甘肃西成铅锌矿田深部开采工艺研究

王鹏飞

（甘肃省地矿局第三地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730050）

甘肃作为现阶段我国矿产资源的主要产地，加大对其开采工艺的研究对提高开采效果具有十分重要的意义[1]。对于深部的矿产资源而言，开采阶段的工艺选择对开采的完整率影响明显，一方面开采工艺决定着施工的效率[2]，这就直接导致开采成本具有较高的变动空间，另一方面，地下深层位置的地质构造难以通过直观的方式观察，因此对矿产分布的判断更加困难。在此条件下，主要依靠开采施工过程逐步对其位置信息进行分析，开采工艺就决定着信息的获取程度。

为此，本文就甘肃西成铅锌矿为研究目标，对其深部矿产资源开采工艺展开了相关研究。通过本文的研究，以期为提高该矿区开采工作提供有价值的参考。

1 西成铅锌矿田基础状况分析

作为贯穿甘肃省西和县和成县的铅锌矿区，西成铅锌矿的覆盖范围达到了1275km2，就现阶段已开发的铅锌储量而言，已经超过了1300万吨，是世界上已经发现的最大铅锌矿之一。有专家更是大胆预测，其矿产存储量可达到2500万吨以上。根据已知的西成矿田开采数据可知，泥盆系是矿田主要的出露地层形式，除了该地层外，在矿区的外围，还有以三叠系、侏罗系、第三系为主的地层结构。相比之下，矿区的矿床生成时期集中在中泥盆统时期，且控矿特征明显。从整体角度看，矿床分布方向为东西向展布，在吴家山背斜区域，可见明显的褶皱构造，在围绕褶皱的区域内，有中泥盆统以环形姿态出露，其也是控制矿产分布的主要因素。在矿田北部，有面积约为143.3km2的岩浆岩出露，并展现出明显的侵入泥盆系特点，可能属印支、燕山运动岩浆活动的产物。西成铅锌矿田的矿体产出数据如表1所示。

通过这些信息可以看出，西成铅锌矿田的深部开采潜力是巨大的，就深部开采工艺进行研究具有十分重要的现实意义。

2 矿田深部开采工艺要求分析

上文已经分析了西成铅锌矿的基本特征，为了实现对其深部资源更加充分开采，在对工艺选择上需要秉持以下3个基本原则。

首先，也是最重要的，就是开采工艺要具有高效性，其次开采工艺要满足安全生产的要求，最后，开采工艺要具有更高的先进性，其不仅是提高开采回收率的关键因素，也是实现高效开采，安全开采的重要基础。就上述三点，对矿田深部开采工艺的要求分为以下三点。

2.1 最大化资源采出率

随着我国对矿产资源的需求量逐渐增加，以及矿产资源被开发的程度逐渐提高，提高对不可再生资源利用的合理性已经成为一种全球化的趋势。对此，除了要在使用过程中减少浪费，还要尽量减少在矿产开采过程中的浪费。这不仅关系到提高开采工作的经济效益，也是提升矿产资源社会效益的重要途径。出于这种考虑，矿井开采工艺要以最大化资源采出率为目标，积极采用先进的开采方法和技术，提高矿产资源的回收率。

2.2 最高化施工安全性

深部矿产资源的开采往往在安全方面的隐患要明显高于地表开采。随着事故的逐渐增加，国家对于矿产开采中的安全问题更加重视。

在这样的环境背景下，除了加强对施工环境的安全防护措施以外，在开采工艺选择上也要将安全放在首要位置。其中一方面是对于开采设备而言，要确保开采系统各部件之间的连接以及运行工序正常；另一方面就是对施工环境而言，要确保空气中有毒气体浓度在可控范围内，地下空间的防护措施稳定可靠。通过这样的方式，最大限度地保证开采施工的顺利进行。

