中等稳固低品位厚大矿体采矿方法的优选.pdf

I S S N 1 6 712 9 00 C N 4 3一l 3 4 7 ／ T D 采矿技术第 9卷第 5期 Mi n i ng Te c h no l o g y，Vo 1 ． 9， No． 5 2 0 0 9年 9月 S e p．20 0 9 中等 稳 固 低 品 位 厚 大 矿 体 采 矿 方 法 的 优 选 周 罗中 ， 张永林 ， 鲁洪军。 ， 姜顺鹏 ， 于向波 1 ． 长沙矿山研究 ， 湖南 长沙4 1 0 0 1 2 ； 2 ． 国家金属采矿工程技术研究中心湖南 长沙4 1 0 0 1 2 ； 3 ． 山东黄金矿业 鑫汇 有限公司， 山东 青岛市2 6 6 7 1 5 摘要 低品位厚大矿体由于成本承受能力有 限， 无法使 用高成本的采矿方法， 特别是对 于矿体和 围岩稳 固性较差的厚 大低品位矿体 ， 其采矿方法选择余地将 大受制约。作者从 矿山生产实际出发， 应用模糊数学方法综合优选 出分段 中深孔连续采矿 法用于开采该类 矿体 ， 有效避免 了矿岩稳固性差和矿石品位低对开采的不利影响 ， 其采矿方案优选方法和 所用采矿工艺， 对同类矿山具有较好的参考价值。 关键词 采矿方法； 中等稳 固； 厚大矿体 ； 连续采矿 ； 中深孔 山东黄金矿业 鑫汇 有限公司是 山东黄金 集 团所属骨干采选冶联合企业。历经十多年的跨越式 发展 ， 已建设成为采 、 选 、 冶年产黄金 4万两 ， 年创利 税数千万元的大型黄金矿山。该矿床矿岩局部稳固 性较差， 矿体形态变化复杂 ， 以缓倾斜至倾斜 中厚以 下矿体为主， 但深部矿体局部矿段厚度 、 倾角和品位 产生突变 ， 形成急倾斜低品位厚大矿体 。 低品位厚大矿体产 于 I一1号矿体南 段深部 ， 矿体严格受 P 1 号构造破碎蚀变带的控制 ， 顶底板围 岩大都为黑云变粒岩、 斜长角闪片麻岩 、 基性脉岩 、 绢云母碎裂岩、 绢云母化硅化碎裂岩 、 硅化混合岩化 角闪黑云斜长片麻岩， 矿岩硬度系数 f8～1 0 。矿 岩整体性一般较好 ， 除局部构造破碎发育、 岩体稳固 性较差外 ， 一般矿体和围岩 为中等稳 固。矿体与岩 层产状基本一致 ， 与上下盘围岩接触不规则 ， 平均水 平厚度约 2 0 m， 倾角为 5 0 。 一 7 0 。 ， 平均品位约为 1 ． 8 g ／ t ， 局部膨大缩小 、 尖灭侧现多见。矿岩体重为 2 ． 8 t ／ m ， 松散系数为 1 ． 5， 无氧化结块趋向。 1 厚大矿体采矿技术的特点和难点 1 ． 1 原 有主要 采矿方 法 矿山目前采矿方法 以盘区机械化上向分层尾砂 充填连续采矿法为主， 多步骤 阶段空场嗣后充填采 矿法为辅 。前者约担负全矿 7 0 ％ ～8 0 ％的矿石产 量， 后者约承担全矿 2 0 ％ 一 3 0 ％的矿石产量。 盘区机械化上向分层尾砂充填连续采矿法在中 段内沿矿体走向划分矿块 ， 矿块间不 留间柱 ， 上 、 下 中段问亦不留顶底柱 ， 自下而上 、 自矿体的一端 向另 一 端连续回采。采场回采 自底部拉底水平拉底平巷 开始 ， 采用 7 6 5 5凿岩机水平凿岩 ， 非电微差起爆落 矿 ， 全断面向两端推进 ， 崩下矿石用 斗容为 0 ． 7 5 1 ． 0 m 电动铲运机装运至脉外溜井， 分层 回采完毕 并人工清理残矿和构筑充填隔墙后 ， 用分级尾砂充 填料充填 ， 经约 2 4 h脱水后， 即可压顶垫高联道 ， 开 始下一分层 的回采。 