龔文柏 吳萬(wàn)君

（酒鋼集團(tuán)宏興股份公司鏡鐵山礦，甘肅嘉峪關(guān)735100）

無(wú)底柱分段崩落法具有采礦工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、效率高、成本低、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于急傾斜厚大礦體開(kāi)采，在國(guó)內(nèi)外有著廣泛的應(yīng)用［1-3］。由于熱液型礦床以及部分沉積變質(zhì)型礦床受原始地形或地質(zhì)構(gòu)造作用影響，導(dǎo)致急傾斜礦體傾角發(fā)生變化。當(dāng)急傾斜礦體變?yōu)閮A斜礦體時(shí)，若還按照急傾斜礦體的回采方式布置采切工程，將會(huì)在礦體上盤(pán)或者下盤(pán)處留下三角形的邊角礦，從而產(chǎn)生較大的礦石損失率［4-5］。

針對(duì)傾斜礦體的上盤(pán)或下盤(pán)處三角形邊角礦殘留問(wèn)題，部分學(xué)者采用了特殊的技術(shù)措施進(jìn)行回收。李元輝等［6］根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果分析了礦體下盤(pán)傾角與下盤(pán)礦石殘留量的關(guān)系，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法研究了下盤(pán)巖石的最佳開(kāi)掘高度；孫毅民等［7］采用充填采礦法回收了三道灣子金礦的上下盤(pán)殘礦；馬春華等［8］采用空?qǐng)鏊煤蟪涮钆c充填采礦法相結(jié)合的采礦方法回采了傾斜厚礦床的上盤(pán)破碎礦體；劉娜等［9］針對(duì)小汪溝鐵礦下盤(pán)殘礦回收問(wèn)題，提出了分段之間設(shè)置一條垂直于回采巷道的下盤(pán)沿脈進(jìn)路的方法，有效回收了下盤(pán)殘留體；史海明等［10］采用扇形炮孔逐孔起爆技術(shù)回收了上盤(pán)三角區(qū)域礦體；劉娜等［11］針對(duì)傾斜礦體分段崩落法開(kāi)采下盤(pán)礦石損失問(wèn)題，提出了下盤(pán)崩落礦石無(wú)覆巖時(shí)空?qǐng)鱿路诺V、有覆巖時(shí)開(kāi)掘斜塹溝回采的工藝流程，擴(kuò)大了下盤(pán)崩落礦石的移動(dòng)范圍，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)增大采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)與控制礦石下盤(pán)損失的目標(biāo)；李英碧等［12］采用“垂直分區(qū)”、“組合放礦”等工藝優(yōu)化了中深孔炮孔布置參數(shù)，緩解了礦石損失和貧化嚴(yán)重的問(wèn)題；于偉［13］通過(guò)在孝義鋁土礦原開(kāi)采工藝的基礎(chǔ)之上增加反鏟和穿孔爆破工序，避免了出現(xiàn)三角礦體開(kāi)采問(wèn)題；陳勃等［14］通過(guò)優(yōu)化采場(chǎng)退采方向、切割槽位置、分段聯(lián)絡(luò)巷道布置等措施提高了礦石回收率。綜上所述，現(xiàn)有研究主要是從開(kāi)采工藝、采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、巷道布置形式、炮孔布置方案等方面減少礦石損失或避免出現(xiàn)三角形邊角礦的殘留問(wèn)題。

上述研究對(duì)于鏡鐵山礦I#礦體開(kāi)采具有一定的借鑒意義，但在解決該礦I#礦體上盤(pán)邊角礦回收難題時(shí)，需要結(jié)合該礦的具體回采工藝，研究設(shè)計(jì)脈內(nèi)和沿礦巖邊界兩種分段沿脈巷布置形式。本研究采用層次分析法優(yōu)選出可行的傾斜礦體上盤(pán)邊角礦回采方案，為鏡鐵山礦開(kāi)采作業(yè)提供一定的技術(shù)參考。

1 礦山概況

鏡鐵山礦樺樹(shù)溝鐵礦床屬于火山沉積變質(zhì)熱液疊加成因礦床［15］，I#和Ⅱ#礦體為主礦體，其中 I#礦體局部?jī)A角變緩，為本次研究的對(duì)象。I#礦體呈似層狀產(chǎn)出，傾角一般為65°，局部為46°，深部較陡。礦體走向長(zhǎng)1 403.72 m，延深240～650 m，厚度為2～101 m，平均35.76 m。

