安徽某銅礦采場結構參數優化研究

陳 剛（安徽銅冠（廬江）礦業有限公司,安徽 銅陵 244000）

?

安徽某銅礦采場結構參數優化研究

陳 剛
（安徽銅冠（廬江）礦業有限公司,安徽 銅陵 244000）

摘 要：此次研究的銅礦床由銅泉山和鳳臺山兩個礦區組成，具有埋藏深、資源豐富，規模大型，礦石平均品位極低，礦石可選性好等特點。通過對采礦結構參數優化，實現礦山安全開采，提高礦山經濟效益。

關鍵詞：RQD； 暴露面積； FLAC3D及Dimine分析； 參數優化

0 前言

某銅礦為大型斑巖型銅礦床，采用高效率的大直徑深孔階段空場嗣后充填采礦法，部分區域使用中深孔分段空場嗣后充填法，本文總結分析前期研究成果的基礎上，針對采場頂板和側幫暴露面積偏大等問題，對采場結構參數開展驗證性研究，最終實現礦山安全、高效、經濟開采的目的。

1 礦體頂底板完整性評價

該銅礦礦體的頂底板圍巖主要為石英閃長斑巖，少量為砂頁巖。礦床礦體及其頂、底板所在巖組為Ⅲ、Ⅳ巖組，屬較硬～堅硬巖石。銅泉山礦段主礦體、次要礦體頂底板10m內RQD值分級統計見表1。鳳臺山礦段礦體及其頂底板（±10m）RQD值統計結果見表2。

總體來看，礦體及其頂底板圍巖，屬較完整類型。礦體頂底板在局部地段RQD值較低，RQD值在0～40%，巖體完整性屬差或破碎。

2 采場結構參數評價

采場暴露面積是一項重要的采場穩定性指標，對于巖體而言，采場頂板暴露面積尤其重要，對于充填體而言，側幫暴露面積尤其重要。參考國內相似礦山，如安徽李樓-吳集鐵礦等，其頂板暴露面積不超過1600 ㎡，側幫暴露面積通常不超過8050 ㎡。參考國外類似礦山，如南非的奧基普銅礦等，其頂板暴露面積一般不超過1200 ㎡，側幫暴露面積通常不超過9600 ㎡。該銅礦的采場頂板暴露面積和側幫暴露面積均達到或超過國內外同類采礦方法的極值。

3 采場結構參數安全可靠性驗證

運用FLAC3D數值軟件，通過建立三維數值模型對首采中段-770--650中段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號三個盤區的開采進行了模擬研究。研究時分別從位移、應力、塑性區和拉應力區等方面進行了分析。

此時的采場結構參數為：采場高度120m，采場長、寬分別為80m和40m，盤區間柱寬度20m，礦柱寬度14m。

（1）最大位移情況。最大位移基本上發生在礦柱中，總共有16個模擬開挖步驟，位移最大值從最初的7.592cm，增加到13.448cm。隨著開挖的進行，最大位移發生的位置會發生變化，在礦柱中圍巖位移較大，頂底板的位移相對不是很大。

（2）拉應力區情況。隨著開挖步驟的增多，采場受拉面積從最初的1080 ㎡逐漸增加至3472m2。

受拉區范圍隨著回采的進行逐漸變化，主要發生在采場礦柱和頂底板周圍。

（3）最大壓應力情況。最大壓應力隨著回采的進行，有增大的趨勢。礦柱最大壓應力從58.355MPa，增加至63.488MPa。最大壓應力發生在采場四角區域。

（4）塑性區情況。塑性區的發展直接反映了圍巖破壞區域的情況。塑性區發生在采場礦柱內、礦體頂、底板及側壁圍巖內。隨著開挖步驟的增多，塑性區有逐漸增大趨勢。最大塑性區的范圍接近20000m2。

（5）拉破壞區情況。巖體是典型不抗拉材料，在回采過程中應盡量減小這種破壞。拉破壞區出現于采場四周。最大拉破壞區的范圍接近1000m2。

從上述結果判斷，礦柱最大壓應力未超過65MPa，回采過程中采場整體穩定性是好的；但由于塑性區、拉破壞區的范圍較大，礦柱及圍巖必然發生局部垮塌。

表2 鳳臺山礦段礦體及其頂底板RQD值統計表

4 采場結構參數調整思路

為了改善采場穩定性，對現有的采場結構參數進行調整，一步驟回采采場高度120m不變，鑿巖高度60m，永久礦柱寬12m，礦房寬30m，采場長度根據礦巖穩固性進行調整（80m，或將80m 分為兩段，每段35m，中間留10m的間柱，連續或隔一留一）。

5 使用Dimine軟件進一步優化采場布置

使用Dimine軟件，選用調整后的參數，對首采階段-770--650中段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號盤區合理布局選取最優方案，爭取采場地質量和出礦品位最大化。

6 結論

綜上，經采場結構參數驗證性研究，從減小采場頂板暴露面積現有的采場結構參數進行了調整。調整后，在確保了采場的穩定性的同時，提高了理論可采地質量及出礦品位。在確保安全生產的前提下，達到降本、提質和增效的目標。

表1 銅泉山礦段礦體頂底板RQD值分級統計表

參考文獻：

［1］銅陵有色設計研究院.安徽銅冠（廬江）礦業有限公司沙溪銅礦開采可行性研究［R］.銅陵：銅陵有色設計研究院,2010（10）.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.223