高世坤

(陜西太白黃金礦業(yè)有限責任公司，　陜西 寶雞市　721000)

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崩落采礦法殘留大塊礦石回收工藝研究與實踐

高世坤

(陜西太白黃金礦業(yè)有限責任公司，陜西 寶雞市721000)

隨著崩落法開采標高的不斷下降，放礦中大塊逐漸積累增多，礦石損失和貧化增大。為解決該問題，根據(jù)崩落采礦法的基礎理論，結(jié)合太白公司實際情況，確定了放礦截止品位，并分析了影響生產(chǎn)的主要因素，提出了底柱及殘留大塊礦石回收工藝改造方案?，F(xiàn)場應用結(jié)果表明，改造后的出礦結(jié)構(gòu)每天出礦量為600 t左右，金的平均品位在0.8 g/t以上，取得了良好的效果。

崩落法；大塊礦石；回采工藝；工業(yè)試驗

0　引　言

陜西太白黃金礦業(yè)有限責任公司的主要礦體是KT8礦體，開采利用雙王金礦床。經(jīng)過二十多年的開采，該礦山目前主要集中在1100中段和1150中段開采，隨著開采標高的持續(xù)下降，上部覆巖越來越厚，在放礦過程中大塊逐漸積累增多，不同粒級的礦巖相混，大塊礦石的下降較慢，礦石損失、貧化現(xiàn)象嚴峻；同時大塊的爆破處理不僅耽擱出礦時間，而且存在安全風險，直接影響生產(chǎn)供礦；甚至長時間大塊處理會導致耙道破損無法出礦。筆者首先對覆巖下放礦存在問題進行研究，分析大塊產(chǎn)生的原因和形成機制，確定了影響生產(chǎn)的主要因素。然后對放礦規(guī)律進行研究探討，提出底柱及殘留大塊礦石回收工藝改造方案。最后將改造工藝用于生產(chǎn)試驗，取得了良好的效果。

1　崩落法采礦基礎理論

1.1崩落法放礦規(guī)律

崩落礦巖在采場中頻繁地受到爆破擠壓、沖擊，移動過程的相互碰撞，形成大量粉巖和小塊；由于爆破參數(shù)選取的不同，鑿巖和爆破效果的差異，造成礦巖破碎不均勻，形成一定量大塊。

在端部放礦時，這些崩落礦巖散體顆粒將隨放礦口散體的放出而不斷下移，其運動速度主要與塊度大小及粒級配比和在運動場(松動體)內(nèi)的相對位置有關。

散體顆粒間存在著許多空隙，大顆粒之間可能形成大的空隙或中等程度大小的空隙，而小顆粒之間可能形成小的空隙，大的顆粒和小的顆粒之間可能形成中等程度大小的空隙。小顆粒就可能穿過大顆粒形成的大空隙或中等程度大小的空隙，細小顆粒可以穿過小顆粒形成的空隙，粉狀物顆粒則可以穿過幾乎所有的顆粒間形成的空隙。非均勻散體顆粒具有多種運動特性，如圖1所示，在自重作用下，非均勻散體顆粒具有不同的運動特征。

在放礦過程中巖石顆粒的分布將反生變化，距放礦口較遠的地方，小塊度顆粒少，大塊度顆粒多；隨著離放礦口距離的接近，小塊度顆粒比例增加，大塊度顆粒比例減少。在放礦口附近，產(chǎn)生了大量粉狀巖石的堆積。

根據(jù)隨機介質(zhì)放礦理論，可建立放礦口影響范圍內(nèi)的崩落礦巖移動規(guī)律方程[7]：

顆粒移動跡線方程：

(1)

放出漏斗方程：

(2)

達孔量相等的點構(gòu)成放出體的外表面，據(jù)此可得出放出體方程：

(3)

