某復(fù)雜地下礦開(kāi)采方案的設(shè)計(jì)

羅寶金

(廣東省冶金建筑設(shè)計(jì)研究院)

某鐵錫礦露天開(kāi)采了16 a，露天轉(zhuǎn)地下后又開(kāi)采12 a，由于開(kāi)采時(shí)間較長(zhǎng)，經(jīng)歷了正規(guī)露天開(kāi)采和混亂井下民采。在礦區(qū)的地表北西面和東南面都已各形成大露天采坑，井下存在大量采空區(qū)，井下開(kāi)拓系統(tǒng)現(xiàn)狀混亂，地表堆積了大量的廢石，地表和井下開(kāi)采現(xiàn)狀條件十分復(fù)雜，存在諸多嚴(yán)重安全隱患，礦山因此難以繼續(xù)開(kāi)采，后續(xù)的開(kāi)采條件相對(duì)復(fù)雜，主要如下。

(1)地表大水體。北西面露天采坑相對(duì)較大，長(zhǎng)約500 m，寬約300 m，面積達(dá)10.1萬(wàn)m2，寬40～110 m，采坑邊坡最高標(biāo)高620 m，坑底標(biāo)高為553 m，為正常的露天采坑，匯水面積較大，坑底有大量積水，該露天采坑的原開(kāi)采的礦體位于目前開(kāi)采礦體V1的上盤(pán)，距離V1礦體較遠(yuǎn)，與V1礦體無(wú)直接聯(lián)系，但其西南部分在V1礦體開(kāi)采的巖移范圍內(nèi)，后續(xù)開(kāi)采造成的巖移從而形成導(dǎo)水裂縫等，露天采坑的大量積水會(huì)可能會(huì)通過(guò)導(dǎo)水裂縫涌入井下，造成嚴(yán)重的突水事故。

(2)高陡邊坡。東南面露天采坑長(zhǎng)約700 m，寬約10～100 m，面積達(dá)6.3萬(wàn)m2，采坑邊坡最高標(biāo)高572 m，坑底凹凸不平，標(biāo)高為523.5～464.2 m，大致從西向東降低；坑底無(wú)積水，降雨時(shí)可自流排水(向東流出)；最下部臺(tái)階北西面較陡，最高處達(dá)45 m，為向下掏采礦體的非正常采坑，其開(kāi)采的為V1礦體近地表部分，詳見(jiàn)圖1；下部邊坡為非正常邊坡，易發(fā)生坍塌、失穩(wěn)、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，易對(duì)邊坡下部礦區(qū)南面的井口和工業(yè)場(chǎng)地造成嚴(yán)重破壞。

(3)井下有大量混亂采空區(qū)。在東南面露天采坑下部的V1礦體，在井下由多個(gè)民采施工隊(duì)在同一個(gè)礦體里對(duì)礦體中下部進(jìn)行掏采，違背了礦床合理的開(kāi)采順序，存在大量混亂的且不規(guī)則的采空區(qū)，采空區(qū)較大、形態(tài)復(fù)雜，可能存在垮落、導(dǎo)水裂縫、變形現(xiàn)象，可能誘(引)發(fā)引起片幫、冒頂、突水、地面塌陷、山體崩落、礦震、地表植被破壞等多種形式的災(zāi)害。

(4)地表堆存廢石多。原開(kāi)采過(guò)程中，由于沒(méi)有采用固定的廢土石場(chǎng)堆放，廢土石堆放混亂，地表露天采坑周邊有大量開(kāi)采剝離的廢土石，地下開(kāi)采形成多個(gè)平硐口，平硐口堆積大量的廢石，水土流失嚴(yán)重，在大雨、暴雨時(shí)易引發(fā)的塌滑或泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。

(5)礦體和殘留礦段分散。礦床由3個(gè)礦體組成，已被開(kāi)采的主礦體V1位于東南面采坑下部、采空區(qū)的上部和周邊，未被開(kāi)采次要礦體V2、V3與主礦體V1相距較遠(yuǎn)，位于上部的露天采坑邊邦，較為分散，同時(shí)由于V1礦體因混亂不連續(xù)，形成的采空區(qū)將主礦體分割成多個(gè)礦段，殘留礦段較為分散，開(kāi)采安全性差，選擇開(kāi)采礦段必須進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的采空區(qū)處理，后續(xù)開(kāi)采范圍的選擇困難，從而開(kāi)拓系統(tǒng)布置困難。