多步骤房柱嗣后充填采矿法将矿体沿走向间隔 划分为一 、 二步回采单元 ， 单元高为阶段高度 ， 宽为 矿体水平厚度 ， 一步骤采场采后分级尾砂胶结充填 ， 二步骤采场则用部分胶结部分非胶结充填 。回采用 7 6 5 5气腿式凿岩机浅孔凿岩， 非 电导爆管微差起爆 落矿 ， 崩下矿石用电耙扒出， 出矿完毕经人工清理残 矿后 ， 一步骤采场采用分级尾砂胶结充填 ， 二步骤采 场采用分级尾砂充填。 1 ． 2 低品位厚大矿体采矿技术特点和难点 1 矿段产状突变 区段 与现有采准 系统不吻 合。一般情况下矿体走向较稳定， 连续性较好， 由于 局部倾角的突变 ， 导致部分中段矿体沿走向的突变 ， 因而造成矿体远离 已形成的中段采准系统工程。 2 在特定情况下 ， 矿山已对下部矿体实行局 部浅采 ， 已形成未处理的小采空区， 对上部矿体的开 采造成一定影响。 3 矿体厚度大 ， 品位低 。矿体平均水平厚度 在 2 0 m左右 ， 矿体及上下盘围岩稳 固性 中等 ， 大面 积顶板暴露有一定困难 ， 况且品位较低， 在采矿成本 的承受上能力有限， 只适合于用高效率 、 低成本 的采 矿方法开采。 2 采矿技术 2 采矿方法方案优选 2 ． 1 采矿方法方案拟定 矿区低品位厚大矿体具有以下特点 1 矿体倾角一般为 5 0 。 一7 0 。 ， 具备重力放矿 的基本条件 ； 2 矿体平均厚度为 2 0 m左右 ， 属于厚大偏 薄矿体 ； 3 矿体平均品位为 1 ． 8 g ／ t 左右 ， 属于低品位 矿体 ， 无法承受太高的采矿成本 ； 4 矿体矿化边界不稳定 ， 局部膨大缩小 ， 品位 分布不均匀， 近矿体围岩含有一定品位； 5 矿体埋藏深度在 2 0 0 m以上， 地表虽为耕 地 ， 但崩落一定厚度 的覆盖岩层并嗣后采取空区处 理措施后 ， 对地表影响不大 。 根据矿体特点， 初步拟定 4个采矿方案供考察 ， 即 方案 I， 分段 中深孔连续崩矿采矿法 ； 方案 Ⅱ， 天 井水平 中深孔落矿采矿法 ； 方案 Ⅲ， 中深孔分段一次 崩矿采矿法 ； 方案Ⅳ， 分步天井浅孔留矿采矿法 。 2 ． 2 采矿方案比较 上述 4个采矿方案 的技术经济指标各有其优势 和缺点， 且各方案间的优劣差距不太大 ， 所具优势和 劣势均不够显著 ， 无法简单淘汰或选择其 中某一方 案。因此， 需进行综合经济比较。 在综合经济比较 中， 以矿山实际作业成本和相 关方案的技术经济指标为计算依据 ， 以 1 0 0 0 0 t 地质 储量 品位为 2 ． 8 0 g ／ t 为计算基准 ， 考察各方案 的 最终经济效果。各采矿方案经济指标对 比见 表 1 。 各方案的技术经济指标虽有所差别 ， 但差距不够大 ， 优劣势不够明显 。为了全 面准确地评价各方案 ， 进 一 步用模糊数学方法对各个方案进行 了综合评判。 表 1 各 采矿 方案综合经济指标 比较 霉 卺鬻直 露 器 啊TrJ棚tTrJ t 季 豢 专 鼓 专 旁 吨 目 l 2． 5 1 O 1 6 ． 6 5 45 6． 1 9 0 0 l 1 3． 9 5 4 2 3 4 2． 2 4 l 0 7 l 9 ． 4 4 4 6 9． 2 2 4 O l 1 6． 1 2 9 1 3 5 3． 0 9 9 7 2 0． 4 7 4 7 4． 4 3 7 6 1 1 8． 4 2 7 2 3 5 6． 0 1 9 5 2 1 ． 8 5 4 7 4． 4 3 7 1 1 7． 