樺樹(shù)溝礦區(qū)礦石和圍巖穩(wěn)定，采用無(wú)底柱分段崩落法開(kāi)采［16-17］，其主要工藝特點(diǎn)為：中段高度60 m，分段高度15 m，鑿巖聯(lián)巷（沿脈巷）沿礦脈走向布置在各分段的上盤(pán)脈內(nèi)，鑿巖進(jìn)路（穿脈巷）每隔12 m垂直于礦脈走向，上下分段的穿脈巷呈棱形布置。回采采用中深孔爆破方式，切割拉槽后由穿脈端部向上盤(pán)沿脈巷方向退采，穿脈退采至沿脈巷附近時(shí)，沿著沿脈巷一側(cè)向礦塊另一側(cè)退采。井巷掘進(jìn)主要采用Boomer 282掘進(jìn)臺(tái)車(chē)，中深孔鑿巖采用SimbaH1354深孔臺(tái)車(chē)，崩落礦石運(yùn)搬采用LH409E電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)。

由于采準(zhǔn)工程內(nèi)有效揭露的礦體傾角存在緩化問(wèn)題，原上盤(pán)沿脈巷內(nèi)的中深孔難以控制上盤(pán)三角形邊角礦體邊界，因此在原上盤(pán)沿脈巷與礦巖邊界中間另外布置了一條脈內(nèi)沿脈巷，稱(chēng)為上盤(pán)脈內(nèi)雙沿脈巷布置，如圖1所示。該布置形式多施工了一條脈內(nèi)沿脈巷，明顯增加了采準(zhǔn)工程量，提高了采切比，延長(zhǎng)了采準(zhǔn)工期。因此，有必要根據(jù)樺樹(shù)溝礦區(qū)的回采工藝特征，針對(duì)上盤(pán)三角形邊角礦回收問(wèn)題提出相應(yīng)的回采方案。

2 傾斜礦體上盤(pán)邊角礦回采方案

針對(duì)現(xiàn)有的上盤(pán)脈內(nèi)雙沿脈巷方案優(yōu)化問(wèn)題，主要有兩種解決方案：①加強(qiáng)穿脈巷的控礦能力，穿脈巷兩端分別控制礦體上下盤(pán)邊界，各分段沿脈巷沿上盤(pán)礦巖邊界布置；②加強(qiáng)沿脈巷的控礦能力，優(yōu)化沿脈巷距離上盤(pán)礦巖邊界的位置及其中深孔布置方式，即在合理位置布置一條沿脈巷，并優(yōu)化中深孔排面中邊孔角度，使上盤(pán)殘留的三角形邊角礦更易于崩落并回收［3］。本研究設(shè)計(jì)的回采方案論述如下。

2.1 脈內(nèi)布置沿脈巷方案

為盡可能對(duì)沿脈巷上盤(pán)殘留的三角邊角礦進(jìn)行中深孔控礦，盡量減少穿脈巷向上盤(pán)方向的延伸長(zhǎng)度，并兼顧鑿巖設(shè)備運(yùn)行效率對(duì)孔深和邊孔角度的要求，確定單沿脈巷與礦體邊界的距離為22.5 m，上下分段沿脈巷在水平投影方向的距離為15 m［3］，如圖2所示。

結(jié)合圖2，中深孔布置方案具體進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：

（1）穿脈巷內(nèi)中深孔布置范圍為距離上盤(pán)礦巖邊界約38 m左右處至礦體上盤(pán)礦巖邊界，更靠近下盤(pán)區(qū)域的中深孔與礦山原有設(shè)計(jì)方案相同。

（2）下分段穿脈巷在上盤(pán)方向超出上分段穿脈巷的部分（約15 m）布置7排中深孔，排距2.2 m，邊孔角為55°。

（3）沿脈巷內(nèi)中深孔排面為非對(duì)稱(chēng)布置形式，排距2.2 m。為減小下分段崩落三角區(qū)域礦石的難度，盡可能在本分段崩落，因此靠近上盤(pán)方向的邊孔角應(yīng)適當(dāng)減小，本研究設(shè)計(jì)了15°、30°、45°3種上盤(pán)邊孔角方案，下文將對(duì)各方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析和研究。

（4）穿脈內(nèi)的中深孔排面高度也各不相同，其控礦原則為：孔底應(yīng)控制到上分段沿脈巷回采后邊孔下方留下的礦體，排面線高度隨著向上盤(pán)方向靠近而逐步抬高［3］。