式中，Vx，Vy，Vz為散體顆粒沿x，y，z方向下降速度；P(x,y,z)為散體移動概率密度；Qf為放出漏斗體積。

由式(1)～式(3)確定的顆粒移動跡線、放出漏斗和放出體形態(tài)見圖2。

廢石漏斗的軸線與放出體長軸一致，其上口邊界與松動體的邊界重合。在整個放礦過程中，廢石漏斗的變化過程如圖3所示。

圖1非勻質(zhì)散體顆粒的幾何狀態(tài)運動

圖2　放出體、放出漏斗與顆粒移動跡線形態(tài)

圖3　廢石漏斗的變化過程

1.2放礦截止品位的確定

放礦截止品位可按總盈利最大原則確定，太白公司為采選聯(lián)合企業(yè)，最終產(chǎn)品為合質(zhì)金，計算見式(4)：

(4)

式中，Cc、Cj、Cw分別為礦石品位，精礦品位和尾礦品位，g/t；Ak為每噸采出礦石的放礦、運輸、提升和選礦等項費用，元/t；As為從礦山到選廠的運輸成本，元/t；Ax為每噸礦石的選礦成本，元/t；Mz為每噸采出礦石中硫、銀等副產(chǎn)品的純收入，元/t；Lu為每克金銷售收入。

根據(jù)公式，最后得出最佳放礦截至品位為0.6 g/t。

2　影響開采的主要因素

太白公司在8#及9#礦體16線以東，1150中段以上采用的是有底柱階段崩落法采礦，上部均與地表崩透，下部均是在覆蓋巖下出礦，該地段礦體厚大、品位較低，采用該方法鑿巖施工較為安全，采礦效率較高。然而，在應用該方法回采過程中出現(xiàn)了一些問題，如大塊率高、損失貧化大、耙道破壞嚴重等。

2.1覆巖下放礦塊度變化

在8#及9#礦體16線以東，1150中段以上采用有底柱階段崩落法采礦，布孔方式均為扇形布孔，扇形布孔的特點是炸藥分布不均，經(jīng)常出現(xiàn)靠近鑿巖巷道部位的礦石爆破效果好，孔底部位的礦石爆破效果差等現(xiàn)象。另外，由于礦巖巖性不同，爆破崩落下來的松散礦巖的尺寸不同、形狀各異，一般塊度較大，且分布極不均勻，礦巖在幾何形狀上也存在較大差異，造成礦巖礦體之間存在空隙，使上部覆蓋巖中的小粒徑廢石混入，導致覆蓋巖中殘留較多的礦石[8￣9]。

根據(jù)橢球體理論，當用電耙道出礦時，斗穿滑落的顆粒占據(jù)的原來位置便成了空位，其上部的顆粒借重力作用下移遞補，這些下移顆粒形成的新空位，又由再上層的顆粒下移遞補，以此類推，就形成了散落礦石的流動。在顆粒的遞補空位過程中，小塊受到的牽制較小，如果有空隙，就可能優(yōu)先下移，使大塊滯后運動，這樣就會造成耙道耙出的是礦巖混合體，而礦房中殘留較多的大塊礦石，降低了礦石回收效率。形成礦石塊度較大主要有以下幾方面的原因：

(1) 地質(zhì)條件較為復雜，部分地段斷層較為發(fā)育，致使部分礦塊還未進行爆破落礦，采切巷道已塌方，一些地段未能按照設計意圖落礦，產(chǎn)生較多的大塊。這點在公司8#礦體1150中段34-36線較為明顯，本地段由于受到34線大斷層的影響，致使礦塊采準工程的施工過程中，穿過斷層的巷道巖石較為破碎，巷道“內(nèi)鼓”現(xiàn)象較為明顯，并在下部拉底過程中出現(xiàn)巷道下陷的現(xiàn)象，部分地段出現(xiàn)較大面積的塌方，形成的大塊無法回收，同時，還影響了礦石的回收。

