黃沙坪礦區鎢鉬厚大礦體采礦方法選擇及優化

羅志桃

(湖南有色黃沙坪礦業有限公司， 湖南 郴州市 423000)

0 引言

在金屬礦山地下開采中，采礦方法的優劣是關乎礦山生產效益的重要因素，因此，選擇合理可行的采礦方法極其重要。

已有學者對于采礦方法的選擇已經進行了大量的研究，王磊[1]為了對地下礦山生產多個目標進行優化改進，將地應力、圍巖質量、采場暴露、采礦方法及機械化水平劃為表征因素指標，將人員傷亡、噸礦成本及采礦生產能力作為結果指標，實現礦山生產多目標的靶向改進。劉恩彥等[2]采用AHP- FUZZY理論，對瓦廠坪鋁土礦進行了采礦方法選擇。徐剛[3]提出使用模糊評判法對專家所提出的3種采礦方法進行優選，解決了某金屬礦礦體賦存條件復雜、采礦方法靠人為經驗難以確定的難題。張衛中等[4]采用層次分析法（AHP）建立了層次結構分析模型，再根據定性指標和定量指標隸屬度的確定方法建立模糊綜合評價矩陣，確定出無軌運輸、錨網護頂、輪式出礦的房柱法為瓦屋磷礦Ⅳ礦段最優采礦方法。

針對厚大礦體，常用的采礦方法包括大直徑深孔空場嗣后充填采礦法[5-6]、分段空場嗣后充填采礦法[7-8]、高分段空場采礦法[9]、無底柱分段崩落采礦法[10]等。本研究基于上述采礦方法進一步進行優選，得出最適合黃沙坪礦區鎢鉬厚大礦體的采礦方法，同時對選擇出的采礦方法進行優化設計。

1 礦床開采條件及采礦方法初選

黃沙坪礦業主要回采鉛鋅礦石，探明的鉛鋅礦體厚度較薄，價值高。經前期的技術經濟對比，選擇了上向水平分層廢石充填采礦法回采鉛鋅礦石，在生產中驗證了采用該方法可有效提升礦石的回采率，降低礦石貧化率。但是該方法存在生產成本與管理費用較高，生產效率較低等問題。

近年來，黃沙坪礦區深部的探礦工作發現了大量的鎢鉬礦石。以探明的W216-4礦體為例，其鎢鉬多金屬礦石量1 823 197 t，平均品位WO3為0.35%，Mo為0.05%，Bi為0.06%，Fe為19.92%，CaF2為27.61%，傾角為70°～88°，平均厚度為63 m，礦區水文地質條件、工程地質條件和環境地質條件均為中等類型。探明的鎢鉬礦石賦存條件良好，礦體厚大、品位較高，綜合價值較高，資源儲量可靠，具備開發價值。

針對上述問題，應在目前的市場行情和開采技術條件下，選擇合適的采礦方法，通過采礦方法的研究和優化，有效控制和降低生產成本，提高資源回采率和采礦效率，保障井下回采安全，保證企業的利潤。基于此，本研究開展對黃沙坪礦區厚大礦體采礦方法的選擇研究。

1.1 礦山鎢鉬厚大礦體模型

以礦山已探明的W216-4礦體為例開展采礦方法選擇研究，該礦體三維模型如圖1所示。

圖1 鎢鉬厚大礦體模型

W216-4礦體走向南北、傾向東，傾角70°～88°不等。礦體從-96 m中段至-176 m中段逐漸變大，其中-96 m中段礦體最小，走向最長為110 m，最寬為60 m，最窄為6 m，面積為3905 m2。-176 m中段礦體最大，走向最長為120 m，最寬為100 m，最窄為60 m，面積為11 056 m2。因矽卡巖（圍巖）與礦體間漸變過渡的關系，故鎢、鉬礦化不連續，品位變化大。

1.2 開采技術條件

（1）礦床主要充水含水層和構造破碎帶富水性強，水文地質邊界較復雜，礦區水文地質條件中等。

（2）塊狀巖類、礦體頂底板圍巖穩定，主礦體賦存區少有斷層結構面，工程地質勘查類型屬中等類型。

（3）由于上部曾出現巖溶地面塌陷、廢石堆等破壞土石環境等情況，礦區環境地質類型屬中等類型。

綜上所述，黃沙坪礦區W216-4礦體開采屬于中等復雜類型。

1.3 采礦方法初選

根據黃沙坪礦業W216-4鎢鉬厚大礦體的賦存特征，先前礦山開采鉛鋅礦體采用的上向水平分層充填采礦法生產效率較低、充填工藝較為復雜不宜選用。由于礦山地表不允許塌陷，故不宜采用崩落采礦法；空場法損失率大，為充分回采資源，排除空場法。根據國內外厚大礦體高效開采經驗，擬采用深孔爆破或中深孔爆破嗣后充填采礦法，初選了3個方案：大直徑深孔階段空場嗣后充填采礦法、分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法、高分段上下向鑿巖階段礦房嗣后充填采礦法。

