各 方，程治華

(1.大冶有色設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 黃石 435005；2.大冶有色金屬股份有限公司 豐山銅礦，湖北 陽(yáng)新 435232)

引言

鯉泥湖銅鐵礦位于湖北大冶市城西約2.9 km，為一隱伏中型銅鐵礦床。地質(zhì)儲(chǔ)量442.18 萬(wàn) t，采用下盤(pán)豎井開(kāi)拓，中段高40 m，礦山服務(wù)年限12年。至2002年5月止，完成了豎井開(kāi)拓261 m，形成了-165 m和-205 m井底車(chē)場(chǎng)和石門(mén)以及其它井巷工程；地面相應(yīng)完成了供配電線(xiàn)路、卷?yè)P(yáng)機(jī)和壓風(fēng)站等工程。2002年5月在-165 m中段101采場(chǎng)進(jìn)行試采，在回采中，局部破壞了上盤(pán)大理巖，遇溶洞突然涌水，出現(xiàn)淹井，使原主井不能使用，首采的Ⅲ號(hào)礦體難以繼續(xù)開(kāi)采，被迫中斷了試采。2002年7月進(jìn)行了豎井強(qiáng)排水、井巷清泥、-165 m中段筑砌堵水墻等大量工作，于2003年5月恢復(fù)了-205 m中段201采場(chǎng)的試采和出礦工作；由于未采取主動(dòng)的防治水措施，礦山井下一直未能轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)。

鯉泥湖銅鐵礦現(xiàn)采用側(cè)翼豎井開(kāi)拓，并重新布設(shè)了通風(fēng)井；主井直徑3.5 m，井深約330.6 m，采用罐籠提升；風(fēng)井已施工到底。

礦山現(xiàn)已開(kāi)拓有-165 m、-205 m兩個(gè)中段，由于出現(xiàn)突水而停采。為充分利用現(xiàn)有工程，最大限度地回收資源，亟待尋找一種采礦方法，能夠安全、有效地開(kāi)采1號(hào)礦體-205 m以上幾個(gè)中段的礦石。

1 地質(zhì)概況

礦體主要產(chǎn)在石英正長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖與大理巖接觸帶，次為接觸帶外側(cè)附近的大理巖層之間及巖漿巖超覆的石英正長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖中，這三種控礦構(gòu)造是本礦床(礦體)連接對(duì)比的主要依據(jù)。

組成礦體的礦石類(lèi)型較復(fù)雜，一般膠結(jié)性較好，但局部含有矽卡巖、透輝石、綠泥石等，使礦體軟硬不均，穩(wěn)固性中等。礦體頂板圍巖由軟弱塊狀結(jié)構(gòu)的透輝石矽卡巖、石榴石矽卡巖、矽卡巖組成。頂板圍巖裂隙、溶洞發(fā)育，使礦體圍巖抗壓強(qiáng)度大大降低，穩(wěn)固性差，在開(kāi)采過(guò)程中易產(chǎn)生突水、突泥災(zāi)害。礦體底板圍巖由于礦體下接觸帶在成礦前和成礦期破碎嚴(yán)重，因此結(jié)構(gòu)松散，巖石力學(xué)強(qiáng)度降低，穩(wěn)固性差。尤其在南部下接觸帶屬陡傾斜接觸，傾角60°～80°，在礦體開(kāi)采過(guò)程中易產(chǎn)生片幫和冒頂災(zāi)害。

礦體分布與賦存嚴(yán)格受NW向接觸帶的產(chǎn)狀及形態(tài)制約，傾向NE，傾角0°～80°，一般45°～70°。由7個(gè)主礦體(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ)和11個(gè)大小不等的小礦體組成，其中Ⅲ號(hào)礦體規(guī)模最大，次為Ⅱ號(hào)礦體及Ⅴ、Ⅵ號(hào)礦體。Ⅰ號(hào)礦體位于礦區(qū)東端15線(xiàn)，為本次研究對(duì)象。Ⅰ號(hào)礦體頂、底板圍巖隨各礦體賦存部位不同而變化。礦體主要賦存于石英正長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖中的矽卡巖化斜長(zhǎng)石巖內(nèi)，其頂板則為石英正長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖，底板為矽卡巖化斜長(zhǎng)石巖。

