黃家賢，宋 甫，危流永，張 寶，周益龍

(1.廣西桂華成有限責(zé)任公司， 廣西 賀州市 542800；2. 長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012)

珊瑚黑鎢礦淺孔留礦法優(yōu)化研究

黃家賢1，宋 甫1，危流永1，張 寶2，周益龍2

(1.廣西桂華成有限責(zé)任公司， 廣西 賀州市 542800；2. 長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012)

通過對珊瑚黑鎢礦淺孔留礦法開采中存在問題的分析，找出應(yīng)對措施對現(xiàn)有淺孔留礦法進行優(yōu)化改進。針對采切效率低下、底部放礦結(jié)構(gòu)維護費用高的問題，提出采用用穿脈運輸電耙道底部出礦結(jié)構(gòu)代替沿脈運輸砼漏斗底部出礦結(jié)構(gòu)。對于礦脈開采損失貧化大、采場整體穩(wěn)定性和作業(yè)安全性差的問題，設(shè)計采用人工間柱替代采場預(yù)留的間柱，減少采場礦石損失，同時增加人工間柱數(shù)量，減少向上開采過程中和大規(guī)模放礦時由于暴露面積過大發(fā)生頂?shù)装迕奥湓斐傻牡V石貧化，并改善作業(yè)安全條件。優(yōu)化改進后的淺孔留礦法應(yīng)用效果好，對同類礦脈開采有借鑒意義。

淺孔留礦法；底部結(jié)構(gòu)；損失率；貧化率

0 引 言

鎢是一種高熔點、高硬度的金屬，是現(xiàn)代工業(yè)不可替代的原材料，廣泛用于機械加工、礦山工具、石油鉆井、兵器工業(yè)和航天航空領(lǐng)域。據(jù)2009年美國地質(zhì)調(diào)查局的估計，中國鎢儲量180萬t，所占世界總儲量(約300萬t)的份額達60%。若按2013年全年13萬t的鎢產(chǎn)量計算，全球鎢資源將在23 a內(nèi)開釆完畢。因此，許多國家長期將鎢作為稀缺資源進行戰(zhàn)略儲備。

雖然我國是世界上最大的鎢礦資源儲量國和生產(chǎn)國(約占全球產(chǎn)量的80%)，但從鎢礦資源稟賦條件來看，白鎢資源占70%(礦石品位小于0.4%或礦石組份復(fù)雜、或外部條件差不易開發(fā)利用的占85%)，黑鎢資源約占30%。同時，目前80%以上的鎢精礦產(chǎn)量是用黑鎢礦生產(chǎn)的。由于過度開采，優(yōu)質(zhì)黑鎢礦資源消耗很快，2010年黑鎢基礎(chǔ)儲量比2001年減少51.01%，占總基礎(chǔ)儲量比重由30.05%下降到18.75%。從開采現(xiàn)狀以及鎢業(yè)長遠戰(zhàn)略發(fā)展來看，我國鎢資源前景不容樂觀，鎢資源優(yōu)勢正在逐漸減弱，資源安全形勢嚴峻，黑鎢礦資源急需進行保護性開采，特別是優(yōu)質(zhì)黑鎢資源。

珊瑚黑鎢礦為廣西桂華成有限責(zé)任公司的主體礦山，以鎢、錫資源為主，為國內(nèi)質(zhì)量最好的黑鎢生產(chǎn)企業(yè)之一。珊瑚黑鎢礦脈為鎢錫石英脈礦床，礦床頂?shù)装鍘r性為灰?guī)r、砂巖和頁巖。在平面上，多條礦脈相距較近(水平距離1～10 m)且大致平行分布，形似“珊瑚”。礦脈群賦存標(biāo)高175～-200 m，走向15°～40°，傾向南東，傾角在65°～89°。礦脈厚度絕大多數(shù)在0.1～2.0 m，平均0.42 m，為急傾斜極薄、薄礦體。截止2013年，珊瑚黑鎢礦保有鎢錫資源儲量800萬t，其中，鎢(WO3)品位1.18%，錫(Sn)品位0.35%。礦脈和圍巖界線清晰，礦石與圍巖中等穩(wěn)固-穩(wěn)固，受云母層影響時，頂?shù)装逡装l(fā)生跨落。水文地質(zhì)條件中等-復(fù)雜。珊瑚黑鎢礦開拓方式為平硐+主副豎井+主副斜井。礦山設(shè)計采、選規(guī)模為1000 t/d(33.0萬t/a)，主要采用淺孔留礦法進行回采，局部破碎礦脈采用削壁充填法回采。

