地下金属矿山上行开采技术与围岩移动变形规律讨论

【摘要】现阶段，我国金属矿山开采技术依然为传统的下行开采技术，实践证明，该技术具有可行性，并在金属矿山开采过程中收到较好效果。但在长时间开采过程中可发现，下行开采会导致山体上部岩体发生破坏，并且随着时间推移，破坏范围会持续增大，对矿山开采造成严重影响，加强开采技术研究已势在必行。本文以此为基础，对地下金属矿山上行开采技术与围岩移动变形・规律做简单探讨。

【关键词】金属矿山；上行开采技术；围岩移动变形

中图分类号： C35 文献标识码： A

近几年，我国矿石需求量不断增加，自然资源需求无限性与实际供给的有限性之间的矛盾随之凸显出来；同时，随着我国各地下矿山开采强度不断增加，金属矿山资源逐渐减少，开采难度增大，进而带来成本增加、技术难度增加等一系列实际问题。在传统矿山开采过程中，大部分开采单位存在“边开采、边管理、边回采”的错误思想，这种错误的管理思想虽在生产初期收到良好效益，但在矿山开采中后期，这种开采管理模式而衍生出来的开采技术的弊端逐渐显现，造成环境恶化、资源浪费等问题，加强对开采技术的讨论更具有实际意义。

一、金属矿山上行开采环境分析

本文以我国湖南某地区A铜矿矿山开采为例，对开采工艺做进一步分析。

1.A矿矿山简介

A矿矿山为铜矿，成于花岗闪长岩体与大理岩接触带附近，断裂构造有NE向、近SN向与NN向，形成正长斑岩、闪长岩等。该地区水文条件较为复杂，其中，大理岩为丰水岩层；矿体顶盘存在河流，流量为（0.6±0.2）m?/s，最多时达（7.3±2.1）m?/s。

2.矿体开采技术

A矿矿山主矿于花岗岩长岩体与石灰岩接触带上。矿体顶部标高为-150m，岩体沿走向长789.4m，平均厚度为（23±2）m，垂直深度为403.5m，倾角为（80±5）°。统计A矿矿山地质质量特征，具体结果见表1。

表1 A矿矿山地质质量特征

二、金属矿山上行开采技术研究

结合上文所分析的基本开采环境与上行开采技术的实际开采特点，本文认为，由于上行开采技术可以不留顶柱，而填充体作为上部开采平台，基本处于时刻受压状态，所受到的强度也会逐渐增加。同时，考虑矿山生产初期投入成本较多，因此，根据矿体开拓与赋存条件，提出深孔充填采矿法。

1. 深孔充填采矿法基本施工工艺分析

在相同原岩中布置出矿底部结构的房柱式中深孔充填采矿法，其基本开采工艺为：根据矿体走向，沿走向划分多个间隔布置的矿柱、矿房，多个矿柱、矿房共同构筑盘区。矿柱、矿房内被划分为多个分段，并且其内部布置分段凿岩巷，壁沟受矿，阶段出矿。对各个分段实施同时回采，上分段超出下分段的距离可控制在（2.5±1.3）m。盘区房柱的基本回采顺序为先矿房、后矿柱。在矿房回采过程中预留第一分段，从第二分段开始开采。首先采用凿岩台车打眼；其次，用微差爆破方法，从矿房靠矿体的上盘一端后退式逐排回；最后，矿房崩矿结束后，依靠铲运机将矿房内崩落的矿石铲出。

在上述矿山开采技术中，矿房出矿后，先采用水泥尾砂配合高灰砂，填充第一分段；再采用水泥尾砂配合低灰砂填充接顶。从开采效果来看，该技术更适用于矿体厚度为中厚、厚大的矿体开采中。

2.采准切割

使用脉外无轨采准系统，采用分段布设的方式将分段凿岩巷布置在房柱各分段底部中央。在布设过程中要注意：（1）阶段性运输巷道与脉外分段平均分布在矿体下盘，并沿矿体下盘分布；（2）运输巷道分别通过溜井、斜坡道；（3）凿岩巷道与出矿路呈垂直走向布置；（4）泄水井主要布置于下盘围岩中，负责联通各阶段运输巷道与分段平巷，也是较为重要的采准切割工序。本文统计切割顺序，具体资料见图1。

