淺談金屬礦山大水礦床的地下采礦方法

王超群 晏永明 敬皓

摘 要：大水礦床是金屬礦山當中最為常見的礦山類型，做好對此類金屬礦山的資源開采，對于我國金屬礦業(yè)發(fā)展及經(jīng)濟水平提升具有重要意義。作者結(jié)合實踐工作經(jīng)驗，在文章當中以點柱充填式采礦法為例，對金屬礦山大水礦床的地下采礦方法進行探討。

關(guān)鍵詞：金屬礦山；大水礦床；地下采礦；點柱充填式采礦法

前言

大水礦床是我國金屬礦山當中較為常見的一種類型，其雖在我國分布廣泛，但由于開采難度較大，以至于該類型礦山資源并非開采首選。隨著社會需求的不斷增大，越來越多的金屬礦山被開采枯竭，從我國目前的大水礦床開采效果來看，點柱充填式采礦法是較有成效的開采方法之一，做好對此方法的分析對于我國金屬礦山大水礦床的地下采礦方法進步具有重要意義。

1 大水礦床的充水類型

大水礦床是指礦坑涌水量每日達到數(shù)萬立方米以上的礦床，這類礦床在我國分布較為廣泛，其雖具有一定的開采難度，但從效益方面還是具有重大開采意義的。我國大水礦床的充水條件較為復雜，這與我國水文地質(zhì)條件有著直接的關(guān)系，多種水源共同補給礦坑，其類型不僅包括巖溶水、孔隙水、裂隙水等，還有地表水和大氣降水等。其中孔隙水為礦床的主要充水類型，根據(jù)不同充水類型可以將大水礦床分為巖溶含水層充水和孔隙含水層充水兩種礦床沖水類型。

1.1 巖溶含水層充水

此類充水巖層根據(jù)不同的層次有著不同的特點，其中裸露充水層具有含水性不均的特點，這與其無統(tǒng)一含水層和地下水位有直接關(guān)系，此類充水層的充水流量與大氣降水強度有直接關(guān)聯(lián)，易出現(xiàn)大溶洞庫存泥沙的情況，威脅生產(chǎn)安全。覆蓋及埋藏充水層則都具有統(tǒng)一含水層和地下水位，但覆蓋充水層具有嚴重的地面談下井下泥沙，其地下水對安全生產(chǎn)有所威脅。同時埋藏充水層則具有豐富的高壓巖溶水，此類充水層的井下泥沙對生產(chǎn)安全有所威脅。

1.2 孔隙含水層充水

此類充水巖層具有埋藏淺的特點，礦坑內(nèi)涌水量受大氣降水影響明顯，上部松散沉積物較多，多以富有水的沙礫石層為主，同時摻有細粉砂含水層與弱透水的亞粘土、粘土層交互成層，此類巖層具有極強的不穩(wěn)定性，工程地質(zhì)條件也較為復雜。

2 大水礦床的開采方法分析

大水礦床的地下采礦方法一直是采礦企業(yè)研究的重點內(nèi)容，在我國當下的礦山開采水平上，大水礦床的地下采礦方法也呈現(xiàn)出了百花齊放的現(xiàn)象，例如留隔水礦柱的房柱法（谷家臺鐵礦、業(yè)莊礦區(qū)、泗頂鉛鋅礦），可超前疏干的崩落法（西石門鐵礦、北 河鐵礦、程潮鐵礦）、空場嗣后充填采礦法（南 河鐵礦、草樓鐵礦）等等，都取得了一定的效果，并獲得了成功，但從開采效率、經(jīng)濟效益、生產(chǎn)安全角度分析，還是點柱式充填采礦法最為有效，因此該方法成為了我國目前使用最為廣泛的大水礦床的地下采礦方法。

3 點柱充填法的應用優(yōu)勢

（1）點柱充填法能夠在一定數(shù)量的礦柱支持下實現(xiàn)對礦體上盤的支撐，避免海水深入坑內(nèi)，對礦山的海地部分產(chǎn)生破壞與不利影響；（2）使用點柱充填法可以實現(xiàn)全尾砂充填，這樣有利于提升回采礦石的回收率；（3）點柱充填法的機械化程度較高，因此其勞動生產(chǎn)率也交稿，而且無軌生產(chǎn)設備的靈活應用，還可以保障設備安全，如果出現(xiàn)海水浸入井下的情況，可以實現(xiàn)對設備的隨時撤離；（4）點柱充填法可以實現(xiàn)對采場內(nèi)的分選，實現(xiàn)對開采品位的靈活控制。