(6)井下開(kāi)拓系統(tǒng)現(xiàn)狀混亂。原均采用平硐開(kāi)采，各中段之間均無(wú)聯(lián)系，部分開(kāi)拓巷道從上盤(pán)穿越至下盤(pán)，保安礦柱留設(shè)混亂，未形成有效完整的通風(fēng)、運(yùn)輸、排水等開(kāi)拓系統(tǒng)，無(wú)2個(gè)安全出口和安全通道。

綜合以上，礦區(qū)的開(kāi)采條件相對(duì)復(fù)雜，因此后續(xù)開(kāi)采方案設(shè)計(jì)需考慮的因素較多。本研究通過(guò)分析，結(jié)合開(kāi)采同時(shí)有效處理各種安全隱患，設(shè)計(jì)出一套綜合的合理開(kāi)采方案，開(kāi)采方案主要包括開(kāi)采范圍、采空區(qū)處理方案、開(kāi)拓運(yùn)輸方案、采礦方法等。

1 礦山概況

礦床由3個(gè)礦體(V1、V2、V3)組成，產(chǎn)于花崗巖外接觸帶的矽卡巖中，分布在7#～16#勘探線(xiàn)。其中V1主礦體呈似層狀產(chǎn)出，總體走向NE74°～80°，傾向NW，礦體上部較緩，一般傾角30°～45°，礦體深部較陡，一般傾角50°～70°，沿走向長(zhǎng)約920 m，傾向延長(zhǎng)23～190 m，真厚度5～18 m。矽卡巖頂部為泥質(zhì)灰?guī)r、砂巖，矽卡巖底部為中細(xì)粒黑云母花崗巖。礦體主要賦存在花崗巖與粉砂質(zhì)泥灰?guī)r接觸帶附近的矽卡巖巖體中，矽卡巖頂部圍巖為泥質(zhì)灰?guī)r、砂巖，矽卡巖底部圍巖為中細(xì)粒黑云母花崗巖。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期民采， V1礦體剩余的資源量約占保有資源總量的91%， V2、V3位于V1礦體北面上部，未曾開(kāi)采。V2礦體資源量約占保有資源總量的7%，V3礦體資源量占保有資源總量的2%。

礦體均處于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上，V1礦體上部的東南面采坑目前無(wú)積水，與下部礦體有直接的水力聯(lián)系，礦區(qū)及附近的地形有利于大氣降水的大面積排泄，礦體及圍巖的構(gòu)造裂隙不發(fā)育，地下水貧乏，涌水量不大，屬裂隙充水直接進(jìn)水，礦床水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，礦區(qū)的礦體及圍巖的巖體完整或較完整，穩(wěn)定性好，工程地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。因開(kāi)采地表堆積有大量的廢石土，在大雨、暴雨時(shí)易引發(fā)的塌滑或泥石流，環(huán)境地質(zhì)條件中等。綜合上述，由于現(xiàn)狀條件復(fù)雜，開(kāi)采技術(shù)條件相當(dāng)復(fù)雜。

礦山目前為地下開(kāi)采，主要為民采現(xiàn)狀，采用平硐開(kāi)拓，已經(jīng)形成了多個(gè)平硐和相對(duì)應(yīng)的中段運(yùn)輸巷和采空區(qū)，但未形成完整的開(kāi)拓系統(tǒng)，采用空?qǐng)龇ú傻V，生產(chǎn)規(guī)模為5萬(wàn)t/a，產(chǎn)品方案為原礦。

