崔曉林

(湖北三鑫金銅股份有限公司)

引 言

湖北三鑫金銅股份有限公司(下稱“三鑫金銅礦”)于1999年成立，是中金黃金股份有限公司重要的生產(chǎn)基地，其位于湖北省大冶市城區(qū)西南3.5 km處，距江城武漢市90多km,是以采選為主的礦山企業(yè)。

緩傾斜薄礦體在中國(guó)金屬礦山中占有較大的比重，常見的開采方法有全面采礦法、房柱采礦法、壁式崩落采礦法、壁式充填采礦法等[1-3]。采礦方法的選擇直接關(guān)系到礦山的安全管理、生產(chǎn)能力及經(jīng)濟(jì)效益[4]。三鑫金銅礦目前淺部主要采用階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法開采，該方法適用于急傾斜中厚—厚礦體[5-6]。由于礦體延伸至深部后，傾角變緩，礦脈變薄，已不適用該種采礦方法。針對(duì)三鑫金銅礦雞冠咀礦區(qū)深部礦體的賦存條件，結(jié)合國(guó)內(nèi)外類似賦存情況礦體的回采現(xiàn)狀，對(duì)緩傾斜薄礦體的開采方式進(jìn)行優(yōu)化選擇。旨在研究深部礦體安全、高效、經(jīng)濟(jì)、合理的采礦方法及其開采工藝，最大限度回收地下礦產(chǎn)資源，延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限。

1 地質(zhì)概況

三鑫金銅礦有雞冠咀、桃花嘴2大礦床，開拓方式為豎井延伸開拓，主要產(chǎn)品為金銅精礦、鐵精礦和硫精礦等。雞冠咀礦區(qū)Ⅶ2號(hào)礦體長(zhǎng)約600 m，傾向延伸80～597.78 m，埋藏標(biāo)高-630～-1 372.49 m，呈薄板狀、脈狀，傾角2°～32°，北西部?jī)A角較陡，南西平緩。礦體厚度較穩(wěn)定，最厚26.06 m，最薄1.31 m，平均厚7.36 m，厚度變化系數(shù)107.17 %。

雞冠咀銅金礦床和桃花嘴銅鐵金礦床的特征相似，是與中酸性侵入巖有關(guān)的巖漿演化系列礦床。雞冠咀銅金礦床主礦體賦存于三疊系中下統(tǒng)嘉陵江組白云質(zhì)大理巖與石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖的接觸帶、大理巖的層間破碎帶內(nèi)，矽卡巖并不十分發(fā)育，礦體以脈狀、薄板狀為主，受斷裂-接觸帶構(gòu)造、大理巖內(nèi)的雁狀裂隙控制，礦石礦物主要為高—中溫黃鐵礦、黃銅礦，磁鐵礦較少，包裹體測(cè)試資料、硫同位素資料證明，成礦作用與燕山期的侵入巖在時(shí)間上、空間上和成因上有密切的聯(lián)系，屬巖漿期后高—中溫氣液型銅金礦床。

2 可行性方案分析

針對(duì)三鑫金銅礦雞冠咀礦區(qū)Ⅶ2號(hào)礦體的賦存條件，本著安全、高效、經(jīng)濟(jì)、合理的原則對(duì)緩傾斜薄礦體的開采方式進(jìn)行優(yōu)選，通過對(duì)比分析初步確定采用兩步回采嗣后充填采礦法對(duì)緩傾斜薄礦體進(jìn)行綜合開采，根據(jù)采場(chǎng)布置形式選定采場(chǎng)垂直礦體走向布置(方案一)、采場(chǎng)垂直于礦體走向偽傾斜布置(方案二)和采場(chǎng)平行礦體走向布置(方案三)3種采場(chǎng)布置方式。

2.1 采場(chǎng)垂直礦體走向布置

該方案適用于礦體厚度1.5～6.0 m，傾角10°以下礦體，且最大主應(yīng)力方向垂直于礦體走向，該標(biāo)準(zhǔn)方案按2.5 m厚進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用盤區(qū)綜合布置方式如圖1所示。

圖1 采場(chǎng)垂直礦體走向盤區(qū)布置形式示意圖

1)礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)。礦塊沿礦體走向，礦塊長(zhǎng)度120 m，分段高度20 m，每個(gè)礦塊劃分4個(gè)采場(chǎng)，每個(gè)采場(chǎng)之間預(yù)留10 m礦柱。礦房和礦柱分別進(jìn)行回采，礦柱待礦房回采結(jié)束充填后再予以回采，采用平底結(jié)構(gòu)鏟運(yùn)機(jī)出礦。