2 5 5 9 3 5 7． 1 8 2 ． 3 采矿方案模糊综合评判 选择合理 的采矿方法需要考虑的因素很多 ， 包 括有许多不定量因素 ， 表现具有模糊性 。因此 ， 应用 模糊数学理论进行综合评判是 比较合适的。一般优 选采矿方法 需考 虑 以下 几个 主要 因素 安 全 因素 B1 、 经济 因素 B 2 、 资源 因素 B 3 、 效率 因素 B 4 ； 各层次诸因素间的关系见 图 1 。 最优 采矿方 法A 安全因 素B 1 I I 经济因素 B 2 I l 资源因素 B 3 I l 效率因 素B 4 匡 l 匡 I 匡 采用 T ． L ． S a a t y的层次分析法 ， 用 1 9标度方 法 ， 并请有关专家对两两因素进行重要性评价 ， 得出 各层次因素模糊判断矩 阵。如判 断矩阵A B为 A l曰2 曰3 B4 l l 3 5 3 1 ／ 3 1 5 1 1 ／5 1 ／ 5 1 1 ／3 1 ／ 3 1 3 1 对矩阵 A， 计算并归一化处理后得 b 0 ． 5 1 ， 0 ． 2 2 ， 0 ． 0 7， 0 ． 2 0 。 采用 同样方法计算出矩阵 B1 ， B 2 ， B 3 ， B 4各 因 素的权重值并归一后得 C 。 0 ． 9 ， 0 ． 1 0 ； C 2 0 ． 4 1 ， 0 ． 1 0， 0 ． 0 5 ， 0 ． 1 7， 0 ． 2 7 ； c 0 ． 1 7， 0 ． 8 3 ； C 0 ． 7 5 ， 0 ． 2 5 。 计算得各分指标 c 1～C 8 对总 目标 A 的权重 值为 W 0 ． 4 6 ， 0 ． 0 5 ， 0 ． 0 9 ， 0 ． 0 2 ， 0 ． 02， 0 ． 1 0 ， 0 ． 2 1 ， 0 ． 0 5 各方案主要 因素指标汇总见表 2 。 表 2 各方案主要因素指标 方案序号 顶板安全性 通风条件 采矿成本 元／ t 采切比 m ／ k t 损失率 ％ 贫化率 ％采矿工效 t ／ S E 班采场生产能力 t ／ d 周罗中， 等 中等稳 固低品位厚大矿体采矿方法的优选 3 由决策论域 { 方案 I， 方案 Ⅱ， 方案 Ⅲ， 方案Ⅳ } 可知， 影响采矿方法选择的主要因素集合为 V{ 顶 板安全 C l ， 通风条件 c 2 ， 采矿成本 c 3 ， 采切 比 C 4 ， 损失率 c 5， 贫化率 c 6 ， 采矿工效 c 7， 生产能力 } 。 方案特征指标 中定性指标在计算 时 由专家分别按 0 ． 0 5 ， 0 ． 2 ， 0 ． 3 5 ， 0 ． 5， 0 ． 6 5 ， 0 ． 8 ， 0 ． 9 5为最差、 差 、 较 差、 中等、 较好、 好、 最好等 7 个标准赋值。 表 2各指标值单位不同， 为具有可 比性 ， 首先需 要无量纲化 ， 之后可得评价模糊矩阵 R为 O． 8 O． 6 5 0． 65 O． 8 0． 5 O． 65 1 0． 4 6 0． 2 7 l O． 3 3 O l 0． 7l O l 0． 6 O， 6 1 0． 5 8 0． 3 4 l 0． 41 0． 2 4 运用加权平均模型对各方案进行评价 ， 计算结 果为 AW o R 1 ． 0 5 8 ， 0 ． 6 8 9 ， 0 ． 6 2 9 ， 0 ． 3 5 6 。 根据最大隶属度原则， 方案 I即分段 中深孔连 续崩矿采矿法为各方案中的最优方案。 