趙雄文 ,尹東升,蔡世祥,邵顯,熊國(guó)雄
(大冶有色金屬有限責(zé)任公司銅綠山礦,湖北 黃石 435101)
銅綠山礦中色大冶下屬集采、選于一體的露天地下聯(lián)合開采大型主力礦山,1965年上馬建設(shè),1971年正式投產(chǎn)。礦山原設(shè)計(jì)采選生產(chǎn)規(guī)模為4000t/d,露天和井下各為2000t/d。2005年,露天開采結(jié)束,轉(zhuǎn)為地下開采,2015年,選礦擴(kuò)能系統(tǒng)建成投產(chǎn),設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模4500t/d,年處理礦石量132萬(wàn)t。
經(jīng)過(guò)幾十年的開采,目前露天開采已結(jié)束,主要為地下開采,分新、老兩套生產(chǎn)系統(tǒng),隨著開采中段的向下延深,各中段可采資源量變少,可采資源量逐漸變少,礦石品位降低,尤其是-425米及以上中段資源面臨枯竭,可供開采的礦源越來(lái)越少,生產(chǎn)任務(wù)越來(lái)越重,為滿足礦山生產(chǎn)的持續(xù)穩(wěn)定,緩解生產(chǎn)中段消失過(guò)快,延長(zhǎng)中段服務(wù)年限,充分回收不可再生資源,礦石貧化損失管理工作愈加重要。
銅綠山礦床屬于典型的熱液交代夕卡巖成礦類型,整體連續(xù)性不強(qiáng),礦體沿走向斷續(xù)出現(xiàn),表現(xiàn)出一定的規(guī)律變化特點(diǎn),受侵入巖控制明顯,礦體形態(tài)復(fù)雜,品位變化較大,礦化蝕變現(xiàn)象明顯。
銅綠山礦區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)13個(gè)銅鐵礦體(群)(I~XIII號(hào)),其中II、V分別位于I、IV、礦體上方,屬于淺部礦體,已基本采空;VI、VIII、IX、X礦體普遍遭受民采破壞,Ⅶ礦體被劃定為古采礦遺址保護(hù),Ⅻ號(hào)礦體處于大冶湖附近,水文條件復(fù)雜,暫無(wú)法開發(fā)利用。目前已得到開采利用的有I、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅺ、ⅩⅢ號(hào)礦體。
銅綠山銅鐵礦床為大型矽卡巖礦床。礦石比重3.0t/m3,硬度f(wàn)=8-12。礦石自然類型為原生礦石,工業(yè)類型以銅鐵礦石為主,占3/4以上,其次為單銅礦石,單銅礦石按含礦圍巖性質(zhì)不同可分為含銅矽卡巖、含銅大理巖和含銅花崗閃長(zhǎng)巖,其中含銅矽卡巖為單銅礦的最主要類型。
(1)礦石物質(zhì)組成
金屬硫化物以黃銅礦為主,其次是黃鐵礦、斑銅礦、輝銅礦。金屬氧化物主要是磁鐵礦、赤鐵礦。脈石礦物主要有方解石、白云石、石英等。
(2)礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造
礦石結(jié)構(gòu):礦石結(jié)構(gòu)主要有:①半自形—自形粒狀結(jié)構(gòu);②固溶體分解結(jié)構(gòu);③膠狀再結(jié)晶結(jié)構(gòu);④熔蝕交代結(jié)構(gòu);⑤壓力結(jié)構(gòu)。
礦石構(gòu)造:礦石中常見的主要構(gòu)造類型有致密塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造及粉末狀—砂狀構(gòu)造。
(3)主要礦物嵌布特征
黃銅礦:礦床最主要的銅礦物以浸染狀及少數(shù)細(xì)脈狀交代充填于磁鐵礦礦石中,構(gòu)成銅鐵礦石。黃鐵礦還以交代金云母~透輝石矽卡巖、大理巖、斜長(zhǎng)石巖及角礫巖構(gòu)成單銅礦體。
