林榮平，李 真

(1.山西紫金礦業(yè)有限公司，山西 忻州市 034302；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410012)

義興寨金礦是山西省最大的一座黃金礦山，屬于礦巖不穩(wěn)固急傾斜極薄礦體，礦體平均厚度0.44 m，傾角85°左右，礦體及周圍3～4 m圍巖完整性較差，屬較軟巖。

礦山現(xiàn)主要采用分層采礦法進(jìn)行礦體開采，存在勞動強(qiáng)度較大，損失、貧化較大，采場通風(fēng)效果差等問題，且隨著礦體開采深度的增加，地壓作用對于生產(chǎn)安全的影響越來越大。

1 現(xiàn)有采礦方法概述

礦區(qū)內(nèi)含金石英脈帶主要賦存于太古代斜長角閃巖包體、黑云角閃斜長片麻巖中，現(xiàn)存主要礦脈為0(m0)，1，2，3，5(5-Ⅰ)，6，22(m22)等7條礦脈。礦體群總體走向355°，上部礦體傾向東，傾角80°左右，中部向東陡傾，傾角88°，深部傾向西，傾角89°或直立，礦體平均厚度為0.44 m。礦體及其圍巖呈陡傾狀，礦體及周圍3～4 m圍巖巖石完整性差，屬較軟巖；遠(yuǎn)離礦體圍巖，為堅(jiān)硬或較硬巖體，完整程度為較完整。礦區(qū)水文地質(zhì)條件中等，工程地質(zhì)條件中等，環(huán)境地質(zhì)條件復(fù)雜。

礦山目前主要采用分層采礦法開采(見圖1)。

(1) 礦塊布置與結(jié)構(gòu)參數(shù)。礦塊沿走向布置，階段高度50 m，礦塊長度50 m，采幅寬為0.8 m，每分層高度為6～7 m。留設(shè)頂柱6 m，間柱6 m，不留底柱。

(2) 采準(zhǔn)、切割工程。采場沿礦體走向布置，沿脈運(yùn)輸巷道位于礦體下盤，斷面規(guī)格為2.3 m×2.4 m。在采場兩側(cè)掘進(jìn)人行通風(fēng)天井，斷面規(guī)格為1.5 m×2.0 m，沿每個分層向人行通風(fēng)天井掘進(jìn)人行聯(lián)絡(luò)道，斷面規(guī)格為0.8 m×2.0 m。沿外運(yùn)輸平巷向礦體內(nèi)切割巷道掘進(jìn)出礦進(jìn)路，斷面規(guī)格為2.0 m×2.3 m，出礦進(jìn)路間距為6 m。

圖1 分層采礦法

(3) 回采工藝。采準(zhǔn)切割工程完成后，自上往下開采，從每分層拉底層空間開始，鑿巖采用YT-28型氣腿式鑿巖機(jī)鑿上向淺孔，每分層一次性鑿巖，孔深4.5～5.0 m。采場爆破采用2#巖石乳化炸藥，非電導(dǎo)爆管起爆。

(4) 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。礦塊生產(chǎn)能力：50 t/d；礦石損失率：18%；礦石貧化率：50%。

(5) 生產(chǎn)過程中存在的問題。一是礦石的運(yùn)搬主要采用人力小推車運(yùn)至采場溜井，溜井放礦也主要依靠人力進(jìn)行，采礦勞動強(qiáng)度較大，勞動效率較低；二是礦石回采在空場下進(jìn)行，且礦巖穩(wěn)固性較差，采場作業(yè)面安全性較差；三是分層采礦法實(shí)際損失率約為15%～20%，貧化率約為40%～60%，損失貧化較大。

2 采礦方法優(yōu)化

根據(jù)礦體的產(chǎn)狀、賦存條件、頂?shù)装宓姆€(wěn)固性及采礦技術(shù)水平，結(jié)合礦山生產(chǎn)實(shí)際，參考國內(nèi)外同類礦山生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及發(fā)展趨勢，初步選擇適合義興寨金礦開采的采礦方法有：削壁充填采礦法、淺孔留礦采礦法(嗣后充填)、分層采礦法(嗣后充填)和上向水平分層充填采礦法[1]。

2.1 采礦方法優(yōu)選

比較分析初選的削壁充填采礦法(方案1)、淺孔留礦嗣后充填采礦法(方案2)、分層采礦嗣后充填法(方案3)和上向水平分層充填采礦法(方案4)4個方案，得到各采礦方法主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)(差異部分)如表1所示。

表1 初選采礦方案各指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

由表1可知，上向水平分層充填采礦法(方案4)生產(chǎn)能力較大，礦石的貧化、損失率低，采用尾砂對采場進(jìn)行充填可以保障礦體回采的安全。因此，對于厚度≥0.40 m的礦巖不穩(wěn)固急傾斜極薄礦體選擇上向水平分層充填采礦法進(jìn)行開采。

2.2 采礦方法優(yōu)選結(jié)果論證

對于初選的4種采礦方法，采用層次分析法和模糊數(shù)學(xué)理論進(jìn)行優(yōu)選結(jié)果論證[2]。

(1) 模糊綜合評價(jià)步驟。運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)原理優(yōu)選采礦方法的步驟如圖2所示。

圖2 模糊數(shù)學(xué)原理優(yōu)選步驟

(2) 方案集的建立。本次采礦方法優(yōu)選的4個方案為：削壁充填采礦法(方案1)、淺孔留礦嗣后充填采礦法(方案2)、分層嗣后充填采礦法(方案3)上向水平分層充填采礦法(方案4)，由此確定方案集為A：A={方案1、方案2、方案3、方案4}。

