探讨矿床地质特征对采矿设计的影响

2021-12-28王国利王大鹏

中国金属通报 2021年15期

王国利，王大鹏

（内蒙古金陶股份有限公司，内蒙古赤峰 024327）

矿床地质特征的内容各不相同，不同类型的矿床产生特定的地质特征。由于矿床的地质特征与采矿设计计划之间存在很大的相关性，因此应在采矿工作开始之前进行地质调查，以充分了解矿床的地质特征，矿床的地质特征和水文地质等条件息息相关。需要根据需要总结关键的地质特征，才能更好的设计采矿计划，以使矿床的采矿作业正常有序地进行。本文对地质特征对矿区采矿设计过程的影响进行了必要的分析和讨论。

1 矿床的地质特征

1.1 矿床的地质特征描述

岩浆富集：在基本岩浆中，磷灰石，铬酸盐，金红石和锆石等矿物质首先会结晶，然后是橄榄石，邻苯二甲酚等硅酸盐矿物和其他硅酸盐，随后会结晶。在非常缓慢的冷却条件下，高重力矿物（例如铬铁矿）会由于重力而沉降到岩浆中，并富含沉积物。岩浆流动的应力会从结晶液中挤出一些未结晶的液体，并将其浓缩在矿床中。这种效果称为压滤。

接触交代：该术语是指由围岩与侵入性岩石之间的接触所产生的交代作用。在此过程中，侵入岩所分泌的富铁镁溶液会扩散并与碳酸钙岩发生反应，从而形成钙镁硅酸盐和氧化物的团聚体。在这种沉积物的形成过程中，矽卡岩常常在大约同一时间形成并分布在沉积物周围。

热液：是由于热水溶液沿其移动通道和剖面（例如绢云母和硅化作用）的物理和化学作用而引起的空隙中矿物质的改变。热的水溶液，特别是重盐水，可以溶解其中的高浓度金属。铜，银和其他矿物质可能在该溶液通过破碎的结构向上运动期间沉积。

升华：加热后固体挥发的效果。冷却后，挥发的气体会变成结晶或无定形，并可能沉积。例如，硫磺升华可发生在火山喷气孔中。

沉降和富集：分层的盐沉积物是沉降的产物。硅藻土，富含钙的石灰石和某些磷酸盐岩层也是这种作用的产物。在湖盆中形成的铁和锰的氧化物是由氢氧化物的沉淀形成的，然后被转化为铁和锰的氧化物和碳酸盐。在沉积物中，其他先天矿物的富集（例如贱金属硫化物的沉积）也属于沉积物。机械沉降也是某些类型沉积物形成的重要力量。诸如金，铂族金属，钻石和其他宝石，锡石，金红石和锆石等砂矿沉积物都是通过机械沉积形成的。它们是由机械和除尘作用形成的，这些作用使携带高比重矿物碎片的沙子和砾石运动。

残留矿物质沉积物：通过化学分解和机械腐烂而在周围岩石或表面上或附近聚积的矿物质形成。这些包括红土矿床，铝土矿床，氧化锰矿床和硅酸镍矿床。铁盖中非常丰富的金矿石以及由变质岩（包括蓝晶石）的风化形成的蓝晶石矿床也是这种效应的产物。

变质：是指岩石或矿物沉积物的形态变化，以及在温度，压力和热液作用下矿物的重组。在变质作用下，某些岩石上会形成蓝晶石，硅线石，红柱石或石榴石等工业矿物。某些金属矿床的矿石结构也会在变质作用下发生变化。地壳运动会导致矿体强烈褶皱并改变矿石的结构。变质和地壳运动也是变质作用的一种。这种作用可使浓度较低的金属硫化物在沉积层中移动，排出并在低温和低温范围内浓缩。

1.2 矿床地质特征对采矿设计影响意义

某些地质采矿过程要求矿工事先了解矿床的地质特性，以便为后续的采矿设计提供有力的信息支持。矿床的地质特征涵盖范围很广，包括矿区的地质特征，构造，火成岩及其他矿区的地质特征以及围岩的蚀变。在不同的地质影响下，形成的沉积物的性质是不同的。例如，在岩浆富集的作用下，在基本岩浆中，一些副矿物（如磷灰石，芸苔基和铬酸盐）首先结晶，然后是硅酸盐矿物（如邻苯二酚和柑桔）结晶，最后其他硅酸盐矿物结晶。当岩浆缓慢冷却时，早期晶体在重力作用下逐渐结晶，尤其是对于具有高比重的矿物（例如铬铁矿）。它定居在岩浆上，最终形成了富集矿床。对于某些结晶的矿物，在岩浆流动产生的应力的影响下，一些未结晶的液体被从结晶的粥状矿物中挤出（未完全结晶），也可以被浓缩。这种地质作用的综合矿床称为压滤。不同的地质过程产生不同的沉积物，因此具有不同的沉积特性。此外，矿床特征包括相关的有益成分，周围的水文地质特征，矿藏等。因此，采矿设计工作需要事先全面了解矿床的地质特性。矿床的地质特征应纳入采矿设计中，对采矿设计工作本身的质量提高具有重要影响。

2 矿床地质特征实例分析

以小矿床为例分析，某矿床为铁铜矿床。经过进一步勘探，共发现矿体17个，其中主要矿体3个，即1号主矿体，2号主矿体和3号主矿体。矿体主体相对独立，连接状态不明显。以下是上述矿体的地质特征分析：

