劉曉華，江飛飛，萬 兵

(1.江西銅業(yè)集團(tuán)公司永平銅礦, 江西上饒市 334506；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司,湖南長沙 410012；3.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心, 湖南長沙 410012)

緩傾斜厚礦體盤區(qū)二步驟采場底部結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

劉曉華1，江飛飛2，3，萬 兵2，3

(1.江西銅業(yè)集團(tuán)公司永平銅礦, 江西上饒市 334506；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司,湖南長沙 410012；3.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心, 湖南長沙 410012)

針對(duì)永平銅礦東部緩傾斜厚礦體盤區(qū)二步驟采場底部結(jié)構(gòu)出礦困難的問題，結(jié)合礦山開采現(xiàn)狀，提出了3種技術(shù)上可行的二步驟采場底部結(jié)構(gòu)方案，并采用定性與定量相結(jié)合的方法對(duì)3種方案進(jìn)行了比較分析，模糊綜合評(píng)判結(jié)果表明:方案三(斗頸斗穿底部結(jié)構(gòu))為最優(yōu)底部結(jié)構(gòu)方案。礦山開采實(shí)踐證明，此種底部結(jié)構(gòu)能夠很好的滿足安全出礦需要，在礦區(qū)范圍內(nèi)具有推廣價(jià)值。

緩傾斜厚礦體；盤區(qū)二步驟采場；模糊綜合評(píng)判；底部結(jié)構(gòu)

0 前 言

緩傾斜中厚至厚大礦體開采過程中的出礦問題歷來是此類型礦體開采研究和優(yōu)化的重點(diǎn),合理的采場底部結(jié)構(gòu)對(duì)于安全高效出礦和取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)具有十分重要的意義。

永平銅礦東部礦體平均厚度42 m,礦體平均傾角30°,屬緩傾斜厚礦體,礦石的堅(jiān)固性系數(shù)f＝8～10,礦石體重為3.12 t/m3,圍巖和礦石松散系數(shù)為1.46,自然安息角為38°,礦巖總體穩(wěn)固。針對(duì)此類型礦體,經(jīng)過采礦方法的不斷優(yōu)化,礦山最終確定采用分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法進(jìn)行開采,沿礦體走向每90 m劃分為一個(gè)盤區(qū),盤區(qū)內(nèi)垂直礦體走向布置采場,分兩步驟進(jìn)行回采,其中一步驟采場寬度12 m,二步驟采場寬度18 m,采場長度為礦體水平厚度。

隨著開采的不斷推進(jìn),盤區(qū)一步驟采場采用平底結(jié)構(gòu)出礦已經(jīng)回采完畢,并進(jìn)行了嗣后膠結(jié)充填,在進(jìn)行盤區(qū)二步驟采場回采時(shí),原設(shè)計(jì)方案為充填體內(nèi)掘進(jìn)巷道,但由于部分一步驟采場實(shí)際充填體強(qiáng)度沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求,在充填體內(nèi)掘進(jìn)巷道存在一定問題,而且支護(hù)成本較高,因此需要對(duì)二步驟采場底部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

1 采場底部結(jié)構(gòu)方案

針對(duì)盤區(qū)二步驟采場底部結(jié)構(gòu)出礦所存在的問題,結(jié)合礦山開采現(xiàn)狀,同時(shí)滿足礦山大型鏟運(yùn)機(jī)、礦用卡車等裝備的需要,現(xiàn)提出了3種技術(shù)可行的底部結(jié)構(gòu)方案:方案一:充填體內(nèi)掘進(jìn)巷道的塹溝底部結(jié)構(gòu)方案；方案二:偏側(cè)塹溝底部結(jié)構(gòu)方案；方案三:斗頸斗穿底部結(jié)構(gòu)方案。

在各個(gè)方案圖中,礦體水平厚度均為42 m,平均傾角均為30°,所有采切工程巷道均按設(shè)計(jì)斷面積來計(jì)算。各方案均沿礦體走向每90 m劃分為一個(gè)盤區(qū),盤區(qū)內(nèi)垂直礦體走向布置采場,采場長度為礦體水平厚度,每個(gè)盤區(qū)包含3個(gè)已回采完畢的一步驟采場和3個(gè)即將回采的二步驟采場,一、二步驟采場寬度分別為12,18 m。中段高度為37 m,將中段劃分為2個(gè)分段,分段高度自下向上依次為17, 20 m。盤區(qū)總礦量為51.9萬t,其中盤區(qū)二步驟采場礦量共31.1萬t。本次工程量和損失貧化指標(biāo)只對(duì)比底部結(jié)構(gòu)部分的內(nèi)容。

