探討礦床地質(zhì)特征對采礦設(shè)計的影響

王國利，王大鵬

（內(nèi)蒙古金陶股份有限公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024327）

礦床地質(zhì)特征的內(nèi)容各不相同，不同類型的礦床產(chǎn)生特定的地質(zhì)特征。由于礦床的地質(zhì)特征與采礦設(shè)計計劃之間存在很大的相關(guān)性，因此應(yīng)在采礦工作開始之前進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查，以充分了解礦床的地質(zhì)特征，礦床的地質(zhì)特征和水文地質(zhì)等條件息息相關(guān)。需要根據(jù)需要總結(jié)關(guān)鍵的地質(zhì)特征，才能更好的設(shè)計采礦計劃，以使礦床的采礦作業(yè)正常有序地進(jìn)行。本文對地質(zhì)特征對礦區(qū)采礦設(shè)計過程的影響進(jìn)行了必要的分析和討論。

1 礦床的地質(zhì)特征

1.1 礦床的地質(zhì)特征描述

巖漿富集：在基本巖漿中，磷灰石，鉻酸鹽，金紅石和鋯石等礦物質(zhì)首先會結(jié)晶，然后是橄欖石，鄰苯二甲酚等硅酸鹽礦物和其他硅酸鹽，隨后會結(jié)晶。在非常緩慢的冷卻條件下，高重力礦物（例如鉻鐵礦）會由于重力而沉降到巖漿中，并富含沉積物。巖漿流動的應(yīng)力會從結(jié)晶液中擠出一些未結(jié)晶的液體，并將其濃縮在礦床中。這種效果稱為壓濾。

接觸交代：該術(shù)語是指由圍巖與侵入性巖石之間的接觸所產(chǎn)生的交代作用。在此過程中，侵入巖所分泌的富鐵鎂溶液會擴(kuò)散并與碳酸鈣巖發(fā)生反應(yīng)，從而形成鈣鎂硅酸鹽和氧化物的團(tuán)聚體。在這種沉積物的形成過程中，矽卡巖常常在大約同一時間形成并分布在沉積物周圍。

熱液：是由于熱水溶液沿其移動通道和剖面（例如絹云母和硅化作用）的物理和化學(xué)作用而引起的空隙中礦物質(zhì)的改變。熱的水溶液，特別是重鹽水，可以溶解其中的高濃度金屬。銅，銀和其他礦物質(zhì)可能在該溶液通過破碎的結(jié)構(gòu)向上運(yùn)動期間沉積。

升華：加熱后固體揮發(fā)的效果。冷卻后，揮發(fā)的氣體會變成結(jié)晶或無定形，并可能沉積。例如，硫磺升華可發(fā)生在火山噴氣孔中。

沉降和富集：分層的鹽沉積物是沉降的產(chǎn)物。硅藻土，富含鈣的石灰石和某些磷酸鹽巖層也是這種作用的產(chǎn)物。在湖盆中形成的鐵和錳的氧化物是由氫氧化物的沉淀形成的，然后被轉(zhuǎn)化為鐵和錳的氧化物和碳酸鹽。在沉積物中，其他先天礦物的富集（例如賤金屬硫化物的沉積）也屬于沉積物。機(jī)械沉降也是某些類型沉積物形成的重要力量。諸如金，鉑族金屬，鉆石和其他寶石，錫石，金紅石和鋯石等砂礦沉積物都是通過機(jī)械沉積形成的。它們是由機(jī)械和除塵作用形成的，這些作用使攜帶高比重礦物碎片的沙子和礫石運(yùn)動。

殘留礦物質(zhì)沉積物：通過化學(xué)分解和機(jī)械腐爛而在周圍巖石或表面上或附近聚積的礦物質(zhì)形成。這些包括紅土礦床，鋁土礦床，氧化錳礦床和硅酸鎳礦床。鐵蓋中非常豐富的金礦石以及由變質(zhì)巖（包括藍(lán)晶石）的風(fēng)化形成的藍(lán)晶石礦床也是這種效應(yīng)的產(chǎn)物。

變質(zhì)：是指巖石或礦物沉積物的形態(tài)變化，以及在溫度，壓力和熱液作用下礦物的重組。在變質(zhì)作用下，某些巖石上會形成藍(lán)晶石，硅線石，紅柱石或石榴石等工業(yè)礦物。某些金屬礦床的礦石結(jié)構(gòu)也會在變質(zhì)作用下發(fā)生變化。地殼運(yùn)動會導(dǎo)致礦體強(qiáng)烈褶皺并改變礦石的結(jié)構(gòu)。變質(zhì)和地殼運(yùn)動也是變質(zhì)作用的一種。這種作用可使?jié)舛容^低的金屬硫化物在沉積層中移動，排出并在低溫和低溫范圍內(nèi)濃縮。

