层间距、开采角度和矿层倾角进行分析和研究。

根据在不同开采深度与观测点间的距离关系进行分析，探讨了在不同情况下的开采深度与观测点的距离规律，总结出了先进行下层开采再进行上层开采，按照顺序进行开采的规律，在此基础上提出了适用于不同开采深度的安全开采金属矿山的方法。本文通过研究金属矿山在开采时矿层间的相互扰动关系，形成了安全开采深度与金属矿山点间距离的相互关系式，有利于对安全开采金属矿山提供数据支持和科学依据。

1 金属矿山安全开采深度的影响因素分析

金属矿山根据矿层倾角的不同分为缓倾斜金属矿山、倾斜金属矿山和急倾斜金属矿山。缓倾斜金属矿山的矿层倾角一般小于30度，开采角度一般要大于矿层本身的倾角，在对金属矿山开采的过程中，下层矿体在上层矿体的开采范围以内，在这种情况下，要先开采上层矿体，后开采下层矿体，这样可以减少对金属矿山本身结构的影响，对矿层间的相互干扰和影响的范围较小。

因此，开采缓倾斜的矿山应该采用从上到下开的开采顺序，采用房住法的开采方法[1]。

开采急倾斜的金属矿山，由于矿层倾角和开采角度乡下很小，相邻矿体之间的距离很近，相邻矿层之间的影响范围较大，无论用什么方法开采矿体，都会对相邻矿层产生很大的影响，由于急倾斜矿山的上下层矿体之间的影响范围较大，不利于保证金属矿山的安全开采。采用不同的开采方式对矿层间的影响程度是不一样的，因此，在进行急倾斜矿山的开采时，要科学分析矿体的开采顺序和开采角度，避免出现开采事故。本文通过对急倾斜金属矿山的研究，深入分析了相邻矿层间的影响关系和安全开采深有利于确定科学的开采方式和科学的开采深度，保证了对金属矿山的安全开采。

相邻矿层间的开采扰动和相互关系是金属矿山确定开采深度的重要指标。矿层间的开采扰动十分复杂，并受到多种因素的制约，需要对其进行科学深入的分析。现阶段，是通过矿山的移动角来确定不同岩层之间的相互影响范围。一般通过对矿山的实际测量和经验的总结来确定岩石的移动角。

金属矿山的岩层开采范围受到岩石移动角的影响。矿层之间的距离越大，上层矿层对下层矿层的影响就越小。相反，矿层之间的距离越小，上层矿层对下层矿层的影响就随着各矿越大，进而安全开采的深度就越大。

同上所示，根据下层矿层的岩石移动角可以判断上下层矿层之间影响范围的大小，下层矿层的扰动范围越大，可进行安全开采的深度就越大。上层矿层的搅动范围往往小于下层矿层开采的搅动范围。

表1 开采深度与观测点间距离的关系

金属矿山的安全开采深度对金属矿山的安全开采有着深刻的影响，关系到开采的安全与否。

本文通过对金属矿山的开采方式和矿层间的相互影响关系的分析，确定了先开采上层矿体后采下层矿体时的安全开采深度、先开采下层矿体后采上层矿体时的安全开采深度以及开采角度与岩石角度之间的关系，对金属矿山的安全开采提供了科学的依据[2]。

2 金属矿安全开采深度的单因素影响规律分析

通过分析金属矿山的安全开采深度和矿层之间的关系，开采角度和岩石倾角的关系，建立了函数解析式，通过解析式来计算出金属矿山的安全开采深度。通过分析得出，矿层间的安全开采深度受到矿层深度和矿层间的相互作用的影响。矿层的深度越小，矿层间的相互作用也就越小，得出的开采深度也就越小。相反，矿层的深度越大，矿层间的相互作用也就越大，得出的开采深度也就越大[3]。