1 現(xiàn)有淺孔留礦法存在的問題

1.1 現(xiàn)有淺孔留礦法簡介

(1) 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)。采場沿礦脈走向布置，采用人工澆筑砼漏斗放礦，沿脈運輸巷道內(nèi)電機車運輸。采場長50 m，中段高度50 m，采場寬1.2 m，采場間柱寬4 m，頂柱高3 m，底柱高3 m。淺孔留礦法見圖1。

(2) 采準(zhǔn)及切割。首先在采場中間施工通風(fēng)井，兩翼順路架設(shè)人行通風(fēng)井。然后，在沿脈運輸巷每隔5～7 m施工斗頸并人工澆筑砼漏斗。最后在底柱上進行拉底，形成拉底層，準(zhǔn)備向上回采。

(3) 回采工藝。采用自下而上分層回采，分層高度2 m。在每一個分層中進行鑿巖、爆破落礦、通風(fēng)、局部放礦、松石處理及平場。采用YSP-45或YT-24型鑿巖機鉆鑿淺孔，裝巖石乳化炸藥，非電導(dǎo)爆管起爆爆破落礦。炮眼按“之”字型布置，炮孔排距0.6 m，孔距1 m，孔深2 m。每次落礦后，僅放出約1/3的礦石，其余礦石暫留采場，作為繼續(xù)向上回采的工作平臺，保持2 m繼續(xù)回采空間高度。然后，處理松石、平整工作場地，進入下個作業(yè)循環(huán)，直到當(dāng)采場回采至頂柱。最后，進行大量放礦。

圖1 淺孔留礦法

(4) 地壓控制。約3 m厚底柱、3 m厚的頂柱和人工間柱配合以控制地壓。

(5) 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。采場生產(chǎn)能力為50 t/d；損失率為25%；貧化率為60%。

1.2 現(xiàn)有淺孔留礦法開采問題分析

目前，珊瑚黑鎢礦淺孔留礦法回采礦脈時遇到4方面的問題：

(1) 采場底部放礦結(jié)構(gòu)掘進效率低，底部結(jié)構(gòu)維護成本高。由于采用沿脈運輸人工砼漏斗出礦底部結(jié)構(gòu)，在開采礦脈厚度大(或者品位高)或巷道構(gòu)造弱面發(fā)育情況下，采場3 m厚的底柱便無法預(yù)留，需要施工人工底柱代替，同時增加砼支護以改善漏斗放礦沿脈運輸?shù)陌踩?見圖2)。由此一方面造成底柱礦石鏟裝作業(yè)量增加、掘進效率降低以及相關(guān)安全投入增加；另一方面增加了人工底柱施工費用，以及巷道和漏斗維護費用，進一步降低了采切效率。

(2) 采場向上開采過程中的作業(yè)安全問題。珊瑚黑鎢礦平行礦脈較多，在臨近采場開采結(jié)束形成采空區(qū)后，相鄰范圍(約4～8 m)礦脈的開采過程中易發(fā)生大面積冒落、坍陷，危及采場工人。在一些受云母層影響嚴重，頂?shù)装鍢O易發(fā)生大面積跨落，安全隱患大。