2.2 沿礦巖邊界布置分段沿脈巷方案

為便于計(jì)算，取上盤(pán)變緩的礦體傾角為45°，分段高度和進(jìn)路間距仍保持不變，向上盤(pán)方向延長(zhǎng)穿脈巷的長(zhǎng)度，使穿脈巷更加接近上盤(pán)礦巖邊界。分段沿脈巷沿礦巖邊界布置，巷內(nèi)不布置中深孔，三角區(qū)域的礦石主要由穿脈巷的中深孔控制，靠近上盤(pán)區(qū)域的中深孔為排面角度不等的傾斜排列方式，如圖3所示。中深孔布置方案具體論述如下：

（1）穿脈巷內(nèi)中深孔布置范圍為距離上盤(pán)礦巖邊界約38 m左右處至礦體上盤(pán)礦巖邊界，更靠近下盤(pán)區(qū)域的中深孔與礦山原有設(shè)計(jì)方案相同。

（2）由遠(yuǎn)離上盤(pán)礦巖邊界方向向后對(duì)各排中深孔進(jìn)行依次編號(hào)，其中1～10排中深孔控礦至上分段兩穿脈脊部，孔口排面間距為2.2 m；a～g排控礦至上分段沿脈巷，孔口排面間距為2.0 m，主要為回收三角區(qū)域的礦石而布置［3］。

（3）1～5排為垂直排，6～10及a～g排為排面角度遞減的傾斜排。

3 傾斜礦體上盤(pán)邊角礦回采方案初步評(píng)價(jià)

根據(jù)以上不同回采方案的對(duì)比分析，沿礦巖邊界布置分段沿脈巷方案和脈內(nèi)布置沿脈巷方案的主要優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

根據(jù)傾斜礦體回采方案設(shè)計(jì)，選用一定區(qū)域的礦體進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析計(jì)算，并對(duì)提出的4種傾斜礦體上盤(pán)邊角礦回采方案即脈內(nèi)布置分段沿脈巷方案（邊孔角15°）（方案Ⅰ），脈內(nèi)布置分段沿脈巷方案（邊孔角30°）（方案Ⅱ），脈內(nèi)布置分段沿脈巷方案（邊孔角45°）（方案Ⅲ）和沿礦巖邊界布置分段沿脈巷方案（方案Ⅳ）進(jìn)行綜合比較。

擬選定的計(jì)算回采區(qū)域?yàn)閺纳媳P(pán)礦巖邊界向下盤(pán)方向38 m，高度為一個(gè)分段15 m，寬度為進(jìn)路間距12 m，靠近上盤(pán)方向?yàn)?5°斜面，靠近下盤(pán)方向?yàn)榇怪泵?，礦石體積為5 490 m3，密度按3.59 t/m3計(jì)，則礦石量為19 709.1 t。中深孔排距按2.2 m計(jì)算，計(jì)算區(qū)域沿脈巷內(nèi)布置5排中深孔［3］。根據(jù)方案I～I(xiàn)V的工藝特征及初步對(duì)比（表1），其生產(chǎn)組織評(píng)價(jià)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表2。表2中，樺樹(shù)溝礦區(qū)Ⅰ-Ⅱ礦體膨化硝銨炸藥單耗按0.85 kg/kt計(jì)算，膨化硝銨炸藥單價(jià)按5.46元/kg計(jì)算。

4 基于AHP的傾斜礦體上盤(pán)邊角礦回采方案優(yōu)選

層次分析（AHP）法將研究對(duì)象作為一個(gè)系統(tǒng)，按照分解、比較判斷、綜合的思維方式進(jìn)行決策，可將定性方法與定量方法有機(jī)結(jié)合起來(lái)，使復(fù)雜的系統(tǒng)分解，能將人們的思維過(guò)程數(shù)學(xué)化、系統(tǒng)化，適用于對(duì)無(wú)結(jié)構(gòu)特性的系統(tǒng)評(píng)價(jià)以及多目標(biāo)、多準(zhǔn)則、多時(shí)期的系統(tǒng)評(píng)價(jià)［18-19］。

