王長(zhǎng)新 鄒艷平 張 明 趙武鹍

(1. 新疆鄯善縣連木沁鎮(zhèn)第一地質(zhì)大隊(duì)；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

新疆某金礦殘礦回收方案

王長(zhǎng)新1鄒艷平1張 明1趙武鹍2,3,4

(1. 新疆鄯善縣連木沁鎮(zhèn)第一地質(zhì)大隊(duì)；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

在研究新疆某金礦老采空區(qū)殘留礦體賦存狀態(tài)和開(kāi)采技術(shù)條件的基礎(chǔ)上，結(jié)合該礦山的開(kāi)采實(shí)際情況，提出了針對(duì)殘留礦體的不同賦存狀態(tài)和開(kāi)采階段采用不同的方法進(jìn)行回采的方案，并對(duì)回采過(guò)程中的安全措施進(jìn)行了探討。結(jié)果表明：該開(kāi)采方案不僅提高了殘留礦體的回采率，而且有效控制了回采過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

殘礦回收 淺孔留礦法 削壁充填法 回采率 安全風(fēng)險(xiǎn)

新疆某金礦始建于1992年，是一座生產(chǎn)能力為10萬(wàn)t/a的中小型金銅鉛鋅多金屬地下礦山，礦體賦存狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，均為急傾斜薄礦脈。該礦在開(kāi)采初期僅對(duì)高品位單金礦體進(jìn)行了開(kāi)采，將大量銅鉛鋅多金屬礦體和低品位金礦體全部丟棄，并將采下的礦石全部出空。經(jīng)過(guò)20多a的開(kāi)發(fā)利用，礦山1 050 m 一中段采空區(qū)遺留了數(shù)量可觀的殘留礦體未完全開(kāi)采。為延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限，提高礦產(chǎn)資源綜合利用率，有必要對(duì)該礦山一中段19#～24#的殘留礦體進(jìn)行回收。

1 殘留礦體及采空區(qū)成因

采用淺孔留礦法開(kāi)采時(shí)在采場(chǎng)頂?shù)装搴晚敳繗埩袅说推肺粏谓鸬V體和銅鉛鋅多金屬礦體。由于受礦石市場(chǎng)價(jià)格、選礦工藝等因素的影響，對(duì)礦種和礦石開(kāi)采邊界品位均有較高的要求，對(duì)金品位低于5 g/t 的礦體放棄開(kāi)采，將開(kāi)采出的礦石從采場(chǎng)內(nèi)出空，形成了寬約1.8 m的采空區(qū)，采空區(qū)頂?shù)装寰鶜埩艏s2.5 m厚的礦體以及頂部剩余10～40 m厚的礦體未開(kāi)采。

跨中段開(kāi)采時(shí)，在上中段采場(chǎng)頂部殘留了多金屬礦體。采用淺孔留礦法開(kāi)采二中段19#～22#線采場(chǎng)時(shí)，采場(chǎng)頂柱部分礦體品位較高，且頂柱上方一中段對(duì)應(yīng)礦體也未開(kāi)采，為此，將對(duì)頂柱進(jìn)行開(kāi)采與1 050 m 一中段采通，之后從一中段繼續(xù)上采，且未在一中段相應(yīng)位置布置出礦穿脈和運(yùn)輸巷，出礦作業(yè)在二中段進(jìn)行。隨著開(kāi)采高度的不斷增高，采場(chǎng)頂板穩(wěn)定性急劇下降，大大影響了礦石流動(dòng)性和上部礦體的放礦管理，從而影響到采場(chǎng)的繼續(xù)開(kāi)采，最終在上采至70 m高度時(shí)停止開(kāi)采，并將采場(chǎng)內(nèi)的礦石出空，形成了一個(gè)跨中段的采空區(qū)，其中二中段采空區(qū)高約30 m，底部20 m已被垮落的圍巖充填，一中段采空區(qū)高約20 m，且上部仍殘留至少25 m 厚的礦體未開(kāi)采。