3 结 论 根据山东黄金矿业 鑫汇 有 限公 司生产实际 和 I一 1 号深部南段低品位厚大矿体的开采技术条 件， 经方案技术比较、 综合经济比较和模糊数学综合 评判 ， 最终确定分段中深孔连续崩矿采矿法为所有 方案中的最优方案 见图 2 。该采矿方法采场生产 能力大， 采准布置简单 ， 采切工程量少， 采矿效率高 ， 采矿成本较低， 人员设备不在大暴露顶板下直接作 业 ， 工作面矿石可依赖重力 自溜至采场底部， 实现电 动铲运机阶段集中出矿， 这些因素的累积形成了该 方法的技术和经济优势。 图 2 分段中深孔连续崩矿采矿法方案 该采矿方法沿走 向 5 01 0 0 m划分矿块 ， 也可 不划分矿块， 以矿体沿走向连续长度为回采单元， 高 为中段高度 5 0 IT I ， 宽为矿体 的水平厚度 ， 一般为 1 5 2 5 1T I ， 以分段凿岩爆破 、 阶段出矿方 式 ， 实行 自上 而下、 自矿体的一端 向另一端或 自中央 向两端 的连 续回采。主要采准工程包括下盘脉外阶段出矿平巷 和与采场底部相通间距为 7 m左右 的出矿穿脉短 巷 、 分段凿岩平巷 、 分段切割平巷 、 切割天井及盘区 人行通风天井等。 采场回采 自切割槽开始 ， 先用 Y G Z一 9 0中深孔 凿岩机在分段切割平巷中钻凿上 向 0 m m平行中 深孔 ， 用非电导爆 管微差起爆 ， 沿矿体全厚全 高切 槽， 矿体回采则采用 Y G Z 一 9 0中深孑 L 凿岩机在分段 平巷中钻凿上向扇形中深孔， 自切割槽开始实行多 排步距挤压爆破， 崩下矿石则在阶段出矿平巷中经 穿脉进路用铲运机铲出， 依此 自切割槽 向一端或两 端顺序推进。 主要技术经济指标 采场生产能力 1 5 0 2 0 0 t ／ d 千吨采切比2 ． 8 ；3 r n ／ k t 采矿损失率 1 0 ％～ 1 5 ％ 采矿贫化率8 ％ ～ 1 2 ％ 采矿工效 1 7 ．8 7 t ／ 工班 采矿直接成本 l 6 ． 6 5 元／ t 参考文献 [ 1 ] 黄应盟， 胡建华， 陈庆发， 等． 破碎环境下空区结构形变的尺寸 效应研究[ J ] ． 采矿技术 ， 2 0 0 9， 2 l 5～1 7 ． [ 2 ] 艾显恒， 谢建兵， 朱和玲． 地下矿山采场顶板厚度数值模拟研 究 [ J ] ． 采矿技术 ， 2 0 0 9 ， 2 3 0～ 3 2 ． 3 ] 张忠． 应用岩体稳定性分级预测 矿岩的可崩性 [ J ] ． 采矿技 术 ， 2 0 o 5 ， 1 2 2～ 2 5 ． [ 4 ] 姚宝魁． 矿山地下开采的稳定性研究[ M ] ． j E 京 中国科技出 版社 ． 1 9 9 4 ． [ 5 ] 邓坤， 惠兴田， 韦正范． 基于自稳隐形拱原理的锚杆支护设 计 [ J ] ． 中国矿业 ， 2 0 0 7， 2 5 7～ 6 2 ． [ 6 ] 田文东． 覆盖岩下放矿的实践[ J ] ． 采矿技术， 2 0 0 7 ， 1 2 2 2 3 ． [ 7 ] 伍永田， 张旭生， 李晓芸． 采空区塌陷的离散元模拟[ J ] ． 采矿 技术 ， 2 0 0 8 ， 1 7 37 4， 8 O ． [ 8 ] 姚宝魁． 矿山地下开采的稳定性研究[ M] ． 北京 中国科技出 版社 ， 1 9 9 4 ． 作者简介 周罗中 1 9 5 7一 ， 男， 湖南湘乡人， 教授级 高级工 程师， 主要从事采矿、 充填、 地质灾害治理技术研发和服务， E ma i l g i a n t mi n i n g 1 2 6 ． c o rn。 O O O O O 0 O