復雜富水礦山采礦方法選擇分析
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摘要：富水復雜礦床具有特殊的開采技術條件，一個比較科學的復雜富水礦山采礦方案評價體系的建立需要從經濟角度、技術角度以及安全角度三個方面來分別進行分析。為了能夠幫助相關工作人員合理選擇礦山采礦方案，以下將根據(jù)案例地區(qū)的地質條件、礦體形態(tài)特征來對開采區(qū)和各類礦體進行劃分，將礦嗣后充填法、VCR嗣后充填法、側向崩礦階段空場嗣后充填法等方案進行簡要介紹，希望能夠以此來為相關工作人員提供參考。
依據(jù)優(yōu)選采礦方案可以通過模糊數(shù)學理論來針對采礦成果的收益性、消耗性以及非定量指標來做好隸屬度矩陣計算，綜合考察下來，為了確保富水復雜礦床的安全高效施工工作，經過全方位評估采礦方案的綜合優(yōu)越度之后，認為可以將分段空場嗣后充填法作為最佳采礦方案。
1技術條件（以白象山為例）
1.1礦體和圍巖的穩(wěn)定性分析
對于礦區(qū)的礦體來說，影響穩(wěn)定性的關鍵主要在于造泥礦物和鱗片狀礦物在礦石當中的實際含量與富集程度，經相關研究表明，造泥礦物與鱗片狀礦物在礦石當中的含量與集中度越高，則礦體穩(wěn)定性越高[1]。一般來說，會影響到主礦體的穩(wěn)定性的軟弱夾石層中，常見的夾石巖性有大理巖、閃長巖、輝綠巖、角巖、微晶高嶺石巖以及正常細晶巖等等。雖然說礦體的主體是比較穩(wěn)定的，而圍巖局部卻常常會出現(xiàn)軟化巖石，圍巖所指的就是礦體夾石層與頂?shù)装逯g的部分，這是一個在礦體上下盤20m直徑范圍內的近礦圍巖不穩(wěn)定帶，在采礦方案的安全性方面起到了重要影響作用，也是礦山開采過程中的主要工程地質問題[2]。
1.2礦山概況
本文將針對白象山礦區(qū)作為采礦方法優(yōu)選的案例來進行分析，首先該礦區(qū)位于長江下游，地處大型鐵礦床聚集群，白象山礦區(qū)的主礦體賦存主要在閃長巖和砂頁巖接觸帶的內部區(qū)域，整體形態(tài)受到了礦區(qū)山體背斜構造的控制影響，主礦體形態(tài)在橫向呈現(xiàn)出平緩的拱形，礦體的傾斜角大約在10°～30°之間，其沿主要走向最大可延長至1780m，橫向最大可延伸至1130m，白象山礦區(qū)各個區(qū)域的平均厚度達到了34.41m，在總走向與傾向間都有著分支線箱，并且礦區(qū)礦體的頂?shù)装褰缦薹置?。其次，第四系含水層在礦區(qū)南和西南的沖擊平原，而隔水層則位于白象山跛腳區(qū)域，第四系含水層與隔水層的厚度大致在二十米到五十米之間，從上至下被按照強弱等級而分為五個部分。在礦區(qū)的礦體與頂板之間的基巖裂隙間所具有的含水層，按照其富水性可以將其由強至弱分為三類，而礦體下盤的閃長巖體則主要被作為隔水底板，礦體上部區(qū)域具有連續(xù)分布的強含水層，該含水層也是礦坑充水的主要含水層。
1.3地質條件
首先，采礦前工作人員要對區(qū)域內的地表水系進行細致的勘察，在白象山地區(qū)，可以看見交叉縱橫的溝壑渠流，積水面積占周邊總流域面積的五分之一作用，其中青山河由南向北縱跨礦區(qū)，這樣的地表水系將礦區(qū)分為了兩大塊，并不利于開采。其次，在基巖部分的含水層，只要以中等及強富水為主，在針對礦區(qū)進行水文地質勘探的過程中，發(fā)現(xiàn)礦區(qū)礦體以及頂板之間的部分，具有基巖裂隙含水層，在采礦過程中如果不多加注意，就有可能會影響到地下水的分布以及增加了發(fā)生礦區(qū)事故的風險。再次，在礦坑當中，發(fā)現(xiàn)白象山礦體頂板為厚大的砂巖強含水層，這個含水層對于第四系弱含水層起到了承接的作用，其向上進行越流補給，向下又進行礦體含水層補給，到現(xiàn)在可觀測的礦坑用水量已經超過了32000m3/d。最后，白象山礦區(qū)內的斷裂構造形成發(fā)育，而礦區(qū)內部主要斷裂帶，其中也包含礦區(qū)兩側的裂隙發(fā)育帶，這兩個位置都具有一定的導水作用。由此可見，礦區(qū)的斷層具有較強的富水性，所以在水體下進行開采的過程中需要注意兩個要點，一個是在一定要在重力方向上保證垂直，需要具有一定的安全深度，另外一個就是在水平方向上，與導水結構之間需要維持相應的安全開采距離，以防由于側翼承壓水條件，此時安全距離不滿足需求而引起斷層突水的情況。
2采區(qū)劃分
