復(fù)雜富水礦山采礦方法選擇研究

潘寶正

(馬鋼姑山礦業(yè)公司, 安徽 當(dāng)涂縣 243181)

白象山鐵礦隸屬馬鋼礦業(yè)集團,礦山位于安徽省馬鞍山市,地質(zhì)儲量1.05億t,設(shè)計生產(chǎn)能力為200萬t/a,采用主副井和風(fēng)井3條豎井開拓.礦山自2005年建礦以來井下涌水頻繁,且涌水量大、水壓高,目前礦山已開拓有－500,－470,－430 m和－390 m 4個中段,其中－500 m中段為運輸中段,－390 m為開拓中段,－470 m為主要采礦中段,礦山實測井下涌水量為32000 m3/d,井下大量頻繁涌水影響了礦山采礦方法的選擇.

1 礦山開采技術(shù)條件

1.1 礦體和圍巖的穩(wěn)固性

影響礦體穩(wěn)定性的主要因素是礦石中的造泥礦物和鱗片狀礦物的含量及其富集程度.影響主礦體穩(wěn)定性的軟弱夾石層主要夾石巖性為角巖、大理巖、閃長巖、輝綠巖、正長細晶巖和微晶高嶺石巖等.主礦體基本穩(wěn)定,但礦體夾石層和礦體頂?shù)装鍑鷰r局部具有軟化巖石特征,位于上下盤20 m范圍內(nèi)存在一個近礦圍巖不穩(wěn)定帶,是影響礦山開采的主要工程地質(zhì)問題.

1.2 不良地質(zhì)條件分析

(1)地表水系復(fù)雜:區(qū)內(nèi)地表水系十分發(fā)育,溝渠縱橫交錯,積水面積20%左右.青山河由南向北流經(jīng)礦區(qū).

兩塊摩崖刻石背依連綿起伏的山嶺，面臨滾滾奔騰的第二松花江，自然風(fēng)光十分壯麗。有人推測，阿什哈達摩崖石刻字跡大小不一、歪歪扭扭，恐是工匠按照劉清要求，乘船在崖畔錘鏨而出。

(2)基巖含水層富水性強:經(jīng)礦區(qū)水文地質(zhì)勘探線綜合分析,礦區(qū)礦體及頂板為基巖裂隙含水層,且富水性以中等及強富水為主.

(3)礦坑涌水量大:礦體頂板為厚大的砂巖強含水層,該含水層向上承接第四系弱含水層的越流補給,向下補給礦體含水層,目前礦坑涌水量已經(jīng)達到了32000 m3/d.

(4)斷層富水性強:礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育,而且礦區(qū)內(nèi)的主要斷裂帶(包括兩側(cè)的裂隙發(fā)育帶)都具有導(dǎo)水作用,因此,水體下開采除要保證垂直(深度)方向上一定的安全深度外,在水平方向上,也要與導(dǎo)水結(jié)構(gòu)保持一定的安全開采距離,避免在側(cè)翼承壓水條件下,因安全距離過小,導(dǎo)致斷層突水.

2 采區(qū)劃分及礦體分類

2.1 采區(qū)劃分

根據(jù)礦體的形態(tài)變化和地質(zhì)條件,將整個礦體劃分為4個采區(qū):東一區(qū)、東二區(qū)、西一區(qū)和西二區(qū),具體采區(qū)劃分見圖1.圖1右上角礦體因形態(tài)變化較大,勘探控制程度較低,劃為東一區(qū);右下角礦體是靠近風(fēng)井的小礦體,相對獨立,因此劃為東二區(qū);左上角礦體屬緩傾斜中厚至厚大礦體,水文地質(zhì)條件相對簡單,劃為西一區(qū);左下角礦體傾角較緩,厚度極大,整體性好,劃為西二區(qū).由于西二區(qū)靠近F2導(dǎo)水?dāng)鄬?將西二區(qū)斷層安全礦柱界限與進路膠結(jié)充填界限區(qū)域內(nèi)的礦體稱為西二－1區(qū),膠結(jié)充填界限以東礦體稱為西二－2區(qū).

2.2 礦體分類

西二區(qū)緊挨F2富水?dāng)嗔?且為緩傾斜厚－極厚礦體,厚度超過100 m,依據(jù)類似地下礦山相關(guān)生產(chǎn)實際資料,采礦方法應(yīng)以階段充填法為主[1G2],包括:分段鑿巖階段出礦嗣后充填法(方案I)、VCR嗣后充填法(方案II)、側(cè)向崩礦階段空場嗣后充填法(方案III).

(2)方案評價.該方案適用于礦石和圍巖中等穩(wěn)固以上的厚大礦體;可以多分段同時回采,作業(yè)集中,回采強度高,生產(chǎn)能力大;作業(yè)在專用巷道內(nèi)進行,安全性好.缺點是切割工程量大,中深孔鑿巖與爆破技術(shù)存在一定的難度,中深孔爆破對周圍采場或充填體影響較大.