礦山開(kāi)采現(xiàn)狀等詳見(jiàn)圖1所示。

圖1 開(kāi)采現(xiàn)狀和新開(kāi)拓系統(tǒng)投影平面

2 設(shè)計(jì)開(kāi)采范圍

設(shè)計(jì)開(kāi)采范圍包括礦體和礦段的開(kāi)采范圍。

礦山開(kāi)采多年，主礦體V1存在大量混亂不連續(xù)的采空區(qū)，殘留的礦體被的采空區(qū)分割成多個(gè)礦段，較為分散，如果全部開(kāi)采，開(kāi)拓系統(tǒng)布置較為分散，開(kāi)拓工程量多，采掘比大，采掘、通風(fēng)、運(yùn)輸?shù)染C合成本大，安全管理復(fù)雜。同時(shí)為了保證開(kāi)采安全，開(kāi)采前需對(duì)各礦段相對(duì)應(yīng)的下部和周邊采空區(qū)應(yīng)先進(jìn)行處理，全部充填則充填成本較高。綜合以上分析得出全部回采成本高，經(jīng)濟(jì)效益不高；因此設(shè)計(jì)選擇礦量集中的礦段回采，其他作為設(shè)計(jì)損失量，以減少井巷工程量和充填工程量，降低采掘成本和充填成本，保證經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)圖2，可將V1礦體大致以4#勘探線(xiàn)為界分別東、西2部分。4#勘探線(xiàn)以東部分礦體僅剩地表出露部分，該礦段殘留的資源量占V1礦體的資源量的33%,下部遺留大部采空區(qū)。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度分析，這部分不具備開(kāi)采條件，可作為設(shè)計(jì)損失礦量。4#勘探線(xiàn)以西部分礦體作為本次設(shè)計(jì)的主礦體，該礦段殘留的資源量占V1礦體的資源量的67%，但這部分礦體內(nèi)也留存大量采空區(qū)，具體可劃分為1#勘探線(xiàn)附近～礦區(qū)西部邊界采空區(qū)，空區(qū)標(biāo)高400～458 m，空區(qū)體積5.12萬(wàn)m3。2#～4#勘探線(xiàn)附近采空區(qū)，空區(qū)標(biāo)高442～470 m，空區(qū)體積3.79萬(wàn)m3，空區(qū)體積共8.91萬(wàn)m3。

圖2 開(kāi)采現(xiàn)狀和新開(kāi)拓系統(tǒng)縱投影剖面

V1礦體剩余的資源量約占目前保有資源總量的91%，賦存標(biāo)高511～350 m。V2、V3礦體賦存標(biāo)高550～510 m，位于上部的露天采坑邊邦，距離較遠(yuǎn)，詳見(jiàn)圖1，難以利用V1礦體的開(kāi)采系統(tǒng)；要開(kāi)采V2、V3礦體需設(shè)另一個(gè)開(kāi)采系統(tǒng)，井巷工程量多，采掘比大，采礦成本高，上部受露天開(kāi)采的影響，邊坡穩(wěn)定性差，可設(shè)井口及工業(yè)場(chǎng)地的位置標(biāo)高較高，工業(yè)場(chǎng)地可布置的范圍小，聯(lián)絡(luò)道路經(jīng)過(guò)露天采區(qū)，較難開(kāi)挖，地表配套工程量大，基建投資費(fèi)用高，同時(shí)V2、V3礦體資源量少，而且出露地表，需留設(shè)地表保安礦柱，可采資源量更少，單獨(dú)開(kāi)采不經(jīng)濟(jì)，因此暫不考慮開(kāi)采。

因此，設(shè)計(jì)的開(kāi)采范圍為V1礦體4#勘探線(xiàn)以西部分。

3 采空區(qū)處理方案

3.1 方案簡(jiǎn)述

設(shè)計(jì)在礦山開(kāi)采前，需對(duì)這部分礦體開(kāi)采有影響的4#勘探線(xiàn)以西采空區(qū)進(jìn)行充填處理，消除原有采空區(qū)對(duì)礦山開(kāi)采的影響。待采空區(qū)內(nèi)的充填體達(dá)到一定的穩(wěn)定性和強(qiáng)度后，再對(duì)區(qū)內(nèi)的礦體進(jìn)行回采作業(yè)，由于采空區(qū)位于可回采礦體的下部和周邊，因此對(duì)充填體的強(qiáng)度要求較高，因此采用膠結(jié)充填方案[1-8]。

