賈 珍，原少潔

(棲霞市金興礦業(yè)有限公司，山東 煙臺(tái) 265300)

0 引 言

礦產(chǎn)資源是在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有舉足輕重的地位，隨著淺層地表資源的枯竭，目前國(guó)內(nèi)大部分礦山已逐步轉(zhuǎn)向地下深部開(kāi)拓延深，有的深度已超千米[1]。此外，礦體賦存環(huán)境千差萬(wàn)別，采礦方法分為空?qǐng)龇?、崩落法、充填法三大?lèi)，且各類(lèi)采礦方法各有其缺點(diǎn)和自身的最佳適用條件，一井之內(nèi)也有適當(dāng)調(diào)整，采礦方法選擇的正確與否，是決定一個(gè)礦山企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效果好壞的重要因素之一[2-3]。

某礦7#礦體埋藏深度大，圍巖穩(wěn)固性差，以往采用上向干式充填采礦法，采空區(qū)頂板圍巖冒落嚴(yán)重，危及設(shè)備和人員安全，存在較大的安全隱患。該礦開(kāi)采轉(zhuǎn)為深部后，7#礦體厚度增大，圍巖裂隙發(fā)育，礦山壓力作用變強(qiáng)，繼續(xù)使用上部的干式充填方法，出現(xiàn)了礦石貧化損失大、頂板控制比較困難、效率低、作業(yè)環(huán)境差等缺點(diǎn)。鑒于以上問(wèn)題，該礦-350 m以下水平采用低貧損分段崩落法，來(lái)替代-350 m以上水平采用的上向干式充填采礦法，以改善上向干式充填采礦法在該礦深部開(kāi)采中存在的缺陷，因此，加強(qiáng)該礦7#礦體采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化技術(shù)研究具有重要意義[4]。

1 工程概況

該礦的7#礦體屬中溫?zé)嵋浩扑閹g變巖型金礦床，礦體位于招平斷裂帶中段，主要產(chǎn)于斷裂帶的黃鐵絹英巖化碎裂巖，平均水平厚度13.25 m，傾角50°，平均品位6.70 g/t，礦體總體產(chǎn)狀穩(wěn)定，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。礦石類(lèi)型為含金黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖，物質(zhì)成份和礦石類(lèi)型簡(jiǎn)單，屬于低硫低品位礦石，可選性能良好，7#礦體頂?shù)装鍑鷰r均為黃鐵絹英巖化碎裂巖、蝕變閃長(zhǎng)玢巖，礦體與頂?shù)装鍑鷰r無(wú)明顯地質(zhì)界線。

2 采礦方法選擇

2.1 現(xiàn)有采礦方法存在的問(wèn)題

該礦自投產(chǎn)以來(lái)，一直沿用水平分層干式上向充填采礦法，三期工程(-270 m中段以下)也沿用水平分層上向干式充填采礦方法。但是深部礦體厚度較大，圍巖條件差，礦房冒頂現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，支護(hù)成本和支護(hù)工作量大大增加，使得安全生產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅；留設(shè)的支撐礦柱增大了礦石損失，當(dāng)?shù)V體厚度超過(guò)7 m時(shí)，采場(chǎng)留設(shè)的頂柱和保安礦柱礦量損失高達(dá)15%～27%，且隨著礦體厚度的增大而增大；充填工藝復(fù)雜，綜合成本較高。可見(jiàn)干式充填法在該礦深部已經(jīng)不再適用[5]。

7#礦體淺部使用的水平分層上向干式充填采礦法，采場(chǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其具體工藝流程為，沿走向布置采場(chǎng)，采場(chǎng)尺寸為長(zhǎng)28 m，垂高約40 m。

圖1 干式充填法采場(chǎng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Sketch map of stope structure with dry filling method

2.2 采礦方法選擇

1) 空?qǐng)龇?。該礦礦體上盤(pán)有一厚層泥巖，不穩(wěn)固，節(jié)理裂隙發(fā)育，易垮落；礦區(qū)淺部礦體采用充填法已經(jīng)回采，性質(zhì)不易把握。因此，空?qǐng)龇ú荒鼙涣腥牒蜻x范圍[6]。

2) 充填法。從工藝上說(shuō)，充填法是一種全能的采礦方法，具有回采率高，貧化低，采選綜合效益好，對(duì)地表不會(huì)構(gòu)成嚴(yán)重破壞等優(yōu)勢(shì)，但工藝相對(duì)復(fù)雜，回采成本中增加了充填成本，因此，原礦成本相對(duì)較高。且該礦長(zhǎng)期以來(lái)一直采用這種采礦方法，但隨著礦山選礦能力的科技進(jìn)步，礦區(qū)地表無(wú)農(nóng)田和重要民用設(shè)施，充填法對(duì)于深部厚大礦體的開(kāi)采已經(jīng)無(wú)明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