2)采切工程。以礦塊為單元進(jìn)行劃分，礦塊的采切工程主要有采準(zhǔn)斜坡道、分段巷道、上山、溜井等。

每個(gè)礦塊布置1條溜井，在礦體下盤掘進(jìn)采準(zhǔn)斜坡道，與各分段巷道相連，在各礦塊間柱對(duì)應(yīng)部位自分段巷道掘進(jìn)進(jìn)路通達(dá)礦體。采場(chǎng)采切工程量如表1所示。

表1 采場(chǎng)垂直礦體走向布置采切工程量

礦塊地質(zhì)礦量約45 120 t，無設(shè)計(jì)采礦損失貧化，采場(chǎng)二次損失按3 %計(jì)算、二次貧化按2 %計(jì)算，采場(chǎng)實(shí)際采出礦量約44 659 t，則采切比為12.8 m/kt。

3)礦房回采順序。對(duì)于頂板穩(wěn)固性好的礦體，采場(chǎng)頂板最大允許暴露面積超過1 050 m2，可采用如圖2所示的回采順序：先回采④→以④為自由面，崩落③、⑤→充填③、④、⑤采空區(qū)→回采①、⑦→以①、⑦為自由面，分別回采②、⑥→充填采空區(qū)，完成礦房的回采。這種回采順序充分利用先采部分為自由面，有利于提高落礦效率。

圖2 采場(chǎng)連續(xù)回采順序

對(duì)于礦巖頂板穩(wěn)固性較差的礦體，可采用隔一采一的形式進(jìn)行回采，盡量減小頂板暴露面積，回采順序如圖3所示：先回采①、③、⑤、⑦→充填①、⑤采空區(qū)→以③、⑦為自由面，回采②、⑥→充填②、③與⑥、⑦采空區(qū)→回采并充填④，完成礦房的回采。

圖3 采場(chǎng)隔一采一回采順序

采場(chǎng)采用進(jìn)路式回采時(shí)，每天2個(gè)循環(huán)，循環(huán)進(jìn)尺3 m，生產(chǎn)能力為336 t/d。

2.2 采場(chǎng)垂直于礦體走向偽傾斜布置

對(duì)于礦體厚度1.5～6.0 m，傾角大于10°而小于45°的礦體，采場(chǎng)采用偽傾斜布置，角度要求能夠滿足各種設(shè)備的運(yùn)行，該標(biāo)準(zhǔn)方案按2.5 m厚進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用盤區(qū)綜合布置方式如圖4所示。

圖4 采場(chǎng)垂直于礦體走向偽傾斜布置示意圖

1)礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)。礦塊沿礦體走向，礦塊長(zhǎng)度120 m，分段高度20 m，每個(gè)礦塊劃分4個(gè)采場(chǎng)，每個(gè)采場(chǎng)之間預(yù)留10 m礦柱。礦房和礦柱分別進(jìn)行回采，礦柱待礦房回采結(jié)束充填后再予以回采，采用平底結(jié)構(gòu)鏟運(yùn)機(jī)出礦。

2)采切工程。以礦塊為單元進(jìn)行劃分，礦塊的采切工程主要有采準(zhǔn)斜坡道、分段巷道、上山、溜井等。

每個(gè)礦塊布置1條溜井，在礦體下盤掘進(jìn)采準(zhǔn)斜坡道，與各分段巷道相連，在各礦塊間柱對(duì)應(yīng)部位自分段巷道掘進(jìn)進(jìn)路通達(dá)礦體。采場(chǎng)采切工程量如表2所示。

表2 采場(chǎng)垂直于礦體走向偽傾斜布置采切工程量

礦塊地質(zhì)礦量約45 120 t，無設(shè)計(jì)損失，設(shè)計(jì)貧化主要在于采用偽傾斜進(jìn)路回采時(shí)底板需要保持平整而多采的廢石，約3.4 %，采場(chǎng)二次損失按3 %計(jì)算、二次貧化按2 %計(jì)算，采場(chǎng)實(shí)際采出礦量約46 265 t，則采切比為12.9 m/kt。

回采順序與方案一相同。采場(chǎng)采用進(jìn)路式回采時(shí)，每天2個(gè)循環(huán)，循環(huán)進(jìn)尺3 m，生產(chǎn)能力為370 t/d。