膠結(jié)充填材料可采用河砂作為充填骨料，但礦區(qū)距離外部砂場(chǎng)較遠(yuǎn)，運(yùn)輸成本較大，考慮到地表堆存的廢石較多，而且易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，因此設(shè)計(jì)考慮采用廢石加工成棒磨砂做為充填骨料，采用棒磨砂、水泥膠結(jié)充填4#勘探線(xiàn)以西采空區(qū)。

4#勘探線(xiàn)以東的采空區(qū)附近礦體不回采，采空區(qū)不進(jìn)行膠結(jié)充填處理，但為了防止采空區(qū)可能存在垮落、導(dǎo)水裂縫、變形現(xiàn)象，可能誘(引)發(fā)引起沖擊波和突水等多種形式的災(zāi)害，通過(guò)現(xiàn)有巷道對(duì)生產(chǎn)區(qū)造成影響，對(duì)通往該區(qū)域的采空區(qū)巷道進(jìn)行封堵，其采空區(qū)相對(duì)應(yīng)的平硐口留作泄壓和排水的通道，在其外圍需設(shè)保護(hù)欄和警示標(biāo)志，防止人員誤入。其相對(duì)應(yīng)的地表也劃入巖移范圍進(jìn)行防護(hù)。

3.2 充填材料

充填用棒磨砂均來(lái)源于原露天開(kāi)采剝離的廢石和硐口的廢石加工而成。充填材料配比及充填體強(qiáng)度參照國(guó)內(nèi)外類(lèi)似礦山選取，充填體要求有一定的強(qiáng)度和自立高度，充填骨料采用廢石棒磨砂(-3 mm)，膠凝材料為42.5#普通硅酸鹽水泥，空區(qū)的頂和底部取灰砂比1∶4，其余部分取灰砂比1∶10，充填料漿質(zhì)量濃度70%，充填體強(qiáng)度大于2.0 MPa。

在礦區(qū)南面2#～4#勘探線(xiàn)建造破碎磨砂站，利用原露天開(kāi)采剝離的和地下開(kāi)采的井口堆存的廢石作為原料，廢石通過(guò)粗碎、細(xì)碎(約20 mm)經(jīng)篩分、棒磨工藝后制備成棒磨砂(-3 mm)作為膠結(jié)充填的骨料。

3.3 充填系統(tǒng)計(jì)算

充填骨料：棒磨砂；膠結(jié)材料：水泥(42.5#普通硅酸鹽水泥)。

材料性質(zhì)：棒磨砂密度(ρ1)2.9 t/m3，水泥密度(ρ2)3.1 t/m3，水密度(ρ3)1.0 t/m3。

充填物料組成及重量配比：空區(qū)的頂和底暫取灰砂比(水泥∶棒磨砂)1∶4，其余部分暫取灰砂比1∶10，根據(jù)空區(qū)的頂和底和其余部分統(tǒng)計(jì)比例計(jì)算，平均取砂比1∶8。

充填漿料的濃度70%(質(zhì)量濃度)。

各種物料在充填料漿中的比例(水泥占1/9，棒磨砂占8/9)。

充填料漿容重:

ρ=1/[70%×(1/9/ρ2+8/9/ρ1)+30%/ρ3].

(1)

經(jīng)計(jì)算為ρ=1.85 t/m3，則1 m3料漿水泥用量為0.14 t，棒磨砂用量為1.15 t，水用量為0.56 t。

日需充填空區(qū)量：

Qz=Q/d,

(2)

式中，Qz為總充填量，8.91萬(wàn)m3；d為充填天數(shù)，d;1 a按300 d計(jì)，則基建期1.5 a為450 d。

日充填料漿:

Qd=Qzk1k2，

(3)

式中，Qd為日平均充填料漿量，m3/d；k1為沉縮比，取1.15；k2為流失系數(shù)，取1.05。

日充填能力:

Qr=KQd，

(4)

