复杂富水矿山采矿方法选择研究

潘宝正

(马钢姑山矿业公司, 安徽 当涂县 243181)

白象山铁矿隶属马钢矿业集团,矿山位于安徽省马鞍山市,地质储量1.05亿t,设计生产能力为200万t/a,采用主副井和风井3条竖井开拓.矿山自2005年建矿以来井下涌水频繁,且涌水量大、水压高,目前矿山已开拓有－500,－470,－430 m和－390 m 4个中段,其中－500 m中段为运输中段,－390 m为开拓中段,－470 m为主要采矿中段,矿山实测井下涌水量为32000 m3/d,井下大量频繁涌水影响了矿山采矿方法的选择.

1 矿山开采技术条件

1.1 矿体和围岩的稳固性

影响矿体稳定性的主要因素是矿石中的造泥矿物和鳞片状矿物的含量及其富集程度.影响主矿体稳定性的软弱夹石层主要夹石岩性为角岩、大理岩、闪长岩、辉绿岩、正长细晶岩和微晶高岭石岩等.主矿体基本稳定,但矿体夹石层和矿体顶底板围岩局部具有软化岩石特征,位于上下盘20 m范围内存在一个近矿围岩不稳定带,是影响矿山开采的主要工程地质问题.

1.2 不良地质条件分析

(1)地表水系复杂:区内地表水系十分发育,沟渠纵横交错,积水面积20%左右.青山河由南向北流经矿区.

两块摩崖刻石背依连绵起伏的山岭，面临滚滚奔腾的第二松花江，自然风光十分壮丽。有人推测，阿什哈达摩崖石刻字迹大小不一、歪歪扭扭，恐是工匠按照刘清要求，乘船在崖畔锤錾而出。

(2)基岩含水层富水性强:经矿区水文地质勘探线综合分析,矿区矿体及顶板为基岩裂隙含水层,且富水性以中等及强富水为主.

(3)矿坑涌水量大:矿体顶板为厚大的砂岩强含水层,该含水层向上承接第四系弱含水层的越流补给,向下补给矿体含水层,目前矿坑涌水量已经达到了32000 m3/d.

(4)断层富水性强:矿区内断裂构造较发育,而且矿区内的主要断裂带(包括两侧的裂隙发育带)都具有导水作用,因此,水体下开采除要保证垂直(深度)方向上一定的安全深度外,在水平方向上,也要与导水结构保持一定的安全开采距离,避免在侧翼承压水条件下,因安全距离过小,导致断层突水.

2 采区划分及矿体分类

2.1 采区划分

根据矿体的形态变化和地质条件,将整个矿体划分为4个采区:东一区、东二区、西一区和西二区,具体采区划分见图1.图1右上角矿体因形态变化较大,勘探控制程度较低,划为东一区;右下角矿体是靠近风井的小矿体,相对独立,因此划为东二区;左上角矿体属缓倾斜中厚至厚大矿体,水文地质条件相对简单,划为西一区;左下角矿体倾角较缓,厚度极大,整体性好,划为西二区.由于西二区靠近F2导水断层,将西二区断层安全矿柱界限与进路胶结充填界限区域内的矿体称为西二－1区,胶结充填界限以东矿体称为西二－2区.

2.2 矿体分类

西二区紧挨F2富水断裂,且为缓倾斜厚－极厚矿体,厚度超过100 m,依据类似地下矿山相关生产实际资料,采矿方法应以阶段充填法为主[1G2],包括:分段凿岩阶段出矿嗣后充填法(方案I)、VCR嗣后充填法(方案II)、侧向崩矿阶段空场嗣后充填法(方案III).

(2)方案评价.该方案适用于矿石和围岩中等稳固以上的厚大矿体;可以多分段同时回采,作业集中,回采强度高,生产能力大;作业在专用巷道内进行,安全性好.缺点是切割工程量大,中深孔凿岩与爆破技术存在一定的难度,中深孔爆破对周围采场或充填体影响较大.

