分析特定矿床特征下的采矿设计及其影响

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　　摘要: 本文从矿床地质的特征出发，分析矿体形态、产状、规模及其分布规律，并提出开拓方案和采矿方法，及矿井建设中应注意的问题。
　　关键词: 矿床特征；采矿；设计
　　
　　矿床地质特征包括矿区地质( 地层、构造、岩浆活动和围岩蚀变) 、矿体特征( 规模) 、矿石质量特征、矿体围岩、伴生有益组分、矿石加工技术性能、矿床开采技术条件、矿床水文地质条件和资源量等, 矿床地质特征对开拓方案、采矿方法和通风系统等采矿设计要素以及矿山安全有直接的影响, 下面以某矿山为例进行论述。
　　
　　1矿床地质特征
　　1. 1 矿体形态、产状、规模及其分布规律
　　该矿属于小型的铁、铜矿床, 共探明大小矿体17个,主矿体3个,分别是Ⅲ号矿体、Ⅳ号矿体和 号矿体。倾角近于水平, 走向近于东西, 大小不等赋存于闪长玢岩与大理岩接触带中。具体分布见表1。
　　
　　3个主矿体呈独立状态, 互不相连,Ⅲ号矿体和Ⅳ号矿体的中心距离约500 m,Ⅳ号矿体和 号矿体中心距离约600 m。
　　1. 2 伴生有益组分
　　伴生有益组分主要是铜,以铁铜矿石和铜矿石的形式出现,铜金属量达1. 12 万t。
　　1. 3 水文工程地质特征矿床隐伏于第四系覆盖层之下, 钻探揭露的岩(土) 层主要有闪长玢岩、矽卡岩、磁铁矿床、大理岩、第四系砂层、粘土( 亚粘土) 等。根据岩性及其组合特征、埋藏条件、分布位置、富水性大小等在本矿区内划分出4个含水层(组) 和3 个隔水层(组) 。
　　1. 3. 1含水层( 组)
　　矿区基岩上覆河湖相的第四系松散沉积物, 厚度一般为75~ 92 m, 有自西向东增厚之势, 砂层总厚40~ 57 m, 占总厚度的62% 。
　　松散层上部空隙潜水含水层(一含) : 自地表深层35 m, 以粘土、亚粘土、亚砂土、粉细砂等组成。有2~ 3 砂层, 以粉细砂为主, 亚砂土次之, 总厚8~26 m, 为全新统主要含水层, 单位涌水量(q) 1. 12L/(s∙m) , 富水性强。
　　松散层下部空隙承压含水层(二含) : 以灰黑色似淤泥质粘土、亚粘土及丽蚌壳为标志与全新统分界,埋深35~ 92 m。岩性以细、中、粗砂为主,粘土、亚粘土次之。砂层2- 5 层, 砂层总厚23~ 44 m, 单层厚6~ 18 m, 为更新统主要含水层, 单位涌水量(q)0.089 3~ 1.7 L/(s∙m) , 富水性中等。该含水层在矿区中部局部因有“天窗”而与下伏IV 号矿体和基岩直接接触; 东部局部也有“天窗”而与下伏基岩直接接触。
　　大理岩岩溶裂隙承压含水层(组) : 主要分布于矿区南侧与西南侧, 在矿区呈一似带状分布, 为矿区的主要基岩含水层, 岩溶、裂隙发育, 该含水层(组)水位埋深1. 49~ 1. 87 m, 富水性大小与埋藏的深浅有所差别, 上部因地下水补给循环条件较好, 岩溶发育, 富水性中等; 深部的地下水补给循环条件较差,岩溶、裂隙不甚发育, 富水性相对较差。
　　矿体蚀变带裂隙承压含水层(组) : 系指矿体和近矿体的矽卡岩、蚀变闪长玢岩、磁铁矿体及所夹的薄层大理岩, 主要矿体多埋深在- 150 m 以上。浅部裂隙发育, 有闭合状、张开状, 透水性差、富水性弱。
　　1. 3. 2隔水层(组)
　　松散层中部隔水层( 一隔):位于一含和二含之间,为一层分布普遍的粘土、亚粘土层组成。埋深25~ 40 m, 厚度4~ 25 m, 粘土、亚粘土粘塑性较好,且分布较稳定, 具有较好的隔水能力。
　　松散层中部隔水层(底隔) : 位于松散层下部二含之下与基岩顶板之间。主要岩性为粘土、亚粘土及含砾粘土。埋深66~ 94 m, 厚度2~ 21 m,厚度变化较大, 粘土、亚粘土粘塑性较好, 具较好的隔水能力。该隔水层局部缺失,导致与矿体直接接触, 形成透水“天窗”。当开采3个主要矿体其顶板采用全部陷落管理方法时,所造成的冒落带和导水裂隙带均严重影响到底隔的稳定性和隔水性能。
　　闪长玢岩隔水层(组) : 岩性主要为闪长玢岩、石英闪长玢岩、少量的辉绿岩及正长细晶岩岩脉, 在矿区的北部、西北部、东南部广泛分布, 厚度较大, 岩石完整。裂隙微弱发育, 富水性极弱, 可视为一相对隔水层(组) 。
　　含水层间的水力联系:“一含”与“二含”二者无水力联系;“二含”与矿体蚀变带含水层(组)二者无水力联系; 矿体蚀变带含水层(组) 与大理岩含水层(组) 二者有密切的水力联系。
　　矿区的水文地质条件为中等。
　　1. 4 一般工程地质特征