(2) 設計參數(shù)選取不合理，致使大塊率較高。對于有底柱階段崩落法設計參數(shù)的選取是極為關鍵的，在設計參數(shù)的選取過程中要充分考慮設計地段的地質(zhì)構(gòu)造、巖石硬度等情況，若在炮孔設計中的排距、孔底距選取過大，就會導致擠壓不充分、二次破碎不理想、大塊率高等問題出現(xiàn)。

(3) 施工管理不到位，工程誤差較大，導致礦塊大塊較多。一個礦塊礦石的回收，從采準工程到爆破落礦，每一個環(huán)節(jié)都必須嚴格按照工程質(zhì)量要求施工，若其中一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會導致落礦效果不理想，大塊率偏高等問題。

2.2覆巖下放礦損失、貧化狀況

在覆蓋巖下放礦，由于廢石的混入，礦石品位下降，產(chǎn)生了貧化，停止放礦后留下的礦石與覆蓋巖混雜，一部分可能在下分段以礦巖混雜形式放出，另一部分則永久留在采場作為永久損失。對于崩落法放礦，礦石與廢石接觸面多，崩落礦石及覆蓋巖受端壁約束和爆破擠壓程度的影響，放出體形態(tài)變化較大，損失貧化較難控制。

對于1150中段東部已采礦房，均采用的是崩落法采礦、覆蓋巖下放礦、電耙出礦的模式，在礦房出礦過程中發(fā)現(xiàn)以下問題：

(1) 部分電耙道損壞，導致較多礦石無法正常出礦而造成礦石損失。電耙道損壞主要是利用崩落法采礦后，上部壓力全部集中在底部結(jié)構(gòu)上，部分地段地質(zhì)構(gòu)造較為復雜、大塊率過高，頻繁的改炮，使礦塊爆破后還未進行大規(guī)模出礦，電耙道就已經(jīng)不能使用，部分礦石雖可放置下一中段進行回收，但結(jié)合實際，8#、9#礦體屬于上富下貧、上寬下窄，若在下部回收必然會導致部分礦石的損失。

(2) 在采用崩落法回采的礦房進行出礦時，出礦品位遠低于地質(zhì)品位，礦石的貧化率高達40%～50%，導致礦塊貧化率上升的主要原因是礦房中大塊率過高。由于井下斗穿放礦是一個散體顆粒地步空位的過程，一般情況下，小塊受到的牽制較小，若有空隙，小塊就有可能優(yōu)先下移，使大塊滯后運動。而井下崩落區(qū)下部是在覆蓋巖下放礦，上部廢石塊度較小，在近放礦口部位的廢石漏斗邊部，礦巖塊體在下移過程中發(fā)生明顯混雜，從而導致出礦品位下降明顯。

(3) 部分電耙道雖未毀壞，但礦房的出礦量遠低于地質(zhì)礦量。在出礦過程中，由于部分斗穿口存在的大塊塊度太大，并在斗穿口上部架空，堵塞斗穿的出礦，利用改炮的方式處理，存在技術難度和安全風險，導致部分出礦斗不能按照設計出礦，降低了礦塊的出礦量。

2.3覆巖下放礦安全狀況

(1) 井下出礦結(jié)構(gòu)利用電耙道進行出礦，主要經(jīng)歷3個過程，首先是無貧化放礦階段，即為均勻放礦階段；其次是低貧化放礦階段；再次是截止品位放礦階段。斗穿放礦是通過利用電耙破壞各斗穿口巖石的自然安息角，從而導致上部巖石持續(xù)下滑，形成新的安息角。然而，無論在哪個放礦階段都會存在封堵斗穿的現(xiàn)象，在封斗過程中由于巖石之間存在縫隙，存在巖石突然滑落的可能，使封斗過程存在較大的安全風險。