4 以點柱充填法的大水礦床開采

4.1 工程實例

某礦區(qū)位置在海灣部分，其礦體由陸地向太平洋傾斜延伸，由于礦體斷層較多，故將其分為三個主要開采礦段，礦段代號分別為A、B、C。在三個開采礦段當中，C礦段為充水礦床，其礦體與海底的最近距離僅為40m，垂直延伸高度可達300m，礦體走向全長為300～400m，厚度為5～50m，傾角度數(shù)為30°～45°。在該礦段中，有礦體賦存于矽卡巖中，圍巖為大理巖和角頁巖，框體直接頂板處有寬度較大的主斷層，礦體和圍巖的節(jié)理發(fā)育較好，屬于中等穩(wěn)固情況。在礦體當中地下涌水量不打，與海水無直接聯(lián)系。

4.2 采場構(gòu)成要素

海床底部留60m的護頂柱；采場尺寸及分割后的礦體自然尺寸長度在50～100m之間，寬度在5～50m之間。方形點柱斷面為6m×6m，不留間柱，回采10年后，可將點樁面改為5m×5m。點柱之間的凈寬度應控制在8～9m質(zhì)檢，點柱中心距為14m。階段頂?shù)字咴跒?5～20m之間，段高75m?；夭煞謱痈叨葹?m，分段充填時，高度為12.5m。

4.3 采場的系統(tǒng)設置

根據(jù)對大水礦床的實際情況分析與了解，可以不對其進行運輸階段和溜礦井的設置，與此同時也不設置回采分段平巷，取而代之的是露天礦用的改裝鏟運機和卡車。其中鏟運機的規(guī)格為6.5m3，卡車的規(guī)格為35～40噸。在生產(chǎn)過程中，卡車可直接經(jīng)由斜坡道進入到采場當中進行裝車，撞車后將礦產(chǎn)運往地表卸礦站進行卸礦。其中礦床中的階段高為75m，且每一階段僅作回采開始時的切割分層用，在運輸水平上不使用階段高。

4.4 回采工作

根據(jù)礦床的實際情況分析，其回采工作可以從斜坡道的采場聯(lián)絡道開始，其中第一層的回采切割層高為4.5～5m，充填高度為3m，預留空頂高度為1.5～2m，這樣設置的目的是為了保證下一層分層回采時，能夠有效的出礦和通風。第二層的回采切割高度為4m，充填高度為3m，預留空頂高度為1～1.5m。在此種回采模式設計下，所有采場在無干擾情況下可以實現(xiàn)同時鑿巖和出礦，實現(xiàn)6個采場的同時工作，日出礦量可達1500噸，實現(xiàn)回采工作的全面拉開。根據(jù)礦區(qū)實際情況的分析，生產(chǎn)過程中的鑿巖設備應選擇雙臂臺車，對于部分礦體較薄的小采場，可以選擇使用手持式鑿巖機，保證鑿礦的精準性，避免對山體造成傷害。

4.5 經(jīng)濟技術(shù)指標

在上述生產(chǎn)模式下，礦產(chǎn)掌子面工人的工班平均勞動生產(chǎn)率可達48噸左右，采場的平均生產(chǎn)能力根據(jù)采場的實際大小有所差異，其中日生產(chǎn)量最高的可達600噸，日生產(chǎn)量最低的也有300噸左右。通過對點柱礦石的損失率計算，其理論損失率約為18.5%。

5 結(jié)束語

綜上所述，點柱充填式采礦法作為當下較為成熟的礦山開采方法，其對于金屬礦山大水礦床的開采具有非常重要的意義，國內(nèi)多個以此為主要技術(shù)的大水礦床金屬礦山開采，也客觀證明了其在大水礦床的開采方面的先進性與效果。隨著金屬礦產(chǎn)資源量的日趨減少，今后的金屬礦山開采難度必然還會增大，因此我們必須要在以點柱充填式采礦法有效完成當下的大水礦床開采工作基礎上，加大對點柱充填式采礦法的技術(shù)深入研究，實現(xiàn)對該技術(shù)的進一步完善，讓其能夠更好地適用于難度更大的技術(shù)礦山大水礦床的地下開采工作，為保證我國資源的有效開采提供堅實、有利的支持。

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