式中，Qr為日充填能力，m3/d；K為充填作業(yè)不均衡系數(shù)，取1.5。

經(jīng)式(2)～式(4)計(jì)算，Qz=198 m3/d，Qd=239 m3/d，Qr=359 m3/d。

日材料消耗:棒磨砂412.85 t/d，水泥50.26 t/d，水201.04 m3/d。

膠結(jié)充填的充填能力按359 m3/d設(shè)計(jì)，2班/d，純充填作業(yè)時(shí)間5 h/班。

則充填1 m3空區(qū)所需廢石1.39 t，充填全部空區(qū)所需的廢石12.4萬(wàn)t，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，地表的廢石量可滿(mǎn)足需要。

3.4 充填工藝流程

廢石(D=550 mm)采用汽車(chē)運(yùn)至磨砂站原料場(chǎng)，經(jīng)裝載機(jī)送入磨砂站原料倉(cāng)，由槽式給礦機(jī)送入顎式破碎機(jī)粗碎，破碎產(chǎn)品粒度為100 mm，經(jīng)帶式輸送機(jī)送入細(xì)碎型顎式碎機(jī)細(xì)碎，細(xì)碎產(chǎn)品(約20 mm)經(jīng)帶式輸送機(jī)送入振動(dòng)篩篩分，篩下產(chǎn)品(-10 mm)通過(guò)帶式輸送機(jī)送入磨礦倉(cāng)，進(jìn)入磨礦系統(tǒng)進(jìn)行棒磨。振動(dòng)篩上產(chǎn)品經(jīng)帶式輸送機(jī)返回細(xì)碎型顎式碎機(jī)細(xì)碎，形成閉路篩分。

磨礦倉(cāng)內(nèi)的原料經(jīng)擺式給礦機(jī)和帶式輸送機(jī)送入棒磨機(jī)，加水磨礦，控制磨礦排料粒度為-3～0 mm，排料濃度為40%左右。磨礦排料排至沉淀池，經(jīng)沉淀的棒磨砂水分約15%，再經(jīng)充填站裝備的裝載機(jī)送至充填站調(diào)漿后，輸送至地下采場(chǎng)充填采空區(qū)用。沉淀池的溢流用泵打回棒磨機(jī)，作為回水循環(huán)使用。棒磨砂加工工藝流程圖詳見(jiàn)圖3。

圖3 棒磨砂加工工藝流程

棒磨砂充填系統(tǒng)由充填站和管路輸送系統(tǒng)組成。在破碎磨砂站下部附近建設(shè)充填站，充填站管路出口的標(biāo)高為520 m，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，各采空區(qū)的充填倍線(xiàn)均小于4，可實(shí)現(xiàn)自流充填。采用裝載機(jī)從磨砂站內(nèi)的沉淀池取砂，送入充填站內(nèi)制漿，制備好的充填料漿，經(jīng)充填鉆孔和充填管道下放至采空區(qū)進(jìn)行充填。輸送管路為2根φ108 mm×8 mm鋼管。

充填工藝流程：磨砂站內(nèi)沉淀池內(nèi)的棒磨砂由裝載機(jī)取出，卸入緩沖斗→經(jīng)螺旋輸送機(jī)→臥式雙軸攪拌機(jī)。散裝水泥由罐車(chē)送至站外→氣力輸送至水泥倉(cāng)→轉(zhuǎn)子秤→螺旋輸送機(jī)→進(jìn)入臥式雙軸攪拌機(jī)，水泥與棒磨砂初級(jí)攪拌后→進(jìn)強(qiáng)力活化攪拌機(jī)→通過(guò)充填鉆孔自流輸送到井空區(qū)充填。充填過(guò)程中對(duì)水泥倉(cāng)料位及輸送量、料漿液位及流量進(jìn)行檢測(cè)計(jì)量，對(duì)灰砂配比、料漿濃度進(jìn)行自動(dòng)控制。充填工藝流程詳見(jiàn)圖4。

4 開(kāi)拓運(yùn)輸方案

由于開(kāi)采現(xiàn)狀存在大量的井巷工程，為了減少基建工程量和工業(yè)場(chǎng)地建設(shè)工程，減少基建投資和避免土地資源浪費(fèi)，最大限度利用原有工程，對(duì)各現(xiàn)有巷道進(jìn)行分析，對(duì)部分原有巷道和工業(yè)場(chǎng)地改造利用，并結(jié)合開(kāi)采范圍、巖移范圍，設(shè)計(jì)新的開(kāi)拓運(yùn)輸方案[9-16]。