1.2 礦床地質(zhì)特征對采礦設(shè)計影響意義

某些地質(zhì)采礦過程要求礦工事先了解礦床的地質(zhì)特性，以便為后續(xù)的采礦設(shè)計提供有力的信息支持。礦床的地質(zhì)特征涵蓋范圍很廣，包括礦區(qū)的地質(zhì)特征，構(gòu)造，火成巖及其他礦區(qū)的地質(zhì)特征以及圍巖的蝕變。在不同的地質(zhì)影響下，形成的沉積物的性質(zhì)是不同的。例如，在巖漿富集的作用下，在基本巖漿中，一些副礦物（如磷灰石，蕓苔基和鉻酸鹽）首先結(jié)晶，然后是硅酸鹽礦物（如鄰苯二酚和柑桔）結(jié)晶，最后其他硅酸鹽礦物結(jié)晶。當(dāng)巖漿緩慢冷卻時，早期晶體在重力作用下逐漸結(jié)晶，尤其是對于具有高比重的礦物（例如鉻鐵礦）。它定居在巖漿上，最終形成了富集礦床。對于某些結(jié)晶的礦物，在巖漿流動產(chǎn)生的應(yīng)力的影響下，一些未結(jié)晶的液體被從結(jié)晶的粥狀礦物中擠出（未完全結(jié)晶），也可以被濃縮。這種地質(zhì)作用的綜合礦床稱為壓濾。不同的地質(zhì)過程產(chǎn)生不同的沉積物，因此具有不同的沉積特性。此外，礦床特征包括相關(guān)的有益成分，周圍的水文地質(zhì)特征，礦藏等。因此，采礦設(shè)計工作需要事先全面了解礦床的地質(zhì)特性。礦床的地質(zhì)特征應(yīng)納入采礦設(shè)計中，對采礦設(shè)計工作本身的質(zhì)量提高具有重要影響。

2 礦床地質(zhì)特征實例分析

以小礦床為例分析，某礦床為鐵銅礦床。經(jīng)過進(jìn)一步勘探，共發(fā)現(xiàn)礦體17個，其中主要礦體3個，即1號主礦體，2號主礦體和3號主礦體。礦體主體相對獨(dú)立，連接狀態(tài)不明顯。以下是上述礦體的地質(zhì)特征分析：

2.1 相關(guān)有益成分

所謂相關(guān)的有益成分主要是指礦石中對主礦石的加工和篩選有益的成分。在加工主要成分時，可以有效地提高主要礦石成分的加工質(zhì)量，如圖1所示為，礦體的自然分類組合。例如，在某些鐵礦石中，石材中含有一些硼和稀土元素。盡管這些元素不符合回收標(biāo)準(zhǔn)，但是它們可以在進(jìn)行鋼冶煉時有效地提高鋼冶煉產(chǎn)品的質(zhì)量。礦床的有益成分是銅，主要以鐵銅礦或銅礦的形式出現(xiàn)。銅含量較高，達(dá)到11200噸。

圖1 礦體的自然分類

2.2 水文地質(zhì)條件

礦區(qū)基巖上的含水層覆蓋著疏松的第四紀(jì)沉積物。整體厚度分布不均。它傾向于從西到東逐漸增加。總厚度在75m至92m的范圍內(nèi)，其中砂層的厚度占總厚度的約2/3。松散的含水層分為“一個包含”和“兩個包含”。其中一個（潛水含水層）位于疏松層的上部，具有很強(qiáng)的富水性。它由粉砂，粘土，砂土，壤土等組成。砂層主要是粉質(zhì)細(xì)砂，其次是亞砂，總厚度為8至26m。第二個密閉容器（密閉含水層）位于松散層的下部，水含量中等，主要是細(xì)砂，中砂和粗砂，總厚度在23至44m之間。

3 采礦方案設(shè)計

在正式進(jìn)行礦山開采前，相應(yīng)采礦設(shè)計技術(shù)人員針對設(shè)計礦山地質(zhì)特征預(yù)先制定了兩套方案，分別如下：

3.1 方法一

首先開采2號主礦體。采礦方法是下盤豎井法。中央布局方法用于優(yōu)化主軸和空氣軸的布局。開采完第二號主礦體后，其他兩個礦體也以相同的方式開采。對于主體礦，在特定采礦期間，在其余兩個主體礦的頂部挖出一口氣井。通常在布局方法的選擇中選擇對角布局方法。原來的空氣軸已更改為提升輔助軸。

3.2 方案二

仍然要先開采第二主要礦體。采礦方法與方案1相同，但主軸和氣井的布置與方案1不同。該方案是將主軸布置在2號主礦體附近。該礦井布置在其他兩個主礦井附近，因此與主軸形成對角線布置。

3.3 方案比較

在上述兩個方案中，方案一的初始建設(shè)投資和礦石產(chǎn)量均優(yōu)于方案二。具體性能是，選項一（與選項二相比）可以節(jié)省500m至600m的端口維護(hù)成本，并有效縮短使用壽命。