1.1 充填體內(nèi)掘進(jìn)巷道塹溝底部結(jié)構(gòu)方案(方案一)

本方案在一步驟采場充填體強(qiáng)度達(dá)到要求后,沿原一步驟采場鑿巖巷道在充填體內(nèi)掘進(jìn)出礦穿脈巷道,由出礦穿脈巷道向二步驟鑿巖巷道施工裝礦進(jìn)路,裝礦進(jìn)路間距10 m,與出礦巷道交角60°。

二步驟采場回采時(shí),在各分段巷道鑿巖爆破,崩落礦石主要在-87 m分段出礦,-70 m分段出部分礦石,待回采完畢后,即可進(jìn)行充填。本底部結(jié)構(gòu)方案如圖1所示。

1.2 偏側(cè)塹溝底部結(jié)構(gòu)方案(方案二)

該盤區(qū)一步驟采場采用分段空?qǐng)龇ɑ夭?平底底部結(jié)構(gòu),嗣后膠結(jié)充填。本方案在二步驟采場礦體內(nèi)掘進(jìn)出礦巷道、裝礦進(jìn)路和鑿巖巷道。即在采場內(nèi)原出礦巷道兩側(cè)各掘進(jìn)一條穿脈巷道,一條作為鑿巖巷道,另一條作為出礦巷道,兩巷道之間用裝礦進(jìn)路連接。

圖1 充填體內(nèi)掘進(jìn)巷道塹溝底部結(jié)構(gòu)

二步驟采場采用分段中深孔回采,崩落礦石主要在-87 m分段出礦,-70 m分段出部分礦石。二步驟采場回采完成后進(jìn)行充填。底部結(jié)構(gòu)巷道較多,所留點(diǎn)柱較小,建議巷道采用噴錨網(wǎng)支護(hù)。另外,考慮到-87 m水平三角礦柱損失較大,可采用中深孔后退式回收部分礦柱。本底部結(jié)構(gòu)方案如圖2所示。

圖2 偏側(cè)塹溝底部結(jié)構(gòu)

1.3 斗頸斗穿底部結(jié)構(gòu)方案(方案三)

本方案出礦水平為-95 m水平,巷道高度3 m,應(yīng)保障巷道頂板至-87 m充填體底板的絕對(duì)高度大于5 m。先從-100 m中段掘進(jìn)斜坡道至-95 m水平,再在-95 m水平掘進(jìn)下盤脈外沿脈巷道,然后從該沿脈巷掘出礦穿脈巷道和裝礦進(jìn)路(斗頸)至第二步驟采場中部,從裝礦進(jìn)路端部掘斗頸與-87 m鑿巖巷貫通,同時(shí)斗頸上部適當(dāng)擴(kuò)漏,以降低卡漏幾率。

崩下礦石大部分通過斗頸下溜至-95 m水平,在-95m水平采用2m3鏟運(yùn)機(jī)出礦至礦石溜井。本方案如圖3所示。

2 各方案定性與定量比較分析

2.1 方案優(yōu)缺點(diǎn)及指標(biāo)初步比較

通過對(duì)上述3個(gè)盤區(qū)二步驟采場底部結(jié)構(gòu)方案的詳細(xì)敘述,各方案的優(yōu)缺點(diǎn)如下:

(1)充填體內(nèi)掘進(jìn)巷道塹溝底部結(jié)構(gòu)方案(方案一)雙側(cè)出礦盤區(qū)生產(chǎn)能力大,回采強(qiáng)度高,損失較??；可以充分利用原有工程,工程量相對(duì)較低。但需要在充填體內(nèi)掘進(jìn)巷道,施工困難,充填體強(qiáng)度達(dá)不到要求是支護(hù)成本較高。

圖3 斗頸斗穿底部結(jié)構(gòu)

(2)偏側(cè)塹溝底部結(jié)構(gòu)方案(方案二)底部結(jié)構(gòu)工程全部在礦體內(nèi),可以作為副產(chǎn)礦。但不能利用原有工程,工程量較大；單側(cè)出礦損失較多；底部結(jié)構(gòu)工程較多,支護(hù)成本較高。

(3)斗頸斗穿底部結(jié)構(gòu)方案(方案三)底部結(jié)構(gòu)全部在礦體內(nèi)部,穩(wěn)固性好；雙側(cè)出礦生產(chǎn)能力大,損失較?。徊皇芤徊襟E充填體質(zhì)量影響,巷道維護(hù)成本低,安全性好。但工程量較大。