金品位達(dá)到開(kāi)采品位但厚度小于1.2 m的礦段未開(kāi)采。由于以往僅開(kāi)采金品位大于5 g/t的礦體，對(duì)于礦厚度較小的礦段，進(jìn)行開(kāi)采會(huì)增大貧化率、影響生產(chǎn)效率且成本較高，因而未進(jìn)行開(kāi)采，但施工完成了相關(guān)的采準(zhǔn)工程和切割工程，使該類礦段形成了運(yùn)輸系統(tǒng)和上采自由面。通過(guò)相關(guān)探勘，該類礦段均為同時(shí)含有銅鉛鋅的多金屬礦體，厚3.5～7 m。

2 礦山殘留礦體的特點(diǎn)及回收難點(diǎn)

(1)安全保障性較差。由于礦體產(chǎn)狀較陡(傾角約70°)，采空區(qū)暴露時(shí)間長(zhǎng)、面積大、頂?shù)装宀环€(wěn)定因素復(fù)雜多變，無(wú)法在采空區(qū)暴露面下或礦體底板上作業(yè)。

(2)礦石品位相對(duì)較低。目前礦山許多殘留礦體的產(chǎn)生是由采富棄貧造成的，礦體平均金品位不足3 g/t，鉛鋅品位相對(duì)較高，但市場(chǎng)行情不容樂(lè)觀，無(wú)法承受安全性較高的膠結(jié)充填采礦法的高額成本。

(3)采空區(qū)回填困難。由于礦山殘留礦體分布于采空區(qū)的頂?shù)装搴晚敳?，且采空區(qū)長(zhǎng)度長(zhǎng)、體積較大，部分采空區(qū)僅靠頂?shù)装鍎兟涞臍埩舻V石無(wú)法進(jìn)行有效回填，增加了進(jìn)一步回采上部殘留礦體的難度。若先期對(duì)采空區(qū)進(jìn)行回填或剝落部分圍巖進(jìn)行回填，勢(shì)必造成礦石的大量損失或貧化，影響最終的殘礦回收效果。

(4)不適宜采用殘礦回收廣泛使用的崩落采礦工藝。礦山1 050 m一中段礦體傾角約72°，厚4～8 m，頂板圍巖和氧化層裂隙節(jié)理較發(fā)育，采用大規(guī)模崩落采礦工藝，極易造成采礦過(guò)程中礦石大量貧化和頂板大面積垮塌，對(duì)后續(xù)放礦管理影響極大。

3 開(kāi)采技術(shù)方案及成果

3.1 開(kāi)采技術(shù)方案

3.1.1 干式充填法

干式充填法適用于回填中段下部的采空區(qū)，且該類采空區(qū)內(nèi)殘留礦體不具備開(kāi)采條件或開(kāi)采價(jià)值。該方法可有效充填下部采空區(qū)，充填過(guò)程安全可控、操作簡(jiǎn)單、施工成本較低，有利于增強(qiáng)采空區(qū)頂板穩(wěn)定性；但回填進(jìn)采空區(qū)的礦石或廢石難以從采場(chǎng)內(nèi)放出，成為永久損失。

在殘礦回收之前，可充分利用采場(chǎng)下盤(pán)原有的運(yùn)輸巷和出礦穿脈，在一中段采空區(qū)下盤(pán)每隔6 m(穿脈中對(duì)中距離)施工1個(gè)充填進(jìn)路(后期作為出礦進(jìn)路)通達(dá)采空區(qū)，通過(guò)該類穿脈將掘進(jìn)或出礦產(chǎn)生的廢石倒入下部采空區(qū)，直至采空區(qū)充填滿，靠近頂板無(wú)法充填的部位，可在采空區(qū)底板圍巖進(jìn)行鑿巖爆破，將圍巖崩至頂板采空區(qū)處進(jìn)行充填。礦山充分利用了干式充填法回填了二中段至一中段19#～22#線的采空區(qū)，為后續(xù)殘留礦體的采礦和出礦提供了條件(圖1)。