鯉泥湖銅鐵礦礦區(qū)本次開(kāi)采范圍內(nèi)Ⅰ號(hào)礦體總儲(chǔ)量為85 109 t，鉬金屬量132 t，鉬礦石平均品位0.155 %。本次回采-125～-205 m之間礦石，而Ⅰ號(hào)礦體賦存標(biāo)高為-125～-235 m之間，其中-165 m以上鉬礦石333類(lèi)型資源量為12 425 t，-165～-205 m鉬礦石333類(lèi)型資源量為60 559 t，因此本次回采礦石總量為72 984 t，鉬金屬量113.19 t，鉬礦石平均品位0.155 %。

2 開(kāi)采方案研究

2.1 開(kāi)拓方式[1]

由于本次Ⅰ號(hào)礦體開(kāi)采方案是在現(xiàn)有礦山工程基礎(chǔ)上進(jìn)行的，為了充分利用現(xiàn)有主井、風(fēng)井等井筒，因此繼續(xù)沿用原來(lái)的豎井開(kāi)拓方案。

中段高度為40 m，分別為-125 m、-165 m、-205 m等3個(gè)中段開(kāi)采。

2.2 采礦方法

2.2.1 采礦方法選擇[2]

該礦礦體產(chǎn)于接觸帶矽卡巖中，屬矽卡巖礦床。目前開(kāi)采設(shè)計(jì)的礦段為Ⅰ號(hào)礦體，標(biāo)高-125～-205 m中段之間。礦體呈透鏡狀，巖石類(lèi)型為鉬礦石。

因地表不容許塌陷，該礦床不適合采用崩落法，可考慮采用充填法和空?qǐng)龇ㄋ煤蟪涮?。根?jù)礦山地質(zhì)條件和開(kāi)采技術(shù)條件，較適合該礦的采礦方法主要有“淺孔留礦法”和“上向分層充填采礦法”[3]。兩種采礦方法的主要優(yōu)缺點(diǎn)比較如下：

1)淺孔留礦法具有采礦結(jié)構(gòu)和開(kāi)采工藝簡(jiǎn)單、采準(zhǔn)工程量較小、采礦生產(chǎn)成本低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較小、管理方便等優(yōu)點(diǎn)。但該方法適用條件為：圍巖和礦石均穩(wěn)固，即圍巖無(wú)大的斷層破碎帶；在放礦過(guò)程中，圍巖不會(huì)自行崩落；礦體厚度以薄和極薄為宜。

2)上向分層充填采礦法礦石損失貧化小，礦石和圍巖穩(wěn)固程度要求低，充填體維護(hù)兩幫圍巖，并作為上采的工作平臺(tái)。缺點(diǎn)是采礦工藝比較復(fù)雜、勞動(dòng)生產(chǎn)率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、回采成本較高。

考慮到礦區(qū)地表不容許塌陷，開(kāi)采區(qū)域上部地下水較復(fù)雜，為有效地控制地壓活動(dòng)，防止頂板大面積冒落，須進(jìn)行采空區(qū)處理。因此，本開(kāi)采方案推薦采用上向分層充填采礦法[4](如圖1)。

圖1 上向分層充填采礦法

2.2.2 上向水平分層充填采礦法

1)礦塊布置及結(jié)構(gòu)參數(shù)[5]

礦塊沿礦體走向布置，礦塊構(gòu)成要素如下：礦塊高度40 m；礦房長(zhǎng)度40～50 m；礦房寬度為礦體厚度；間柱寬度 3～5 m；頂柱厚度 5 m；底柱高 5 m。

2)采準(zhǔn)及切割工作

階段運(yùn)輸平巷布置在礦體下盤(pán)。在每個(gè)礦房中至少布置兩個(gè)溜礦井、一個(gè)順路人行天井(兼設(shè)備井)和兩個(gè)充填天井(矸石充填井和膠結(jié)充填井)。溜礦井用混凝土澆灌底座，壁厚300 mm，井筒采用立鋼筒，鋼筒厚度δ=100 mm。圓形內(nèi)徑為2.0 m。充填天井?dāng)嗝鏋?.5 m×1.5 m，內(nèi)設(shè)充填管路和人行梯子等，是礦房的安全出口，其傾角為90°。礦房布置設(shè)備井(泄水井)，斷面面積1.8 m2，同時(shí)裝有人行梯子。人行天井和充填天井是礦房的兩個(gè)安全出口。

