軟破介質(zhì)中殘礦體開采技術(shù)研究

胡發(fā)龍，李群敬

(1. 北京斯羅柯資源技術(shù)有限公司， 北京 100005； 2 .中國地質(zhì)大學(xué)(北京)人文經(jīng)管學(xué)院，北京 100083； 3 .河南發(fā)恩德礦業(yè)有限公司， 河南 洛陽市 471716)

目前國內(nèi)外礦山都開始關(guān)注殘礦資源的二次回收，然而殘礦的開采技術(shù)條件極為復(fù)雜，是當(dāng)今采礦技術(shù)的一大難題。軟破介質(zhì)中的殘礦開采條件尤為復(fù)雜，不僅周圍環(huán)境不穩(wěn)定，而且頂?shù)装迦菀姿?，巷道施工以及采礦方法的設(shè)計均與常規(guī)開采不同，因此合理的采礦方法和支護技術(shù)是安全經(jīng)濟回收殘礦的關(guān)鍵。

本文以新城金礦淺部二次資源的回采作為工程背景，據(jù)前期地測資料顯示，新城金礦-10～-120 m中段167#～191#柱之間高110 m、長380 m范圍內(nèi)，金礦平均品位7.0 g/t以上，殘柱礦量40000 t左右，折合金屬量達(dá)280 kg?；厥諝埖V具有重大的經(jīng)濟效益。然而軟破介質(zhì)中殘礦回收在地下礦山開采經(jīng)驗少，借鑒了國內(nèi)外類似條件的工程施工經(jīng)驗，對殘礦提出了合理的開采方案。

1 軟破介質(zhì)殘留礦體開采條件

1.1 殘礦賦存特征

殘礦體賦存在淺部軟破介質(zhì)中，主要分布在-10～-120 m中段，長380 m范圍內(nèi)，礦石平均品位7.0 g/t以上。殘礦體四周為充填體，強度為1～3 MPa，維持其穩(wěn)定性是開采殘礦的關(guān)鍵；水平礦柱上部為人工假頂，強度為5 MPa以上，具有一定支護能力。

1.2 殘礦開采可行性分析

殘礦主要有4種類型：間柱、頂?shù)装逅降V柱、上下盤礦柱、上下盤低品位礦石。從經(jīng)濟效益和開采技術(shù)可行上對各種類型殘礦進行分析。在現(xiàn)有條件下，水平礦柱是殘礦開采的主要設(shè)計對象。安全高效回收殘礦關(guān)鍵是選擇安全經(jīng)濟的采礦方法，減少采場暴露面積和采取有效的采場支護技術(shù)。

2 軟破介質(zhì)中殘留礦體采礦方法設(shè)計

本次設(shè)計對象為-90 m中段水平礦柱，平均厚度為2.5～2.7 m，寬度變化范圍為14～29 m，礦體較破碎，f系數(shù)為6～8，容重為2.85 t/m3。水平礦柱上部存在人工假頂，周圍及下部為尾砂充填體，礦柱在沿走向上部分不連續(xù)。

根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗和礦山實際情況，提出3個開采方案：小進路充填采礦法、進路短壁式落礦充填采礦法、人工礦柱全面采礦嗣后充填法。

2.1 小進路充填采礦法

礦房沿走向布置，礦房寬度為15 m(原一步礦房和二步礦房寬度之和)，長為27.5 m。采用裝巖機出礦，進路設(shè)計寬度為2.5 m， 高度根據(jù)礦體厚度變化，以2.5 m為主。采用間隔回采方式進行開采，為了確保人工假底的穩(wěn)定性，進路掘進采用普通爆破與控制爆破相結(jié)合的爆破技術(shù)，同時采用技術(shù)先進的水壓支柱進行支護，支護間距為1.5 m，破碎地帶加強支護，支護間距為1 m，配以金屬網(wǎng)。待回采完畢后，人工回收水壓支柱，充填采空區(qū)，一步回采進路采用灰砂比為1∶4的充填料充填，二步回采進路采用灰砂比為1∶8的充填料充填。采準(zhǔn)工程布置見圖1。

2.2 進路短壁式落礦充填采礦法

礦房沿走向布置，礦房寬度為15 m，長為27.5 m，采用鏟運機出礦，進路設(shè)計寬度為3 m，高度根據(jù)礦體厚度變化，以3.0 m為主。進路垂直礦體走向，沿進路劃分短壁式崩礦單元，根據(jù)礦體的寬度，一個礦塊需布置3個采礦單元，為了確保人工假底的穩(wěn)定性，進路掘進采用普通與控制爆破綜合技術(shù)，同時采用單體液壓支柱支護，支護間距為1.5 m，待每個單元回采完畢后，人工回收液壓支柱，采用灰砂比為1∶8充填料充填采空區(qū)。采準(zhǔn)布置見圖2。

