黃人春，王文麗

(1.云南楚雄礦冶有限公司， 云南 楚雄市 675000；2.中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院， 云南 昆明 650051)

九頂山銅鉬礦礦床開采方式探討

黃人春1，王文麗2

(1.云南楚雄礦冶有限公司， 云南 楚雄市 675000；2.中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院， 云南 昆明 650051)

九頂山銅鉬礦經(jīng)多年地下開采，發(fā)現(xiàn)礦體總體規(guī)模小、產(chǎn)狀復(fù)雜，但簇擁形成礦體群，開采時遇到巷道支護難度大、安全隱患多、采礦成本高等難題，嚴(yán)重影響了礦山的經(jīng)濟效益?；谏鲜鲭y題，調(diào)查分析該礦床的開采技術(shù)條件，針對整個礦群厚度大、埋藏淺，提出采用露天開采，確定露天采場邊坡參數(shù)及境界范圍，最后對比分析露天、地下兩種開采方式的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)，得出露天開采更為合理的結(jié)論。

長壁式崩落法；地下開采；露天開采；邊坡；采場境界

礦床開采方式的選擇是否合理，直接關(guān)系到礦山生產(chǎn)的安全性、經(jīng)濟效益、資源利用率等[1￣2]。開采方式的選擇，需綜合考慮安全性、技術(shù)可行性、投資成本等各方面因素[3￣4]，同時礦巖的物理力學(xué)性質(zhì)也是必須考慮的因素，尤其是礦巖的力學(xué)性質(zhì)[5￣7]。針對不同開采技術(shù)條件的礦山，礦山的開采方式可能存在差異，如裕新多金屬礦[8]、?？囝^鉛鋅礦[9]、姑山鐵礦[10]等采用露天開采方式進行開采，而新塘銅礦[11]、雷家寨銅多金屬礦[12]、瓦廠鐵銅礦[13]等采用地下開采的方式進行開采。九頂山銅鉬礦礦體規(guī)模小，但簇擁成礦體群，礦山原采用地下崩落法進行開采，結(jié)果造成經(jīng)濟效益差、資源利用率低、安全隱患大等問題。目前，礦山需重新探討礦床的開采方式，選擇合理的采礦方式，以便解決礦山生產(chǎn)中遇到的各類難題，同時為其它類似礦山的開采方式選擇提供參考依據(jù)。

1 開采技術(shù)條件

1.1 礦山開采現(xiàn)狀

九頂山銅鉬礦位于云南省西北部，于2008年建成投產(chǎn)，但是，后來由于銅、鉬價格低迷，采礦方式不合理等原因造成采礦成本偏高，導(dǎo)致礦山于2013年臨時停產(chǎn)。礦山原開采方式為地下開采，選用長壁式崩落采礦法進行自上而下分中段開采(見圖1)，曾出礦的中段為2670，2640，2612，2570，2540，2480 m中段。

圖1 長壁式崩落采礦法采場結(jié)構(gòu)參數(shù)及采切工程

1.2 礦體特征

礦區(qū)礦體主要賦存在花崗斑巖及接觸變質(zhì)巖巖層中，銅礦體、鉬礦體交替出現(xiàn)，形成礦體群。礦群走向北偏東80°，傾向南偏東10°，傾角30°左右，走向長約700 m，寬約50～200 m。礦群中貧礦體、富礦體交叉出現(xiàn)，產(chǎn)狀基本一致，總體規(guī)模較小，大多呈透鏡狀沿層產(chǎn)出，存在復(fù)合及分支現(xiàn)象。礦體厚度極值為0.83～43.32 m，銅礦體平均品位為0.29%～0.62%，伴生鉬平均品位為0.026%～0.045%；鉬礦體平均品位為0.15%～0.20%，伴生銅平均品位為0.036%～0.093%。礦體特征詳見圖2。

圖2 九頂山銅鉬礦礦體特征(13#勘探線)

1.3 水文及工程地質(zhì)條件

(1) 水文地質(zhì)條件：礦區(qū)含水層主要為花崗斑巖弱裂隙含水層及接觸變質(zhì)帶的角巖裂隙含水層。由于高嶺土化、綠泥石化使花崗斑巖變?yōu)檐浻膊痪鶆虻膸r石，特別是含礦地段風(fēng)化破碎更為顯著，含有微弱潛水；同時接觸帶裂隙發(fā)育，且多為張性裂隙，裂隙率為1%～4%，巖性堅硬破碎，富水強。總體上水位在地表以下5～67 m，含水層厚度160～310 m，對地下開采產(chǎn)生一定影響，如采用露天開采則影響較小。

