黃鐵平

(廣東省冶金建筑設(shè)計研究院， 廣東廣州 510080)

河臺金礦高村礦床深部開采設(shè)計研究

黃鐵平

(廣東省冶金建筑設(shè)計研究院， 廣東廣州 510080)

根據(jù)河臺金礦高村礦床深部礦體特征和開采技術(shù)條件，對深部礦體開拓方案、通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了多方案比較選擇，提出了下盤盲豎井開拓和新建東回風(fēng)井與現(xiàn)有豎井構(gòu)成對角式通風(fēng)系統(tǒng)。且為了解決深部開采產(chǎn)生的地壓問題，建議采用全尾砂膠結(jié)充填和高水固結(jié)尾砂充填采礦方法取代淺孔留礦法，為下一步開采設(shè)計和建設(shè)提供參考。

深部開采;開拓方案;通風(fēng)系統(tǒng);淺孔留礦法;充填采礦法

河臺金礦位于廣東省高要市河臺鎮(zhèn)，是1980年代發(fā)現(xiàn)探明的大型金礦，累計探明黃金儲量約50 t。該礦于1989年1月建成投產(chǎn)，目前采選年生產(chǎn)規(guī)模24.75 萬 t，年自產(chǎn)黃金約1.5 t，精練提純能力達(dá)30 t，為華南地區(qū)最大的采選冶聯(lián)合黃金生產(chǎn)企業(yè)。

河臺金礦包括高村礦床和云西礦床。目前高村礦床已開采至－230 m水平，－230 m水平以上保有金礦儲量約38萬t;云西礦床已開采至－140 m水平，－140 m水平以上保有金礦儲量約50萬t。按照目前河臺金礦750 t/d生產(chǎn)能力，上部保有儲量的服務(wù)年限為5～6 a。為補(bǔ)充新的礦產(chǎn)資源，河臺金礦加大勘探力度，通過“探邊摸底”在高村礦床深部新探明資源儲量約140萬t。為保證礦山的持續(xù)生產(chǎn)，應(yīng)加快對高村礦床深部礦體開采設(shè)計研究和建設(shè)。

1 礦山概況

1.1 礦體地質(zhì)條件

河臺金礦高村礦床、云西礦床均為蝕變糜棱巖型金礦床。高村礦床位于礦區(qū)北部中段，其南西與云西礦床毗鄰，北東與后逕礦床相接。高村深部礦體是11號主礦體由淺部沿傾向向深部的延伸，分布在36～112號勘探線之間，賦存標(biāo)高－230～－580 m，礦體邊界形狀規(guī)整。礦體產(chǎn)狀穩(wěn)定，走向北東70°，傾向北西，傾角 75°～90°，向北東側(cè)伏，側(cè)伏角50°左右。礦體厚度 0.55 ～2.59 m，平均 2.56 m。礦體呈透鏡體狀分布，整體連續(xù)性差，局部有分支復(fù)合現(xiàn)象，以不規(guī)則脈狀產(chǎn)出為主。礦巖穩(wěn)固，f=10～14，但個別地段因斷裂構(gòu)造而節(jié)理發(fā)育，礦體下盤伴隨著1條與之平行的滑動構(gòu)造帶。

1.2 地質(zhì)資源儲量

為了維持礦山的持續(xù)發(fā)展，從2001年開始，河臺金礦投入勘查資金500多萬元，對高村礦床深部開展詳查地質(zhì)工作，并于2009年6月提交了高村礦床深部詳查地質(zhì)報告(32線～96線;－207～－460 m)。本次高村礦床深部詳查共探獲(332+333)金礦資源儲量387676 t，金金屬量2990.70 kg，平均品位7.71×10－6。另有潛在礦產(chǎn)資源(334)礦石量1042903 t，金金屬量 6841.06 kg，平均品位 6.56 ×10－6。

1.3 開采現(xiàn)狀

目前，河臺金礦開采高村、云西2個礦床，由160 m平硐將2個礦床連接為1個生產(chǎn)系統(tǒng)。云西礦床礦石經(jīng)160 m平硐運(yùn)往高村礦床，然后統(tǒng)一運(yùn)往選礦廠。高村礦床采用平硐+豎井開拓方式，云西礦床采用平硐+盲豎井開拓方式。

