急倾斜软弱破碎薄矿脉的采矿方法选择及优化

盛利涛，盛 佳，江飞飞，石文静，于栋才

(1.嵩县前河矿业有限责任公司， 河南 嵩县 471433； 2.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012； 3.国家金属采矿工程技术研究中心， 湖南 长沙 410012)



急倾斜软弱破碎薄矿脉的采矿方法选择及优化

盛利涛1，盛 佳2,3，江飞飞2,3，石文静1，于栋才1

(1.嵩县前河矿业有限责任公司， 河南 嵩县 471433； 2.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012； 3.国家金属采矿工程技术研究中心， 湖南 长沙 410012)

针对前河金矿葚沟矿区急倾斜软弱破碎薄矿脉开采所面临的问题，结合矿山生产现状及开采技术条件，提出了3种技术上可行的采矿方法方案，然后对各方案的工艺及主要技术经济指标进行了对比分析，优选出了其中的最优方案，并对所选的最优方案的进行了风险评估，评估结果表明优化后的方案具有较强的抗风险能力。

急倾斜薄矿脉；软弱破碎岩体；采矿方法；风险评估

破碎矿体的安全高效开采历来是采矿技术研究中所面临的一大技术难题[1]，前河金矿床作为国内具有代表性的软弱破碎类型矿床，经过20多年的开采，形成了较成熟的下向分层胶结充填采矿工艺，近年来已成功将人工混凝土充填系统改造为河砂胶结充填管道输送系统[2-4]。但随着开采深度的增加，开采的重点区域逐渐由北矿带转为南矿带，在矿区及矿床地质、开采技术条件等方面与之前相比存在较大的变化，开采环境也随之日益恶化，导致现有的下向分层胶结充填采矿工艺在实际生产过程中存在着一定的安全隐患，各分层在回采过程中侧壁易出现垮塌，且实际木支护操作困难，另外人员作业环境和通风条件较差，人工出矿效率低下。为了矿山的持续开采，有必要对矿山的采矿方法和工艺进行优化。

1 矿山开采现状及开采技术条件

前河金矿葚沟矿区采用“平硐+竖井+盲斜井”联合开拓，中段高度40 m，目前主要开采中段有200，160，120，80 m，约有33个矿房，占全区供矿量的50%以上。矿区现有生产规模为600 t/d，采矿方法以下向分层胶结充填采矿法为主，单个采场生产能力40 t/d，矿石损失率约6%，贫化率约9%。

葚沟矿区包含ⅣN2、ⅣN2-1、Ⅳ3、ⅣS3矿体，其中ⅣS3分布于76～84线，矿体呈不规则脉状、透镜状产于ⅣS矿带中上部，矿体长200～350 m，走向70°～100°，倾向北西-北东，倾角45°～80°，平均68°，沿走向、倾斜其膨缩及分支复合特征明显；矿体厚度0.74～6.39 m，平均3.08 m，属典型的急倾斜薄矿脉。截止2015年12月末，ⅣS3矿体122b+333保有储量70.6万t，平均品位2.91 g/t，占葚沟矿区总量52.3%。矿体上盘围岩为碳酸盐化碎裂岩，工程揭露后极易塌方，下盘为碎裂安岩-蚀变安山岩，不稳固至中等稳固，目前开拓工程布置于下盘。矿床地层岩性较复杂，地质构造发育，岩石风化作用中等，有软弱夹层存在，岩石破碎。矿床工程地质勘探复杂程度划分为块状岩类中等偏复杂型。伊河在葚沟矿段西端通过，为自然边界，主要矿体部分位于侵蚀基准面以下，组成矿带及顶底板的含水岩组，裂隙导水性差，属裂隙充水的水文地质条件中等的矿床。矿体开采技术条件差、开采难度极大。