(3) 采礦方法綜合評價(jià)模型。選取影響采礦方法選擇的13個因素作為評價(jià)指標(biāo)，即：采礦直接成本(X1)、損失率(X2)、貧化率(X3)、生產(chǎn)能力(X4)、采切比(X5)、采礦工效(X6)、方案靈活適應(yīng)性(X7)、工人熟悉程度(X8)、實(shí)施難易程度(X9)、作業(yè)安全程度(X10)、通風(fēng)條件(X11)、勞動強(qiáng)度(X12)、爆破對充填體影響(X13)[3-5]。各方案評價(jià)指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)模型見圖3，評價(jià)定量指標(biāo)值見表2。

圖3 指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)模型

表2 各方案評價(jià)指標(biāo)值

(4) 指標(biāo)權(quán)重及隸屬度矩陣的確定。根據(jù)AHP基本原理，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，并與專家和現(xiàn)場技術(shù)人員協(xié)商，分析礦山已有的資料以及實(shí)際觀測值，構(gòu)造目標(biāo)層對應(yīng)于準(zhǔn)則層和準(zhǔn)則層對應(yīng)于指標(biāo)層的判斷矩陣。確定了各準(zhǔn)則和各指標(biāo)的單排序權(quán)重后，對評價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行層次總排序和一致性檢驗(yàn)。層次總排序結(jié)果見表3所示。

表3 層次總排序結(jié)果

本文中的評價(jià)指標(biāo)既含有定性指標(biāo)又含有定量指標(biāo)。由于定性與定量指標(biāo)隸屬度的確定方式不同，故針對評價(jià)指標(biāo)分為兩部分進(jìn)行分別確認(rèn)。定量指標(biāo)隸屬度采用公式確定隸屬度函數(shù)；定性指標(biāo)隸屬度采用二元比較法求其隸屬度矩陣[6]。得到指標(biāo)體系的隸屬度矩陣R。

(5) 模糊綜合評判。本文所采用的模糊綜合評判的基本公式為：B=W?R。式中?代表合成算子。采用加權(quán)平均型合成方式，通過單因素評價(jià)得到的隸屬度矩陣R和權(quán)系數(shù)W，選擇乘與有界和算子得到：

由模糊綜合評判的最終結(jié)果可知方案1～4的優(yōu)選度分別為：73.3%、68.6%、59.5%、79.7%。由最大隸屬度原則可知各方案選擇優(yōu)先次序?yàn)椋悍桨?>方案1>方案2>方案3。模糊綜合評判結(jié)果表明：對于厚度≥0.40 m的礦巖不穩(wěn)固急傾斜極薄礦體推薦采用上向水平分層充填采礦法是合理的。

3 上向水平分層充填采礦法[1，7-8]

采礦方法圖見圖4。

圖4 上向水平分層充填采礦法

(1) 礦塊布置與結(jié)構(gòu)參數(shù)。礦塊沿走向布置，階段高度50 m，礦塊長度100 m，采幅寬為0.8 m，分層高度為2 m。不留間柱和頂柱，留底柱5 m，下一中段采場回采時同時回采。

(2) 采準(zhǔn)切割工程。采準(zhǔn)切割工程包括充填回風(fēng)井、出礦平巷、泄水平巷、切割拉底平巷、溜礦井和人行泄水井。充填回風(fēng)井位于采場中央，直徑為2 m。出礦平巷位于采場中央，泄水平巷位于采場兩側(cè)布置，出礦平巷及泄水平巷斷面規(guī)格均為2.0 m×2.3 m，溜礦井和人行泄水井為順路架設(shè)，直徑均為1.5 m。

(3) 回采工藝。采準(zhǔn)切割工程完成后，從拉底層空間開始，鑿巖采用YT-28型氣腿式鑿巖機(jī)鑿上向炮孔，孔深2.2～2.4 m。采場爆破采用2#巖石乳化炸藥，非電導(dǎo)爆管起爆。采場新鮮風(fēng)流由采場兩端的人行泄水井進(jìn)入采場，清洗工作面的污風(fēng)后經(jīng)充填回風(fēng)天井排至上中段回風(fēng)巷。對于頂板不穩(wěn)固的采場，采用錨桿加金屬網(wǎng)的方式支護(hù)，確保采場的穩(wěn)定與安全。

(4) 采場充填。采場進(jìn)路出礦結(jié)束后進(jìn)行充填作業(yè)。充填作業(yè)前順路加高人行泄水井和溜礦井，并吊掛采場充填管。拉底平巷2 m高采用灰砂比1∶4，濃度為72%左右的分級尾砂膠結(jié)充填，作為人工假底；其他分層采用分級尾砂非膠結(jié)充填，上部0.2～0.3 m采用灰砂比1∶4，濃度為72%左右的分級尾砂膠結(jié)充填。

(5) 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。礦塊生產(chǎn)能力為45 t/d，礦石損失率為5%，礦石貧化率為50%。

4 結(jié) 語

上向水平分層充填采礦法不留頂柱和間柱，底柱也在下中段回采時進(jìn)行回收，實(shí)現(xiàn)了無礦柱開采，大幅度提高了礦石回采率，有效降低了礦石的貧化損失；采用電耙出礦降低了采礦勞動強(qiáng)度，提高了采礦效率。且采用分級尾砂進(jìn)行采場充填，對空區(qū)進(jìn)行有效的治理，控制了采場地壓，確保了生產(chǎn)安全。通過實(shí)踐證明，上向水平分層充填采礦法技術(shù)先進(jìn)、安全性好、經(jīng)濟(jì)較合理，為同類礦山開采提供了技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。