1 地质概况和开采条件

金山金矿属于贫硫化物蚀变岩型和石英脉型变质——热液矿床, 包括湾家坞、大坞、水泽坞和阳山等4个矿段, C +D级矿石量895.8万t, 平均品位6.05g/t, 金属量54 224kg。

阳山矿段属缓倾斜极薄石英脉型矿体(V₄、V₅矿体), 赋存在韧性剪切带上的千枚岩中, 标高为+200~ +50m。矿体顺层产出, 由分布在同一层位内的多个石英透镜体构成, 透镜体长几米至几十米, 厚几厘米至几十厘米, 平均厚0.5m以内。矿体倾向NE ~ NW, 倾角5 ~ 28°, 矿石储量29.6万t, 平均品位17.95g/t, 金属量5 314kg。矿体的上下盘围岩由硅化砂质千枚岩、凝质千枚岩、含碳千枚岩、杂质矿岩、变质安山玄武岩组成。矿岩界线明显, 近矿围岩平均含金品位0.47g/t。矿岩普氏系数f =8~ 10。受成矿后多组张性剪切断裂的破坏, 矿岩稳固性较差, 局部地段层理、裂隙发育, 容易发生片帮冒顶。

2 采矿方法模糊优选 2.1 采矿方法初选

根据阳山矿段矿体开采条件, 参考国内外类似矿山的采矿方法, 提出6种备选采矿方法, 其开采技术条件和主要经济指标见表 1。

根据表 1所列各项指标建立方案集, 采用线性函数法求其隶属度。以金山金矿阳山矿段为固定样本, 用海明距离确定各方案与固定样本的相似程度。计算海明距离用下式:

式中:d(Ai, B)——i方案与固定样本的海明距离;

     μ_A(μ_ij)——i方案j因素的隶属度;

     μ_B(μ_j)——固定样本j因素的隶属度;

     n——因素数量。

计算结果如表 2所示。

由表 2可见, A₁、A₂、A₆方案与金山金矿固定样本的海明距离较小, 初选结果为A₁、A₂、A₆方案。

2.2 多目标模糊决策终选采矿方法

考虑到采矿方法选择中有许多不定量因素, 具有模糊性。因此, 运用模糊数学的多目标决策法进行综合评判^[1], 结合阳山矿段的具体情况, 影响采矿方法选择的主要因素有安全状况、通风条件、采矿成本、采切比、矿石损失率和贫化率、工班效率、生产能力等。上述各因素中定量指标参考国内外类似矿山选取, 定性指标由专家按9级标准评出, 见表 3。

上述指标单位不同, 为具有可比性, 首先需无量纲化, 其中对定量指标采用线性函数法, 对定性指标采用9级赋值标准给出评定值。因此, 可得评价模糊矩阵 为:

采用层次分析法确定各因素权重, 最后采用加权平均模型对各方案进行评价。计算得评价矩阵:

根据最大隶属度原则, A₆方案即全粒级废石胶结条柱连续分条采矿法最优。

3 采矿方法工业试验 3.1 试验方案

试验采场位于阳山矿段75m中段负302线附近, 矿脉走向N55°W, 倾向35°, 倾角5~ 25°, 脉厚0.1 ~ 0.55m, 平均厚0.29m。

采场沿走向布置, 走向宽30m、中段高20m、倾斜长58m。阶段高度内又划分为2个分段, 分段垂高8m, 倾斜长21~ 26m;采场沿走向也划分为若干垂直走向的分条, 每个分条掘一上山联通上、下中段沿脉巷道。采矿方法标准方案见图 1所示。

3.2 采场结构参数优化及采切工程布置

为了寻求最优的采场结构参数和回采顺序, 采用三维有限元数值模拟进行优化选择。

以分条宽度为最主要的结构参数, 分别按5m、6m、7m、8m建立4个模型。回采顺序则按各分条上山两侧矿体一次回采连续推进、两步骤回采连续推进和各分条间隔回采建立3个模型。每个模型均按8个回采步骤进行计算, 每步骤采完一个分条, 算出采区周围岩体和未采分条内的拉应力、压应力、剪应力及等效应力。比较各应力极值、拉应力和受拉破坏范围(见图 2), 并结合现场施工条件, 分条宽度以6m为优, 回采顺序推荐采用各分条上山两侧矿体一次回采连续推进。采准、切割工程布置如图 3所示。