2 可选采矿方法方案及其对比分析

2.1 可选采矿方法方案及工艺

根据矿山开采现状和开采技术条件分析知，在技术上适合本矿的采矿方法有分层崩落采矿法、上向进路充填采矿法和下向水平分层充填采矿法这3种方法。

(1) 方案Ⅰ：分层崩落采矿法。本方案采场沿矿体走向布置，中段高度40 m，采场长60 m，采场宽为矿体厚度，采场留设6～7 m底柱，矿块不留顶柱和间柱。先在采场两端和中央布置双格天井，然后从中段运输巷开始掘进采场中央穿脉连接采场中央天井。在采场上中段水平，从采场中央天井开始向两端天井拉切顶巷，然后扩帮至矿体边界或沿矿体全厚一次切顶，切顶高度2.0～2.5 m。采场从切顶层开始自上而下分层进路回采、分层崩落，采用浅眼落矿，从采场中央天井开始向两端回采，一分层回采完毕后，制作假底，然后即可从采场两端开始向中央天井后退式放顶崩落。本方案中的采切工程采用木棚架支护，一般不支护。该采矿法标准方案见图1。

(2) 方案Ⅱ：上向进路充填采矿法。本方案采场沿走向布置，中段高度40 m，矿房长58 m，采场宽为矿体厚度，采场留设2 m间柱和6 m底柱，不留顶柱，分层高度2 m。首先从中段运输巷掘进穿脉巷至矿体上盘，然后在采场中间靠近矿体上盘位置施工2 m×2 m的中央通风行人井，并及时采用木材进行支护及架设人行梯子、充填管道；然后利用顺路通风行人井进行刷扩，形成2 m×1 m的顺路溜矿行人井，并将其分为两格，一格用于溜矿，一格用于架设梯子行人。采切工程施工完毕后，即可从底柱上面自下而上进路式回采，以中央天井为自由面，中间往一端回采，采用电耙出矿，出矿完毕后及时将矿体顶板及上下盘围岩采用玻璃钢锚杆+高强聚酯纤维网联合支护。一分层一端回采结束后，将充填管架设在进路顶板上，并砌筑充填挡墙进行充填作业，然后即可进行同一分层另一端的回采，二分层及其后各分层按照此顺序依次回采，直至采场回采结束。该采矿法标准方案如图2所示。

图1 分层崩落采矿法标准方案

图2 上向进路充填采矿法标准方案

(3) 方案Ⅲ：下向水平分层充填采矿法。本方案采场沿走向布置，中段高40 m，采场长60 m，采场宽为矿体厚度，分层高度2.3～2.5 m，不留设顶底柱和间柱。中段运输巷布置在矿体下盘脉外岩体中，首先从中段运输巷向矿体施工穿脉巷至矿体上盘，在矿体靠近上盘位置向上施工中央双格井，一格溜矿，一格行人，并采用木材密集支护，同时在井内架设充填管道、人行梯子，用于行人、通风、溜矿及充填。采准工程完成后，采用进路式自上而下分层回采，从中央双格井向两翼推进，采用人工+电耙绞车联合出矿，各分层出矿完毕后即可进行充填，充填前应平场、铺膜、敷设钢筋及架设好充填挡墙。工人在胶结充填体下作业，较安全可靠。首采分层采用高强度聚酯纤维网+中空注浆锚索联合支护，其他分层回采进路和充填联络巷采用木棚支护。该采矿法标准方案如图3所示。

图3 下向水平分层充填采矿法标准方案

2.2 方案比较

基于上述可选采矿方法方案及工艺，针对安全条件、生产能力、采矿成本、贫损指标以及工艺复杂程度等方面，总结分析得出各方案的主要优缺点，其结果如表1所示。按照标准方案及矿山当前人工、材料等单价计算，各方案的主要技术经济指标设计值如表2所示。

表1 各方案的优缺点比较

基于上述各方案的优缺点及技术经济指标，首先建立相应的层次分析模型，确定各因素的权重值，并对定性的指标进行无量纲化处理，然后即可确定相应的模糊综合评判矩阵R，最后运用加权平均模型对各方案进行评价[5-7]，根据评价结果可知，3个方案对最优采矿方法方案这一目标的隶属度分别为0.554，0.253和0.611，可见方案Ⅲ下向分层充填采矿法最优，方案Ⅰ下向分层崩落采矿法次之。