圖1 干式充填法回填采空區(qū)工程布置

3.1.2 削壁充填法

削壁充填法適用于頂板或底板殘留有礦體，且下盤(pán)有運(yùn)輸巷和出礦穿脈的采空區(qū)。該方法回采采空區(qū)頂?shù)装鍤埩舻V體具有回采率高、安全保障程度高的優(yōu)點(diǎn)，可有效充填采空區(qū)；但貧化率大，對(duì)于延走向和傾向變化大的礦體貧化率指標(biāo)很難控制，礦石大塊率較高，且大塊礦石在采場(chǎng)空區(qū)內(nèi)二次爆破極為困難，危險(xiǎn)性較高，僅能在出礦口進(jìn)行改炮。對(duì)于開(kāi)采完整的急傾斜薄礦脈，該方法效率不高[1-3]。

在殘礦回收的第一階段可采用削壁充填法，首先在采空區(qū)下盤(pán)每隔約50 m施工1條人行通風(fēng)天井和聯(lián)絡(luò)道，在空間上每隔5 m施工1層聯(lián)絡(luò)道，將天井和采空區(qū)貫通；然后在中段采空區(qū)下盤(pán)每隔6 m 施工1個(gè)出礦穿脈，將運(yùn)輸巷和采空區(qū)(自由面)貫通，根據(jù)穿脈和聯(lián)絡(luò)道揭露的礦體情況，通過(guò)穿脈將殘留礦體全部剝開(kāi)；最后沿剝開(kāi)的自由面按自下而上的順序分層進(jìn)行上采，頂?shù)装鍤埩舻V體作為作業(yè)面的安全護(hù)頂，礦石堆作為繼續(xù)上采的作業(yè)平臺(tái)，待每個(gè)分層頂?shù)装鍤埩舻V體采凈后方可繼續(xù)上采，每次采下的殘留礦石充填開(kāi)孔，根據(jù)控頂距要求，在作業(yè)面高度不夠時(shí)，可在出礦穿脈放出部分礦石。由于削壁采礦作業(yè)是在頂?shù)装鍤埩舻V體下進(jìn)行且鄰近采空區(qū)，因此采場(chǎng)頂板管理顯得尤為關(guān)鍵(圖2)。

圖2 削壁充填和相鄰采場(chǎng)聯(lián)動(dòng)開(kāi)采法工程布置

3.1.3 相鄰采場(chǎng)聯(lián)動(dòng)開(kāi)采法

在第一階段運(yùn)用削壁充填法的同時(shí)，也可采用聯(lián)動(dòng)開(kāi)采法，該方法將相鄰的2個(gè)采場(chǎng)合并成1個(gè)采場(chǎng)進(jìn)行開(kāi)采，并將采場(chǎng)間的礦壁采完，從而使2個(gè)采場(chǎng)內(nèi)采下的礦石聯(lián)成一體，利用暴力搬運(yùn)和礦石的自然流動(dòng)性，將采場(chǎng)一側(cè)的礦石搬運(yùn)至采空區(qū)或控頂距較高的位置，從而起到充填采空區(qū)和控制控頂距的目的。相對(duì)于單個(gè)采場(chǎng)開(kāi)采而言，聯(lián)動(dòng)開(kāi)采的采場(chǎng)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，頂板暴露面積大，在開(kāi)采過(guò)程中適用于中等穩(wěn)固及以上的頂板，在采礦過(guò)程中應(yīng)采用快采快出的措施，減少頂板垮塌造成的貧化(圖2)。

3.1.4 淺孔留礦法

采空區(qū)下部頂?shù)装鍤埩舻V體回收完畢、底部采空區(qū)全部充填完畢后，可采用淺孔留礦法回采采空區(qū)頂部仍殘留的急傾斜薄礦脈。該方法具有貧化率低、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)簡(jiǎn)單、易操作管理的優(yōu)點(diǎn)；但采空區(qū)鄰邊作業(yè)時(shí)危險(xiǎn)性高，在控頂距過(guò)大的礦段無(wú)法作業(yè)或作業(yè)難度增加，危險(xiǎn)性也隨之大大提高。