從白象山的地質綜合條件來看，可以按照各個主要礦體的形態(tài)變化與地質條件情況來將其分為四個開礦區(qū)域，分別在東西各設兩個區(qū)。東北部區(qū)域的長條狀礦體因為形態(tài)變化較大，具有一定的勘探控制程度，而東南部礦體則是風井附近的小礦體，是相對而言更加獨立的一個部分[3]。其次，西北部的礦體基本上呈現(xiàn)出坡度較緩且略有傾斜的中型厚礦體以及大型厚礦體，相對于東北部區(qū)域來說水文地質條件要更為簡單。最后，西南部區(qū)域的礦體傾角也較小，具有得天獨厚的整體性與厚度優(yōu)勢，并且西南部區(qū)域與導水斷層比較靠近，所以將西南部區(qū)域的斷層安全礦柱界限與進路膠結充填界限區(qū)域內部的礦體作為重點關注的西南-1區(qū)，而膠結充填界限以東的礦體則被稱之為西南-2區(qū)。
3礦體分類
采礦方案的甄選需要綜合考量多方面的條件，除了一般常見的針對礦體及頂、底盤穩(wěn)固性以及賦存地質條件進行細致而具體的分析之外，還需要針對礦體傾角、厚度之間的差別與聯(lián)系來進行考察。礦體的賦存狀態(tài)復雜多樣，為了能夠根據(jù)不同的狀態(tài)選擇出更為合適的采礦方法，需要針對礦體實際的賦存狀況、傾斜程度以及礦體厚度來對礦體進行具體分類[4]。首先，東北區(qū)的礦量不容小覷，總計達1870萬t，是白象山礦區(qū)總礦量的22.7%，該區(qū)域的礦體主要以緩傾斜中型厚礦體與厚礦體為主，水文地質條件也比較簡單；東南區(qū)是比較靠近風井且體積較小，礦量約為385萬t，占比接近總礦量的百分之五，其礦體主要組成部分與東北區(qū)礦體基本類似；西北區(qū)礦量要比東北區(qū)礦量更多一些，大約在2010萬t左右，礦體具有一定的傾斜角度，傾斜角度大約在20°～40°之間，其中礦體分布以厚礦體與極厚礦體為主，這些礦體從緩傾斜到傾斜都有；最后，西南區(qū)的礦量占比接近白象山礦區(qū)總量的二分之一，是礦量最為龐大的一塊區(qū)域，礦量達到3970萬t，其中礦體以緩傾斜斜厚礦體與極厚礦體為主。
4方案篩選
由于幾個礦體分區(qū)之間各自具有不同的特點，文章篇幅有限，無法進行分別闡述，接下來將根據(jù)西南區(qū)域礦體的具體情況來進行分析。首先，西南區(qū)域礦體的基本厚度基本超過了100m，一般來說會以階段填充法作為采礦方案的主要組成部分來進行實施。根據(jù)白象山的鐵礦情況，在維護收益性與消耗性的前提下采取隸屬函數(shù)法對指標體系進行管理，采礦區(qū)的穩(wěn)定性、適應性、難易度以及地壓四個定量指標都被作為重要的考量要素。首先，分段鑿巖階段出礦嗣后充填法在應用過程中更為適合礦石和圍巖中等穩(wěn)固以上的厚大礦體，其優(yōu)勢在于可以進行多分段同時回采，可集中作業(yè)且回采強度高，具有良好的生產能力，此外，施工作業(yè)的安全性也具有一定的優(yōu)勢，因為該方案作業(yè)主要在專用巷道里施行，對作業(yè)人員具有相當?shù)谋Ｕ献饔?。但是，因為切割工程量大的缺點，中深空鑿巖與爆破技術上也給相關人員帶來了一些難度，中深空爆破很容易對周邊區(qū)域以及充填體造成不良影響。其次，運用VCR嗣后充填法的過程中，發(fā)現(xiàn)其具備良好的生產效率，并且針對全段高的切割天井與分段鑿巖巷道也不需要進行掘進，沒有過高的采切工程量，崩礦的質量優(yōu)良且少大塊礦石，在一定程度上節(jié)省了采礦成本。缺點主要是需要較好的鑿巖技術，需要采用高密度且高爆速的炸藥，爆破成本較高且技術難度大。最后，側向崩礦階段空場嗣后充填法在應用過程中生產效率也是非常客觀的，但是切割立槽形成比較困難，導致崩礦，穩(wěn)定性差而且安全性低。綜上所述，分段鑿巖階段出礦嗣后充填法對于西南區(qū)域來說為最優(yōu)方案。
5結語
礦山總體的地質條件與水文條件對于采礦方法的選擇都有著重要的影響，在針對礦體的性質與形態(tài)進行分類過后，在礦山的幾塊區(qū)域分別進行了上向水平分層充填法、上向水平進路充填法以及分段鑿巖階段出礦嗣后充填法、側向崩礦階段充填法以及VCR嗣后充填法等方案，最終在模糊數(shù)學對比分析的基礎上，確立分段鑿巖階段出礦嗣后充填法為最優(yōu)采礦方案。在今后的實踐研究工作中，相關人員也要秉持科學務實的態(tài)度來進行方案選擇，仔細比對數(shù)據(jù)，在過程中積累經驗，確保提升采礦效率與質量。
參考文獻
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[2]郝爽.復雜富水金屬礦山井巷貫通測量方法及誤差分析[J].采礦技術,2018,18(05):119-121.
[3]徐恒,王貽明,艾純明,劉曉輝.頂板破碎富水礦山的機械化上向水平分層充填采礦法[J].金屬礦山,2015(03):32-35.
[4]劉發(fā)平,陳憲龍.富水復雜礦床安全高效采礦方案優(yōu)選[J].現(xiàn)代礦業(yè),2015,31(06):1-3+7.
作者：魏愛國 單位：內蒙古額濟納旗基層國土資源管理所
