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摘要:富水復(fù)雜礦床具有特殊的開采技術(shù)條件,一個(gè)比較科學(xué)的復(fù)雜富水礦山采礦方案評(píng)價(jià)體系的建立需要從經(jīng)濟(jì)角度、技術(shù)角度以及安全角度三個(gè)方面來(lái)分別進(jìn)行分析。為了能夠幫助相關(guān)工作人員合理選擇礦山采礦方案,以下將根據(jù)案例地區(qū)的地質(zhì)條件、礦體形態(tài)特征來(lái)對(duì)開采區(qū)和各類礦體進(jìn)行劃分,將礦嗣后充填法、VCR嗣后充填法、側(cè)向崩礦階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ǖ确桨高M(jìn)行簡(jiǎn)要介紹,希望能夠以此來(lái)為相關(guān)工作人員提供參考。
關(guān)鍵詞:復(fù)雜富水礦;采礦方法;具體研究;選擇
依據(jù)優(yōu)選采礦方案可以通過(guò)模糊數(shù)學(xué)理論來(lái)針對(duì)采礦成果的收益性、消耗性以及非定量指標(biāo)來(lái)做好隸屬度矩陣計(jì)算,綜合考察下來(lái),為了確保富水復(fù)雜礦床的安全高效施工工作,經(jīng)過(guò)全方位評(píng)估采礦方案的綜合優(yōu)越度之后,認(rèn)為可以將分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄗ鳛樽罴巡傻V方案。
1技術(shù)條件(以白象山為例)
1.1礦體和圍巖的穩(wěn)定性分析
對(duì)于礦區(qū)的礦體來(lái)說(shuō),影響穩(wěn)定性的關(guān)鍵主要在于造泥礦物和鱗片狀礦物在礦石當(dāng)中的實(shí)際含量與富集程度,經(jīng)相關(guān)研究表明,造泥礦物與鱗片狀礦物在礦石當(dāng)中的含量與集中度越高,則礦體穩(wěn)定性越高[1]。一般來(lái)說(shuō),會(huì)影響到主礦體的穩(wěn)定性的軟弱夾石層中,常見的夾石巖性有大理巖、閃長(zhǎng)巖、輝綠巖、角巖、微晶高嶺石巖以及正常細(xì)晶巖等等。雖然說(shuō)礦體的主體是比較穩(wěn)定的,而圍巖局部卻常常會(huì)出現(xiàn)軟化巖石,圍巖所指的就是礦體夾石層與頂?shù)装逯g的部分,這是一個(gè)在礦體上下盤20m直徑范圍內(nèi)的近礦圍巖不穩(wěn)定帶,在采礦方案的安全性方面起到了重要影響作用,也是礦山開采過(guò)程中的主要工程地質(zhì)問題[2]。
1.2礦山概況
本文將針對(duì)白象山礦區(qū)作為采礦方法優(yōu)選的案例來(lái)進(jìn)行分析,首先該礦區(qū)位于長(zhǎng)江下游,地處大型鐵礦床聚集群,白象山礦區(qū)的主礦體賦存主要在閃長(zhǎng)巖和砂頁(yè)巖接觸帶的內(nèi)部區(qū)域,整體形態(tài)受到了礦區(qū)山體背斜構(gòu)造的控制影響,主礦體形態(tài)在橫向呈現(xiàn)出平緩的拱形,礦體的傾斜角大約在10°~30°之間,其沿主要走向最大可延長(zhǎng)至1780m,橫向最大可延伸至1130m,白象山礦區(qū)各個(gè)區(qū)域的平均厚度達(dá)到了34.41m,在總走向與傾向間都有著分支線箱,并且礦區(qū)礦體的頂?shù)装褰缦薹置?。其次,第四系含水層在礦區(qū)南和西南的沖擊平原,而隔水層則位于白象山跛腳區(qū)域,第四系含水層與隔水層的厚度大致在二十米到五十米之間,從上至下被按照強(qiáng)弱等級(jí)而分為五個(gè)部分。在礦區(qū)的礦體與頂板之間的基巖裂隙間所具有的含水層,按照其富水性可以將其由強(qiáng)至弱分為三類,而礦體下盤的閃長(zhǎng)巖體則主要被作為隔水底板,礦體上部區(qū)域具有連續(xù)分布的強(qiáng)含水層,該含水層也是礦坑充水的主要含水層。
1.3地質(zhì)條件