　　3个主矿体的围岩主要为矽卡岩和闪长玢岩、石英闪长玢岩、少量的辉绿岩及正长细晶岩岩脉, 局部为大理岩。
　　矿区新生界松散层厚度为73~ 102 m, 砂性土所占比例较大, 约为62. 5%, 基岩段以坚硬~ 半坚硬火成岩、蚀变岩类为主。通过对岩石的岩性特征和物理力学性质分析看出, 闪长玢岩、矽卡岩的抗压强度高, 坚硬致密, 岩石质量良好, 岩体稳定性良好。
　　大理岩抗压强度较高, 坚硬, 局部岩溶裂隙发育, 岩石质量中等, 岩体稳定性良好。风化带及浅部基岩岩芯破碎, 岩石质量较差。
　　矿区3 个主矿体埋藏较浅, 其顶板多为松散层底隔或距底隔较近, 且局部顶板为二含。当顶板采用全部陷落管理方法时所造成的冒落带和导水带均能影响到底隔的稳定性的隔水性能, 使矿区工程地质条件复杂化。
　　矿区的工程地质条件为中等。
　　1. 5 矿床地质特征综述
　　(1) 3 个主矿体埋藏较浅且较分散;
　　(2) 矿体顶板隔水层局部地段可能缺失;
　　(3) 矿区基岩上覆第四系松散沉积物中水量较大且有流砂, 对矿山安全形成威胁;
　　(4) 矿区地面为农田。
　　
　　2 开拓方案
　　开拓方案一: 先期开采Ⅳ号矿体, 采用下盘竖井开拓方案, 主井和风井采取中央式布置, 后期开采Ⅲ、 号矿体, 分别在Ⅲ、 号矿体的端部另开凿风井, 与主井形成对角式布置, 原风井改为提升副井。见《开拓系统纵投影图》。
　　开拓方案二: 先期开采Ⅳ号矿体, 采用下盘竖井开拓方案,主井布置在Ⅳ号矿体附近, 风井布置在Ⅲ号或 号矿体附近,与主井形成对角式布置。
　　开拓方案比较: 根据矿体赋存条件, 方案一有如下优点:
　　(1) 先期开采!号矿体可节约初期建设投资;
　　(2) 可免除方案二所带来的500~ 600 米的巷道维护费用;
　　(3) 提高矿石年产量, 缩短服务年限。
　　
　　3 采矿方法
　　为保护地表及提高矿石回收率, 降低矿石贫化率, 拟采用上向分层干式充填法(垂直走向布置矿块)。矿块分为矿房和矿柱。全分层一次落矿, 分层高度为1. 8~ 2 m, 电耙出矿,实行采矿-出矿-充填的作业顺序。上向分层充填法主要有如下特点:
　　(1) 工作面上向分层推进, 每层又以采、出、充形式循环作业, 工艺环节多, 矿块生产能力随着生产管理水平和机械化程度而异;
　　(2) 分层回采, 分层充填, 采空区高度较小, 两帮维护较容易, 能适应矿体的变化, 不容易丢边和超采, 还可以进行选别回采, 贫损指标容易控制;
　　(3) 人在采场内作业, 直接顶板需进行护顶加固, 应采取敲帮问顶, 及时支护的措施;
　　(4) 充填料可以是废石、炉渣、山砂等; 可进行干式充填;
　　(5) 采准、切割工程量较少。
　　
　　4 矿井建设
　　由于矿区内第四系广泛分布且砂层厚度大、水量大,穿越第四系的竖井掘进时,应采用特殊的施工方法, 如冻结或注浆法, 以防竖井井壁垮塌。
　　
　　5 采场安全措施
　　由于矿区内第四系广泛分布且砂层厚度大,水量大, 且矿体大部分直接与第四系接触, 矿体本身及顶底板也较松散, 所以在开采过程中安全措施有: 预留一定厚度顶柱( 初期可暂定在8~ 10 m) , 具体厚度应通过试验确定; 专人负责地压管理, 及时进行现场监测, 并做好预测、预报工作, 以确保保安矿柱有效强度和顶柱的稳定性; 严格按照设计的采矿方法及时充填采空区; 控制采幅。
　　
　　6矿井通风
　　采用中央式通风系统, 由主井进新鲜风流, 风流经石门, 运输大巷至采区运输巷, 再进入各采场。各中段开采时, 主井和副井之间应设置两道风门, 以避免新鲜风流短路。主风机安装在副井井口, 如遇事故要求, 风机可反转运行实现反风; 各独头巷道掘进应设掘进应设局扇通风。采场的新鲜风流从人行天井进入采场, 污风由充填回风井到上中段回风巷, 若同时生产采场较多, 为保证每个采场有足够的新鲜风流, 在充填回风井顶部设局扇加强通风。
　　总需风量Q= 24 m3/s, 即每万吨矿石需风量为2 m3/s, 此风量在全国各矿山统计资料中矿井风量扩大指标范围之内, 是合理的。
　　
　　
　　7 结束语
　　每个矿山的矿床地质特征都是不一样的,各有特点,认真、仔细和全面地分析矿床地质特征,有助于选择正确的开拓方案和采矿方法, 优化通风系统, 确保矿山建设安全, 同时节约投资, 提高经济效益。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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