黄沙坪矿区钨钼厚大矿体采矿方法选择及优化

罗志桃

(湖南有色黄沙坪矿业有限公司， 湖南 郴州市 423000)

0 引言

在金属矿山地下开采中，采矿方法的优劣是关乎矿山生产效益的重要因素，因此，选择合理可行的采矿方法极其重要。

已有学者对于采矿方法的选择已经进行了大量的研究，王磊[1]为了对地下矿山生产多个目标进行优化改进，将地应力、围岩质量、采场暴露、采矿方法及机械化水平划为表征因素指标，将人员伤亡、吨矿成本及采矿生产能力作为结果指标，实现矿山生产多目标的靶向改进。刘恩彦等[2]采用AHP- FUZZY理论，对瓦厂坪铝土矿进行了采矿方法选择。徐刚[3]提出使用模糊评判法对专家所提出的3种采矿方法进行优选，解决了某金属矿矿体赋存条件复杂、采矿方法靠人为经验难以确定的难题。张卫中等[4]采用层次分析法（AHP）建立了层次结构分析模型，再根据定性指标和定量指标隶属度的确定方法建立模糊综合评价矩阵，确定出无轨运输、锚网护顶、轮式出矿的房柱法为瓦屋磷矿Ⅳ矿段最优采矿方法。

针对厚大矿体，常用的采矿方法包括大直径深孔空场嗣后充填采矿法[5-6]、分段空场嗣后充填采矿法[7-8]、高分段空场采矿法[9]、无底柱分段崩落采矿法[10]等。本研究基于上述采矿方法进一步进行优选，得出最适合黄沙坪矿区钨钼厚大矿体的采矿方法，同时对选择出的采矿方法进行优化设计。

1 矿床开采条件及采矿方法初选

黄沙坪矿业主要回采铅锌矿石，探明的铅锌矿体厚度较薄，价值高。经前期的技术经济对比，选择了上向水平分层废石充填采矿法回采铅锌矿石，在生产中验证了采用该方法可有效提升矿石的回采率，降低矿石贫化率。但是该方法存在生产成本与管理费用较高，生产效率较低等问题。

近年来，黄沙坪矿区深部的探矿工作发现了大量的钨钼矿石。以探明的W216-4矿体为例，其钨钼多金属矿石量1 823 197 t，平均品位WO3为0.35%，Mo为0.05%，Bi为0.06%，Fe为19.92%，CaF2为27.61%，倾角为70°～88°，平均厚度为63 m，矿区水文地质条件、工程地质条件和环境地质条件均为中等类型。探明的钨钼矿石赋存条件良好，矿体厚大、品位较高，综合价值较高，资源储量可靠，具备开发价值。

针对上述问题，应在目前的市场行情和开采技术条件下，选择合适的采矿方法，通过采矿方法的研究和优化，有效控制和降低生产成本，提高资源回采率和采矿效率，保障井下回采安全，保证企业的利润。基于此，本研究开展对黄沙坪矿区厚大矿体采矿方法的选择研究。

1.1 矿山钨钼厚大矿体模型

以矿山已探明的W216-4矿体为例开展采矿方法选择研究，该矿体三维模型如图1所示。

图1 钨钼厚大矿体模型

W216-4矿体走向南北、倾向东，倾角70°～88°不等。矿体从-96 m中段至-176 m中段逐渐变大，其中-96 m中段矿体最小，走向最长为110 m，最宽为60 m，最窄为6 m，面积为3905 m2。-176 m中段矿体最大，走向最长为120 m，最宽为100 m，最窄为60 m，面积为11 056 m2。因矽卡岩（围岩）与矿体间渐变过渡的关系，故钨、钼矿化不连续，品位变化大。

1.2 开采技术条件

（1）矿床主要充水含水层和构造破碎带富水性强，水文地质边界较复杂，矿区水文地质条件中等。

（2）块状岩类、矿体顶底板围岩稳定，主矿体赋存区少有断层结构面，工程地质勘查类型属中等类型。

（3）由于上部曾出现岩溶地面塌陷、废石堆等破坏土石环境等情况，矿区环境地质类型属中等类型。

综上所述，黄沙坪矿区W216-4矿体开采属于中等复杂类型。

1.3 采矿方法初选

根据黄沙坪矿业W216-4钨钼厚大矿体的赋存特征，先前矿山开采铅锌矿体采用的上向水平分层充填采矿法生产效率较低、充填工艺较为复杂不宜选用。由于矿山地表不允许塌陷，故不宜采用崩落采矿法；空场法损失率大，为充分回采资源，排除空场法。根据国内外厚大矿体高效开采经验，拟采用深孔爆破或中深孔爆破嗣后充填采矿法，初选了3个方案：大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法、分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法、高分段上下向凿岩阶段矿房嗣后充填采矿法。