当矿层的倾角小于岩石移动角时，根据函数公式的计算得出开采深度小于零，不能对其进行开采，因此，该数据没有任何的参考价值和实际意义。

由此得出结论，只有当矿层的倾角大于岩石移动角时，该公式才成立，开采深度大于零，要将开采的矿体处于下层矿体的开采范围之内，这样进行计算而得出的数据才有实际参考作用和价值[4]。

表2 安全开采深度H与下盘岩石移动角的关系（a=10 m；α2=60°）

下层岩石的移动角在45度至55度的范围之间是，对应的矿体倾角的范围在60度至80度的范围，金属矿山的安全开采深受到度矿层间距的影响，随着矿层间距的变化而变化，矿层的间距越小，对应的开采深度就越小；矿层的间距越大，对应的开采深度就越大。当矿层的间距小于5米时，所对应的开采深度的范围在8米至68米之间；当矿层的间距在5米至10米之间是时，所对应的开采深度的范围在9米至135米之间。金属矿山的安全开采深度该现象的主要原因是矿层的倾角与岩石的移动角之间的相差的范围较大。当岩石的移动角和矿体倾角相差的范围较小时，对应的安全开采深度将达到百米以上，这个数值远远超出了我国对金属矿山的实际开采深度。因此，根据这个规律，可以得出以下结论，根据岩石移动角和矿体倾角之间的差异越大，安全开采深度就越小；反之，岩石移动角与矿体倾角的差异越小，对应的安全开采深度就越小。当岩石移动角与矿体倾角的数值比较接近时，可以采用比较大的岩石开采深度；当岩石移动角远远大于矿体倾角的数值时，需要采用较小的岩石开采深度[5]。

当矿层之间的间距小于20米时，对应的安全开采深度要小于40米；当矿层之间的间距大于20米时，对应的安全开采深度要大于60米。根据金属矿山的开采工程的安全科学数据分析，安全开采的深度最大不能超过61米，因此，对于矿层之间的间距大于20米的矿山而言，不能采取和缓倾角矿山和倾角一样的模式进行矿山的开采，要采用特殊的开采办法并利用特殊的开采工具。

3 结语

矿层间的间距和矿体倾角以及开采角度有影响着对金属矿山安全开采深度，其中矿体倾角与开采深度呈现正相关，而矿层间的间距与矿体倾角呈现出负相关的趋势。要研究金属矿山的安全开采深度的影响因素，就要对矿层间距、矿体倾角和开采角度的三者之间建立实验方案，进行科学分析。

各个相关因素对先开采上层矿体后采下层矿体时安全开采深度H的影响程度对上层矿体的岩石移动角影响最大、对矿层倾角的影响程度最小，而岩石移动角对岩石的开采深度影响最大，是主要的影响因素。

各个相关因素对先开采下层矿体后采上层矿体，还是先开采上层矿体后开采上层矿体有着不同的影响，矿层间距是安全开采深度的主要影响因素，本文通过分析各个相关因素对金属矿山安全开采深度的影响，总结出了金属矿山的不同高度与其安全开采深度的不同数值的变化规律和特点，总结出了相关结论，为选取金属矿山的安全开采深度提供了定量的参考数值和参考依据。

[1]唐绍辉,黄英华,潘懿．灾害性群空区深部开采采场结构参数优化研究[J]．中国矿业,2017,18(11)：65-68．

[2]林坤峰,柯丽华,马志伟．上横山缓倾斜多层钒矿合理采矿方法探讨[J]．中国矿业,2017,22(2)：92-95．

[3]漆涛,石平五,王拴存,等．急斜近距煤层联合开采矿压显现规律[J]．矿山压力与顶板管理,2017,21(3)：62-64．

[4]王文会,闫顺玲,原香民．尹格庄金矿开拓中段高度的研究[J]．采矿技术,2017,2(3)：30-32．

[5]高峰,周科平,胡建华,等．充填体下矿体开采安全顶板厚度数学预测模型[J]．岩土力学,2017,29(1)：177-181．