銅綠山礦根據(jù)礦體的賦存情況,選擇的是立井-盲井-斜坡道聯(lián)合開拓的方法,采準(zhǔn)采用脈外布置的方式,中段高度60m,-665m、-725m中段不留頂?shù)字卸畏秩齻€(gè)分段,每個(gè)分段段高15m。其余中段預(yù)留底柱8m,中段分四個(gè)分段,每個(gè)分段段高13m。井下生產(chǎn)流程主要包括掘進(jìn)、采礦、運(yùn)輸、提升和充填等工藝。
(1)掘進(jìn)鑿巖采用CMJ1-14Y液壓掘進(jìn)臺(tái)車或YT—28和S82氣腿式鑿巖機(jī),采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道斷面3.0m*2.8m(寬*高),鑿巖巷道斷面4.5m*3.5m(寬*高);
(2)采礦工藝主要有普通上向水平分層充填采礦法和分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法,其中普通法占比70%,分段空?qǐng)龇ㄕ急?0%,上向水平充填法采礦采用YT—28鑿巖機(jī)或采用S82氣腿式鑿巖機(jī),分層采高3m,中深孔采礦采用K41、DL331、ZY41D鑿巖臺(tái)車;
(3)礦石運(yùn)輸采用軌道運(yùn)輸,礦石運(yùn)輸列車由10t架線式電機(jī)車雙機(jī)牽引4m3底側(cè)卸式礦車組成。坑內(nèi)廢石運(yùn)輸列車由7t架線式電機(jī)車單機(jī)牽引0.75m3翻轉(zhuǎn)式礦車組成;
(4)礦石破碎采用在井下主要中段破碎硐室使用顎式破碎機(jī)內(nèi)進(jìn)行破碎,然后通過(guò)提升系統(tǒng)至地表進(jìn)行中碎和細(xì)碎,最后進(jìn)入選廠。
(5)提升采取8m3底卸式箕斗帶平衡錘的方式擔(dān)負(fù)主井-365m以上中段礦石和廢石的提升任務(wù),盲主井采取8m3底卸式箕斗帶平衡錘的方式擔(dān)負(fù)-425m-605m中段礦石和廢石的提升任務(wù),混合井主提升系統(tǒng)采用12m3底卸式箕斗與罐籠互為平衡的提升方式主要擔(dān)負(fù)-605m以下中段體的礦、廢石提升及人員、材料、設(shè)備提升任務(wù);
(6)充填主要采用的全尾砂深錐濃密加絮凝沉降固結(jié)劑膠結(jié)充填,主要設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求鋪面作業(yè)要求3天齡期強(qiáng)度大于等于0.8Mpa,井下采場(chǎng)充填主要參數(shù):礦房采場(chǎng)鋪面灰砂比1∶7,普通膠結(jié)灰砂比1∶13;礦柱采場(chǎng)鋪面灰砂比1∶7,普通膠結(jié)灰砂比1∶22。
銅綠山礦礦體呈雞窩狀、星點(diǎn)狀分布,采礦貧化、損失較大。收集銅綠山礦2016-2020年礦石貧化率、采礦損失率數(shù)據(jù),指標(biāo)情況見表1:
表1 銅綠山礦2016-2020年礦石貧化率、采礦損失率統(tǒng)計(jì)
通過(guò)上述表格可以發(fā)現(xiàn),銅綠山礦采場(chǎng)貧化率由2016年的5.83%逐年上升到2020年的6.43%,上升10.29%;損失率由2016年的6.59%逐年上升到2020年的7.33t/d,上升10.10%。
目前采礦工藝中,礦石損失主要包括無(wú)法回收的頂?shù)字?、礦柱回采過(guò)程中留下的護(hù)壁、安全技術(shù)管理的開采損失、上向水平分層充填采礦工藝?yán)锏狞c(diǎn)柱以及分段嗣后充填采礦法的出礦進(jìn)路礦柱。
(1)礦體形態(tài)對(duì)貧化損失的影響
銅綠山礦主要礦體的分布受極其復(fù)雜的接觸斷裂復(fù)合構(gòu)造控制,礦體形態(tài)為似層狀、大透鏡狀,內(nèi)部有夾石,有分枝復(fù)合現(xiàn)象,具尖滅再現(xiàn)現(xiàn)象,形態(tài)、產(chǎn)狀隨接觸帶及斷裂裂隙的變化而改變。這給采礦工作帶來(lái)很大的難度,上采過(guò)程中常受礦體形態(tài)復(fù)雜而損失上下盤的支脈礦體,或?yàn)楦嗟鼗厥丈舷卤P礦石而局部連帶廢石采下造成貧化。
