緩傾斜厚礦體盤區二步驟采場底部結構優化研究

劉曉華，江飛飛，萬 兵

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

緩傾斜厚礦體盤區二步驟采場底部結構優化研究

劉曉華1，江飛飛2，3，萬 兵2，3

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

針對永平銅礦東部緩傾斜厚礦體盤區二步驟采場底部結構出礦困難的問題，結合礦山開采現狀，提出了3種技術上可行的二步驟采場底部結構方案，并采用定性與定量相結合的方法對3種方案進行了比較分析，模糊綜合評判結果表明:方案三(斗頸斗穿底部結構)為最優底部結構方案。礦山開采實踐證明，此種底部結構能夠很好的滿足安全出礦需要，在礦區范圍內具有推廣價值。

緩傾斜厚礦體；盤區二步驟采場；模糊綜合評判；底部結構

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化的重點,合理的采場底部結構對于安全高效出礦和取得良好的技術經濟指標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,礦石的堅固性系數f＝8～10,礦石體重為3.12 t/m3,圍巖和礦石松散系數為1.46,自然安息角為38°,礦巖總體穩固。針對此類型礦體,經過采礦方法的不斷優化,礦山最終確定采用分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法進行開采,沿礦體走向每90 m劃分為一個盤區,盤區內垂直礦體走向布置采場,分兩步驟進行回采,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,盤區一步驟采場采用平底結構出礦已經回采完畢,并進行了嗣后膠結充填,在進行盤區二步驟采場回采時,原設計方案為充填體內掘進巷道,但由于部分一步驟采場實際充填體強度沒有達到設計要求,在充填體內掘進巷道存在一定問題,而且支護成本較高,因此需要對二步驟采場底部結構進行優化。

1 采場底部結構方案

針對盤區二步驟采場底部結構出礦所存在的問題,結合礦山開采現狀,同時滿足礦山大型鏟運機、礦用卡車等裝備的需要,現提出了3種技術可行的底部結構方案:方案一:充填體內掘進巷道的塹溝底部結構方案；方案二:偏側塹溝底部結構方案；方案三:斗頸斗穿底部結構方案。

在各個方案圖中,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計斷面積來計算。各方案均沿礦體走向每90 m劃分為一個盤區,盤區內垂直礦體走向布置采場,采場長度為礦體水平厚度,每個盤區包含3個已回采完畢的一步驟采場和3個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個分段,分段高度自下向上依次為17, 20 m。盤區總礦量為51.9萬t,其中盤區二步驟采場礦量共31.1萬t。本次工程量和損失貧化指標只對比底部結構部分的內容。

1.1 充填體內掘進巷道塹溝底部結構方案(方案一)

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

二步驟采場回采時,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,即可進行充填。本底部結構方案如圖1所示。

1.2 偏側塹溝底部結構方案(方案二)

該盤區一步驟采場采用分段空場法回采,平底底部結構,嗣后膠結充填。本方案在二步驟采場礦體內掘進出礦巷道、裝礦進路和鑿巖巷道。即在采場內原出礦巷道兩側各掘進一條穿脈巷道,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路連接。

圖1 充填體內掘進巷道塹溝底部結構

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行充填。底部結構巷道較多,所留點柱較小,建議巷道采用噴錨網支護。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。本底部結構方案如圖2所示。

圖2 偏側塹溝底部結構

1.3 斗頸斗穿底部結構方案(方案三)

本方案出礦水平為-95 m水平,巷道高度3 m,應保障巷道頂板至-87 m充填體底板的絕對高度大于5 m。先從-100 m中段掘進斜坡道至-95 m水平,再在-95 m水平掘進下盤脈外沿脈巷道,然后從該沿脈巷掘出礦穿脈巷道和裝礦進路(斗頸)至第二步驟采場中部,從裝礦進路端部掘斗頸與-87 m鑿巖巷貫通,同時斗頸上部適當擴漏,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鏟運機出礦至礦石溜井。本方案如圖3所示。