3) 崩落法。按照有無(wú)底柱分為“有底柱分段崩落法”和“無(wú)底柱分段崩落法”。有底柱分段崩落法具有比較實(shí)惠的優(yōu)點(diǎn)，如對(duì)礦巖無(wú)特殊要求，方法靈活，工藝簡(jiǎn)單，一步回采不留礦柱；回采率高、生產(chǎn)能力大、勞動(dòng)生產(chǎn)率高、裝備要求低等，比較適用于開(kāi)采礦石價(jià)值不高的礦石。無(wú)底柱分段崩落法和有底柱分層崩落法相反，具有回采率高，生產(chǎn)能力大，機(jī)械化程度高，采場(chǎng)運(yùn)搬效率高，采切工程量小，放礦技術(shù)要求高等特點(diǎn)。

該礦是貴金屬礦床，礦體頂板比較破碎，主要考慮到分段留礦崩落法的貧化，損失較小，經(jīng)濟(jì)效益好，分段無(wú)底柱分段崩落法比較適合該礦7#礦體的開(kāi)采條件和企業(yè)的裝備水平。但是分段崩落法也有自身無(wú)法克服的缺陷，因此必須采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，使之更好的適應(yīng)該礦深部7#礦體目前面臨的深部開(kāi)采難題，改進(jìn)后的無(wú)底柱分段崩落法，也可稱(chēng)之為“低貧損分段崩落法”。

3 低貧損分段崩落采場(chǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)7#礦體賦存深部狀態(tài)以及其圍巖力學(xué)特性，結(jié)合低貧損分段崩落法開(kāi)采工藝[7]，現(xiàn)場(chǎng)擬設(shè)計(jì)采用“頂板自然冒落、底板布置回收進(jìn)路”的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)(圖2)。為使分段礦石損失率、貧化率較低，需要進(jìn)一步優(yōu)化采場(chǎng)參數(shù)，即確定合理的分段高度H、崩礦步距L和進(jìn)路間距S[8]。

圖2 采場(chǎng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Stope structure diagram

3.1 分段高度的選擇

無(wú)底柱分段崩落采礦法的采準(zhǔn)系數(shù)和分段高度存在密切聯(lián)系，且采準(zhǔn)系數(shù)隨分段高度的增大而減小，同時(shí)采礦的效率愈高。根據(jù)該礦7#礦體厚賦存條件和已有采掘設(shè)備情況，應(yīng)選擇較大的分段高度，此時(shí)礦體垂直厚度(約20 m)在一定程度上制約著分段的高度。采場(chǎng)結(jié)構(gòu)采用圖2布置時(shí)，其第一分段(5～7 m)內(nèi)崩落的礦石在第三分段才能進(jìn)行充分回收，故分段高度選擇時(shí)至少需要布置三個(gè)分段才能滿足低損失率的要求。在確定分段高度時(shí)，需要考慮不少于三個(gè)分段回采的要求，因此，分段高度應(yīng)取6～7 m。

3.2 進(jìn)路間距的選擇

采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)中的進(jìn)路間距和分段高度是相互聯(lián)系相互制約的，在一定的分段高度情況下，合理的進(jìn)路間距有利于礦巖充分回收，選擇進(jìn)路間距時(shí)主要應(yīng)考慮放礦后脊部殘留礦石位于兩進(jìn)路中部(間距不宜過(guò)大)，且脊部殘留礦石峰點(diǎn)在下分段放礦時(shí)首先被放出(間距不宜過(guò)小)。這就要求我們選擇適宜礦體放出率大的進(jìn)路間距，可以根據(jù)放礦時(shí)礦石流動(dòng)分析方法選擇合理的進(jìn)路間距。

放礦時(shí)為了控制出礦品位，降低貧化率，往往兩個(gè)進(jìn)路之間的礦石會(huì)有較大脊部殘留，如圖3所示，菱形布置進(jìn)路的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)中下分段的進(jìn)路應(yīng)能夠充分回收上分段兩進(jìn)路間的脊部殘留，且不能對(duì)上分段相鄰的脊部殘留造成較大擾動(dòng)，這也是布置進(jìn)路放礦時(shí)有效流動(dòng)帶的邊界。

根據(jù)散體流動(dòng)規(guī)律，可得出散體有效流動(dòng)寬度R和進(jìn)路間距S的計(jì)算式，見(jiàn)式(1)和式(2)。

(1)

(2)

式中：R為散體流動(dòng)帶寬度；μ為系數(shù)(和放礦方式有關(guān))；b為進(jìn)路寬度；α、β為進(jìn)路垂直方向散體流動(dòng)參數(shù)值；H為分段高度。

采用無(wú)貧化放礦方式時(shí)，μ≈0；當(dāng)采用截止品位放礦方式時(shí)，μ≈0.75；采用低貧化法放礦方式時(shí)，μ≈0.1～0.6。進(jìn)路寬度取2.5 m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可得此時(shí)端部放礦時(shí)的散體流動(dòng)參數(shù)為：α=1.5940，β=0.1266。

