夏长念，陈小伟，段文权

(中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038)

0 引 言

自然崩落法是先用凿岩爆破的方法采出阶段内矿体某个水平的一薄层矿石，使阶段内的矿体失去支撑，矿岩在重力作用下崩落，将崩落的矿岩从阶段水平放出，使其上部的矿石继续破裂，并借助重力作用崩落。随着崩落开始后更多的岩石被放出，崩落在矿体中或矿块中向上扩展，直至覆盖岩石崩落，并产生地表塌陷。自然崩落法是一种自动化程度高的低成本的采矿方法，也称之为“地下岩石工厂”。自然崩落法的初期投资较高，但它的作业成本比其它采矿方法低，因此对开采厚大、低品位矿体具有较大的优势，因此目前该方法也是开采厚大、低品位矿体的首选方案。

对于倾斜矿体的开采，采用自然崩落法时相对较为复杂，需要在矿体下盘设置一定数量的副层，当矿体倾斜角度较小时，甚至需要在连续下盘布置多个副层，例如美国的宾汉姆凯约(Bingham canyon)铜矿。但是如果矿山设置的副层较多，作业点较为分散，矿山生产管理难度较大，因此对于厚大倾斜体采用自然崩落法开采时，需要根据矿体的形态和倾角进行对比分析，以便确定合适的副层布置方案。

1 矿体赋存情况

某铜矿矿体主要赋存于变质火山杂岩体内，其产状与围岩基本一致，倾向北西，含矿杂岩体赋存于变质火山岩组中的绢云母石英片岩层中。其含矿岩性上部为变钾质基性火山岩，下部以变石英晶屑凝灰岩为主。围岩为绢云母石英片岩及绢云母石英岩。矿体沿走向长约980 m，沿倾向延深900 m以上。矿体平均厚度为140 m，最大厚度为296 m，矿体倾角40°～55°，平均47°。

2 副层设置方案

为充分回收主层采场外的下盘矿石，根据矿体赋存形态，需要在矿体下盘设置副层。如果在下盘设置的副层数量过多，则作业面太过分散，矿山在生产组织较为困难，因此考虑矿山实际情况后，副层布置共考虑了2个方案，分别为单副层方案和双副层方案，其中单副层方案有下部单副层方案和上部单副层方案。

2.1 方案Ⅰ：下部单副层方案

在体底盘主层以上30 m处设置1个副层，副层出矿巷道垂直矿体走向布置，出矿巷道净断面规格为3.8 m×3.5 m。放矿点间距为15 m×15 m。矿石溜井布置在下盘沿脉巷道旁侧，间距为180 m，矿石通过溜井下放至下部有轨运输水平。副层拉底水平位于出矿水平之上13 m，拉底巷道间距为15m，拉底巷道规格为3.0 m×3.0 m。拉槽巷道位于与主层矿体拉槽巷道连接处，自拉槽巷道向矿体下盘方向进行逐渐拉底。在矿体的下盘布置1条采准斜坡道，将副层的出矿和拉底水平与主层出矿水平连通。为满足无轨设备安全通行的要求，副层出矿水平沿脉巷道净断面规格为4.4 m×3.7 m，采准斜坡道巷道净断面规格为4.4 m×3.7 m。

副层通风系统是由连通进风水平的进风天井和连通回风水平的回风天井组成，进、回风天井分别与副层的出矿水平和拉底水平连通。新鲜风流经进风天井进入到副层出矿和拉底水平，之后沿着沿脉巷道冲洗工作面后，污风通过回风天井回到下部的集中回风水平。