各方案的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。

表1 各方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

2.2 基于Fuzzy理論的綜合評(píng)判

通過對(duì)上述3個(gè)方案優(yōu)缺點(diǎn)及具體技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比分析可知,各方案比較的重點(diǎn)主要包括安全性、生產(chǎn)能力、巷道支護(hù)成本、工程量、損失率及貧化率等6個(gè)方面,3個(gè)方案各有優(yōu)劣,難以直接分析得出最優(yōu)底部結(jié)構(gòu)方案,因此可借助具有良好決策功能的模糊綜合評(píng)判對(duì)各方案的優(yōu)劣進(jìn)行進(jìn)一步的定量比較分析。

根據(jù)底部結(jié)構(gòu)方案對(duì)上述各方面的敏感程度和各因素的權(quán)重矩陣,計(jì)算矩陣的最大特征根λmax對(duì)應(yīng)的特征向量ξ作為權(quán)重向量,并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行歸一化處理便可得到本次模糊綜合評(píng)判的權(quán)重一維行向量:

對(duì)上述因素中沒有明確參數(shù)的定性指標(biāo)采用等級(jí)評(píng)定法分別進(jìn)行評(píng)值(0～1之間),對(duì)各方案的定量指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理,以使各因素具有可比性。其中,定量指標(biāo)的無量綱化處理方法如下:

式中,fjmax為j因素指標(biāo)的最大值；fjmin為j因素指標(biāo)的最小值；d為級(jí)差且d＝(fjmax-fjmin)/(1-0.1)；fij為i方案的j因素的指標(biāo)值。

對(duì)上述3個(gè)底部結(jié)構(gòu)方案的各因素進(jìn)行評(píng)值、無量綱化及歸一化處理之后便可得到最終的模糊綜合評(píng)判矩陣R為:

運(yùn)用加權(quán)平均模型對(duì)各方案進(jìn)行評(píng)價(jià),計(jì)算所得到的最終結(jié)果為:

基于上述多因素模糊綜合評(píng)判結(jié)果可知,3種底部結(jié)構(gòu)方案中方案3(斗頸斗穿底部結(jié)構(gòu)方案)對(duì)所需的目標(biāo)隸屬度最大,綜合定性與定量最終分析結(jié)果可知,方案3即為永平銅礦東部緩傾斜厚礦體盤區(qū)二步驟采場底部結(jié)構(gòu)最優(yōu)方案。

3 結(jié) 論

(1)分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法的出礦全部在采場底部結(jié)構(gòu)中進(jìn)行,采場的底部結(jié)構(gòu)在很大程度上影響著采礦方法的效率、勞動(dòng)生產(chǎn)率、采準(zhǔn)工程量、礦石的貧化與損失以及出礦生產(chǎn)安全等,結(jié)合礦體的賦存條件對(duì)底部結(jié)構(gòu)的布置方式進(jìn)行優(yōu)化很有必要。

(2)針對(duì)永平銅礦東部厚大礦體二步驟采場回采底部結(jié)構(gòu)存在的問題,提出了3個(gè)技術(shù)上可行的方案,并對(duì)方案進(jìn)行了定性和定量的比較分析,根據(jù)模糊綜合評(píng)判結(jié)果分析可知,方案3(斗頸斗穿底部結(jié)構(gòu)方案)作為首選底部結(jié)構(gòu)方案。此底部結(jié)構(gòu)在永平銅礦東部E3-6采場進(jìn)行了為期半年多的現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn),實(shí)踐證明該方案能夠很好的滿足盤區(qū)二步驟采場出礦需求,根據(jù)現(xiàn)場出礦統(tǒng)計(jì),二步驟采場實(shí)際損失率約為12%,貧化率約為17%,達(dá)到了預(yù)期技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),因而此出礦底部結(jié)構(gòu)方案可在礦區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行推廣應(yīng)用。

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[2]曾凌方.緩傾斜厚大礦體采礦方法優(yōu)化[J].現(xiàn)代礦業(yè),2015 (4):17-19,30.

[3]馮純安.有底部結(jié)構(gòu)分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄔ诔鄣V冶公司的應(yīng)用[J].采礦技術(shù),2009,9(1):4-5,10.

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2015-08-01)

劉曉華(1977-)，男，江西廣豐人，大學(xué)本科，主要從事采礦技術(shù)及現(xiàn)場管理工作，Email:464313433＠qq.com。