2 采礦方法優選

2.1 建立采礦方法綜合評價模型

選取13項因素作為評價指標，建立采礦方法綜合評價模型，如圖2所示。

圖2 采礦方法綜合評價模型

2.2 層次分析法確定權重

根據AHP基本原理，經查閱大量相關文獻，并與專家和現場工作人員協商，分析礦山已有的資料以及實際數據，給出了上述13項評價指標的權重，見表1。

表1 層次分析法權重指標

2.3 確定模糊數學因素集和方案集

根據選取的影響采礦方法選擇的13項因素，其中6項定量指標采用實測和計算的方法獲得，其評價定量指標值見表2。另外7項定性指標，其評價定性描述見表3。

2.4 確定隸屬度矩陣

通過表2中定量指標組成特征值矩陣，并進行 歸一處理，確定定量指標的隸屬度矩陣，定性指標通過二元對比法確定隸屬度矩陣，最終得出采礦方法選擇綜合隸屬度矩陣：

表2 各采礦方法評價定量指標值

表3 各采礦方法評價定性描述

2.5 最優采礦方法方案確定

通過運算，可得方案集A的綜合評價結果為：

綜上可得各方案的優越度：方案一為75.1%；方案二為88.3%；方案三為63.2%。因此，采礦方法的優劣次序為：方案二、方案一、方案三。

3 底部結構優化

傳統分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法的塹溝底部結構布置形式為集礦塹溝分布于回采礦房的正下方，集礦塹溝的中心線與回采礦房的中心線一致；出礦平巷位于礦房兩側礦柱的正下方，中心線與回采礦柱的中心線一致，如圖3所示。上述傳統塹溝存在著一定的問題，即完成一步驟礦房的充填后，亟待進行二步驟礦柱的回采作業，此時一步驟礦房的出礦進路變為二步驟礦柱的集礦塹溝，若重新將一步驟礦房的集礦塹溝挖通作為二步驟礦柱的出礦平巷，在充填體下方作業有可能產生安全問題；若在一步驟的集礦塹溝旁邊重新鉆鑿一條出礦平巷，距離二步驟礦柱的集礦塹溝距離較短，鏟運機作業時鏟斗與車身無法在一條直線上，影響鏟運機的作業效率。

圖3 傳統塹溝底部結構

基于上述問題，結合黃沙坪礦區的工程實際，對傳統底部結構進行了優化研究，設計了一種新的底部結構布置形式。該底部結構將一、二步驟集礦塹溝偏離于上方礦體的中心線，出礦時鏟運機從一側進入，將底部塹溝內礦石運出。這樣的底部結構給出礦進路增加了長度，既不需要在后期重新施工二步驟礦柱出礦平巷，又給鏟運機作業提供了足夠的空間，如圖4所示。

圖4 新型塹溝底部結構

4 結論

針對黃沙坪礦區新探明的鎢鉬厚大礦體，沿用原先的上向水平分層充填采礦法工作效率低、生產成本高，故本研究開展了采礦方法研究，優選黃沙坪礦區鎢鉬厚大礦體的最合適采礦方法。

（1）根據黃沙坪礦區鎢鉬厚大礦體開采技術條件和礦體產狀，結合國內外同類礦山開采現狀、趨勢，初選出3種適合礦山的采礦方法：大直徑深孔階段空場嗣后充填采礦法、分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法和高分段上下向鑿巖階段空場嗣后充填采礦法。

（2）對初選的采礦方法技術指標和優缺點進行了計算和分析，采用模糊數學和層次分析法建立采礦方法選擇模型，對初選采礦方法進行了綜合評價，確定最優的采礦方法為分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法。

（3）相比傳統的分段鑿巖階段空場嗣后充填法，對采場底部結構進行了優化，在傳統的塹溝底部結構的基礎上，調整兩步驟回采出礦平巷以及出礦進路的布置位置，給出礦進路增加長度，從而既不需要在后期重新施工二步驟礦柱出礦平巷，又給鏟運機作業提供了合適的空間。