在底柱上部掘進(jìn)拉底巷道，并以此為自由面擴(kuò)大至礦房邊界，形成拉底空間。在拉底擴(kuò)寬的過(guò)程中根據(jù)巖石穩(wěn)定性留礦柱，再向上挑頂2.5～3 m，并將崩下的礦石經(jīng)溜礦井放出。形成4.5～5 m高的拉底空間后，對(duì)溜井和人行設(shè)備井立鋼筒，最后充填采空區(qū)。膠結(jié)充填鋪面厚度為300～400 mm。

3)回采工作

用淺孔崩礦，回采分層高為2～3 m，采后空高不得大于5 m，用上向孔和水平孔兩次崩礦。崩落的礦石用電耙出礦，礦石出完后，清理底板上的礦粉，然后進(jìn)行充填。礦塊之間留設(shè)的礦柱不予回收，作為永久損失。

2.2.3 充填

1)充填系統(tǒng)

為充分利用礦山現(xiàn)有場(chǎng)地及井口，擬利用回風(fēng)井作為充填井使用。本礦充填系統(tǒng)采用集中布置方式 ，在其風(fēng)井口布設(shè)簡(jiǎn)易充填設(shè)施，利用風(fēng)井井口場(chǎng)地堆放尾礦砂，利用原風(fēng)井施工時(shí)的臨時(shí)房屋及工棚存放充填用水泥等有關(guān)材料。在風(fēng)井中安設(shè)管徑100 mm鋼主管2根，一用一備。充填作業(yè)支管管徑80 mm，采用鋼管或硬塑膠管均可。

2)采場(chǎng)充填

以充填井為中心，利用壓頭自流方式由遠(yuǎn)而近地充填采場(chǎng)。當(dāng)充填高度為4～6 m時(shí)，需分2次或3次完成。

接頂充填：因尾砂流動(dòng)性好，一般接頂較好。必要時(shí)還需采取多次回充或加壓的方式加強(qiáng)接頂。

充填井充填后，充填體表面上澆以0.3～0.4 m厚的水泥砂漿鋪面，以便于設(shè)備運(yùn)行和減少采下礦石的損失貧化，水泥耗量約200～300 kg/m3。1天后即可在其上部鑿巖，2～3天后即可進(jìn)行落礦。為了較好地保護(hù)地表和上覆巖層不移動(dòng)，充填必須接頂，方法如下：采用砂漿加壓接頂，使用液壓泵將砂漿沿管路壓入接頂空間，使接頂空間填滿(mǎn)。在充填前必須做好接頂空間的密封，包括堵塞頂板和圍巖中的裂縫，以防砂漿流失[6]。

3 投資估算

本概算投資范圍包括由-125 m、-165 m、-205 m三個(gè)中段開(kāi)拓，主井-125 m中段和-165 m中段新開(kāi)馬頭門(mén)及新開(kāi)馬頭門(mén)處井筒裝備改裝、清理原井底水倉(cāng)。

表1 總投資估算表

項(xiàng)目總投資是固定資產(chǎn)投資與流動(dòng)資金之和，共為1 069.7萬(wàn)元，詳見(jiàn)表1。

4 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

4.1 產(chǎn)品產(chǎn)量及銷(xiāo)售收入

開(kāi)采方案研究確定：該礦1號(hào)礦體年產(chǎn)鉬礦石2.0萬(wàn)t，原礦品位按鉬0.155 %，貧化率10 %，出礦品位鉬0.14 %。經(jīng)選礦浮選流程，選礦回收率鉬60 %和鉬精礦品位45 %。按鉬精礦12萬(wàn)元/t計(jì)算，年銷(xiāo)售總收入為448萬(wàn)元。

4.2 年生產(chǎn)成本計(jì)算

1)人員工資：礦山管理人員共5人，按平均工資2萬(wàn)元/(人·年)計(jì)算，年工資總額為10萬(wàn)元。礦山技術(shù)人員共5人，按平均工資1.2萬(wàn)元/(人·年)計(jì)算，年工資總額為6萬(wàn)元。共計(jì)人員工資16萬(wàn)元。