圖4 充填工藝流程

現(xiàn)有的340 m平硐、397 m平硐、430 m平硐均位于礦體下盤(pán)，其平硐口和工業(yè)場(chǎng)地均位于巖移范圍和其安全防護(hù)帶(一級(jí)20 m)外，工業(yè)場(chǎng)地范圍較寬，結(jié)合階段高度，其平硐和平硐口工業(yè)場(chǎng)地可設(shè)計(jì)利用。

開(kāi)拓方案對(duì)原有的開(kāi)拓系統(tǒng)進(jìn)行完善優(yōu)化，設(shè)計(jì)采用主平硐+溜井+階段平硐開(kāi)拓，自上而下劃分為485 m回風(fēng)水平和440 m、400 m、350 m階段，利用現(xiàn)有的340 m平硐作為主運(yùn)輸平硐，采用一段斜坡道與350 m階段聯(lián)接。利用現(xiàn)有的397m平硐口作為400 m的階段平硐口，利用現(xiàn)有的430 m平硐采用斜坡道與440 m階段聯(lián)接， 430 m平硐口作為440 m階段出口，新設(shè)485 m平硐口作為回風(fēng)平硐口。由于原有平硐相對(duì)應(yīng)的運(yùn)輸巷均離礦體太近，在下一階段的移范圍內(nèi)，不能作為下一階段的回風(fēng)巷，因此需在階段巖移范圍外重新設(shè)階段運(yùn)輸巷，原有運(yùn)輸巷可做為探礦或回采措施巷。開(kāi)拓系統(tǒng)布置詳見(jiàn)圖1、圖2。

各階段礦(廢)石通過(guò)溜井溜至350 m階段，然后通過(guò)斜坡道和340 m主運(yùn)輸平硐運(yùn)至地表。各階段平硐兼人員、設(shè)備、材料的運(yùn)輸和進(jìn)風(fēng)、供排水、電管纜通道。設(shè)計(jì)采用單翼對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)，采用抽出式機(jī)械通風(fēng)，設(shè)485 m平硐作為回風(fēng)平硐，各階段作業(yè)產(chǎn)生的污風(fēng)由設(shè)在回風(fēng)平硐口主扇抽出地表。各階段排水通過(guò)各階段平硐自流出排出地表。

各階段礦(廢)石通過(guò)溜井溜至350 m階段，然后通過(guò)斜坡道和340 m主運(yùn)輸平硐運(yùn)至340 m井口工業(yè)場(chǎng)地的礦(廢)石倒裝場(chǎng)，然后采用二次倒裝至15 t汽車(chē)，礦石外運(yùn)銷(xiāo)售，廢石轉(zhuǎn)運(yùn)至廢石場(chǎng)。由于中段運(yùn)輸量不大，運(yùn)輸距離不長(zhǎng)，結(jié)合礦山現(xiàn)有的運(yùn)輸設(shè)備考慮，井下生產(chǎn)運(yùn)輸均采用小型無(wú)軌設(shè)備，設(shè)計(jì)選用0.4 m3微型電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)和6 t小型礦用自卸汽車(chē)運(yùn)輸?shù)V石和廢石。

5 采礦方法

V1礦體呈似層狀產(chǎn)出，上部較緩，一般傾角30°～45°，上部基本已在露天開(kāi)采中采完，下部較陡，一般傾角50°～70°，礦層真厚度一般為5～18 m，賦存標(biāo)高511～350 m。根據(jù)地質(zhì)剖面圖大致統(tǒng)計(jì)，450 m以上礦體寬度基本大于15 m， 450 m以下礦體基本小于15 m。根據(jù)礦體賦存條件、開(kāi)采技術(shù)條件、開(kāi)采現(xiàn)狀及礦山生產(chǎn)規(guī)模等因素考慮，V1礦體可采用分段空?qǐng)龇?方案Ⅰ)和無(wú)底柱分段崩落法(方案Ⅱ)采礦。