(2)品位變化對(duì)貧化損失的影響
礦體分為致密型和浸染型兩種,品位變化較大的區(qū)域主要集中在浸染型礦體與致密型礦體或圍巖的接觸部位,兩者間往往呈品位過(guò)渡漸變狀態(tài)。采場(chǎng)上采過(guò)程中,由于對(duì)礦體品位變化分布情況了解不確切,或因生產(chǎn)原因無(wú)法及時(shí)檢驗(yàn)礦石品位,僅憑經(jīng)驗(yàn)肉眼判斷,造成礦體與部分廢石一同采下,或?qū)⒌V體當(dāng)作廢石拋棄,引起采場(chǎng)的貧化損失。
(3)礦體中脈巖對(duì)貧化損失的影響
礦區(qū)晚期巖脈較為發(fā)育,主要有鈉長(zhǎng)斑巖脈、細(xì)晶巖脈、煌斑巖脈及少量閃長(zhǎng)玢巖脈。其中鈉長(zhǎng)斑巖的延伸、延深及厚度變化較大,并常具平列、局部分枝及尖滅再現(xiàn)的特點(diǎn)。采場(chǎng)回采過(guò)程中由于巖脈穿插礦體的復(fù)雜性,致使部分巖脈混入礦石中,造成采場(chǎng)貧化,或受厚大脈巖影響而造成上下盤部分礦石的損失。
(4)構(gòu)造與圍巖蝕變對(duì)貧化損失的影響
采場(chǎng)中的斷層、褶皺構(gòu)造及圍巖蝕變給采礦生產(chǎn)帶來(lái)諸多不便,給采場(chǎng)帶來(lái)安全隱患和礦石貧化損失。采場(chǎng)的上下盤圍巖極易沿?cái)鄬用婊驍鄬又車钠扑閹奥浠烊氲V石中。另外圍巖接觸蝕變帶巖石往往較為松散會(huì)因礦體開采暴露而脫落,如-545m中段南沿Ⅲ號(hào)礦體上盤的蝕變帶,這些因素都會(huì)引起采場(chǎng)礦石的貧化損失。
(1)設(shè)計(jì)中的貧化損失
研究結(jié)果表明,以小檗堿和生物總堿為指標(biāo),興隆小檗藥材質(zhì)量最好,其次是野雞河,再次是足納。小壩產(chǎn)小檗藥材無(wú)論是根、根皮及莖皮,小檗堿和生物總堿的含量均最低,具體原因尚需進(jìn)一步研究。小檗藥材在畢節(jié)市分布廣,數(shù)量大,具有很高的開發(fā)利用價(jià)值。興隆是小檗栽培的最適宜種植區(qū),小壩不適合小檗的栽培。
在礦石開采過(guò)程中,根據(jù)礦體形態(tài)分布情況及生產(chǎn)需要采用不同的采礦方法,而任何采礦方法因安全等原因在設(shè)計(jì)上都會(huì)存在礦石的貧化損失,這是不可避免的。特別是隨著生產(chǎn)壓力的加重,中深孔采礦方法比重的增加,貧化損失也隨之增大。
(2)采礦工藝上的貧化損失
銅綠山礦采場(chǎng)回采基本都是充填法,主要是向上水平分層充填采礦法和分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法。采場(chǎng)出礦過(guò)程中,因充填體強(qiáng)度不足而使接觸充填體表面的部分礦石陷入充填體中,造成出礦損失,或因?yàn)橥诔鱿萑氤涮铙w部分礦石而連帶鏟出混雜的尾砂而造成貧化。
(3)出礦管理上的貧化損失
一是在出礦過(guò)程中受機(jī)械設(shè)備、復(fù)雜場(chǎng)地、人員狀態(tài)等因數(shù)的影響,會(huì)不同程度的造成礦石的貧化損失;二是由于設(shè)備結(jié)構(gòu)的局限性以及采場(chǎng)不規(guī)則形狀的影響,采場(chǎng)邊角局部礦石無(wú)法回收或難度大耗時(shí)不回收而造成損失;三是現(xiàn)場(chǎng)施工人員責(zé)任心不強(qiáng),未嚴(yán)格按照?qǐng)D紙要求、技術(shù)參數(shù)規(guī)格和指令進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè),造成開采、鏟裝和運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)采場(chǎng)掘進(jìn)探礦、切割不到位、超挖欠挖,殘礦回收預(yù)留點(diǎn)條柱過(guò)大等問(wèn)題;四是基建廢石和場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道廢石未指定堆放或分裝分運(yùn)不嚴(yán)等現(xiàn)象,造成礦石貧化損失增大。