在前期回填采空區(qū)和回采頂?shù)装鍤埩舻V體的基礎(chǔ)上，采場(chǎng)下部采空區(qū)已全部充填，控頂距和頂板得到了有效控制，形成了淺孔留礦法開(kāi)采的有利條件。在第二階段可利用該方法繼續(xù)回收采場(chǎng)頂部的殘留礦體。由于采場(chǎng)較長(zhǎng)，隨著開(kāi)采高度的增加，頂板穩(wěn)定性隨之降低，采礦過(guò)程中應(yīng)及時(shí)根據(jù)頂板情況適時(shí)留設(shè)礦柱或連續(xù)礦壁，防止頂板大面積垮塌(圖3)。

3.2 成 果

(1)殘礦回收共投入各類掘進(jìn)工程376 m，采出礦石量6.2萬(wàn)t，項(xiàng)目千噸采掘比遠(yuǎn)低于礦山平均值。

圖3 淺孔留礦法工程布置

(2)礦石綜合損失率為10.1%，低于礦山平均損失率約3個(gè)百分點(diǎn)。

(3)采下礦石的綜合品位：Au 3.76 g/t、Cu 0.47%、Pb+Zn 2.86%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 安全保障措施

(1)及時(shí)組織地質(zhì)測(cè)量工作。在回收殘礦之前，遵循探采結(jié)合、探礦先行的原則，提前搜集、整理殘采工作面的技術(shù)基礎(chǔ)資料及相關(guān)的地質(zhì)測(cè)量資料，了解作業(yè)面及周圍工程地質(zhì)情況，為制定殘礦回收方案和開(kāi)采作業(yè)提供依據(jù)。

(2)確定合理安全的施工組織方案。根據(jù)殘礦采場(chǎng)開(kāi)采的特殊性和安全經(jīng)濟(jì)性，組織相關(guān)技術(shù)人員研究制定回采施工組織方案，從安全和經(jīng)濟(jì)2個(gè)方面對(duì)回采方案進(jìn)行可行性分析，并報(bào)上級(jí)生產(chǎn)技術(shù)和安全管理等部門(mén)會(huì)審，會(huì)審?fù)ㄟ^(guò)后方可遵照?qǐng)?zhí)行。

(3)組織作業(yè)人員安全培訓(xùn)及技術(shù)交底。對(duì)所有參與殘礦回收工作的人員進(jìn)行培訓(xùn)，要求參加培訓(xùn)的人員掌握各自崗位的安全技術(shù)操作規(guī)程及礦山作業(yè)制度，確保每位參與人員明確殘礦回收施工的意圖、技術(shù)要求及其他注意事項(xiàng)。

(4)組織施工作業(yè)面的安全檢查和隱患治理工作。成立殘礦回收專項(xiàng)安全檢查小組，定期對(duì)殘采工作面進(jìn)行全面檢查，重點(diǎn)圍繞采場(chǎng)頂?shù)装骞芾?、頂?shù)装鍤埖V回收作業(yè)、采場(chǎng)人行通風(fēng)管理、采空區(qū)回填、放礦管理等方面開(kāi)展檢查工作，防止發(fā)生頂板冒落、人員墜落、炮煙中毒、采場(chǎng)塌方等事故的發(fā)生，檢查工作中若發(fā)現(xiàn)隱患，必須立即整改。

[1] 《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，1994.

[2] 楊森林，徐 英，張紅照.三道莊礦區(qū)單層采空區(qū)處理研究[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014(4)：75-78.

[3] 戴 睿，朱末琳.凹山采場(chǎng)西南幫殘礦回收方案研究[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014(1)：142-144.

2015-08-07)

王長(zhǎng)新(1985—)，男，助理工程師， 838204 新疆鄯善縣連木沁鎮(zhèn)。