(2) 由于礦房中存在較多大塊，在出礦過程中經(jīng)常出現(xiàn)大塊堵斗的問題，需要經(jīng)常進行炸斗、“改塊”作業(yè)。在這個過程中，由于要經(jīng)常進行穿斗作業(yè)，存在極大的安全風險。

3　底柱及殘留大塊礦石回收工藝改造方案

經(jīng)過對覆蓋巖下放礦存在問題進行分析，礦房中殘存著較多的大塊礦石，如何對這些殘存的大塊礦石以及破損的耙道進行回收是難點。將原電耙出礦—底部結(jié)構(gòu)待下中段回收模式，改為覆蓋巖下端部放礦模式，放礦過程由原來的三階段放礦，改為端部逐次出礦，待每次放礦達到截止品位后再進行下一循環(huán)放礦[10￣11]。

3.1底部結(jié)構(gòu)改造

為了降低礦塊的損失率和貧化率，縮短大塊的滑落距離，同時減少出礦作業(yè)過程中，人員穿斗的次數(shù)，經(jīng)研究，決定對底部出礦結(jié)構(gòu)進行改造。

打破原來中段觀念的束縛，以原有底部結(jié)構(gòu)為基礎，將底部結(jié)構(gòu)下降8 m。一是盡可能較少大塊的滑落距離。二是根據(jù)不同的地質(zhì)巖石條件，保留的礦柱要能支撐上部覆蓋巖的壓力，以保證出礦過程中人員和設備安全。

為了保證回采效果，在礦塊的端部重新拉槽，以形成擠壓爆破空間。為了保證爆破效果，在條件允許的情況下，端部利用淺孔溜礦法拉槽，以形成較為整齊的初始爆破面，為后續(xù)爆破創(chuàng)造良好的條件。

3.2落礦工藝優(yōu)化

根據(jù)有底柱階段崩落法在采礦過程中存在的大塊率高、出礦困難等問題，在工藝改造過程中，對落礦工藝進行了調(diào)整。

(1) 優(yōu)化深孔布置參數(shù)，降低大塊率。將原來只能施工65 mm孔徑的YG-90型深孔鑿巖鉆機，更換為可施工90 mm孔徑的KQJ-100B型潛孔鉆機，施工上向扇形深孔或水平扇形深孔，以增加深孔的每米裝藥量。在深孔布置方面，根據(jù)不同巖石性質(zhì)，實時調(diào)整深孔布置的孔底距和排距，孔底距由原來的2.8～3.0 m，調(diào)整為2.2～2.5 m；排距由原來的1.8～2.0 m，調(diào)整為1.4～1.6 m。

(2) 調(diào)整爆破參數(shù)，控制礦石粒度。礦柱在爆破時，采用側(cè)向擠壓爆破，端部已淺采的拉槽空間為自由面，逐排擠壓爆破。為了保證礦石能充分回收，每次爆破只裝藥一至兩排，爆破后，待出礦完全后可再進行下次爆破作業(yè)，后續(xù)爆破是向前次爆破后的松散巖石擠壓爆破。爆破環(huán)節(jié)上，在裝藥方式上，對起爆藥包的位置、堵塞方式和爆破步距進行了調(diào)整。起爆藥包依然放在孔口，但在裝入起爆藥包后必須再跟入1～2節(jié)(30～60 mm)管狀炸藥，以增強起爆威力；在孔口堵塞時，必須保證用炮泥堵塞30 mm以上，并用木楔將其塞緊，以充分發(fā)揮爆破時氣體膨脹能的破巖作用；由于是在端部出礦，為了保證每個循環(huán)的出礦效果，盡可能多的回收資源，每個循環(huán)的爆破步距控制在2～4 m，每排爆破裝藥量為600～800 kg，崩礦量500～700 t。

(3) 強抓施工質(zhì)量，保證落礦效果。在深孔鑿巖時，必須嚴格按照設計要求控制炮孔的方位、角度和孔深，以求達到最優(yōu)的施工效果。在爆破裝藥過程中，要把控好裝藥密度，安置好起爆藥包，做好孔口堵塞，搭接好孔口起爆網(wǎng)絡。