方案I副层出矿和拉底水平复合图见图1。

图1 方案Ⅰ下部单副层平面布置图

2.2 方案Ⅱ：上部单副层方案

在体底盘主层以上60 m处设置1个副层，该方案与方案Ⅰ布置方式基本相同，各种巷道规格、通风系统生成工艺等均同方案Ⅰ。

方案Ⅱ上部单副层出矿和拉底水平复合图见图2。

图2 方案Ⅱ上部单副层布置图

2.3 方案Ⅲ：双副层布置方案

分别在矿体底盘主层出矿水平之上30 m、60 m处各布置1个副层，副层拉底水平均在出矿水平之上13 m处。该方案2个副层布置形式同方案Ⅰ和方案Ⅱ。副层通风系统是由连通进风水平的进风天井和连通回风水平的回风天井组成，进、回风天井分别与副层的出矿水平和拉底水平连通。新鲜风流经进风天井进入到2个副层的出矿和拉底水平，之后沿着沿脉巷道冲洗工作面后，污风通过回风天井集中回入下部的集中回风水平。

方案Ⅲ双副层布置方案的出矿和拉底水平复合图分别见图3、图4。

图3 方案Ⅲ双副层布置图(下部副层)

图4 方案Ⅲ双副层布置图(上部副层)

3 技术经济比较

3.1 方案可比工程量估算

根据3个副层方案的布置情况和设计选定的作业设备，对3个方案的工程量分别进行了统计，详见表1。

表1 3个方案的工程量对比表

3.2 采出矿量对比

采用专业软件对3种副层布置方案采出的矿量进行了模拟计算，计算时所采用的输入参数见表2，计算结果见表3。

表2 专业软件输入参数

表3 采出矿量计算表

通过模拟计算，从表3中可知，方案Ⅲ比方案Ⅰ采出矿量多448 万t，金属量多19 360 t；方案Ⅲ比方案Ⅱ采出矿量多632万t，金属量多24 307 t。

3.3 副层方案经济效益比较

3.3.1 方案I与方案Ⅲ比较

根据工程布置情况经计算，方案Ⅲ比方案Ⅰ增加巷道工程量11.49 万m3，增加中深孔拉底量31.7 万m3，可比投资多出12 643 万元。多采出矿石量448 万t，金属量17 749 t(考虑选矿回收率92.5 %之后)。2种副层方案可比经济效益对比见表4。

从表4可见，在含税铜价45 000 元/t时(不含税为32 700 元/t)，采用方案Ⅲ(双副层布置方案)比方案Ⅰ(下部单副层方案)可比收益多5 596 万元，方案Ⅲ经济效益较好。

表4 副层方案I和方案Ⅲ经济效益对比表

3.3.2 方案Ⅱ与方案Ⅲ比较

根据工程布置情况，经计算方案Ⅲ比方案Ⅱ增加巷道工程量6.22 万m3，增加中深孔拉底量3.88 万m3，可比投资多4 195 万元；但是多采出矿石量632 万t，金属量22 094 t(考虑选矿回收率92.5 %之后)。2种副层方案可比经济效益对比见表5。

从表5中可见，在含税铜价45 000 元/t时(不含税为32 700 元/t)，采用方案Ⅲ(双副层布置方案)比方案Ⅱ(上部单副层方案)可比收益多12 448 万元，方案Ⅲ经济效益较好。

表5 副层方案Ⅱ和Ⅲ经济效益对比表

综合表4和表5中的比较结果，方案Ⅲ虽然工程量较大，矿山需要投入的费用相对较多，但是可以多回采矿石，且回采出的矿石价值远远大于工程所增加的费用。因此，通过技术经济比价，副层布置最终推荐方案Ⅲ，即在矿体下盘分别距离主层30 m、60 m处设置2个副层，以便充分回收矿石资源。

4 结 语

倾斜矿体采用自然崩落法开采时，为了充分回收矿山资源，必须在矿体的下盘增设副层，但是副层设置数量和位置对于矿山生产投资和回收资源量而言都具有决定性的影响，需要考虑诸多因素。文章针对某倾斜矿体的副层布置方案提出了3种方案，并综合考虑了工程布置、生产成本、回采资源量和矿山生产管理等诸多因素，并通过详细的技术经济比较分析，最终确定了最佳技术方案，这对今后类似矿山的开采具有一定的参考和借鉴意义。