圖1 礦體區(qū)段劃分

3 西二區(qū)采礦方法選擇

由礦量分區(qū)分類統(tǒng)計情況可知:東一區(qū)、東二區(qū)、西一區(qū)礦體以緩傾斜－傾斜、中厚－厚礦體為主.根據(jù)地表不允許陷落排除崩落法;為降低損失貧化、保障空區(qū)作業(yè)安全排除空場法;考慮到在采場內(nèi)留設(shè)點柱,不僅妨礙無軌設(shè)備運行,造成永久損失,而且在采礦過程極易被超剝,失去支撐作用影響回采安全,因此排除點柱充填法,確定這類礦體采用上向水平分層充填法或上向水平進路充填法.

采礦方法的選擇除了考慮礦體及頂、底板穩(wěn)固性、賦存地質(zhì)條件外,更應(yīng)充分考慮礦體傾角、厚度的變化.為了對礦體的賦存狀況有一個更為全面的掌握,便于采礦方法的選擇,根據(jù)礦體的賦存狀況、傾斜程度和礦體厚度,對礦體進行分類.東一區(qū)礦量約1870萬t,占總礦量的22.7%,礦體以緩傾斜中厚－厚礦體為主;東二區(qū)為靠近風(fēng)井的小礦體,礦量約385萬t,占總礦量的4.7%,礦體以緩傾斜中厚－厚礦體為主;西一區(qū)礦量約2010萬t,占總礦量的24.4%,礦體以緩傾斜到傾斜(20°~40°)的厚－極厚礦體為主;西二區(qū)礦量約3970萬t,占總礦量的48.2%,礦體以緩傾斜厚－極厚礦體為主.

3.1 分段鑿巖階段出礦嗣后充填法(方案I)

李老鬼吃著煙，撇著棉褲腰一樣的大嘴，問，誰?。可窠?jīng)兮兮的。讓你出去了兩天，和誰又掛啦上了？不會是付玉吧，咱可不能再上她的當(dāng)啦。我日她三熏熏，這個小馬子妮，可不是個簡單人物，你那倆心眼，根本玩不轉(zhuǎn)她。

“歷史地思維的人可以理解流傳物的意義而無需自己與該流傳物相一致，或在該流傳物中進行理解”［2］309。所以異于贊賞蘇軾“以詩為詞”者，視詞的本色為“纖艷柔婉”，而不是“特立新意，寓以詩人句法”，他們更強調(diào)詩與詞的區(qū)別，重視詞的音律格調(diào)和傳承唐五代花間詞作的柔婉抒情的特色。

3.2 VCR嗣后充填法(方案II)

(2)方案評價.該方案優(yōu)點是:采場生產(chǎn)能力大,勞動生產(chǎn)率高;不需要掘進全段高的切割天井和分段鑿巖巷道,采切工程量小;崩礦質(zhì)量好,大塊率低;采礦成本低.缺點是:鑿巖技術(shù)要求高;使用高密度、高爆速的炸藥、爆破成本高,深孔施工與裝藥、爆破技術(shù)難度較大.

(1)方案特征與采場布置.該方案采場布置方式與方案I相同.采場底部開鑿拉底塹溝巷道,采場頂部布置鑿巖硐室,鉆鑿下向垂直炮孔,以切割立槽為自由面,側(cè)向崩礦,鏟運機出礦.出礦底部結(jié)構(gòu)采用塹溝式,每兩個采場共用一條出礦巷道.

(1)方案特征與采場布置.礦房礦柱布置同方案I.在礦塊上部水平布置鑿巖硐室,利用鑿巖臺車鉆鑿下向垂直深孔至礦體下部的拉底水平,采用球狀藥包漏斗爆破,自下而上分層落礦,鏟運機出礦.出礦底部結(jié)構(gòu)采用塹溝式,每兩個采場共用一條出礦巷道.

(1)方案特征與采場布置方式.礦房、礦柱垂直礦體走向布置,一步回采礦柱,膠結(jié)充填,形成人工充填體礦柱;二步回采礦房,進行非膠結(jié)充填或低標(biāo)號膠結(jié)充填.根據(jù)礦山地質(zhì)資料確定階段高度為40 m,礦房、礦柱寬度均為18 m,長度為礦體水平厚度.礦柱回采時,將階段劃分為若干分段,在分段鑿巖巷道內(nèi)鉆鑿扇形中深孔,向切割槽側(cè)向崩礦,崩落礦石落入采場底部的“V”型受礦塹溝,由鏟運機自出礦進路內(nèi)鏟出.出礦底部結(jié)構(gòu)采用塹溝式,每兩個采場共用一條出礦巷道.