图1 矿体区段划分

3 西二区采矿方法选择

由矿量分区分类统计情况可知:东一区、东二区、西一区矿体以缓倾斜－倾斜、中厚－厚矿体为主.根据地表不允许陷落排除崩落法;为降低损失贫化、保障空区作业安全排除空场法;考虑到在采场内留设点柱,不仅妨碍无轨设备运行,造成永久损失,而且在采矿过程极易被超剥,失去支撑作用影响回采安全,因此排除点柱充填法,确定这类矿体采用上向水平分层充填法或上向水平进路充填法.

采矿方法的选择除了考虑矿体及顶、底板稳固性、赋存地质条件外,更应充分考虑矿体倾角、厚度的变化.为了对矿体的赋存状况有一个更为全面的掌握,便于采矿方法的选择,根据矿体的赋存状况、倾斜程度和矿体厚度,对矿体进行分类.东一区矿量约1870万t,占总矿量的22.7%,矿体以缓倾斜中厚－厚矿体为主;东二区为靠近风井的小矿体,矿量约385万t,占总矿量的4.7%,矿体以缓倾斜中厚－厚矿体为主;西一区矿量约2010万t,占总矿量的24.4%,矿体以缓倾斜到倾斜(20°~40°)的厚－极厚矿体为主;西二区矿量约3970万t,占总矿量的48.2%,矿体以缓倾斜厚－极厚矿体为主.

3.1 分段凿岩阶段出矿嗣后充填法(方案I)

李老鬼吃着烟，撇着棉裤腰一样的大嘴，问，谁啊？神经兮兮的。让你出去了两天，和谁又挂啦上了？不会是付玉吧，咱可不能再上她的当啦。我日她三熏熏，这个小马子妮，可不是个简单人物，你那俩心眼，根本玩不转她。

“历史地思维的人可以理解流传物的意义而无需自己与该流传物相一致，或在该流传物中进行理解”［2］309。所以异于赞赏苏轼“以诗为词”者，视词的本色为“纤艳柔婉”，而不是“特立新意，寓以诗人句法”，他们更强调诗与词的区别，重视词的音律格调和传承唐五代花间词作的柔婉抒情的特色。

3.2 VCR嗣后充填法(方案II)

(2)方案评价.该方案优点是:采场生产能力大,劳动生产率高;不需要掘进全段高的切割天井和分段凿岩巷道,采切工程量小;崩矿质量好,大块率低;采矿成本低.缺点是:凿岩技术要求高;使用高密度、高爆速的炸药、爆破成本高,深孔施工与装药、爆破技术难度较大.

(1)方案特征与采场布置.该方案采场布置方式与方案I相同.采场底部开凿拉底堑沟巷道,采场顶部布置凿岩硐室,钻凿下向垂直炮孔,以切割立槽为自由面,侧向崩矿,铲运机出矿.出矿底部结构采用堑沟式,每两个采场共用一条出矿巷道.

(1)方案特征与采场布置.矿房矿柱布置同方案I.在矿块上部水平布置凿岩硐室,利用凿岩台车钻凿下向垂直深孔至矿体下部的拉底水平,采用球状药包漏斗爆破,自下而上分层落矿,铲运机出矿.出矿底部结构采用堑沟式,每两个采场共用一条出矿巷道.

(1)方案特征与采场布置方式.矿房、矿柱垂直矿体走向布置,一步回采矿柱,胶结充填,形成人工充填体矿柱;二步回采矿房,进行非胶结充填或低标号胶结充填.根据矿山地质资料确定阶段高度为40 m,矿房、矿柱宽度均为18 m,长度为矿体水平厚度.矿柱回采时,将阶段划分为若干分段,在分段凿岩巷道内钻凿扇形中深孔,向切割槽侧向崩矿,崩落矿石落入采场底部的“V”型受矿堑沟,由铲运机自出矿进路内铲出.出矿底部结构采用堑沟式,每两个采场共用一条出矿巷道.