方案Ⅰ在東南露天采坑底留約30 m厚保安礦柱后向下開(kāi)采。方案Ⅱ要求在覆蓋巖(礦)石下進(jìn)行放礦，開(kāi)采第一個(gè)分段之前，其上面必須有一定厚度的覆蓋巖層，設(shè)計(jì)在礦體上部的露天采坑邊坡采用中深孔強(qiáng)制崩落圍巖形成覆蓋層，覆蓋層厚度≥30 m，同時(shí)也削減了舊露天高陡邊坡的坡度，消除重大安全隱患，但由于高陡邊坡較高，需按照露天開(kāi)采一樣分臺(tái)階爆破。方案比較如下。

(1)適用范圍和資源回收效率。由于方案Ⅰ需留設(shè)保安礦柱，1#～2#勘探線(xiàn)礦體留30 m保安礦柱后還有礦量可采，1#～4#勘探線(xiàn)礦體留設(shè)30 m保安礦柱后無(wú)礦開(kāi)采，因此方案Ⅰ僅可開(kāi)采1#～2#勘探線(xiàn)礦體，方案Ⅱ可開(kāi)采1#～4#勘探線(xiàn)礦體，方案Ⅱ適用的范圍更廣，回收資源量更多，方案Ⅱ更優(yōu)。

(2)礦柱損失。方案Ⅰ近地表需留比較厚礦柱(約占總礦量的25%)，這部分礦柱難以回采，如果頂柱回收采用水平深孔爆破回收，水平深孔施工效率低，一次爆破震動(dòng)影響大，回采資源率低，方案Ⅱ沒(méi)有礦柱損失，方案Ⅱ更優(yōu)。

(3)礦塊布置。方案Ⅰ采用階段出礦，方案Ⅱ采用分段出礦，礦塊布置井巷工程量方案Ⅰ更少；方案Ⅰ鏟裝設(shè)備在階段鏟礦，方案Ⅱ鏟裝設(shè)備需進(jìn)分段，方案Ⅰ出礦更集中，運(yùn)營(yíng)成本更低，方案Ⅰ更優(yōu)。

(4)損失和貧化?？紤]礦體類(lèi)型為矽卡巖型礦體，礦體實(shí)際上可能分支多變，方案Ⅰ無(wú)法有效剔除或分采夾石和表外礦，方案Ⅱ可以。方案Ⅱ在覆蓋巖下放礦，貧化比方案Ⅰ大，考慮到方案Ⅰ礦柱回收會(huì)有損失，比較結(jié)果2方案類(lèi)似。當(dāng)?shù)V體厚度小于15 m，礦房沿走向布置，采用方案Ⅱ在覆蓋巖下放礦，不能形成有效橢球體放礦，貧化損失比厚礦體要大，因此方案Ⅰ更優(yōu)。總的來(lái)說(shuō)，方案Ⅰ更優(yōu)。

(5)開(kāi)拓布置。2個(gè)方案主要布置均類(lèi)似，但方案Ⅱ需分段出礦，溜井斜槽需設(shè)置比較多，各個(gè)分段之間的設(shè)備的移動(dòng)，需設(shè)輔助聯(lián)絡(luò)斜坡道，開(kāi)拓工程量相對(duì)多，采掘比更大，因此方案Ⅰ更優(yōu)。

(6)生產(chǎn)管理。由于方案Ⅱ在覆蓋巖下放礦，要對(duì)放礦口的礦石及時(shí)監(jiān)測(cè)，區(qū)分放礦臨界點(diǎn)，其貧化損失管理比較復(fù)雜繁瑣，方案Ⅰ更優(yōu)。

(7)安全管理。方案Ⅱ一開(kāi)始就形成大天窗，生產(chǎn)期間受降雨影響，雖然匯水面積不大，地表采用截排水措施減少雨水滲入，而且采用階段平硐開(kāi)拓，平硐自流排水方便快速，但露天的邊坡不斷受風(fēng)、水蝕變成土，會(huì)有土流下覆蓋巖中，加上爆破過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，在水和泥的潤(rùn)滑下，下雨時(shí)回采進(jìn)路局部可能發(fā)生小型泥石流。方案Ⅰ空?qǐng)霰┞睹娣e大，暴露時(shí)間久，方案Ⅱ在覆蓋巖下放礦比較安全。雖然從礦體圍巖巖性判斷，均比較穩(wěn)固，采空區(qū)也已經(jīng)充填處理，但考慮礦山已經(jīng)開(kāi)采多年，在地壓影響下，礦體和圍巖的穩(wěn)固條件下降，安全管理2個(gè)方案類(lèi)似。