4 采礦方法選擇

在采礦方法設(shè)計的特定過程中，一種是要注意使對礦井表面農(nóng)田的損害最小化，另一種是盡可能提高礦石的回收率。因此，在采礦方法的設(shè)計中，采用上層干法充填法，將礦塊分為礦石室和立柱，所有層的落礦僅實現(xiàn)一次。工作上要注意分層高度的控制。通常，1.8m~2m是合適的。您可以選擇一個操作序列作為挖掘填充序列。該方法的特點(diǎn)如下：首先，由于存在許多過程鏈接，并且工作表面層層分布，因此我們執(zhí)行循環(huán)操作。礦塊的生產(chǎn)與機(jī)械化程度和控制水平密切相關(guān)。其次，它完全適應(yīng)礦體的變化，并且易于兩側(cè)維護(hù)。分層停產(chǎn)和填充物可用于礦石制造過程中，以有效控制過度捕撈和邊緣損失。第三，礦工需要在車站工作，并需要相應(yīng)地直接加固屋頂。第四，可以進(jìn)行干式填充，填充材料的選擇更加多樣化，并且山砂，廢石和礦渣可以用作填充和拆卸材料。

5 提高采礦質(zhì)量的策略

5.1 制定好開拓方案

現(xiàn)場調(diào)查完成后，將根據(jù)調(diào)查報告確定采礦設(shè)計計劃。根據(jù)要開采的礦體的不同深度，需要制定不同的采礦計劃。如果礦體位于地下相對較深的地方，則必須采用隧道開發(fā)的采礦方法。好處是礦井下可以存在一個完整的系統(tǒng)。不必在采礦過程中清除碎屑，以免造成浪費(fèi)。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，僅需在要開采的礦物位置直接開采人力和物力。礦山的位置非常重要。如果在礦山建設(shè)期間存在無法手動解決的地質(zhì)問題，則應(yīng)在不更改成品零件的情況下優(yōu)化施工計劃中未完成的部分。這樣，采礦計劃的設(shè)計可以多樣化，管理穩(wěn)定性可以得到提高，并且可以采取預(yù)防措施來防止?jié)撛诘陌踩L(fēng)險。如果礦物掩埋場相對較淺，則僅需要露天開采。無論您采取什么計劃，只要地層的承載力不足，就必須采取有效措施防止事故發(fā)生。如果礦井在施工過程中存在無法解決的地質(zhì)問題，則有必要對施工計劃中未完成的部分進(jìn)行優(yōu)化，而未完成的部分則保持不變。如果礦物的埋藏地點(diǎn)比較淺，則無需進(jìn)行設(shè)計，只需要露天開采即可，如果發(fā)現(xiàn)地質(zhì)層的承載力不足，就必須采取有效措施防止事故的發(fā)生。

5.2 選擇合適的開采方法

使用的挖掘方法可以確保有效執(zhí)行挖掘計劃。盡管采礦計劃是基于勘探結(jié)果的理論，但有效的實施計劃需要與采礦方法有機(jī)結(jié)合，以更好地管理采礦過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險。可以根據(jù)礦區(qū)的實際情況嚴(yán)格控制礦石的分層高度。在實際的開采過程中，采用礦石填充方法可以獲得良好的開采效果。首先，實際的采礦工作是分階段進(jìn)行的。整個項目是一個循環(huán)的過程，管理和機(jī)器級別受許多鏈接和過程的影響，這會影響生產(chǎn)率。其次，分層方法的使用有助于進(jìn)行維護(hù)工作，防止過度勘探的問題，并減少礦物的損失。

5.3 做好采場安全防范措施

該礦區(qū)覆蓋的第四紀(jì)松散沉積物具有分布廣，含水量高，含水層多，水障多的特點(diǎn)。其中，水障的某些礦體與疏松的第四紀(jì)沉積物直接接觸。與礦石接觸有危險。因此，在進(jìn)行停止操作時，有必要采取安全措施進(jìn)行停止。首先，在隧穿過程中必須確保一定的厚度。應(yīng)該確保這樣做，以使上層支柱充分發(fā)揮作用，尤其是在存在內(nèi)存損壞風(fēng)險的早期階段。上部支柱的足夠厚度，通常為8m~10m。具體值應(yīng)通過在結(jié)構(gòu)層上的實驗確定。其次，派遣專人管理地面壓力，以實時監(jiān)測和預(yù)測現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，以確保需要確保頂部支柱的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。最后，嚴(yán)格遵循采礦設(shè)計原則，應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行山巖填充，應(yīng)有效控制采礦量，并應(yīng)確保采礦作業(yè)的安全。

6 結(jié)語

綜上所述，不同的礦山具有不同的地質(zhì)活動，因此形成礦床的地質(zhì)特征存在一定差異。因此，某些采礦作業(yè)需要進(jìn)行全面而細(xì)致的分析，以結(jié)合實際的礦床特征。開發(fā)計劃和選擇提供了強(qiáng)大的信息和數(shù)據(jù)支持，最終選擇了最佳的開發(fā)計劃。此外，應(yīng)注意礦井的通風(fēng)問題。適當(dāng)?shù)默F(xiàn)場安全措施是促進(jìn)礦山業(yè)務(wù)穩(wěn)定發(fā)展的重要保障。