4.1 優(yōu)選模型建立

層次結(jié)構(gòu)優(yōu)選模型一般包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層。目標(biāo)層即為層次法優(yōu)選的總目標(biāo)；準(zhǔn)則層由層次分析法優(yōu)選過(guò)程中的評(píng)價(jià)原則組成，一般稱(chēng)為評(píng)價(jià)指標(biāo)；方案層由被選擇的各方案組成。本研究層次優(yōu)選的目標(biāo)層為傾斜礦體上盤(pán)邊角礦回采方案。方案層為本文第三章提出的4種傾斜礦體上盤(pán)邊角礦回采方案，即方案I～I(xiàn)V。根據(jù)表2中傾斜礦體上盤(pán)邊角礦回采方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)，由此建立的基于AHP的傾斜礦體上盤(pán)邊角礦回采方案優(yōu)選模型如圖4所示。

4.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

結(jié)合已有研究成果［18-19］，“生產(chǎn)組織”和“技術(shù)經(jīng)濟(jì)”兩個(gè)因素同樣重要，即第一層準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重均取0.5。

第二層準(zhǔn)則層關(guān)于第一層準(zhǔn)則層的權(quán)重兩兩判斷矩陣見(jiàn)表3和表4。

第二層準(zhǔn)則層對(duì)“生產(chǎn)組織”和“技術(shù)經(jīng)濟(jì)”的排序權(quán)重向量分別為

全部評(píng)價(jià)指標(biāo)的最終權(quán)重為

4.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)屬性值確定

方案層（P1、P2、P3和P4）關(guān)于第二層準(zhǔn)則層（12個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)）的12個(gè)判斷矩陣如下：

4.4 回采方案排序

對(duì)以上12個(gè)兩兩判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)后，計(jì)算得到的12個(gè)向量分別為

于是，評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣為

方案層關(guān)于目標(biāo)層的總合成排序向量為

W=U?w=[0.213,0.201,0.198,0.388]Τ，

即沿礦巖邊界布置分段沿脈巷方案（方案Ⅳ）為最優(yōu)方案。

5 工業(yè)化試驗(yàn)

鏡鐵山礦樺樹(shù)溝礦區(qū)Ⅰ-II礦體為急傾斜厚大礦體，采用無(wú)底柱分段崩落法開(kāi)采，目前進(jìn)入2 655 m水平以下，中部局域礦體傾角變緩，上下水平礦巖邊界錯(cuò)位20 m左右。形成的狹長(zhǎng)薄礦體區(qū)域采用沿礦巖邊界布置分段沿脈巷方案（方案Ⅳ）回采后，取得了良好效果。針對(duì)鏡鐵山樺樹(shù)溝礦區(qū)傾斜礦體的三角區(qū)域，采用方案Ⅳ沿礦巖邊界布置巷道，利用中深孔控礦技術(shù)和一種利用礦巖界線與爆破相結(jié)合的經(jīng)濟(jì)高效放頂方式（圖5），達(dá)到了礦巖剝離的目的，形成了有效的礦石墊層及覆蓋層，豐富了無(wú)底柱分段崩落法低貧化放礦技術(shù)，形成了科學(xué)合理的技術(shù)方法，為狹長(zhǎng)薄礦體的工業(yè)化開(kāi)采夯實(shí)了理論基礎(chǔ)。該研究通過(guò)多回收礦石、降低貧化和減少工程量等措施直接經(jīng)濟(jì)效益能達(dá)到1 000萬(wàn)元/a左右。

6 結(jié)論

（1）針對(duì)鏡鐵山礦急傾斜礦體傾角緩化問(wèn)題，為有效回收上盤(pán)三角區(qū)域礦體，從向上盤(pán)方向延長(zhǎng)穿脈巷和改變沿脈巷內(nèi)邊孔角度兩種不同的加強(qiáng)控礦思路出發(fā)，分別提出了沿礦巖邊界布置分段沿脈巷和脈內(nèi)布置分段沿脈巷兩類(lèi)適宜的回采方案。其中，脈內(nèi)布置分段沿脈巷回采方案包括15°、30°、45°不同中深孔邊孔角的3種方案，詳細(xì)介紹了4種回采方案的實(shí)施方式。

（2）為對(duì)以上4種備選方案進(jìn)行定量分析比較及回采方案優(yōu)選，采用層次分析法構(gòu)建了傾斜礦體上盤(pán)邊角礦回采方案層次分析優(yōu)選模型，得到4種回采方案的最終評(píng)價(jià)值分別為0.213、0.201、0.198和0.388。結(jié)果表明：沿礦巖邊界布置分段沿脈巷方案為最優(yōu)方案。優(yōu)選出的方案在實(shí)踐中取得了理想效果，經(jīng)濟(jì)效益顯著，可滿足該礦傾斜礦體上盤(pán)邊角礦回采需求。