3.3 侧向崩矿阶段空场嗣后充填法(方案III)

我国传统的不动产测绘管理属于分散管理模式。这种管理模式主要是将不动产测绘分属到不同的机构，实现对测绘工作的分级管理，但是这种分散式的管理模式由于成本较高，而且管理效率相对较低，所以起不到实质性的效果。因此，我国后续对该模式进行了改革，即在国土资源部地籍管理司的基础上增设了不动产登记局机构，同时，在一些省市也陆续成立了相应的不动产登记机构，这就大大地提高了不动产测绘效率和质量，但是对于一些城镇和县城而言，不动产登记机构还没有形成，所以限制了该区域不动产测绘的开展，同时也对区域经济发展造成了一定程度的影响。

(2)方案评价.该方案生产能力大,落矿效率高,但其缺点是:切割立槽形成困难,侧向全段高崩矿,大块率高,对顶板及周围采场稳定性影响大.

3.4 采矿方法优选

如前所述,东一区、东二区、西一区矿体缓倾斜－倾斜、中厚－厚矿体,主要采用上向水平分层充填法或上向水平进路充填法.西二区矿体厚度超过100 m,采矿方法以阶段充填法为主,利用层次分析法和模糊数学理论,对初选提出的3个方案进行优化选择,确定最适宜的阶段充填法方案,具体分析如下.

模糊数学的综合评判主要涉及4个要素:因素集X,方案集A,隶属矩阵R和权重分配向量W[3G5].根据评价指标的不同,模糊综合评判可分为一级模糊评价和多级模糊评价,本次研究为二级模糊评价,结合白象山铁矿情况,根据收益性与消耗性定量指标的隶属函数法,对指标体系中的地压管理,采场稳定性、适应性、难易度共4个定量指标进行计算,然后综合评判满意度和优越度[3G5].通过计算分析各方案的综合优越度分别为:94.8%(方案I);85.1%(方案II);78.1%(方案III);因此选择分段凿岩阶段出矿嗣后充填法法为西二区的采矿方法.

公式（2）中σ0表示截距，σ1表示虚拟变量系数，σ2表示稳健性对“好消息”的反应速度，γ3表示内部控制评价主体的系数，σ4表示稳健性对“坏消息”的反应速度，σ7表示σ4与γ2的差值，DRt表示虚拟变量，Rt表示公司在t会计年度的股票回报率，ε表示随机扰动项。

4 结 论

依矿山的地质及水文地质条件,分析了矿山采矿方法选择的影响因素,进行了采区划分和矿体分类.结合矿体分类和矿体形态,在东一区、东二区、西一区采用上向水平分层充填法或上向水平进路充填法;针对西二区厚大矿体制定了分段凿岩阶段出矿嗣后充填法、VCR嗣后充填法、侧向崩矿阶段空场嗣后充填法,并通过模糊数学对比分析,选择分段凿岩阶段出矿嗣后充填法为最适宜的阶段充填法方案.

[1] 汪令松.罗河铁矿富水厚大矿体采矿方法优化选择研究[D].长沙:中南大学,2014.

[2] 李学锋,段希祥,李壮阔.凡口铅锌矿深部倾斜中厚矿体采矿方法优化选择[J].昆明理工大学学报(理工版),2003(06):1G3,7.

[3] 苗胜军,王子木,刘亚运,等.基于层次分析法的采矿方法模糊评价模型及应用[J].矿业研究与开发,2017,37(06):66G 69.

[4] 吴启坤.模糊数学在采矿方法优化选择中的应用[J].工程建设,2012,44(01):10G13.

[5] 赵树果,宋焕虎,宋卫东.基于粗糙模糊集理论的采矿方法优化研究[J].金属矿山,2015(05):48G51.