高村礦床分二期建設(shè)，一期工程建設(shè)規(guī)模為250 t/d，開采160 m標(biāo)高以上礦體，采用平硐+溜井開拓。二期工程建設(shè)規(guī)模為500 t/d，開采160～－230 m標(biāo)高之間礦體，采用明豎井開拓。自投產(chǎn)以來，高村礦床共開拓了 240，200，160，120，80，40，0，－40，－90，－140，－190，－230 m 等12個中段。目前，高村礦床已基本開采完了－40 m中段以上的礦量，現(xiàn)階段回采工作主要集中在 －90，－140，－190，－230 m 中段。

2 深部開拓方案

2.1 現(xiàn)有開拓系統(tǒng)概況

河臺金礦高村礦床建礦至今，經(jīng)過2次改擴(kuò)建，由原來的平硐開拓變?yōu)楝F(xiàn)在的明豎井開拓。40 m標(biāo)高以上中段高度為40 m，以下中段高度為50 m。

現(xiàn)有明豎井位于高村礦床上盤8線附近，井深全長430 m，井筒凈直徑5 m，內(nèi)置3號雙層雙罐，型鋼罐道，內(nèi)設(shè)梯子間及管纜間。提升設(shè)備為2JK－2.5 m單繩提升機(jī)，電機(jī)功率320 kW。明豎井與120，80，40，0，－40，－90，－140，－190，－230 m 中段相通，擔(dān)負(fù)各中段的礦石、廢石、人員、材料及設(shè)備的提升下放任務(wù)。井下礦廢石用3 t電機(jī)車牽引0.7 m3翻轉(zhuǎn)式礦車運(yùn)到明豎井車場，由明豎井提升系統(tǒng)提升出地表。

2.2 深部開拓方案的選擇

2.2.1 擬選開拓方案簡述

根據(jù)高村礦床深部礦體賦存條件，可供選擇的開拓方案有3個:盲豎井開拓方案;盲斜井+盲豎井開拓方案;現(xiàn)有明豎井延深開拓方案。

(1)盲豎井開拓方案。盲豎井位于礦體下盤22線附近，井筒凈徑4 m，井深240 m(－190～－430 m)。采用單一罐籠井配2#非標(biāo)罐籠帶平衡錘多繩提升，負(fù)責(zé)井下－280～－430 m中段的礦石、人員、材料、設(shè)備及廢石的提升任務(wù)，與現(xiàn)有明豎井形成明、盲豎井聯(lián)合開拓方式。

(2)盲斜井+盲豎井開拓方案。主井為箕斗盲斜井，斜井?dāng)嗝? m2，內(nèi)置3 m3箕斗;副井為盲豎井，內(nèi)置雙層單罐帶平衡錘單繩提升。盲斜井負(fù)責(zé)井下－280～－430 m中段的礦石提升，盲豎井負(fù)責(zé)人員、材料、設(shè)備及廢石的提升任務(wù)?？傮w上形成明豎井與盲斜井聯(lián)合開拓方式。

(3)現(xiàn)有明豎井延深開拓方案?，F(xiàn)有明豎井位于礦體上盤8線附近，井深430 m，延深后井深630 m。將原雙層雙罐單繩提升改為單罐雙層配平衡錘多繩提升，負(fù)責(zé)井下全部中段的礦石、人員、材料、設(shè)備及廢石的提升任務(wù)。此方案為單一明豎井開拓方式。

2.2.2 擬選開拓方案比較

從當(dāng)前國內(nèi)礦山的實際情況分析，上述3個開拓方案在技術(shù)和實用性方面都是成熟的、可行的，但3個方案相比較各有優(yōu)缺點。

(1)盲豎井開拓方案。明豎井與盲豎井形成接力提升系統(tǒng)，2條豎井之間要增加1條運(yùn)輸巷道，開采－230 m以下礦體需要轉(zhuǎn)運(yùn)1次，增加了礦石運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等費(fèi)用;明、盲豎井均采用單一罐籠井提升，全部提升任務(wù)都要通過罐籠井提升，受罐籠井提升能力限制，擴(kuò)大生產(chǎn)能力的可能性不大;若－430 m中段以下發(fā)現(xiàn)新礦體，則需要再次延深盲豎井，礦山生產(chǎn)將受到影響，礦井提升能力也受到限制。