3.3出礦方式調(diào)整

將底部結(jié)構(gòu)下調(diào)8 m后，采用電耙出礦已不能滿足生產(chǎn)要求，為了提高出礦效率，加大供礦量，將原電耙機出礦的方式轉(zhuǎn)換為鏟運機出礦，通過應用鏟運機的靈活性，可以減少設備的使用量，減少設備的維護費用。

根據(jù)巖石和上部礦體情況，每隔10～12 m布置出礦進路(規(guī)格為2.8 m×2.8 m)，以保證礦石能夠充分回收。工程布置過程中，在各個出礦點設置溜礦天井，可使鏟運機將所出礦石直接倒入溜礦井中，在下一中段直接裝入礦車，這樣可以大大提高處理效率。

3.4生產(chǎn)試驗

以1150中段20-18線1142水平出礦結(jié)構(gòu)為試驗對象。在出礦水平8 m以下水平(即1142水平)重新布置無軌出礦結(jié)構(gòu)，垂直礦體布置南北向鏟運機出礦進路，在礦體上盤靠近礦房一端布置切割槽。切割槽以淺孔留礦法進行拉槽。在上部礦塊出礦耙道和出礦進路中進行中深孔鑿巖，出礦進路施工完畢后，即可開始在出礦進路中施工上向扇形孔，逐排崩礦，后退式回收礦石。

根據(jù)實際生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，該地段每天出礦量為600 t左右，平均品位在0.8 g/t以上，截至2016年6月底，共計出礦6.3萬t(見表1)。

表1　各進路不同品位出礦量統(tǒng)計

從表1可以看出：

(1) 隨著崩礦次數(shù)的增加，放礦端面逐漸南移，向上部礦房中部靠近，各條進路中大塊占出礦量的比例在逐漸增加，到達50%左右；

(2) 隨著出礦品位的降低，大塊的回收率逐漸增加，延長貧化放礦時間可以提高大塊的回收率；

(3) 在所出礦石中，0.8～1 g/t的礦石占到出礦總量的40%左右，可見所采取的放礦管理措施在一定程度上降低了貧化，延緩了出礦整體貧化速度，延長了放礦時間，提高了大塊的回收率。

4　結(jié)　論

(1) 崩落法采礦崩落的礦巖非均勻散體，在放礦時，這些崩落礦巖散體顆粒下移速度受到兩個方面的影響：一是與其塊度大小和粒級配比有關；二是與其在運動場(松動體)內(nèi)的相對位置有關。小顆粒的礦巖運動速度較快；放礦口中心礦巖運動速度較快，因此，連續(xù)階段崩落采礦后，上部覆巖中的細粒廢石將不斷混入，造成貧化和損失。

(2) 依據(jù)礦巖運動規(guī)律和生產(chǎn)實踐，提出了針對大塊治理的工藝技術改造方案。此方案減少了各級粒度礦石下降距離，減少了相混時間；同時終止了上部礦房大塊的下移到下部礦房，終止了細粒廢石進一步混入到下部礦房，進而降低大塊疊加，減少廢石混入，理論上符合科學原理。

(3) 生產(chǎn)實踐表明：小顆粒廢石混入減少了50%，降低了貧化速率，降低了貧化；探索最佳放礦截至品位為0.6 g/t，降低了損失；大塊二次破碎每天10次左右，次數(shù)減少，降低了安全風險；每循環(huán)的崩礦步距以2排為佳，相鄰的2條進路同時出礦，日出礦量可以達到600 t，出礦效率明顯提高，提高了生產(chǎn)效益。

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2016￣06￣20)

高世坤(1984-)，男，甘肅白銀人，采礦工程師，主要從事巖金地下礦山采礦技術研究及管理工作，Email：578597310@qq.com。