圖2 淺孔留礦法砼漏斗出礦結(jié)構(gòu)橫剖圖

(3) 采場向上開采過程中的礦石損失貧化大。礦石損失主要是采場預(yù)留的間柱和頂?shù)字鶕p失，損失率為18%。礦石貧化主要有兩個方面，是為了保證1.2 m作業(yè)寬度必須采下的圍巖造成的貧化，貧化率約40%，二是受構(gòu)造弱面控制，空區(qū)暴露面積大，采場上采過程中發(fā)生大面積頂?shù)装鍑鷰r冒落造成貧化，貧化率為20%。

(4) 采場向上開采結(jié)束，進行大放礦時，由于頂?shù)装鍑鷰r大片跨落造成的礦石嚴重貧化或采場礦石因大塊“卡死”被報廢造成采下礦石永久損失問題。

2 淺孔留礦法優(yōu)化改進

2.1 淺孔留礦法優(yōu)化改進思路

通過分析珊瑚黑鎢礦現(xiàn)有淺孔留礦法設(shè)計中存在的問題，結(jié)合前期對該礦工程地質(zhì)調(diào)查和開采技術(shù)條件，有針對性地對現(xiàn)有淺孔留礦法進行如下優(yōu)化改進：

(1) 為提高采場底部放礦結(jié)構(gòu)掘進效率，降低底部結(jié)構(gòu)維護成本，采用穿脈運輸電耙道底部出礦結(jié)構(gòu)代替沿脈運輸漏斗底部出礦結(jié)構(gòu)(見圖3)。由電耙道代替沿脈運輸巷、脈外漏斗代替砼漏斗，提高了巷道的掘進效率，降低了掘進費用、巷道維護費(支護等)及相關(guān)安全措施費用，不影響采場放礦能力。

(2) 通過架設(shè)人工間柱(見圖4)，減小了空區(qū)暴露面積，提高采場整體穩(wěn)定性和作業(yè)安全性，減少向上開采過程中留存部分廢石在采場作為人工間柱和大規(guī)模放礦時頂?shù)装迕奥湓斐傻牡V石貧化。同時，以人工間柱替換采場間柱，減少采場礦石損失。另外，增加了人工間柱數(shù)量的采場在回采結(jié)束后，采空區(qū)穩(wěn)定性更好，多層礦脈回采的安全性得到整體改善，底柱回收也容易很多。

圖3 淺孔留礦法電耙道底部出礦結(jié)構(gòu)橫剖圖

2.2 淺孔留礦法優(yōu)化改進方案

珊瑚黑鎢礦淺孔留礦法優(yōu)化改進方案是通過采用電耙道底部出礦結(jié)構(gòu)和增加人工間柱來應(yīng)對目前采場生產(chǎn)存在的一系列問題。因為人工間柱——廢石充填格上方需要采用削壁充填法進行開采，可以說該優(yōu)化改進方案是綜合了削壁充填法與淺孔留礦法工藝特點的一種采礦方法。

(1) 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)。采場沿礦體走向布置，采用穿脈運輸和電耙道底部結(jié)構(gòu)出礦方式。采場長100 m，高50 m，寬1.2 m。底柱2.5 m，不留頂柱和間柱。沿走向?qū)⒉蓤霭磩澐譃?個獨立的廢石充填格(即人工間柱，長度5～7 m)和礦石格(見圖4)。

(2)采準(zhǔn)切割。首先在采場中間掘進人行通風(fēng)井。然后在穿脈施工沿脈電耙道。最后，在礦石格下面的電耙道每隔5～7 m施工漏斗，經(jīng)擴漏形成拉底層。隨著開采進行，在采場兩端架設(shè)順路人行通風(fēng)井。