首先,采礦前工作人員要對(duì)區(qū)域內(nèi)的地表水系進(jìn)行細(xì)致的勘察,在白象山地區(qū),可以看見交叉縱橫的溝壑渠流,積水面積占周邊總流域面積的五分之一作用,其中青山河由南向北縱跨礦區(qū),這樣的地表水系將礦區(qū)分為了兩大塊,并不利于開采。其次,在基巖部分的含水層,只要以中等及強(qiáng)富水為主,在針對(duì)礦區(qū)進(jìn)行水文地質(zhì)勘探的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)礦區(qū)礦體以及頂板之間的部分,具有基巖裂隙含水層,在采礦過(guò)程中如果不多加注意,就有可能會(huì)影響到地下水的分布以及增加了發(fā)生礦區(qū)事故的風(fēng)險(xiǎn)。再次,在礦坑當(dāng)中,發(fā)現(xiàn)白象山礦體頂板為厚大的砂巖強(qiáng)含水層,這個(gè)含水層對(duì)于第四系弱含水層起到了承接的作用,其向上進(jìn)行越流補(bǔ)給,向下又進(jìn)行礦體含水層補(bǔ)給,到現(xiàn)在可觀測(cè)的礦坑用水量已經(jīng)超過(guò)了32000m3/d。最后,白象山礦區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造形成發(fā)育,而礦區(qū)內(nèi)部主要斷裂帶,其中也包含礦區(qū)兩側(cè)的裂隙發(fā)育帶,這兩個(gè)位置都具有一定的導(dǎo)水作用。由此可見,礦區(qū)的斷層具有較強(qiáng)的富水性,所以在水體下進(jìn)行開采的過(guò)程中需要注意兩個(gè)要點(diǎn),一個(gè)是在一定要在重力方向上保證垂直,需要具有一定的安全深度,另外一個(gè)就是在水平方向上,與導(dǎo)水結(jié)構(gòu)之間需要維持相應(yīng)的安全開采距離,以防由于側(cè)翼承壓水條件,此時(shí)安全距離不滿足需求而引起斷層突水的情況。
2采區(qū)劃分
從白象山的地質(zhì)綜合條件來(lái)看,可以按照各個(gè)主要礦體的形態(tài)變化與地質(zhì)條件情況來(lái)將其分為四個(gè)開礦區(qū)域,分別在東西各設(shè)兩個(gè)區(qū)。東北部區(qū)域的長(zhǎng)條狀礦體因?yàn)樾螒B(tài)變化較大,具有一定的勘探控制程度,而東南部礦體則是風(fēng)井附近的小礦體,是相對(duì)而言更加獨(dú)立的一個(gè)部分[3]。其次,西北部的礦體基本上呈現(xiàn)出坡度較緩且略有傾斜的中型厚礦體以及大型厚礦體,相對(duì)于東北部區(qū)域來(lái)說(shuō)水文地質(zhì)條件要更為簡(jiǎn)單。最后,西南部區(qū)域的礦體傾角也較小,具有得天獨(dú)厚的整體性與厚度優(yōu)勢(shì),并且西南部區(qū)域與導(dǎo)水?dāng)鄬颖容^靠近,所以將西南部區(qū)域的斷層安全礦柱界限與進(jìn)路膠結(jié)充填界限區(qū)域內(nèi)部的礦體作為重點(diǎn)關(guān)注的西南-1區(qū),而膠結(jié)充填界限以東的礦體則被稱之為西南-2區(qū)。
3礦體分類
采礦方案的甄選需要綜合考量多方面的條件,除了一般常見的針對(duì)礦體及頂、底盤穩(wěn)固性以及賦存地質(zhì)條件進(jìn)行細(xì)致而具體的分析之外,還需要針對(duì)礦體傾角、厚度之間的差別與聯(lián)系來(lái)進(jìn)行考察。礦體的賦存狀態(tài)復(fù)雜多樣,為了能夠根據(jù)不同的狀態(tài)選擇出更為合適的采礦方法,需要針對(duì)礦體實(shí)際的賦存狀況、傾斜程度以及礦體厚度來(lái)對(duì)礦體進(jìn)行具體分類[4]。首先,東北區(qū)的礦量不容小覷,總計(jì)達(dá)1870萬(wàn)t,是白象山礦區(qū)總礦量的22.7%,該區(qū)域的礦體主要以緩傾斜中型厚礦體與厚礦體為主,水文地質(zhì)條件也比較簡(jiǎn)單;東南區(qū)是比較靠近風(fēng)井且體積較小,礦量約為385萬(wàn)t,占比接近總礦量的百分之五,其礦體主要組成部分與東北區(qū)礦體基本類似;西北區(qū)礦量要比東北區(qū)礦量更多一些,大約在2010萬(wàn)t左右,礦體具有一定的傾斜角度,傾斜角度大約在20°~40°之間,其中礦體分布以厚礦體與極厚礦體為主,這些礦體從緩傾斜到傾斜都有;最后,西南區(qū)的礦量占比接近白象山礦區(qū)總量的二分之一,是礦量最為龐大的一塊區(qū)域,礦量達(dá)到3970萬(wàn)t,其中礦體以緩傾斜斜厚礦體與極厚礦體為主。