(2)盲斜井+盲豎井開拓方案。盲斜井開拓－230～－430 m礦體比較合適，采用箕斗斜井提升時需要多1條盲豎井作為副井輔助提升。采用礦車組斜井提升雖可減少1條盲豎井，但提升能力受到限制;盲斜井石門短，初期投資小，施工簡單方便，但維修較困難，安全要求較嚴(yán)格，且礦石存在反向運(yùn)輸，每年的經(jīng)營費(fèi)用較大;受斜井提升高度的限制，若今后延深盲斜井開拓－430 m以下礦體則比較困難。

(3)現(xiàn)有明豎井延深開拓方案。現(xiàn)有提升設(shè)備不能滿足提升要求，需要新配置提升設(shè)備，上部的井筒裝備需要進(jìn)行改造。井塔、卷揚(yáng)機(jī)房均需新建，地表工業(yè)場地受到限制;豎井延深、設(shè)備安裝與調(diào)試需要停產(chǎn)半年以上，對礦山生產(chǎn)影響大;明豎井為上盤開拓，下部礦體在走向上往東移，致使下部中段石門長、投資大且不利于管理;延深后的豎井井筒深度達(dá)630 m，由于井筒較深，單一罐籠井提升能力受到限制，再次延深豎井和擴(kuò)大生產(chǎn)能力的可能性不大。

綜上所述，方案(1)與方案(2)、方案(3)相比較，具有盲豎井下盤開拓石門短、盲豎井建設(shè)不影響上部礦體開采、不受地表工業(yè)場地限制、工程地質(zhì)條件較好、盲豎井延深對礦山生產(chǎn)影響小等優(yōu)勢。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行比較，方案(1)具有工程投資省、建設(shè)時間短、年經(jīng)營費(fèi)用少的優(yōu)點，故推薦高村礦床深部礦體開采采用下盤盲豎井開拓方案。

2.3 推薦的深部開拓運(yùn)輸方案簡述

盲豎井位于礦體下盤22線附近，在－230 m水平施工1條運(yùn)輸巷道聯(lián)系明、盲2個井底車場。井深240 m，井筒凈徑4 m，井筒內(nèi)置2200 mm×1250 mm 2#非標(biāo)雙層雙罐帶1300 mm×300 mm×80 mm平衡錘，型鋼罐道，內(nèi)設(shè)梯子間及管纜間。提升設(shè)備為2JK－2.5m單繩提升機(jī)，電機(jī)功率320 kW。盲豎井與 －230，－280，－330，－380，－430 m 中段相通，擔(dān)負(fù)各中段的礦石、廢石、人員、材料及設(shè)備的提升下放任務(wù)。井下運(yùn)輸采用3 t電機(jī)車牽引0.7 m3翻轉(zhuǎn)式礦車，深部開采礦廢石先經(jīng)盲豎井提升到－230 m中段盲豎井車場，用3 t電機(jī)車牽引至明豎井車場，再由現(xiàn)有的明豎井接力提升出地表，完成由深部至地表的運(yùn)輸提升過程。高村礦床深部礦體開拓通風(fēng)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 河臺金礦高村礦床深部礦體開拓通風(fēng)系統(tǒng)

3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)

3.1 高村礦床通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

高村礦床原設(shè)計采用中央對角式通風(fēng)系統(tǒng)。由于西部礦體開采基本結(jié)束，目前明豎井以西采用局部通風(fēng)方式，明豎井以東采用豎井進(jìn)風(fēng)、上盤東風(fēng)井抽風(fēng)的側(cè)翼對角通風(fēng)方式。東風(fēng)井位于88～96線之間上盤移動線外，井口標(biāo)高+250 m，井筒凈直徑3 m，內(nèi)設(shè)梯子間作為安全出口。風(fēng)井口安裝1臺K40(A)－NOB4離心式通風(fēng)機(jī)，風(fēng)量為32 m3/s，風(fēng)壓為1500 Pa，電機(jī)功率55 kW?，F(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)基本能滿足－230 m以上中段的生產(chǎn)要求。