图1 切割顺序统计

3.回采工艺

盘区房柱回的基本顺序是先采矿房，后采矿柱，直至盘区房柱采充结束后，再回采顶柱。在回采过程中，可以中段运输巷为回采起点，将不同阶段内的房柱垂高划分为分段，上分段超前下分段的距离为（2.5±1.3）m。

每分段始终沿垂直矿体走向布设凿岩巷，确保在房柱靠矿体上盘位置能合理布置切割天井，并结合切割天井为自由面，形成一个（或数个）切割槽，每个切割槽为自由空间。采用YGZ-90中深孔凿岩机制造深孔，孔径为（65±2.5）mm，孔深为（12±2.3）m。扇形中深孔逐次爆破（可以排为单位），采用粒状铵油炸药与BQF-100型风动装药器装药。采用CY-2型柴油铲运机产出矿石，其出矿顺序为：矿房回采，预留第一分段，由第二分段开始，以此进行回采。铲运机以相矿柱凿岩巷为出矿巷，依靠出矿进路，将崩落矿石分批量产出。矿柱回采时由第一分段开始，并利用回采矿房方法完成矿柱回；矿柱回采的基本流程、基本要求与矿房回采要求、流程保持一致。

4.通风系统分析

通风系统是金属矿山上行开采过程中的重要组成部分，其功能供给一定程度上影响矿石开采能力，因此，必须进行通风系统讨论，确保开采能力不断提高。

抽出式通风系统是较为常见的抽风系统，由于该系统的基本构成较为简单，并且管理方便，具有投资少等优点，是一种值得推广的通风系统。但在应用该系统过程中，要注意该系统的缺点，就是网压差较大，易出现漏风等现象，且能耗较高，因此在实际应用过程中，可进行适当改进，以获得更好的通风效果。

三、金属矿山上行开采技术围岩移动变形规律分析

金属矿山上行开次技术闻言移动变形规律分析是提升金属矿山矿石开采能力的关键，结合上文分析结果，对围岩移动变形规律做一下几点分析。

1.数据模拟基础

结合A矿矿山地质条件，对矿山内部具有代表性的岩石进行分析，并通过岩石力学实验，计算出岩石力学参数，统计相关资料，具体结果见表2。

表2 A矿矿山岩石力学参数统计

组别 容量 内聚力 抗压强度 内部摩擦角 抗拉强度 体积模量 剪切模量

上盘

矿石

下盘 闪长岩 26.3 6.03 18.87 23 0.79 4.3 2.3

大理岩 26.1 5.47 20.3 32 0.45 2.86 2.7

填充体 12.9 0.28 0.7 22 0 0.013 0.006

矿体 28.3 4.33 8.078 32 0.71 3.4 1.44

2.开采过程中的应力分布于分布规律分析

分别记录下行开采与上行开采的模拟结果，对应力情况进行比较，可从以下几点判定开采过程的应力分布及分布规律：（1）矿柱应力分析与比较；（2）填充体应力分析与比较；（2）顶板应力分析与比较。对矿柱而言，在金属开采过程中，其时刻受到压力作用，当压力持续升高并长时间作用在矿柱上时，矿柱会产生压裂破坏，因此，在矿柱分析与比较过程中，应将矿柱可能受到的应压力作为研究重点。对填充体而言，由于填充体抗拉强度很低，因此，在整个金属开采过程中，填充体主要受到压应力的影响，因此，在填充体分析与比较过程中，应将以压力研究作为重点。对顶板而言，顶板主要受到拉力应力二产生破坏，因此，顶板分析与比较的重点应该是拉应力分布情况。

结束语：

金属开采能力一定程度上影响着国家经济的发展，随着自然资源需求无限性与实际供给的有限性之间的矛盾进一步凸显，提升金属开采能力已成为当前环境资源管理的重点。现阶段，国内主要采用下行式开采技术，并带来一系列环境、资源问题。本文所研究的上行开采技术，有效避免了上述资源、环境问题，具有较好的实用性。从上文分析来看，在上行开采技术应用过程中，应做好工艺分析，并结合具体施工方案，进一步优化各个资源开采环节，以进一步提高金属开采的经济价值与社会价值。

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