表2 各方案主要技术经济指标

(1)

3 所选采矿方案风险评估分析

根据方案优选结果可知，下向分层充填采矿法仍然是前河金矿葚沟矿区目前最适合的采矿方案，但本次方案与矿山现有方案相比，在回采工艺、出矿及支护方式上进行了优化，为了更加全面的认知和评估优化后的采矿方案，根据人员、材料、工程承包等定额单价计算，对方案进行盈亏平衡分析和敏感性分析，从而对优化后的方案进行整体风险评估。

3.1 盈亏平衡分析

根据固定成本费用、单位矿石价值、可变成本、销售税金及附加等数据计算的盈亏平衡点(BEP)，分析项目风险，其计算结果如下：

当生产能力达到设计生产能力的49.10%时，即年产矿石量6.48万t时，项目即可达到盈亏平衡。当出矿品位为现在70.35%，即出矿品位为2.10 g/t，项目即可达到盈亏平衡。

3.2 敏感性分析

推荐方案下向水平分层充填采矿法投入运作后，直接影响矿山投产后经济效益的敏感因素主要有：金属价格、年处理矿石量、贫化率和损失率的控制。因此，必须对这4个因素在一定范围内变化对矿山经济效益所产生的影响，进行敏感性分析预测。其年利润分析结果如图4所示。

图4 年利润-各因素变化曲线敏感分析结果

从图4可以看出，金属价格因素的变动对矿山经济效益的影响最为明显，矿山生产能力和品位控制对矿山经济效益的影响也比较明显，而损失率变化的影响相对较小，因此提高生产能力，控制出矿品位是提高矿山经济效益的关键，总体而言抗风险能力较强。

4 结 论

通过对矿山开采现状及开采技术条件分析，结合此类型矿床开采特点，提出了3种有针对性的可选采矿方法方案，通过对各方案的工艺、指标对比分析，结果表明，下向水平分层充填采矿法仍然是目前前河金矿葚沟矿区开采急倾斜软弱破碎薄矿脉最适合的采矿方法。为了适应矿山日益恶化的开采环境，有效解决目前所存在的安全条件较差、支护困难及出矿效率低等问题，必须对现有的回采工艺、支护方式进行优化。在本优化后的方案中，采用人工+电耙绞车联合出矿提高出矿效率，首采分层采用高强度聚酯纤维网+中空注浆锚索联合支护，其他分层回采进路和充填联络巷采用木棚支护，有效变革支护方式，提高安全性。根据盈亏平衡分析和敏感性分析结果可知，优化后的方案总体抗风险能力较强。

[1]赖 伟.复杂急倾斜薄矿脉采矿方法试验研究[D].长沙:长沙矿山研究院有限责任公司,2012:16-24.

[2]肖有鼎,李翕然,王元亮.前河金矿下向分层胶结充填法的试验研究[J].金属矿山,1995(1):22-25.

[3]杨志芳,王小春,付文姜.下向分层胶结充填采矿法在前河公司的应用[J].黄金,2011,32(3):33-37.

[4]李向东,盛 佳,万 兵,等.急倾斜软弱破碎薄矿脉安全开采技术方案研究[R].长沙:长沙矿山研究院有限责任公司, 2014.

[5]王新民,赵 彬, 张钦礼.基于层次分析和模糊数学的采矿方法选择[J].中南大学学报(自然科学版),2008,39(5):875-880.

[6]朱卓慧,赵国彦,吴桂香,等.采矿方案的模糊优选[J].采矿技术,2005,5(4):12-14.

[7]马朋飞,盛 佳,李 强.复杂群空区下倾斜中厚低品位金矿采矿方法优化选择[J].采矿技术,2012,12(03):18-19.(收稿日期：2016-01-25)

盛利涛(1983-)，男，河南平顶山人，助工，主要从事深部找矿及现场生产管理工作，Email:147657094@qq.com。