(2) 工程地質(zhì)條件：礦區(qū)含礦地質(zhì)巖組主要為塊狀巖類軟弱～堅硬工程地質(zhì)巖組及塊狀巖類較軟弱～堅硬工程地質(zhì)巖組，如花崗斑巖為中至粗?；◢彴郀罱Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，且?guī)r體內(nèi)裂隙發(fā)育，一般裂隙密度為22條/m，巖石干抗壓強度為8.52～13.32 MPa，濕抗壓強度為6.88～9.40 MPa；接觸變質(zhì)角巖，致密堅硬，塊狀構(gòu)造，裂隙較發(fā)育，一般裂隙密度為9條/m，巖石干抗壓強度為15.60～22.80 MPa，濕抗壓強度為10.95～21.20 MPa。

2 礦床開采存在問題

九頂山銅鉬礦原采用地下開采，采礦方法為長壁式崩落采礦法，根據(jù)礦山多年的生產(chǎn)經(jīng)驗，可總結(jié)出礦山開采過程中遇到的主要難題如下：

(1) 礦區(qū)多條礦體形成礦體群，且貧富礦體交叉出現(xiàn)，地下開采時，采切巷道的布置難度大，且由于礦區(qū)工程地質(zhì)條件較差，圍巖穩(wěn)定性控制也是一大難題。

(2) 采用崩落法進行開采時，雖然大部分采空區(qū)頂板可以實現(xiàn)自然崩落，但仍會出現(xiàn)局部采空區(qū)頂板不能自然垮塌的現(xiàn)象，給礦山開采造成嚴(yán)重的安全隱患。

(3) 由于近幾年銅鉬價格的低迷，同時地下開采成本較高，嚴(yán)重影響了礦山的經(jīng)濟效益，甚至出現(xiàn)虧損。另外，局部礦體品位低、儲量少，礦山開采時作為廢礦處理，造成了嚴(yán)重的資源浪費。

3 礦床開采技術(shù)研究

3.1 開采方式選擇

礦山開采方式的選擇是否合理，直接影響礦山經(jīng)濟效益及資源的利用率，九頂山銅鉬礦的開采方式選擇可從以下幾個方面進行考慮：

(1) 礦體賦存條件：礦山礦體埋深較淺，且大部分礦體出露于地表；

(2) 礦體產(chǎn)狀及厚度：礦山礦體傾角30°左右，雖然大部分礦體厚度較小，但礦區(qū)內(nèi)礦體數(shù)量較多，形成一定規(guī)模的礦體群，礦體群的厚度較大，最厚處高達200 m；

(3) 采礦安全性：礦山原采用地下開采，由于圍巖穩(wěn)定性難以控制，常出現(xiàn)巷道坍塌等事故，人員、設(shè)備的安全性難以保證，露天開采時便可有效解決這一難點，大大提高礦山開采的安全度；

(4) 經(jīng)濟效益：礦區(qū)巖層穩(wěn)定性較差，采用地下開采時，須采用崩落法或充填法，投資成本較高，礦體開采成本及難度也較大，從而導(dǎo)致礦山的經(jīng)濟效益較差。

綜上所述，九頂山銅鉬礦更適合采用露天開采，故最終推薦礦山變更原開采方式，選擇露天開采的方式進行開采。

3.2 采場邊坡參數(shù)確定

影響露天采場邊坡穩(wěn)定性的因素眾多，故設(shè)計邊坡參數(shù)時，需綜合考慮各種因素，同時結(jié)合其它類似礦山邊坡參數(shù)選取的經(jīng)驗。巖石的物理力學(xué)性質(zhì)及礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造，直接影響臺階高度、臺階坡面角的設(shè)定，如巖石的硬度、內(nèi)摩擦角，巖層中存在的破碎帶、斷層、節(jié)理等都是必須考慮的因素。礦區(qū)地下水賦存情況、地表水的排泄條件以及露天邊坡保存的時間等因素也是采場邊坡參數(shù)選取時需考慮的因素?？傊?，九頂山銅鉬礦露天采場邊坡參數(shù)的確定，需依據(jù)礦區(qū)的水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)條件以及巖層的物理力學(xué)性質(zhì)，同時考慮礦山現(xiàn)有設(shè)備的情況，最終確定的采場邊坡參數(shù)見表1。