(3) 回采工藝?；夭晒ぷ鲝睦紫锏篱_始自下而上分層回采。在礦石格上的回采作業(yè)與珊瑚黑鎢礦淺孔留礦法一樣，此處不再贅述。

但在廢石格上的回采作業(yè)須采用削壁充填法回采工藝次序，設(shè)計為先采礦后削壁充填廢石格，形成人工間柱。由于圍巖的碎脹系數(shù)為1.5，所以采礦與削壁充填的寬度比例關(guān)系基本是1∶2。為減少礦石損失，在處理的松石和平整好的廢石充填體上鋪上彩條布，然后把長1.5～2.0 m的膠墊鋪設(shè)在上面，要求膠墊之間有20 cm以上的搭接，必要時根據(jù)落礦時炮眼方向輔設(shè)過梁膠墊。落在廢石充填格上部的礦石人工運搬至兩側(cè)礦石格，均通過下部的放礦漏斗放出。每次落礦后，通過下部的漏斗放出部分礦石，其余礦石暫時留在采場內(nèi)，以保證作業(yè)面有2 m高的作業(yè)空間，待采場最上一分層落礦完成后大量出礦。

圖4 淺孔留礦法優(yōu)化改進方案

(4) 地壓控制。2.5 m厚底柱和4條人工間柱配合以控制地壓。

(5) 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。采場生產(chǎn)能力為60 t/d；損失率為10%；貧化率為40%。

2.3 淺孔留礦法優(yōu)化改進前后技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)對比

珊瑚黑鎢礦淺孔留礦法優(yōu)化改進前后主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)對比見表1。

表1 珊瑚黑鎢礦淺孔留礦法優(yōu)化前后技術(shù)經(jīng)濟及優(yōu)缺點

不難發(fā)現(xiàn)，經(jīng)優(yōu)化改進后的淺孔留礦法方案較現(xiàn)有方案在采切效率有較為明顯的提升，主要因為改用電耙出渣提升機械化水平，大大提高了作業(yè)效率，并降低了采切工程掘進費用。由于電耙道斷面尺寸小，放礦漏斗布置在脈外下盤，保護了底柱的完整性，底部出礦結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性好，降低了維護費用，僅在局部可采用噴砼處理即可滿足生產(chǎn)。另外，通過采用人工間柱替換采場間柱的方式，減少采場間柱礦石損失。同時，增加了數(shù)量的采場人工間柱提高采場整體穩(wěn)定性和作業(yè)安全性，減少向上開采過程中(留存在采場的廢石)和大規(guī)模放礦時頂?shù)装迕奥湓斐傻牡V石貧化。

3 結(jié) 論

淺孔留礦法在珊瑚黑鎢礦已推廣應(yīng)用多年，積累了豐富的經(jīng)驗，為礦山生產(chǎn)帶來不錯的效益，但是該方法在開采礦脈仍存在一些設(shè)計局限，需要進行優(yōu)化改進，以更好的服務(wù)礦山生產(chǎn)和發(fā)展。

通過對珊瑚黑鎢礦目前礦脈開采中存在的主要問題的細致分析，逐一找出相應(yīng)的應(yīng)對措施，對現(xiàn)有淺孔留礦法進行優(yōu)化改進，主要有以下兩方面：

(1) 對于采場底部放礦結(jié)構(gòu)掘進效率低下，底部結(jié)構(gòu)維護費用高等存在問題，設(shè)計用穿脈運輸電耙道底部出礦結(jié)構(gòu)代替沿脈運輸漏斗底部出礦結(jié)構(gòu)，掘進效率提升200%，巷道掘進費用降低約20%，巷道維護費降低70%，效果良好。

(2) 對于礦脈開采損失貧化大、采場整體穩(wěn)定性和作業(yè)安全性差等存在問題，設(shè)計采用“人工間柱”替代采場預(yù)留的間柱，減少采場礦石損失。同時，增加采場“人工間柱”數(shù)量，減少向上開采過程中(留存部分廢石在采場作為“人工間柱”)和大規(guī)模放礦時頂?shù)装迕奥湓斐傻牡V石貧化。另外，數(shù)量較多的“人工間柱”采空區(qū)穩(wěn)定提供了保障，后期采空區(qū)處理也較為方便，多層礦脈回采也安全性得到整體改善。

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2014-08-13)

黃家賢(1963-)，男，廣西玉林人，采礦工程師，本科，主要從事礦山生產(chǎn)管理工作,Email:zhangbao850812@126.com。