3.2 高村礦床深部通風(fēng)系統(tǒng)選擇

高村礦床深部礦體在走向上往東移，向北東側(cè)伏，可采用明豎井進(jìn)風(fēng)、東風(fēng)井出風(fēng)的單翼對角式通風(fēng)方式。但隨著開采向深部推進(jìn)，現(xiàn)有東風(fēng)井在巖石移動范圍內(nèi)，不能再作為主要通風(fēng)井和安全出口，應(yīng)設(shè)計選擇新的東風(fēng)井位置。根據(jù)已探明的深部礦體賦存條件、地形地貌條件，以及礦山開采和通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，可供選擇的方案有3個:留保安礦柱東風(fēng)井方案;新建上盤東風(fēng)井方案;新建下盤東風(fēng)井方案。

(1)留保安礦柱東風(fēng)井方案。充分利用76～88線“無礦天窗”有利條件和留保安礦柱的辦法，保護(hù)現(xiàn)有東風(fēng)井不受破壞，仍用現(xiàn)有東風(fēng)井回風(fēng)，這樣可以不用新建東風(fēng)井。但留保安礦柱仍會積壓大量深部礦體，造成不必要的資源損失浪費(fèi)，不利于節(jié)約和保護(hù)礦產(chǎn)資源。隨著開采工作向96～130線東移，現(xiàn)東風(fēng)井又將變?yōu)槲黠L(fēng)井，造成東部風(fēng)流短路、污風(fēng)串聯(lián)、通風(fēng)困難的局面。

(2)新建上盤東風(fēng)井方案。在礦體上盤96～130線之間巖移線外新建東風(fēng)井，其主要優(yōu)點是便于通風(fēng)管理，上盤地勢較低，新建風(fēng)井井筒較短，工程費(fèi)用少，但上盤風(fēng)井石門長、總回風(fēng)平巷長、通風(fēng)線路長、通風(fēng)阻力大、通風(fēng)費(fèi)用高。

(3)新建下盤東風(fēng)井方案。在礦體下盤96～130線巖移線外新建東風(fēng)井，優(yōu)點是不受深部礦體開采巖移的影響，通風(fēng)石門和回風(fēng)平巷短，通風(fēng)線路短，通風(fēng)阻力小，通風(fēng)費(fèi)用低。當(dāng)開采工作面進(jìn)一步向130線東移時，在東翼再新建一進(jìn)風(fēng)井，可與西翼的豎井進(jìn)風(fēng)井構(gòu)成東西兩翼進(jìn)風(fēng)、中央出風(fēng)的通風(fēng)方式。缺點是礦體下盤地勢較高，管理不太方便。

上述3個方案相比較，方案(3)具有不壓占資源、風(fēng)路順暢、通風(fēng)費(fèi)用少，且符合礦山長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃等諸多優(yōu)點，故推薦高村礦床深部礦體通風(fēng)系統(tǒng)采用新建下盤東風(fēng)井方案。

3.3 高村礦床深部通風(fēng)系統(tǒng)簡述

高村礦床深部礦體通風(fēng)系統(tǒng)采用明豎井進(jìn)風(fēng)、新建下盤東風(fēng)井出風(fēng)的單翼對角式通風(fēng)方式。新鮮風(fēng)流自明豎井進(jìn)入，經(jīng)－230 m車場至盲豎井后進(jìn)入井下各生產(chǎn)中段，再經(jīng)中段石門、沿脈巷道、采場人行通風(fēng)天井等進(jìn)入需風(fēng)工作面及回采工作面;污風(fēng)經(jīng)天井到上中段回風(fēng)巷道，經(jīng)回風(fēng)平巷、中段回風(fēng)天井到新建下盤東風(fēng)井，由東風(fēng)井主扇抽出地表。

4 采礦方法研究

目前，河臺金礦根據(jù)礦體的品位、厚度不同而采用靈活的采礦方法，主要是以淺孔留礦法為主，上向分層干式充填法和礦段回采低貧損類框架式留礦法為輔。

上向分層干式充填法是河臺金礦與長沙礦山研究院合作試驗的采礦方法，一直有少量的應(yīng)用。其優(yōu)點是可以降低回采貧化率、損失率，尤其對品位高或特別破碎礦體回采效果好，對提高出礦品位有重要作用。用廢石充填空區(qū)既處理了空區(qū)，又減少了廢石提升費(fèi)用。缺點是回采工藝復(fù)雜、回采周期長、生產(chǎn)能力低、采礦成本高。