(4)技術(shù)管理上的貧化損失
一是技術(shù)管理不到位。井下生產(chǎn)中段較多,技術(shù)人員不足,造成地測(cè)資料更新不及時(shí),設(shè)計(jì)與實(shí)際存在偏差,現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)交底不清晰,造成不必要的貧化損失,現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中技術(shù)規(guī)范執(zhí)行不嚴(yán)造成的礦石貧化損失;二是制度考核執(zhí)行不嚴(yán)。針對(duì)設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題項(xiàng),造成礦石貧化損失的,未及時(shí)、嚴(yán)格按照相關(guān)考核標(biāo)準(zhǔn)對(duì)責(zé)任單位進(jìn)行考核兌現(xiàn)。
一是隨著近幾年銅綠山礦上部主礦體的消失,頂?shù)字瓦叾瞬炕夭闪康脑黾?,加上中深孔采礦比例的不斷提升,礦石貧化損失率指標(biāo)逐年升高;二是隨著礦體延伸,礦石品位下降明顯,深部單鐵采場(chǎng)占比較大,礦廢邊界不明顯。加上工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和礦產(chǎn)品價(jià)格的波動(dòng),礦石工業(yè)品位也會(huì)有所變化,肉眼無(wú)法及時(shí)有效判別,也會(huì)造成出現(xiàn)一定程度的礦石損失貧化;三是因充填管網(wǎng)和備線問(wèn)題,充填料漿下放濃度距設(shè)計(jì)目標(biāo)有一定差距,采場(chǎng)充填質(zhì)量無(wú)法有效保證,容易造成二步驟回采過(guò)程中的礦石損失。
(1)完善基礎(chǔ)資料
為礦山的開采提供詳細(xì)、準(zhǔn)確的地質(zhì)資料是進(jìn)行貧化損失管理工作的保障,也是整個(gè)開采過(guò)程中貧化損失管理工作的基礎(chǔ)。而要達(dá)到這個(gè)目的,得不斷研究并熟悉礦床的成礦地質(zhì)條件和礦化富集規(guī)律,建立礦床成礦模式,并以此為依據(jù)提高礦區(qū)的控制程度,對(duì)礦體賦存形態(tài)復(fù)雜、支脈發(fā)育以及為探明的邊端部區(qū)域加密勘探網(wǎng)度,加強(qiáng)探采結(jié)合工作,必要時(shí)設(shè)計(jì)巷道探礦,詳細(xì)掌握采礦區(qū)的礦體形態(tài)、品位、夾石等地質(zhì)情況,圈定準(zhǔn)確的礦廢界線,做好編錄取樣等地質(zhì)工作,盡可能地收集匯總完善的地質(zhì)資料,減少因?qū)ψ匀灰蛩氐牟皇煜ざ斐傻牡V石的貧化損失。
(2)開展礦山數(shù)字化建設(shè)
通過(guò)開展礦山數(shù)字化建設(shè),一方面重新圈定礦體和計(jì)算儲(chǔ)量,另一方面為降低采礦成本提供有效的途徑。礦山實(shí)現(xiàn)數(shù)字化建設(shè)后,可根據(jù)不同產(chǎn)品的廠家對(duì)原料的要求,通過(guò)有目的、有計(jì)劃地采礦,富礦石與中低品位礦石按一定比例配礦成為商品礦石,也增加了中貧礦石的利用率。還可以合理開發(fā)資源,充分利用中低品位礦石,綜合利用多組分礦物資源,優(yōu)化品位指標(biāo)。同時(shí),通過(guò)建立礦物模型,查明三維空間各礦物定量分布規(guī)律,通過(guò)定點(diǎn)采礦和按比例配礦,減少資源浪費(fèi)。