表1 采場邊坡參數(shù)

3.3 露天開采境界

露天開采境界的圈定結(jié)果，直接影響礦山今后的經(jīng)濟效益及資源的利用率，選擇露天開采境界圈定的方案必須遵循以下幾點原則：

(1) 境界圈定的結(jié)構(gòu)參數(shù)有利于最終邊坡的穩(wěn)定；

(2) 境界圈定參數(shù)與生產(chǎn)規(guī)模、礦巖物理力學(xué)性質(zhì)、采掘設(shè)備技術(shù)性能相適應(yīng)。邊坡參數(shù)、剝采比控制在合理的安全范圍內(nèi)，盡可能擴大露天開采境界以便多采出礦石，充分發(fā)揮露天開采的優(yōu)越性；

(3) 在露天境界圈定時以不超出劃定的礦區(qū)范圍為原則；

(4) 境界剝采、生產(chǎn)剝采比、平均剝采比都應(yīng)小于經(jīng)濟合理剝采比。

基于上述原則，結(jié)合九頂山銅鉬礦的實際情況，圈定露天開采的境界，由于圈定后礦山采場為山坡露天采場，故排水及運輸系統(tǒng)較好，綜合考慮各種因素，最后圈定的境界采場頂部標(biāo)高為2870 m，底部標(biāo)高2570 m，露天采場終了境界頂部尺寸(長×寬)658.64 m × 553.86 m，露天采場終了境界底部尺寸(長×寬)290.12 m × 130.49 m，最終邊坡角42°～44°，最終臺階高度20 m，預(yù)測開采后的采場現(xiàn)狀見圖3。

圖3 九頂山銅鉬礦露天開采預(yù)測境界

3.4 開采技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

九頂山銅鉬礦于2008年建成投產(chǎn)，至2013年采用地下開采方式進行開采。由于礦石價格低、采礦成本偏高等多種因素的影響，礦山一直處于虧損狀態(tài)。經(jīng)2013年停產(chǎn)整頓，礦山將原開采方式變更為露天開采，經(jīng)過最近幾年的生產(chǎn)總結(jié)，目前礦山經(jīng)濟效益有所提高，逐步實現(xiàn)扭虧為盈的目標(biāo)，主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)對比見表2。

由表2可得，露天開采時的采礦損失率、貧化率都低于地下開采，資源利用率高出地下開采十幾個百分點，從資源利用率方面考慮，露天開采的方式更適合九頂山銅鉬礦。從采礦成本進行分析，露天開采時的采礦成本和剝離成本之和遠小于地下開采時的采礦成本，節(jié)約了礦山的生產(chǎn)投入。分析兩種采礦方式的運輸費、電費及水費等，露天開采時由于要運輸大量廢石，其運輸費用遠高于地下開采，但其它方面的費用均小于地下開采。綜合考慮兩種采礦方式的開采技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，對于九頂山銅鉬礦礦區(qū)礦群的開采，露天開采方式的總體經(jīng)濟指標(biāo)優(yōu)于地下開采方式，故可得出露天開采更適合類似于九頂山銅鉬礦開采技術(shù)條件的礦山。

4 結(jié) 論

(1) 研究分析了九頂山銅鉬礦礦床開采的技術(shù)條件，得出礦體規(guī)模小、產(chǎn)狀復(fù)雜、簇擁成礦體群，礦山水文地質(zhì)條件簡單，礦巖穩(wěn)定性較差的結(jié)論。

(2) 總結(jié)了礦山開采時遇到的難題，即地下開采時巷道穩(wěn)定性控制難度大；采空區(qū)頂板局部無法自然崩落，安全隱患大；同時采礦成本高，造成礦山經(jīng)濟效益差。

(3) 針對礦山開采技術(shù)條件及采礦難題，提出采用露天開采的方式進行開采，確定露天采場的邊坡參數(shù)及境界范圍，同時通過技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)對比分析，證明露天開采比地下開采更適合于九頂山銅鉬礦礦床的開采。

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2016￣10￣21)

黃人春(1968-)，男，江西大余縣人，工程師，主要從事礦山企業(yè)從事采礦技術(shù)管理的工作，Email：495504088@qq.com。