4方案篩選
由于幾個(gè)礦體分區(qū)之間各自具有不同的特點(diǎn),文章篇幅有限,無(wú)法進(jìn)行分別闡述,接下來(lái)將根據(jù)西南區(qū)域礦體的具體情況來(lái)進(jìn)行分析。首先,西南區(qū)域礦體的基本厚度基本超過(guò)了100m,一般來(lái)說(shuō)會(huì)以階段填充法作為采礦方案的主要組成部分來(lái)進(jìn)行實(shí)施。根據(jù)白象山的鐵礦情況,在維護(hù)收益性與消耗性的前提下采取隸屬函數(shù)法對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行管理,采礦區(qū)的穩(wěn)定性、適應(yīng)性、難易度以及地壓四個(gè)定量指標(biāo)都被作為重要的考量要素。首先,分段鑿巖階段出礦嗣后充填法在應(yīng)用過(guò)程中更為適合礦石和圍巖中等穩(wěn)固以上的厚大礦體,其優(yōu)勢(shì)在于可以進(jìn)行多分段同時(shí)回采,可集中作業(yè)且回采強(qiáng)度高,具有良好的生產(chǎn)能力,此外,施工作業(yè)的安全性也具有一定的優(yōu)勢(shì),因?yàn)樵摲桨缸鳂I(yè)主要在專用巷道里施行,對(duì)作業(yè)人員具有相當(dāng)?shù)谋U献饔谩5?,因?yàn)榍懈罟こ塘看蟮娜秉c(diǎn),中深空鑿巖與爆破技術(shù)上也給相關(guān)人員帶來(lái)了一些難度,中深空爆破很容易對(duì)周邊區(qū)域以及充填體造成不良影響。其次,運(yùn)用VCR嗣后充填法的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)其具備良好的生產(chǎn)效率,并且針對(duì)全段高的切割天井與分段鑿巖巷道也不需要進(jìn)行掘進(jìn),沒有過(guò)高的采切工程量,崩礦的質(zhì)量?jī)?yōu)良且少大塊礦石,在一定程度上節(jié)省了采礦成本。缺點(diǎn)主要是需要較好的鑿巖技術(shù),需要采用高密度且高爆速的炸藥,爆破成本較高且技術(shù)難度大。最后,側(cè)向崩礦階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄔ趹?yīng)用過(guò)程中生產(chǎn)效率也是非??陀^的,但是切割立槽形成比較困難,導(dǎo)致崩礦,穩(wěn)定性差而且安全性低。綜上所述,分段鑿巖階段出礦嗣后充填法對(duì)于西南區(qū)域來(lái)說(shuō)為最優(yōu)方案。
5結(jié)語(yǔ)
礦山總體的地質(zhì)條件與水文條件對(duì)于采礦方法的選擇都有著重要的影響,在針對(duì)礦體的性質(zhì)與形態(tài)進(jìn)行分類過(guò)后,在礦山的幾塊區(qū)域分別進(jìn)行了上向水平分層充填法、上向水平進(jìn)路充填法以及分段鑿巖階段出礦嗣后充填法、側(cè)向崩礦階段充填法以及VCR嗣后充填法等方案,最終在模糊數(shù)學(xué)對(duì)比分析的基礎(chǔ)上,確立分段鑿巖階段出礦嗣后充填法為最優(yōu)采礦方案。在今后的實(shí)踐研究工作中,相關(guān)人員也要秉持科學(xué)務(wù)實(shí)的態(tài)度來(lái)進(jìn)行方案選擇,仔細(xì)比對(duì)數(shù)據(jù),在過(guò)程中積累經(jīng)驗(yàn),確保提升采礦效率與質(zhì)量。
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作者:魏愛國(guó) 單位:內(nèi)蒙古額濟(jì)納旗基層國(guó)土資源管理所