2.1 相关有益成分

所谓相关的有益成分主要是指矿石中对主矿石的加工和筛选有益的成分。在加工主要成分时，可以有效地提高主要矿石成分的加工质量，如图1所示为，矿体的自然分类组合。例如，在某些铁矿石中，石材中含有一些硼和稀土元素。尽管这些元素不符合回收标准，但是它们可以在进行钢冶炼时有效地提高钢冶炼产品的质量。矿床的有益成分是铜，主要以铁铜矿或铜矿的形式出现。铜含量较高，达到11200吨。

图1 矿体的自然分类

2.2 水文地质条件

矿区基岩上的含水层覆盖着疏松的第四纪沉积物。整体厚度分布不均。它倾向于从西到东逐渐增加。总厚度在75m至92m的范围内，其中砂层的厚度占总厚度的约2/3。松散的含水层分为“一个包含”和“两个包含”。其中一个（潜水含水层）位于疏松层的上部，具有很强的富水性。它由粉砂，粘土，砂土，壤土等组成。砂层主要是粉质细砂，其次是亚砂，总厚度为8至26m。第二个密闭容器（密闭含水层）位于松散层的下部，水含量中等，主要是细砂，中砂和粗砂，总厚度在23至44m之间。

3 采矿方案设计

在正式进行矿山开采前，相应采矿设计技术人员针对设计矿山地质特征预先制定了两套方案，分别如下：

3.1 方法一

首先开采2号主矿体。采矿方法是下盘竖井法。中央布局方法用于优化主轴和空气轴的布局。开采完第二号主矿体后，其他两个矿体也以相同的方式开采。对于主体矿，在特定采矿期间，在其余两个主体矿的顶部挖出一口气井。通常在布局方法的选择中选择对角布局方法。原来的空气轴已更改为提升辅助轴。

3.2 方案二

仍然要先开采第二主要矿体。采矿方法与方案1相同，但主轴和气井的布置与方案1不同。该方案是将主轴布置在2号主矿体附近。该矿井布置在其他两个主矿井附近，因此与主轴形成对角线布置。

3.3 方案比较

在上述两个方案中，方案一的初始建设投资和矿石产量均优于方案二。具体性能是，选项一（与选项二相比）可以节省500m至600m的端口维护成本，并有效缩短使用寿命。

4 采矿方法选择

在采矿方法设计的特定过程中，一种是要注意使对矿井表面农田的损害最小化，另一种是尽可能提高矿石的回收率。因此，在采矿方法的设计中，采用上层干法充填法，将矿块分为矿石室和立柱，所有层的落矿仅实现一次。工作上要注意分层高度的控制。通常，1.8m~2m是合适的。您可以选择一个操作序列作为挖掘填充序列。该方法的特点如下：首先，由于存在许多过程链接，并且工作表面层层分布，因此我们执行循环操作。矿块的生产与机械化程度和控制水平密切相关。其次，它完全适应矿体的变化，并且易于两侧维护。分层停产和填充物可用于矿石制造过程中，以有效控制过度捕捞和边缘损失。第三，矿工需要在车站工作，并需要相应地直接加固屋顶。第四，可以进行干式填充，填充材料的选择更加多样化，并且山砂，废石和矿渣可以用作填充和拆卸材料。

5 提高采矿质量的策略

5.1 制定好开拓方案

现场调查完成后，将根据调查报告确定采矿设计计划。根据要开采的矿体的不同深度，需要制定不同的采矿计划。如果矿体位于地下相对较深的地方，则必须采用隧道开发的采矿方法。好处是矿井下可以存在一个完整的系统。不必在采矿过程中清除碎屑，以免造成浪费。根据系统设置，仅需在要开采的矿物位置直接开采人力和物力。矿山的位置非常重要。如果在矿山建设期间存在无法手动解决的地质问题，则应在不更改成品零件的情况下优化施工计划中未完成的部分。这样，采矿计划的设计可以多样化，管理稳定性可以得到提高，并且可以采取预防措施来防止潜在的安全风险。如果矿物掩埋场相对较浅，则仅需要露天开采。无论您采取什么计划，只要地层的承载力不足，就必须采取有效措施防止事故发生。如果矿井在施工过程中存在无法解决的地质问题，则有必要对施工计划中未完成的部分进行优化，而未完成的部分则保持不变。如果矿物的埋藏地点比较浅，则无需进行设计，只需要露天开采即可，如果发现地质层的承载力不足，就必须采取有效措施防止事故的发生。

5.2 选择合适的开采方法

使用的挖掘方法可以确保有效执行挖掘计划。尽管采矿计划是基于勘探结果的理论，但有效的实施计划需要与采矿方法有机结合，以更好地管理采矿过程中可能出现的风险。可以根据矿区的实际情况严格控制矿石的分层高度。在实际的开采过程中，采用矿石填充方法可以获得良好的开采效果。首先，实际的采矿工作是分阶段进行的。整个项目是一个循环的过程，管理和机器级别受许多链接和过程的影响，这会影响生产率。其次，分层方法的使用有助于进行维护工作，防止过度勘探的问题，并减少矿物的损失。

5.3 做好采场安全防范措施

该矿区覆盖的第四纪松散沉积物具有分布广，含水量高，含水层多，水障多的特点。其中，水障的某些矿体与疏松的第四纪沉积物直接接触。与矿石接触有危险。因此，在进行停止操作时，有必要采取安全措施进行停止。首先，在隧穿过程中必须确保一定的厚度。应该确保这样做，以使上层支柱充分发挥作用，尤其是在存在内存损坏风险的早期阶段。上部支柱的足够厚度，通常为8m~10m。具体值应通过在结构层上的实验确定。其次，派遣专人管理地面压力，以实时监测和预测现场作业环境，以确保需要确保顶部支柱的稳定性和强度。最后，严格遵循采矿设计原则，应适当进行山岩填充，应有效控制采矿量，并应确保采矿作业的安全。