2 各方案定性與定量比較分析

2.1 方案優缺點及指標初步比較

通過對上述3個盤區二步驟采場底部結構方案的詳細敘述,各方案的優缺點如下:

(1)充填體內掘進巷道塹溝底部結構方案(方案一)雙側出礦盤區生產能力大,回采強度高,損失較小；可以充分利用原有工程,工程量相對較低。但需要在充填體內掘進巷道,施工困難,充填體強度達不到要求是支護成本較高。

圖3 斗頸斗穿底部結構

(2)偏側塹溝底部結構方案(方案二)底部結構工程全部在礦體內,可以作為副產礦。但不能利用原有工程,工程量較大；單側出礦損失較多；底部結構工程較多,支護成本較高。

(3)斗頸斗穿底部結構方案(方案三)底部結構全部在礦體內部,穩固性好；雙側出礦生產能力大,損失較小；不受一步驟充填體質量影響,巷道維護成本低,安全性好。但工程量較大。

各方案的主要技術經濟指標見表1。

表1 各方案主要技術經濟指標對比

2.2 基于Fuzzy理論的綜合評判

通過對上述3個方案優缺點及具體技術經濟指標對比分析可知,各方案比較的重點主要包括安全性、生產能力、巷道支護成本、工程量、損失率及貧化率等6個方面,3個方案各有優劣,難以直接分析得出最優底部結構方案,因此可借助具有良好決策功能的模糊綜合評判對各方案的優劣進行進一步的定量比較分析。

根據底部結構方案對上述各方面的敏感程度和各因素的權重矩陣,計算矩陣的最大特征根λmax對應的特征向量ξ作為權重向量,并對計算結果進行歸一化處理便可得到本次模糊綜合評判的權重一維行向量:

對上述因素中沒有明確參數的定性指標采用等級評定法分別進行評值(0～1之間),對各方案的定量指標進行無量綱化處理,以使各因素具有可比性。其中,定量指標的無量綱化處理方法如下:

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

對上述3個底部結構方案的各因素進行評值、無量綱化及歸一化處理之后便可得到最終的模糊綜合評判矩陣R為:

運用加權平均模型對各方案進行評價,計算所得到的最終結果為:

基于上述多因素模糊綜合評判結果可知,3種底部結構方案中方案3(斗頸斗穿底部結構方案)對所需的目標隸屬度最大,綜合定性與定量最終分析結果可知,方案3即為永平銅礦東部緩傾斜厚礦體盤區二步驟采場底部結構最優方案。

3 結 論

(1)分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法的出礦全部在采場底部結構中進行,采場的底部結構在很大程度上影響著采礦方法的效率、勞動生產率、采準工程量、礦石的貧化與損失以及出礦生產安全等,結合礦體的賦存條件對底部結構的布置方式進行優化很有必要。

(2)針對永平銅礦東部厚大礦體二步驟采場回采底部結構存在的問題,提出了3個技術上可行的方案,并對方案進行了定性和定量的比較分析,根據模糊綜合評判結果分析可知,方案3(斗頸斗穿底部結構方案)作為首選底部結構方案。此底部結構在永平銅礦東部E3-6采場進行了為期半年多的現場工業試驗,實踐證明該方案能夠很好的滿足盤區二步驟采場出礦需求,根據現場出礦統計,二步驟采場實際損失率約為12%,貧化率約為17%,達到了預期技術經濟指標,因而此出礦底部結構方案可在礦區范圍內進行推廣應用。

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[3]馮純安.有底部結構分段空場嗣后充填法在楚雄礦冶公司的應用[J].采礦技術,2009,9(1):4-5,10.

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[5]葛文杰.利用模糊數學法對采礦方法進行綜合評判和選擇[J].礦業工程,2012,10(3):14-17.

2015-08-01)

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