2)采礦單位成本按80元/t計(jì)算，則年采礦成本為160萬(wàn)元。

3)選礦單位成本按30元/t計(jì)算，則年選礦成本為60萬(wàn)元。

4)銷(xiāo)售費(fèi)用按銷(xiāo)售收入的5%提取，年銷(xiāo)售費(fèi)用為22.4萬(wàn)元。

5)固定資產(chǎn)折舊：礦山基建成投資1 069.7萬(wàn)元，但其中除了各中段穿脈、聯(lián)絡(luò)道、溜井、充填井、設(shè)備井等只用于Ⅰ號(hào)礦體外，其余基建工程可以用于今后Ⅱ、Ⅲ號(hào)礦體的生產(chǎn)，因此將此部分工程按全礦生產(chǎn)年限進(jìn)行折舊。Ⅰ號(hào)礦體專(zhuān)用工程基建投資為150.07萬(wàn)元，服務(wù)年限3.6年計(jì)算，年折舊額為41.69萬(wàn)元。Ⅱ、Ⅲ號(hào)礦體生產(chǎn)基建投資為919.63萬(wàn)元，服務(wù)年限15年計(jì)算，年折舊額為61.31萬(wàn)元。每年總折舊額為103萬(wàn)元。

以上年成本合計(jì)為361.4萬(wàn)元。

4.3 稅費(fèi)及附加

產(chǎn)品增值稅：銷(xiāo)售收入×13%=448×13%=58.24萬(wàn)元；資源稅：處理量×1.05元/t=2.0×1.05=2.1萬(wàn)元；資源補(bǔ)償費(fèi): 銷(xiāo)售收入×2%=448×2%=8.96萬(wàn)元；城建稅: 增值稅×7%=58.24×7%=4.08萬(wàn)元；教育附加費(fèi): 增值稅×3%=58.24×3%=1.75萬(wàn)元。

以上稅費(fèi)合計(jì):75.13萬(wàn)元。

4.4 利潤(rùn)

根據(jù)以上計(jì)算分析，本項(xiàng)目新增投資1 069.7萬(wàn)元。該礦達(dá)產(chǎn)后，年銷(xiāo)售收入為448萬(wàn)元，年總成本為361.4萬(wàn)元，交納各種稅費(fèi)75.13萬(wàn)元，則年利潤(rùn)總額為11.47萬(wàn)元。

5 綜合評(píng)價(jià)

1) 該礦外部的水、電、路、通訊等諸方面條件具備；礦山已在各井口均蓋設(shè)有可滿(mǎn)足下部開(kāi)采的建筑構(gòu)筑物設(shè)施。

2)Ⅰ號(hào)礦體礦石儲(chǔ)量低、所需工程量大，還有經(jīng)濟(jì)效益，具備開(kāi)采價(jià)值。該礦其它礦體礦石質(zhì)量、價(jià)值較1號(hào)礦體較好，儲(chǔ)量也較大，經(jīng)濟(jì)效益肯定也較1號(hào)礦體好，更具備開(kāi)采價(jià)值。

3)鯉泥湖銅鐵礦屬大水型礦山，水文地質(zhì)條件較復(fù)雜。本次設(shè)計(jì)的Ⅰ號(hào)礦體雖然在火成巖中，但運(yùn)輸巷道、回風(fēng)巷道穿過(guò)大理巖含水地帶，礦山必須對(duì)防水問(wèn)題引起足夠重視。建議在掘進(jìn)施工中，要充分注意防水，做到“有疑必探，有水必防”，切實(shí)落實(shí)好本設(shè)計(jì)提出的防治水措施。

4)建議礦山繼續(xù)做好水文地質(zhì)工作，采取注漿止水等綜合止水措施后，會(huì)取得更佳的效果。

綜上所述，該開(kāi)采方案技術(shù)上是可行的、安全上是可靠的、經(jīng)濟(jì)上是有效益的。還可提供多個(gè)就業(yè)崗位，有助于社會(huì)安定，社會(huì)效益明顯。該開(kāi)采方案研究可為本礦的其它礦體和條件類(lèi)似礦山的開(kāi)采提供借鑒。

[1]王 青,史維祥. 采礦學(xué)[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2006.

[2]于潤(rùn)倉(cāng). 采礦工程師手冊(cè)(下)[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2009:1-20.

[3]《采礦手冊(cè)》編委會(huì). 采礦手冊(cè)[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 1990:203-220.

[4]崔茂金. 上向分層膠結(jié)充填采場(chǎng)頂板穩(wěn)定性分析[J]. 有色金屬(礦山部分), 2009, 61(6): 51-55.

[5]謝世俊. 金屬礦床地下開(kāi)采[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社,1979.

[6]劉效良. 巖金地下開(kāi)采充填技術(shù)綜述[J]. 現(xiàn)代礦業(yè), 2009(7):5-10.