2.3 采場(chǎng)平行礦體走向布置

該方式適用于礦體厚度1.5～6.0 m，最大主應(yīng)力方向平行于礦體走向。礦房平行于礦體走向布置，為了保護(hù)分段巷道，留3 m厚的分段礦柱。該標(biāo)準(zhǔn)方案按2.5 m厚進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用盤區(qū)綜合布置方式如圖5所示。

圖5 采場(chǎng)平行礦體走向布置示意圖

采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、采切工程等與方案一相同。礦塊地質(zhì)礦量約45 120 t，礦柱如永久保留則設(shè)計(jì)采礦損失率約7 %，設(shè)計(jì)貧化主要在于采用水平進(jìn)路回采時(shí)底板需要保持水平而多采的廢石，約16.8 %，采場(chǎng)二次損失按3 %計(jì)算、二次貧化按2 %計(jì)算，采場(chǎng)實(shí)際采出礦量約50 010 t，則采切比為11.43 m/kt。

采場(chǎng)回采順序如圖6所示：先回采②、④→以②、④為自由面，崩落①、⑤→充填①、②和④、⑤采空區(qū)→回采③并充填采空區(qū)，完成礦房的回采和充填。

圖6 采場(chǎng)平行礦體走向布置回采順序

采場(chǎng)采用進(jìn)路式回采時(shí)，每天2個(gè)循環(huán)，循環(huán)進(jìn)尺3 m，生產(chǎn)能力為430 t/d。

3 采礦方案比選

三鑫金銅礦選用的兩步回采嗣后充填采礦法開采方式，對(duì)所選定采場(chǎng)垂直礦體走向布置、采場(chǎng)垂直于礦體走向偽傾斜布置和采場(chǎng)平行礦體走向布置3種 采場(chǎng)布置方案進(jìn)行主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、優(yōu)缺點(diǎn)綜合對(duì)比分析，優(yōu)選出適合三鑫金銅礦雞冠咀礦區(qū)Ⅶ2號(hào) 礦體開采技術(shù)條件的兩步回采嗣后充填采礦法采場(chǎng)布置形式及回采順序。主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比如表3所示，3種方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表4所示。

表3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

表4 3種方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

通過對(duì)以上3種采場(chǎng)布置方案及回采順序的對(duì)比分析可知：方案一和方案二的采切工程量、采礦損失貧化等都比較接近，但方案一對(duì)于礦體傾角要求比較嚴(yán)格，方案二可以適用于不同傾角的緩傾斜至傾斜礦體；方案三的采切工程量很小，但是回采時(shí)采礦損失率和礦石貧化率很大，采場(chǎng)內(nèi)的出礦效率較低。

綜上分析比較各方案優(yōu)越性：方案二>方案一>方案三。故選擇兩步回采嗣后充填采礦法采場(chǎng)垂直于礦體走向偽傾斜布置方式作為最優(yōu)的回采方案，可實(shí)現(xiàn)三鑫金銅礦雞冠咀礦區(qū)Ⅶ2號(hào)礦體緩傾斜薄礦體的安全高效經(jīng)濟(jì)開采。

4 結(jié) 論

1)針對(duì)三鑫金銅礦雞冠咀礦區(qū)Ⅶ2號(hào)礦體的賦存條件，通過分析初步確定采用兩步回采嗣后充填采礦法對(duì)緩傾斜薄礦體進(jìn)行綜合開采，并對(duì)比了多種采場(chǎng)布置形式和回采順序。確定采用采場(chǎng)垂直于礦體走向偽傾斜布置方式，可以實(shí)現(xiàn)三鑫金銅礦雞冠咀礦區(qū)Ⅶ2號(hào)礦體緩傾斜薄礦體的安全高效經(jīng)濟(jì)開采。

2)采用兩步回采嗣后充填采礦法采場(chǎng)垂直于礦體走向偽傾斜的布置方式，具體可根據(jù)采場(chǎng)上盤圍巖的穩(wěn)定性選擇中間到兩端的連續(xù)性回采和隔一采一的回采形式，可以有效提高采場(chǎng)的回采效率并保證采場(chǎng)的穩(wěn)定。

3)采用兩步回采嗣后充填采礦法采場(chǎng)垂直于礦體走向偽傾斜布置的方式，初步設(shè)計(jì)采場(chǎng)的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為：采場(chǎng)生產(chǎn)能力約370 t/d，采礦損失率約3 %，礦石貧化率約5.4 %。