(1)設(shè)計(jì)管理
嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范設(shè)計(jì)相關(guān)施工圖紙,熟悉掌握準(zhǔn)確的地質(zhì)資料及現(xiàn)場(chǎng)情況,優(yōu)化技術(shù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì),減少礦石的貧化損失。①做好礦體剖面,復(fù)合上下分層礦體對(duì)應(yīng)關(guān)系,摸清礦體形態(tài),減少上下盤的貧化損失;②根據(jù)斷層、構(gòu)造以及脈巖穿插情況,合理設(shè)計(jì)保安礦柱,減少永久礦柱的損失;③優(yōu)化采礦方法,減少工藝上的貧化損失。
(2)二次圈定管理
二次圈定時(shí)要充分考慮礦體成礦規(guī)律、礦體產(chǎn)狀及脈巖位置、斷層、破碎帶等影響礦體形態(tài)變化的有關(guān)地質(zhì)特征,才能更準(zhǔn)確地圈定地質(zhì)界線,有效控制礦石的貧化損失。根據(jù)采場(chǎng)充填后的取樣分析結(jié)果,整理計(jì)算,劃分礦石與圍巖廢石的邊界線,圈定采場(chǎng)的可采范圍,在采場(chǎng)設(shè)計(jì)施工平面圖上畫出地質(zhì)界線,并到采場(chǎng)用紅油漆標(biāo)注上下盤礦體邊界線。
(3)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理
技術(shù)管理人員經(jīng)常深入到井下現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際技術(shù)指導(dǎo),做好現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)交底工作。檢查掌子面、開幫面礦化程度,是否作礦石,做好出礦指令;加強(qiáng)對(duì)施工單位掘進(jìn)、開幫上采的監(jiān)督指導(dǎo),避免過(guò)多開采上下盤圍巖或開采不到位;并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)修改設(shè)計(jì)方案,減少礦石的貧化損失。
一是針對(duì)深部礦體賦存現(xiàn)狀,優(yōu)化采礦工藝技術(shù)參數(shù),合理控制礦石塊度,減少鏟運(yùn)過(guò)程中的大塊和粉礦損失;二是提高中深孔采礦比例,降低端部點(diǎn)柱式普通上向水平分層充填采礦法應(yīng)用比例;三是開展井下復(fù)雜條件下殘礦回采工藝優(yōu)化。銅綠山礦邊端部、頂?shù)字约半y采礦段等復(fù)雜地質(zhì)條件下礦體開采占比大約占礦山全年作業(yè)量的20%作業(yè),該部份礦石回采礦石貧化損失率較大,對(duì)銅綠山井下經(jīng)濟(jì)指標(biāo)帶來(lái)較大影響;四是通過(guò)開展合理支護(hù)與回采工藝技術(shù)和裝備研究,實(shí)現(xiàn)安全高效回采,提高資源利用率;五是加強(qiáng)采場(chǎng)首層充填強(qiáng)度管理,提高頂?shù)字夭傻捻敯宸€(wěn)固性,回采過(guò)程中通過(guò)合理預(yù)留礦柱的方法后退式開采,提高頂?shù)字V石回采力度,降低底柱礦石損失。