礦段回采低貧損類框架式留礦法是一種采用人工假底和人工礦柱空場回采嗣后素混凝土充填空區(qū)的采礦方法。采用類框架式構(gòu)筑對采礦、采空區(qū)及地壓的管理和控制，不但有效地降低了貧化率、損失率，而且對空區(qū)進(jìn)行預(yù)處理，控制了地壓，為下部中段的回采提供更好的條件。缺點是礦柱素混凝土置換成本過高、強(qiáng)度偏低、養(yǎng)護(hù)周期長等。

對于河臺金礦急傾斜、薄至中厚礦體而言，采用淺孔留礦法是比較適合的，也是該礦大量使用的一種采礦方法，具有工藝簡單、便于管理、生產(chǎn)能力大、采礦效率高與生產(chǎn)成本低等優(yōu)點。缺點是二步回采且安全性差，落礦后不能及時放出而積壓資金等。另外，隨著開采深度的不斷增加，地應(yīng)力增大，若形成的空區(qū)不及時處理，將造成嚴(yán)重后果。為了安全高效地回采深部礦體，應(yīng)對深部采礦方法及工藝進(jìn)行研究。

淺孔留礦法加采空區(qū)嗣后充填采礦法是淺孔留礦法的一種變形方案。該方法的主要特點是采用人工假底先置換底柱，根據(jù)礦柱品位的不同，品位較低的留成永久礦巖柱，品位較高的先采礦柱再砌隔墻，礦房采用淺孔留礦法回采，頂柱也一起回采。礦房回采結(jié)束后加強(qiáng)出礦，在最短時間內(nèi)出空，再進(jìn)行廢碴充填，廢碴充填時最好是充滿接頂。此方法既保留淺孔留礦法的優(yōu)點，同時又回收了礦柱，用廢石充填空區(qū)達(dá)到了處理空區(qū)和控制地壓的目的，也解決了廢石不出窿問題。

隨著深部開采地壓不斷增大，在采用廢碴充填及類框架式嗣后充填滿足不了要求時，應(yīng)采用全尾砂膠結(jié)充填和高水固結(jié)尾砂充填采礦方法。全尾砂充填提高了尾砂的利用率，降低了充填料的水灰比，從而大大改善了充填體特性，充填強(qiáng)度提高，充填料沉縮率低等，這些對于充分發(fā)揮充填體的承載作用，提高礦石的回收率都有重要作用。高水固結(jié)充填是使用尾砂作充填骨料，高水速凝固化材料作膠凝材料，按一定配比混合后，形成高水固結(jié)充填料漿，進(jìn)入采場后不用脫水便可以凝結(jié)為充填體。高水固結(jié)充填其充填體粘結(jié)力強(qiáng)、抗壓強(qiáng)度高，可充分利用尾砂，而且無需分級，凝結(jié)時間短、適應(yīng)強(qiáng)，充填回采工藝較簡單，有一定的安全、經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié)語

(1)高村礦床深部礦體采用下盤盲豎井開拓，與上部明豎井形成接力提升，具有工程投資省、建設(shè)時間短、年經(jīng)營費(fèi)用少、不影響正常生產(chǎn)等優(yōu)點。若今后延深盲豎井，對礦山生產(chǎn)影響小。

(2)在高村礦床下盤新建東回風(fēng)井，與明豎井構(gòu)成對角式通風(fēng)系統(tǒng)，不壓占資源、通風(fēng)工程省、通風(fēng)線路短、通風(fēng)阻力小、通風(fēng)費(fèi)用低。今后開采工作面繼續(xù)東移時，在東翼再新建一進(jìn)風(fēng)井，構(gòu)成中央對角式通風(fēng)系統(tǒng)，符合礦山長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃。

(3)高村礦床進(jìn)入深部開采后地壓不斷增大，應(yīng)逐步減少淺孔留礦法所占比例，增大全尾砂膠結(jié)充填采礦法使用比例。結(jié)合礦山實際，開展深入的采礦方法試驗研究工作，探索出適合河臺金礦深部開采的新方法、新工藝，保證礦山的持續(xù)健康發(fā)展。

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2011－02－04)

黃鐵平(1973－)，男，湖北仙桃人，碩士，工程師，主要從事礦山設(shè)計與研究工作，Email:htp1973@126.com。