將上述參數(shù)帶入式(2)可得式(3)。

1.26(60.797～70.797)+2.5μ

(3)

分段高度H分別取6 m和7 m時(shí)，不同放礦方式下進(jìn)路間距計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

圖3 進(jìn)路間距選擇示意圖Fig.3 Schematic diagram of route spacing selection

表1 不同放礦方式條件下進(jìn)路間距計(jì)算結(jié)果Table 1 Calculation results of approach spacing under different ore drawing modes

為了最大限度地回收礦產(chǎn)資源，該礦采用低貧化法放礦，根據(jù)表1計(jì)算結(jié)果可知，分段高度取6 m時(shí)，進(jìn)路間距為5.3～7.2 m；當(dāng)分段高度取7 m時(shí)，進(jìn)路間距6.2～7.8 m為宜。選擇合理的進(jìn)路間距，不僅要考慮礦石貧化率，還要考慮深部回采進(jìn)路承受較大的礦山壓力，進(jìn)路維護(hù)困難。如果進(jìn)路間距太小的話，進(jìn)路穩(wěn)定性難以保證。綜合考慮進(jìn)路的穩(wěn)定性和放礦貧化率，進(jìn)路間距取8 m較適宜。

3.3 崩礦步距的選擇

鑿巖爆破后礦石堆體的幾何形態(tài)千差萬(wàn)別，實(shí)際崩落步距的確定需要根據(jù)出礦口廢石出露的位置，如果崩礦步距過(guò)小，則廢石被礦石包裹且出露部位較低，應(yīng)適當(dāng)加大崩礦步距；如果崩礦步距過(guò)大，則廢石靠出礦口眉線呈“高位薄層”流出，應(yīng)適當(dāng)縮小崩礦步距[9]。崩礦步距對(duì)廢石漏斗出露位置的影響如圖4所示。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)表明，7#礦體深部采場(chǎng)在進(jìn)路間距8 m，段高7 m布置的情況下，廢石漏斗在端部口出露的位置較好，此時(shí)的崩礦步距約為1.1 m，故采場(chǎng)內(nèi)確定崩礦步距L=1.1 m。

圖4 崩礦步距對(duì)廢石漏斗出露位置的影響Fig.4 The influence of the distance of ore caving on the location of the waste rock funnel

3.4 回收進(jìn)路選擇

礦房底部的拉底高度對(duì)出礦品位也有較大影響，為了放礦實(shí)現(xiàn)低貧化率，需要研究合理拉底高度，選擇在-385 m分段15號(hào)進(jìn)路對(duì)回收進(jìn)路的出礦過(guò)程進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定點(diǎn)在拉底進(jìn)路布置，如圖5所示?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中漏斗放礦直至放出大量頂板斷層泥時(shí)停止放礦，放礦過(guò)程中不斷取樣化驗(yàn)出礦品位，取樣品位變化見(jiàn)圖6。

根據(jù)圖6可知，回收進(jìn)路初始出礦品位同后續(xù)放礦相差無(wú)幾，雖然初始采準(zhǔn)切割量較大，但是礦石貧化率相對(duì)較低，此時(shí)最大拉底高度為4.5 m。為放礦管理簡(jiǎn)單化，加快回收進(jìn)度，可以將拉底巷道崩落的廢石同礦石一塊放出，建議加強(qiáng)初始放礦石品位的控制，最大限度地減少礦石的貧化，提高出礦品位。

圖5 回收進(jìn)路剖面圖Fig.5 Recovery route profile

圖6 出礦品位變化直方圖Fig.6 Histogram of ore grade change

4 結(jié) 論

1) 該礦7#礦體在-350 m以下厚度迅速增大，礦體與近礦圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，在較大的地壓作用下易于冒落，可采用低貧損分段崩落法替代上向干式充填采礦法，可使安全條件得到徹底改善、顯著降低生產(chǎn)成本與礦石損失率。

2) 無(wú)底柱分段崩落法的礦巖摻雜主要發(fā)生在放礦口附件，而礦石損失主要為下盤(pán)殘留。因此，根據(jù)礦石移動(dòng)空間條件確定放礦控制方法，同時(shí)在下盤(pán)圍巖里設(shè)置回收工程，便可有效地控制無(wú)底柱分段崩落法的礦石損失率與貧化率。

3) “低貧損分段崩落法”采用小結(jié)構(gòu)參數(shù)的“自落頂、設(shè)置進(jìn)路的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)”和低貧化法放礦方式，同時(shí)合理解決崩礦過(guò)程中的礦巖摻雜問(wèn)題，比較適應(yīng)深部7#礦體的開(kāi)采。采場(chǎng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化參數(shù)為：分段高度6～7 m，進(jìn)路間距7～8 m，崩礦步距1.1 m，最大拉底高度為4.5 m，在此參數(shù)下可以實(shí)現(xiàn)7#礦體低貧損回采。