綜合上述，判斷V1礦體450 m之上、1#～2#勘探線(xiàn)礦段2個(gè)方案類(lèi)似，2#～4#勘探線(xiàn)礦段采用方案Ⅱ更優(yōu)，可有效提高資源回收率，同時(shí)可處理高陡邊坡的安全隱患，450 m下部礦體采用方案Ⅰ更優(yōu)，可有效減少井巷工程量。因此設(shè)計(jì)V1礦體450 m以上礦體采用無(wú)底柱分段崩落法開(kāi)采，450 m以下礦體采用分段空?qǐng)龇ㄩ_(kāi)采，詳見(jiàn)圖5。

6 其他安全措施

在對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填處理前，應(yīng)先對(duì)相應(yīng)的采空區(qū)進(jìn)行勘查，了解空區(qū)的基本情況，確?？諈^(qū)充填作業(yè)的順利進(jìn)行。

西北面露天采坑一部分在地下開(kāi)采巖移范圍內(nèi)，為了保證安全在該露天采坑的積水對(duì)井下造成突水事故，設(shè)計(jì)在露天采坑底東部巖移范圍外20 m掘1條排水涵洞，將采坑內(nèi)的積水排空，雨水可迅速自流排泄，沒(méi)有積水，應(yīng)經(jīng)常檢查并定期對(duì)排水涵洞進(jìn)行清淤處理，保證涵洞的正常排水作業(yè)。

由于開(kāi)采上部形成天窗，為了減少降雨對(duì)下部開(kāi)采造成影響，在地表巖移范圍外20 m 設(shè)截排水溝，將匯水快速排出。

圖5 開(kāi)采剖面

開(kāi)采過(guò)程中需加強(qiáng)礦山的地質(zhì)工作，做好采礦過(guò)程中可能出現(xiàn)的突水或較大的塌滑、井下泥石流的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)工作，確保礦山安全生產(chǎn)。

由于各井口均設(shè)置在山坡處，暴雨季節(jié)時(shí)，山區(qū)容易產(chǎn)生山洪及泥石流，因此必須在井口周?chē)_(kāi)挖防洪截水溝，做好有關(guān)預(yù)防措施。

7 結(jié) 論

設(shè)計(jì)根據(jù)露天和井下開(kāi)采現(xiàn)狀，分析采空區(qū)和殘留礦段的范圍，并結(jié)合可采礦量分布和采空區(qū)處理、開(kāi)拓系統(tǒng)布置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性，確定合理的開(kāi)采的范圍。

設(shè)計(jì)采用地表堆積大量的廢石加工作為充填骨料，既有效的處理了井下的采空區(qū)，保證了采礦安全，又消除廢石堆積帶來(lái)的環(huán)境破壞和地質(zhì)災(zāi)害。

設(shè)計(jì)需最大限度利用原有工程，對(duì)可利用巷道和工業(yè)場(chǎng)地改造利用，減少了基建投資避免土地資源浪費(fèi)，并結(jié)合開(kāi)采范圍、巖移范圍，設(shè)計(jì)新的開(kāi)拓運(yùn)輸方案。

設(shè)計(jì)在礦體上部的露天采坑邊坡采用中深孔強(qiáng)制崩落圍巖形成覆蓋層，既為采礦方法創(chuàng)造了條件，提高資源利用率，又解決了露天高陡邊坡的安全問(wèn)題。

設(shè)計(jì)采用排水涵洞對(duì)地表大水體進(jìn)行疏導(dǎo)等安全措施，保證了回采安全。

以上多種綜合的設(shè)計(jì)方案形成了新的合理開(kāi)采方案，解決了該復(fù)雜地下礦安全問(wèn)題，為后續(xù)開(kāi)采創(chuàng)造了良好的條件，并為實(shí)際開(kāi)采提供良好的理論依據(jù)。