2 采矿方法优选

2.1 建立采矿方法综合评价模型

选取13项因素作为评价指标，建立采矿方法综合评价模型，如图2所示。

图2 采矿方法综合评价模型

2.2 层次分析法确定权重

根据AHP基本原理，经查阅大量相关文献，并与专家和现场工作人员协商，分析矿山已有的资料以及实际数据，给出了上述13项评价指标的权重，见表1。

表1 层次分析法权重指标

2.3 确定模糊数学因素集和方案集

根据选取的影响采矿方法选择的13项因素，其中6项定量指标采用实测和计算的方法获得，其评价定量指标值见表2。另外7项定性指标，其评价定性描述见表3。

2.4 确定隶属度矩阵

通过表2中定量指标组成特征值矩阵，并进行 归一处理，确定定量指标的隶属度矩阵，定性指标通过二元对比法确定隶属度矩阵，最终得出采矿方法选择综合隶属度矩阵：

表2 各采矿方法评价定量指标值

表3 各采矿方法评价定性描述

2.5 最优采矿方法方案确定

通过运算，可得方案集A的综合评价结果为：

综上可得各方案的优越度：方案一为75.1%；方案二为88.3%；方案三为63.2%。因此，采矿方法的优劣次序为：方案二、方案一、方案三。

3 底部结构优化

传统分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法的堑沟底部结构布置形式为集矿堑沟分布于回采矿房的正下方，集矿堑沟的中心线与回采矿房的中心线一致；出矿平巷位于矿房两侧矿柱的正下方，中心线与回采矿柱的中心线一致，如图3所示。上述传统堑沟存在着一定的问题，即完成一步骤矿房的充填后，亟待进行二步骤矿柱的回采作业，此时一步骤矿房的出矿进路变为二步骤矿柱的集矿堑沟，若重新将一步骤矿房的集矿堑沟挖通作为二步骤矿柱的出矿平巷，在充填体下方作业有可能产生安全问题；若在一步骤的集矿堑沟旁边重新钻凿一条出矿平巷，距离二步骤矿柱的集矿堑沟距离较短，铲运机作业时铲斗与车身无法在一条直线上，影响铲运机的作业效率。

图3 传统堑沟底部结构

基于上述问题，结合黄沙坪矿区的工程实际，对传统底部结构进行了优化研究，设计了一种新的底部结构布置形式。该底部结构将一、二步骤集矿堑沟偏离于上方矿体的中心线，出矿时铲运机从一侧进入，将底部堑沟内矿石运出。这样的底部结构给出矿进路增加了长度，既不需要在后期重新施工二步骤矿柱出矿平巷，又给铲运机作业提供了足够的空间，如图4所示。

图4 新型堑沟底部结构

4 结论

针对黄沙坪矿区新探明的钨钼厚大矿体，沿用原先的上向水平分层充填采矿法工作效率低、生产成本高，故本研究开展了采矿方法研究，优选黄沙坪矿区钨钼厚大矿体的最合适采矿方法。

（1）根据黄沙坪矿区钨钼厚大矿体开采技术条件和矿体产状，结合国内外同类矿山开采现状、趋势，初选出3种适合矿山的采矿方法：大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法、分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法和高分段上下向凿岩阶段空场嗣后充填采矿法。

（2）对初选的采矿方法技术指标和优缺点进行了计算和分析，采用模糊数学和层次分析法建立采矿方法选择模型，对初选采矿方法进行了综合评价，确定最优的采矿方法为分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法。

（3）相比传统的分段凿岩阶段空场嗣后充填法，对采场底部结构进行了优化，在传统的堑沟底部结构的基础上，调整两步骤回采出矿平巷以及出矿进路的布置位置，给出矿进路增加长度，从而既不需要在后期重新施工二步骤矿柱出矿平巷，又给铲运机作业提供了合适的空间。