圖1 小進路充填采礦法

2.3 人工礦柱全面采礦嗣后充填法

礦房沿走向布置，礦房寬度為15 m，長為27 m。設(shè)計開采高度為2.5 m，采用鏟運機出礦，普通爆破與控制爆破結(jié)合崩落礦石，工作面采用扇形推進，同時用人工礦柱支護采空區(qū)，開采完后采用灰砂比為1∶8充填料充填采空區(qū)。采準(zhǔn)布置見圖3。

3 采礦方法比較與優(yōu)選

針對-90 m中段水平礦柱設(shè)計的小進路充填采礦法、進路短壁式落礦充填采礦法、人工礦柱全面采礦嗣后充填法這3個方案的優(yōu)缺點和經(jīng)濟指標(biāo)比較分別見表1和表2。

圖2 進路短壁式落礦充填采礦法

圖3 人工礦柱全面采礦嗣后充填法

從表1和表2可知，3種方案都適合殘礦的開采，各有其優(yōu)點，單從技術(shù)經(jīng)濟上比較很難確定最佳方案，因此采用工程上應(yīng)用廣泛的模糊數(shù)學(xué)來優(yōu)選最佳采礦方法。

表1 采礦方案優(yōu)缺點比較

表2 采礦方案技術(shù)經(jīng)濟比較

影響新城金礦軟破介質(zhì)殘礦采礦方法選擇的目標(biāo)因素主要有：工作安全狀況、通風(fēng)條件、采礦成本、千噸采切比、損失率、貧化率、采礦工效、采場生產(chǎn)能力、采礦方法工藝復(fù)雜程度、工人勞動強度、采礦方法對礦體的適應(yīng)程度等。

采用層次分析法對各目標(biāo)因素進行層次分解，通過兩兩比較確定同層次各影響因素中的相對重要性，最終通過合成得到各影響因素對決策方案的重要性，即目標(biāo)因素對決策方案的權(quán)重：W=(0.223，0.126，0.056，0.032，0.359，0.076，0.010，0.030，0.011，0.032，0.045)。

根據(jù)所設(shè)計的采礦方法的指標(biāo)選取決策采礦方法的定量指標(biāo)，定性指標(biāo)則按9級標(biāo)準(zhǔn)進行評判,得到主要影響因素隸屬度模糊判斷矩陣，見表3。

表3 主要影響因素隸屬度模糊判斷矩陣

3個方案評價的決策方案隸屬度集為：

A=(0.82，0.40，0.67)

根據(jù)計算結(jié)果可知，3種采礦方法的綜合優(yōu)越度為：方案Ⅰ，82%；方案Ⅱ，40%；方案Ⅲ，67%。因此方案的優(yōu)劣次序為方案Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ，故方案Ⅰ遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他兩個方案，因此選用方案Ⅰ，即小進路充填采礦法。

4 結(jié) 論

通過對軟破介質(zhì)中殘留礦體進行開采可行性分析之后提出3種方案，針對開采殘礦安全、充分利用資源等原則，通過多目標(biāo)決策模糊優(yōu)選模型對3種方案進行優(yōu)選，最終選取小進路充填采礦法為最佳開采方案，實踐取得了預(yù)期效果。

參考文獻：

[1]張榮立，等.采礦工程設(shè)計手冊(下)[M]. 北京：煤炭工業(yè)出版社，2003.

[2]《采礦設(shè)計手冊》編寫組.采礦設(shè)計手冊(礦床開采卷)[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1977.

[3]楊 殿，金屬礦床地下開采[M].長沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1999.

[4]肖位樞. 模糊數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用[M]. 北京：航空工業(yè)出版社，1991.

[5]陳昌民. 康家灣殘留富礦回采綜合技術(shù)研究[D]. 長沙：中南大學(xué)，2002.

[6]趙 彬，王新民，張欽禮. 新橋硫鐵礦采礦方法模糊選擇[J]. 安徽理工大學(xué)學(xué)報，2008，28 (4)：21-25.

[7]李興德. 模糊數(shù)學(xué)在東升廟鉛鋅礦采礦方法選擇中的應(yīng)用[J]. 甘肅冶金，2007，29 (4)：4-6.

[8]楊 明. 殘留礦柱開采的新工藝技術(shù)研究[J]. 礦業(yè)研究與開發(fā)，2000，20(6)：8-10.