3.3 側(cè)向崩礦階段空場嗣后充填法(方案III)

我國傳統(tǒng)的不動產(chǎn)測繪管理屬于分散管理模式。這種管理模式主要是將不動產(chǎn)測繪分屬到不同的機構(gòu)，實現(xiàn)對測繪工作的分級管理，但是這種分散式的管理模式由于成本較高，而且管理效率相對較低，所以起不到實質(zhì)性的效果。因此，我國后續(xù)對該模式進行了改革，即在國土資源部地籍管理司的基礎(chǔ)上增設(shè)了不動產(chǎn)登記局機構(gòu)，同時，在一些省市也陸續(xù)成立了相應(yīng)的不動產(chǎn)登記機構(gòu)，這就大大地提高了不動產(chǎn)測繪效率和質(zhì)量，但是對于一些城鎮(zhèn)和縣城而言，不動產(chǎn)登記機構(gòu)還沒有形成，所以限制了該區(qū)域不動產(chǎn)測繪的開展，同時也對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展造成了一定程度的影響。

(2)方案評價.該方案生產(chǎn)能力大,落礦效率高,但其缺點是:切割立槽形成困難,側(cè)向全段高崩礦,大塊率高,對頂板及周圍采場穩(wěn)定性影響大.

3.4 采礦方法優(yōu)選

如前所述,東一區(qū)、東二區(qū)、西一區(qū)礦體緩傾斜－傾斜、中厚－厚礦體,主要采用上向水平分層充填法或上向水平進路充填法.西二區(qū)礦體厚度超過100 m,采礦方法以階段充填法為主,利用層次分析法和模糊數(shù)學(xué)理論,對初選提出的3個方案進行優(yōu)化選擇,確定最適宜的階段充填法方案,具體分析如下.

模糊數(shù)學(xué)的綜合評判主要涉及4個要素:因素集X,方案集A,隸屬矩陣R和權(quán)重分配向量W[3G5].根據(jù)評價指標(biāo)的不同,模糊綜合評判可分為一級模糊評價和多級模糊評價,本次研究為二級模糊評價,結(jié)合白象山鐵礦情況,根據(jù)收益性與消耗性定量指標(biāo)的隸屬函數(shù)法,對指標(biāo)體系中的地壓管理,采場穩(wěn)定性、適應(yīng)性、難易度共4個定量指標(biāo)進行計算,然后綜合評判滿意度和優(yōu)越度[3G5].通過計算分析各方案的綜合優(yōu)越度分別為:94.8%(方案I);85.1%(方案II);78.1%(方案III);因此選擇分段鑿巖階段出礦嗣后充填法法為西二區(qū)的采礦方法.

公式（2）中σ0表示截距，σ1表示虛擬變量系數(shù)，σ2表示穩(wěn)健性對“好消息”的反應(yīng)速度，γ3表示內(nèi)部控制評價主體的系數(shù)，σ4表示穩(wěn)健性對“壞消息”的反應(yīng)速度，σ7表示σ4與γ2的差值，DRt表示虛擬變量，Rt表示公司在t會計年度的股票回報率，ε表示隨機擾動項。

4 結(jié) 論

依礦山的地質(zhì)及水文地質(zhì)條件,分析了礦山采礦方法選擇的影響因素,進行了采區(qū)劃分和礦體分類.結(jié)合礦體分類和礦體形態(tài),在東一區(qū)、東二區(qū)、西一區(qū)采用上向水平分層充填法或上向水平進路充填法;針對西二區(qū)厚大礦體制定了分段鑿巖階段出礦嗣后充填法、VCR嗣后充填法、側(cè)向崩礦階段空場嗣后充填法,并通過模糊數(shù)學(xué)對比分析,選擇分段鑿巖階段出礦嗣后充填法為最適宜的階段充填法方案.

[1] 汪令松.羅河鐵礦富水厚大礦體采礦方法優(yōu)化選擇研究[D].長沙:中南大學(xué),2014.

[2] 李學(xué)鋒,段希祥,李壯闊.凡口鉛鋅礦深部傾斜中厚礦體采礦方法優(yōu)化選擇[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(理工版),2003(06):1G3,7.

[3] 苗勝軍,王子木,劉亞運,等.基于層次分析法的采礦方法模糊評價模型及應(yīng)用[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2017,37(06):66G 69.

[4] 吳啟坤.模糊數(shù)學(xué)在采礦方法優(yōu)化選擇中的應(yīng)用[J].工程建設(shè),2012,44(01):10G13.

[5] 趙樹果,宋煥虎,宋衛(wèi)東.基于粗糙模糊集理論的采礦方法優(yōu)化研究[J].金屬礦山,2015(05):48G51.