出礦管理是有效控制礦石貧化損失的關(guān)鍵,故為強(qiáng)化出礦管理采取了以下措施。一是現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)出礦,對(duì)采場(chǎng)采下的礦巖及時(shí)用紅噴漆圈定分界線;二是技術(shù)管理人員現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)井下出礦與廢石出渣、轉(zhuǎn)運(yùn)的實(shí)施;三是加強(qiáng)礦廢石倒運(yùn)跟蹤,避免將廢石、尾砂和泥漿倒入礦石斗井,或?qū)⒌V石鋪墊巷道路面、采場(chǎng)墊底;四是在物理方法無(wú)法判斷礦石品位時(shí),單獨(dú)擱置到指定位置且進(jìn)行地質(zhì)取樣化驗(yàn),根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果再轉(zhuǎn)運(yùn)處理;五是對(duì)于鏟車結(jié)構(gòu)所限無(wú)法鏟的采場(chǎng)邊角區(qū)域,必須組織人工輔助處理將殘礦回收干凈,避免損失。六是在中深孔采場(chǎng)出礦末期,技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)紅漆劃分上下盤以及兩幫脫落的圍巖、充填體,指導(dǎo)施工人員分開轉(zhuǎn)運(yùn),減少?gòu)U石混裝造成的貧化。
制定完善細(xì)致的考核細(xì)則,并嚴(yán)格落實(shí)考核制度。一是嚴(yán)格按照技術(shù)圖紙方案施工,嚴(yán)禁超采、不采礦石、多采廢石;二是嚴(yán)格按照技術(shù)《出礦指令》與調(diào)度指令出礦與出渣、廢石倒運(yùn);三是嚴(yán)禁出礦時(shí)將礦石和廢石混裝,礦石未出完就充填;四是嚴(yán)禁將文明生產(chǎn)、尾砂清理的廢石、泥漿、雜物倒入礦石倉(cāng)。
一是推行管理人員“一崗雙責(zé)”,即只要是管理人員,就要積極參與礦山貧化損失管理工作之中,管理人員的績(jī)效也要與貧損指標(biāo)進(jìn)行掛鉤考核;二是加大力度推行科研課題項(xiàng)目責(zé)任制和項(xiàng)目制,針對(duì)礦山技術(shù)難題,借助專業(yè)委員會(huì)平臺(tái),有規(guī)劃的安排礦山技術(shù)團(tuán)隊(duì)圍繞采礦方法優(yōu)化、資源綜合回收利用等方面進(jìn)行技術(shù)攻關(guān);三是提取部分小額專項(xiàng)資金,通過(guò)制定礦山技術(shù)指標(biāo)獎(jiǎng)勵(lì)辦法,鼓勵(lì)技術(shù)人員根據(jù)礦山現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際,在井下安全高效開采、生產(chǎn)工藝流程管理等關(guān)鍵重難點(diǎn)問(wèn)題上,開展自主小型化技術(shù)攻關(guān),并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好的給予一定獎(jiǎng)勵(lì);四是定期召開技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析會(huì)議,分析問(wèn)題原因,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),制定技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)提升的措施。
礦石的貧化損失管理是礦山生產(chǎn)中的一項(xiàng)常態(tài)化工作。而造成礦石的貧化和損失是多方面的因素,需對(duì)開采過(guò)程中的每一道工藝加強(qiáng)技術(shù)管理和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督管理,從而有效降低礦石的貧化損失。隨著銅綠山礦資源儲(chǔ)量的不斷下降,近年來(lái)對(duì)貧化損失管理工作愈加重視,貧富兼采,對(duì)小而富大而貧的盲礦體進(jìn)行充分回收,由于方法得當(dāng),措施有力,取得了明顯的效果,礦山資源得到了充分回收,有效的延長(zhǎng)了礦山的服務(wù)年限。