复杂富水矿山采矿方法选择研究

魏爱国

（内蒙古额济纳旗基层国土资源管理所，内蒙古 阿拉善 735400）

优选采矿方案可以通过模糊数学理论来针对采矿成果的收益性、消耗性以及非定量指标来做好隶属度矩阵计算，综合考察下来，为了确保富水复杂矿床的安全高效施工工作，经过全方位评估采矿方案的综合优越度之后，认为可以将分段空场嗣后充填法作为最佳采矿方案。

1 技术条件（以白象山为例）

1.1 矿体和围岩的稳定性分析

对于矿区的矿体来说，影响稳定性的关键主要在于造泥矿物和鳞片状矿物在矿石当中的实际含量与富集程度，经相关研究表明，造泥矿物与鳞片状矿物在矿石当中的含量与集中度越高，则矿体稳定性越高[1]。一般来说，会影响到主矿体的稳定性的软弱夹石层中，常见的夹石岩性有大理岩、闪长岩、辉绿岩、角岩、微晶高岭石岩以及正常细晶岩等等。虽然说矿体的主体是比较稳定的，而围岩局部却常常会出现软化岩石，围岩所指的就是矿体夹石层与顶底板之间的部分，这是一个在矿体上下盘20m直径范围内的近矿围岩不稳定带，在采矿方案的安全性方面起到了重要影响作用，也是矿山开采过程中的主要工程地质问题[2]。

1.2 矿山概况

本文将针对白象山矿区作为采矿方法优选的案例来进行分析，首先该矿区位于长江下游，地处大型铁矿床聚集群，白象山矿区的主矿体赋存主要在闪长岩和砂页岩接触带的内部区域，整体形态受到了矿区山体背斜构造的控制影响，主矿体形态在横向呈现出平缓的拱形，矿体的倾斜角大约在10°～30°之间，其沿主要走向最大可延长至1780m，横向最大可延伸至1130m，白象山矿区各个区域的平均厚度达到了34.41m，在总走向与倾向间都有着分支线箱，并且矿区矿体的顶底板界限分明。

其次，第四系含水层在矿区南和西南的冲击平原，而隔水层则位于白象山跛脚区域，第四系含水层与隔水层的厚度大致在二十米到五十米之间，从上至下被按照强弱等级而分为五个部分。在矿区的矿体与顶板之间的基岩裂隙间所具有的含水层，按照其富水性可以将其由强至弱分为三类，而矿体下盘的闪长岩体则主要被作为隔水底板，矿体上部区域具有连续分布的强含水层，该含水层也是矿坑充水的主要含水层。

1.3 地质条件

首先，采矿前工作人员要对区域内的地表水系进行细致的勘察，在白象山地区，可以看见交叉纵横的沟壑渠流，积水面积占周边总流域面积的五分之一作用，其中青山河由南向北纵跨矿区，这样的地表水系将矿区分为了两大块，并不利于开采。

其次，在基岩部分的含水层，只要以中等及强富水为主，在针对矿区进行水文地质勘探的过程中，发现矿区矿体以及顶板之间的部分，具有基岩裂隙含水层，在采矿过程中如果不多加注意，就有可能会影响到地下水的分布以及增加了发生矿区事故的风险。

再次，在矿坑当中，发现白象山矿体顶板为厚大的砂岩强含水层，这个含水层对于第四系弱含水层起到了承接的作用，其向上进行越流补给，向下又进行矿体含水层补给，到现在可观测的矿坑用水量已经超过了32000m3/d。

最后，白象山矿区内的断裂构造形成发育，而矿区内部主要断裂带，其中也包含矿区两侧的裂隙发育带，这两个位置都具有一定的导水作用。由此可见，矿区的断层具有较强的富水性，所以在水体下进行开采的过程中需要注意两个要点，一个是在一定要在重力方向上保证垂直，需要具有一定的安全深度，另外一个就是在水平方向上，与导水结构之间需要维持相应的安全开采距离，以防由于侧翼承压水条件，此时安全距离不满足需求而引起断层突水的情况。