2.3 最高化开采技术先进性

深部矿田的开采施工难度更大，这也是制约开采效率和开采回收率的关键因素。随着现代矿产科学研究的程度逐渐提高，相关技术工艺水平也实现了突破性发展，其不仅降低了对施工环境的要求，也不再受限于地下矿产分布的限制，通过先进机械操作方法，实现了对开采工艺的优化。因此，在对西成铅锌矿田深部资源开采工艺的选择上要以现代化的先进技术作为首选。通过提高工作效率的方式降低施工环节中的人力劳动强度，为安全生产和资源经济产值提升提供保障。

3 矿田深部开采工艺设计

在上述基础上，本文研究了甘肃西成铅锌矿深部资源的开采工艺，并将具体的施工方式作出了详细阐述。

考虑到深部环境对开采施工的限制，在方法上本文选择具有更高灵活性和适应性的空场采矿法。当深部的开采矿体出现明显变化时，将矿块进行分割处理，分割的矿块包括矿房和矿柱两部分。

在此基础上，依靠矿柱对开采空间的支撑作用，借助现代开采设备的高效性对矿房实施快速回采，当开采达到一定程度后，采空区在稳定性不变的前提下实现空间的扩展，为后续的开采和掘进工作提供充分的施工环境。需要注意的是，对采空区四周进行适当的加固处理是十分必要的，矿柱对空间的支撑是以点的形式存在的，但当采空区达到一定规模后，其受力是以面的形式存在的。完成对矿房的开采后，即可实施矿柱开采，这时的开采活动需要与充填采空区活动同步进行，以最大限度降低施工风险。以此为基础，具体的施工工艺包括以下几个方面。

首先是对西成铅锌矿田深部大型矿块的划分处理，在第1部分已经分析得出，西成铅锌矿的矿床分布具有明显的连接特征，大面积出现的频率较高，在不同的标高范围内，出现了多个矿脉群。在大幅度的标高变化情况下，在极大程度上提高了矿产开采难度。此时，需要结合遥感技术明确定位矿床矿体的产出位置。以此为依据，按照具体的开采需求，设计固定的标高数值作为矿块划分的标准。结合矿体在区域内的走向，对西成铅锌矿田深部的矿块划分高度以25m～25m为宜，长度在20m～30m为宜。

其次就是采切施工。由于西成铅锌矿田的控矿因素主要是断裂构造，因此矿床的围岩以及矿石本身均具有较高的稳定性，但因为褶皱的分布，深部矿体在厚度上存在不规律的变化，且幅度较大，因此，在对矿体进行采切施工时，矿柱的直径以2.3m～3.3m为宜；在矿体走向上，以5m～7m的间隔掘凿岩壁，以此实现以上层开采区域的接通，提高空间内气体的流通，需要注意的是，掘凿岩壁的角度不宜超过35°，否则会加大矿房坍塌的可能性。

最后就是回采施工，其也是整个开采工艺的核心。为了最大限度降低开采工作对深部环境稳定性的影响。可以采用自下而上的方式实施开采，同时在矿房的选择上，以间隔的方式分布进行，这样做的目的是降低局部过度开采对矿体平衡的破坏。最先开采的位置是矿房岩壁位置，在岩块两侧开采出宽度不超过2m矿脉，再沿着矿脉掏采矿房的其余矿石，这样就避免了对爆破施工的使用次数，最大限度提高单次爆破的效率，降低开采成本的同时，也减少了爆破对矿体的冲击，提高开采的安全性。

4 结语

资源使用需求逐渐增加、资源开发程度逐渐提高、资源探测技术不断发展，在这三个因素的综合作用下，对于更深层资源的开采将成为未来矿产开发的主要趋势。为此提高对深部资源开采工艺的研究是十分重要的。本文提出甘肃西成铅锌矿田深部开采工艺研究，以西成铅锌矿区的实际地质环境条件为基础，结合深部开采的实际需求，提出了具体的开采方法以及施工工艺。通过本文的研究，以期为深部矿产资源的开采工作提供有价值的参考。