3.3 回采工艺

分条回采以采准上山为自由面, 自上而下扩帮回采, 浅眼崩矿。上山两侧各扩2m, 分两次扩帮, 每次扩1m。由于扩帮时只采矿石, 采幅严格控制在0.8m以内, 形成“T”字形采空区, 同时要求崩落的矿石有一定块度, 以减少粉矿量。为此, 对影响爆破效果的3个主要参数(最小抵抗线、孔间距、装药系数)通过正交试验进行优化选择^[2]。

正交试验按三因素三水平L₉(3³)共进行9次试验。试验中以炮孔利用率、超挖系数、块矿产出率为爆破效果评价指标。根据试验结果, 采用极差分析方法对试验数据进行分析, 得出最优的凿岩爆破参数为:孔间距0.86m、最小抵抗线0.7m、装药系数0.44。在此条件下, 炮孔利用率达92%, 采幅超挖系数控制在0.25以内, 块矿产出率平均85 %。

3.4 采场顶板管理

为了维护顶板稳定, 保证生产安全, 采取了严格控制分条宽度、各分条连续顺序回采、全粒级废石胶结条柱支撑、局部锚杆护顶及木立柱临时支护等综合顶板管理措施。

选用楔管式锚杆, 长度1.8m, 网度(0.9~ 1)m × (0.9~ 1)m, 主要用在采切工程交叉处及矿岩层理裂隙发育地段。试验证明, 这一综合顶板管理措施是行之有效的。

3.5 充填工艺

由于金山金矿目前没有建立充填系统(阳山矿段储量仅占矿区的3.3%, 且矿体分布较广), Ø故采用人工搅拌全粒级废石胶结充填。充填骨料采用采场内掘进和削底的全粒级废石, 胶结剂为425^#普通硅酸盐水泥。充填料配比为:水泥:废石:水=1 : 16 :1, 水泥用量为125kg/m³。

充填前, 先将分条内矿碴清理干净, 以免损失高品位粉矿和影响充填质量; 再沿上山充填侧自下而上分段架设木立柱和木模板(立柱直径Ø12 ~ 14cm, 间距1.5~ 2m, 木板厚3cm), 并要求模板之间及其两端接头处无缝隙, 以免漏浆。

充填时, 将拌合均匀的混凝土用人工自下而上分段注入采空区, 同时, 分散抛入适量的大块废石, 并边浇注边捣实。在浇注到离顶板0.3 ~ 0.4m时, 用铁锹由里而外浇注并捣实接顶。

3.6 主要技术经济指标

试验共完成了5个分条的回采和充填工作, 采出矿石760t, 胶结充填246m³。主要技术经济指标见表 4。

4 结语

(1) 全粒级废石胶结条柱连续分条采矿法工艺简单、设计新颖, 成功地解决了赋存条件复杂的缓倾斜极薄矿脉的回采问题, 实现了无矿石矿柱连续回采, 取得了显著的经济效益和社会效益。

(2) 单采矿石形成“T”字形采空区, 就地削取全粒级废石胶结充填, 形成低矮胶结条柱支撑顶板的回采工艺, 具有独创性, 较大地降低了贫化率, 减少了充填量。

(3) 采用模糊数学优选采矿方法, 三维有限元数值模拟优化采场结构参数和回采顺序, 为试验研究的成功奠定了科学理论的基础。

(4) 用正交试验优化凿岩爆破参数, 取得了较好的爆破效果。

(5) 顶板综合管理措施技术可靠, 低矮的全粒级废石胶结条柱稳定性好, 充填量小, 能够满足回采作业的安全需要, 起到支撑顶板、控制采空区顶板下沉的作用。