2 采区划分

从白象山的地质综合条件来看，可以按照各个主要矿体的形态变化与地质条件情况来将其分为四个开矿区域，分别在东西各设两个区。

东北部区域的长条状矿体因为形态变化较大，具有一定的勘探控制程度，而东南部矿体则是风井附近的小矿体，是相对而言更加独立的一个部分[3]。其次，西北部的矿体基本上呈现出坡度较缓且略有倾斜的中型厚矿体以及大型厚矿体，相对于东北部区域来说水文地质条件要更为简单。最后，西南部区域的矿体倾角也较小，具有得天独厚的整体性与厚度优势，并且西南部区域与导水断层比较靠近，所以将西南部区域的断层安全矿柱界限与进路胶结充填界限区域内部的矿体作为重点关注的西南-1区，而胶结充填界限以东的矿体则被称之为西南-2区。

3 矿体分类

采矿方案的甄选需要综合考量多方面的条件，除了一般常见的针对矿体及顶、底盘稳固性以及赋存地质条件进行细致而具体的分析之外，还需要针对矿体倾角、厚度之间的差别与联系来进行考察。矿体的赋存状态复杂多样，为了能够根据不同的状态选择出更为合适的采矿方法，需要针对矿体实际的赋存状况、倾斜程度以及矿体厚度来对矿体进行具体分类[4]。

首先，东北区的矿量不容小觑，总计达1870万t，是白象山矿区总矿量的22.7%，该区域的矿体主要以缓倾斜中型厚矿体与厚矿体为主，水文地质条件也比较简单；东南区是比较靠近风井且体积较小，矿量约为385万t，占比接近总矿量的百分之五，其矿体主要组成部分与东北区矿体基本类似；西北区矿量要比东北区矿量更多一些，大约在2010万t左右，矿体具有一定的倾斜角度，倾斜角度大约在20°～40°之间，其中矿体分布以厚矿体与极厚矿体为主，这些矿体从缓倾斜到倾斜都有；最后，西南区的矿量占比接近白象山矿区总量的二分之一，是矿量最为庞大的一块区域，矿量达到3970万t，其中矿体以缓倾斜斜厚矿体与极厚矿体为主。

4 方案筛选

由于几个矿体分区之间各自具有不同的特点，文章篇幅有限，无法进行分别阐述，接下来将根据西南区域矿体的具体情况来进行分析。首先，西南区域矿体的基本厚度基本超过了100m，一般来说会以阶段填充法作为采矿方案的主要组成部分来进行实施。根据白象山的铁矿情况，在维护收益性与消耗性的前提下采取隶属函数法对指标体系进行管理，采矿区的稳定性、适应性、难易度以及地压四个定量指标都被作为重要的考量要素。

首先，分段凿岩阶段出矿嗣后充填法在应用过程中更为适合矿石和围岩中等稳固以上的厚大矿体，其优势在于可以进行多分段同时回采，可集中作业且回采强度高，具有良好的生产能力，此外，施工作业的安全性也具有一定的优势，因为该方案作业主要在专用巷道里施行，对作业人员具有相当的保障作用。但是，因为切割工程量大的缺点，中深空凿岩与爆破技术上也给相关人员带来了一些难度，中深空爆破很容易对周边区域以及充填体造成不良影响。

其次，运用VCR嗣后充填法的过程中，发现其具备良好的生产效率，并且针对全段高的切割天井与分段凿岩巷道也不需要进行掘进，没有过高的采切工程量，崩矿的质量优良且少大块矿石，在一定程度上节省了采矿成本。缺点主要是需要较好的凿岩技术，需要采用高密度且高爆速的炸药，爆破成本较高且技术难度大。

最后，侧向崩矿阶段空场嗣后充填法在应用过程中生产效率也是非常客观的，但是切割立槽形成比较困难，导致崩矿，稳定性差而且安全性低。

综上所述，分段凿岩阶段出矿嗣后充填法对于西南区域来说为最优方案。

5 结语

矿山总体的地质条件与水文条件对于采矿方法的选择都有着重要的影响，在针对矿体的性质与形态进行分类过后，在矿山的几块区域分别进行了上向水平分层充填法、上向水平进路充填法以及分段凿岩阶段出矿嗣后充填法、侧向崩矿阶段充填法以及VCR嗣后充填法等方案，最终在模糊数学对比分析的基础上，确立分段凿岩阶段出矿嗣后充填法为最优采矿方案。在今后的实践研究工作中，相关人员也要秉持科学务实的态度来进行方案选择，仔细比对数据，在过程中积累经验，确保提升采矿效率与质量。