銅陵有色金屬礦山資源狀況及其開(kāi)采方法

陳 佳，方志甫，雷文杰

(1.安徽省銅陵有色金屬集團(tuán)公司技術(shù)中心， 安徽 銅陵市 244000；2.河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院， 河南 焦作市 454000)

銅陵有色金屬集團(tuán)公司(以下簡(jiǎn)稱公司)作為全國(guó)八大有色金屬工業(yè)基地之一，部分礦山是新中國(guó)成立后第一批恢復(fù)開(kāi)采的，為新中國(guó)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)；早期一直沿用“高開(kāi)采、低利用、高排放”的粗放式經(jīng)濟(jì)模式，導(dǎo)致資源回采率不高，低品位礦、共伴生礦及尾礦、冶煉渣(熔煉渣)的利用率較低。公司目前生產(chǎn)礦山有冬瓜山銅礦、安慶銅礦、天馬山硫金礦、鳳凰山銅礦、銅山銅礦、金口嶺銅礦、仙人橋銅礦、黃獅澇金礦、月山銅礦、黃山嶺鉛鋅礦。目前公司正在建設(shè)安徽省銅陵有色金屬資源綜合利用示范基地，示范推行深井開(kāi)采和全尾砂充填開(kāi)采技術(shù)，冬瓜山和安慶銅礦成為全國(guó)綠色礦山。

本文統(tǒng)計(jì)目前主要生產(chǎn)礦井儲(chǔ)量、元素量和品位，分析各礦井礦體開(kāi)采方法采準(zhǔn)布置、回采工藝，評(píng)價(jià)各種開(kāi)采技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，為同類礦井、礦體開(kāi)采設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 主要生產(chǎn)礦井資源狀況

公司主要生產(chǎn)礦山有冬瓜山銅礦、安慶銅礦、天馬山硫金礦、黃獅澇金礦、金口嶺銅礦、鳳凰山銅礦、銅山銅礦，主要為多金屬礦床，主要金屬元素包括銅、金、銀、硫、鐵、砷，礦石量合計(jì)21873萬(wàn)t，其中銅元素金屬量166.3萬(wàn)t、金元素金屬量66074 t、銀元素金屬量196507 t、硫元素金屬量1680.3萬(wàn)t、鐵元素金屬量1632.45萬(wàn)t、砷元素金屬量3.44萬(wàn)t。

鳳凰山銅礦-440 m中段以上礦石量186.52萬(wàn)t；-440 m中段以下礦石量143.9萬(wàn)t，銅元素金屬量1.62萬(wàn)t，銅的品位1.13%。

天馬山硫金礦礦石量585.9萬(wàn)t，金元素金屬量1.614萬(wàn)t，硫元素金屬量171.7萬(wàn)t，砷金屬量3.44萬(wàn)t，銅金屬量1162 t；黃獅澇金礦礦石量83.1萬(wàn)t，金元素金屬量4783 t，硫元素金屬量20.0萬(wàn)t。金口嶺銅礦礦石量754.1萬(wàn)t，金元素金屬量2790 t，銅元素金屬量3.41萬(wàn)t。

冬瓜山銅礦礦石量11620.42萬(wàn)t，銅金屬量117.4 t，品位1.009%；硫元素量1345.9萬(wàn)t，品位14.723%；金元素金屬量38683千克，Au品位0.332 g/t；銀金屬量988.38 t，Ag品位為8.499 g/t。

安慶銅礦1號(hào)礦體礦石量4282.33萬(wàn)t，銅金屬量344782 t，銅品位0.805%，伴生鐵品位31.14%；伴生硫礦石量3967.29萬(wàn)t，元素量142.74萬(wàn)t，品位3.60%；伴生金元素金屬量3678 kg，品位0.126 g/t；伴生銀礦石量4172.03萬(wàn)t，金屬量195519 kg，品位4.69g/t。東馬鞍山礦體礦石量1487.60萬(wàn)t。其中單銅礦石量837.54萬(wàn)t，金屬量71494.61t，銅品位0.854%；鐵銅礦石量117.23萬(wàn)t，銅金屬量10719.50 t，銅品位0.914%，鐵品位43.51%；單鐵礦石量532.83萬(wàn)t，品位46.53%。

銅山銅礦深部開(kāi)采范圍內(nèi)查明礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量(122b+332+333) 2265.80 萬(wàn)t，其中前山南礦段-388 m以下(122b+332+333)為1942.77萬(wàn)t，巖山吳礦段-345 m以下(122b+333)為323.03 萬(wàn)t。

2 采礦方法及其工藝

公司生產(chǎn)礦井目前主要采礦方法有充填法、淺孔留礦法、無(wú)底柱小分段崩落法，其中充填法是主流采礦方法。

2.1 充填采礦法

充填法包括上向分層尾砂充填、扇形中深孔空?qǐng)鏊煤蟪涮?、水平分層碎石膠結(jié)充填、大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮睢⑸刃沃猩羁纂A段空?qǐng)鏊煤蟪涮?、房柱空?qǐng)鏊煤蟪涮畹?，高效采礦方法為大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮?、扇形中深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ā?/p>

2.1.1 大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法

20 m以上厚大礦體適合這種開(kāi)采方法，目前具備開(kāi)采條件的主要是冬瓜山銅礦和安慶銅礦。其采場(chǎng)以盤區(qū)形式布置，平面尺寸依據(jù)礦體厚度布置，采場(chǎng)垂直走向布置。冬瓜山銅礦采場(chǎng)尺寸為100 m×180 m，采場(chǎng)按礦房、礦柱兩步驟回采(見(jiàn)圖1)。每個(gè)盤區(qū)內(nèi)布置10個(gè)采場(chǎng)，采場(chǎng)沿礦體走向布置。采場(chǎng)長(zhǎng)度100 m(包含兩側(cè)各約10 m礦柱，后期回收)，寬18 m，采場(chǎng)高度為礦體厚度，盤區(qū)間不留間柱。采準(zhǔn)工程有出礦穿脈、出礦巷道、出礦溜井、鑿巖硐室、鑿巖硐室聯(lián)絡(luò)道；切割工程有切割天井、拉底巷道、塹溝。出礦水平的出礦巷道布置在礦體下盤的巖石中，從出礦巷道向兩側(cè)掘進(jìn)出礦穿脈、鑿巖硐室和拉底巷道；拉底巷道位于采場(chǎng)中間。各個(gè)水平之間用輔助斜坡道連通，通過(guò)輔助斜坡道掘進(jìn)鑿巖水平的鑿巖硐室。鑿巖硐室以4.2 m高度擴(kuò)幫后全面拉開(kāi)，中間每隔9 m左右留巖柱?；夭芍卸胃咭话闱闆r下為60 m，當(dāng)?shù)V石和圍巖穩(wěn)固性好，充填體有足夠強(qiáng)度時(shí)，可采用120 m中段回采。即鑿巖中段高為60 m，出礦中段高為120 m。

圖1 大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法

采場(chǎng)采用塹溝底部結(jié)構(gòu)。回采鑿巖采用Simba261潛孔鑿巖臺(tái)車在鑿巖硐室內(nèi)以(3.0-3.5) m×(3.0-3.5) m的網(wǎng)度鑿下向平行炮孔，炮孔直徑Φ165 mm。鑿巖機(jī)一次鉆鑿?fù)暌粋€(gè)采場(chǎng)的全部炮孔，分次裝藥爆破，爆破采用普通乳化油炸藥，側(cè)向崩礦。崩落下的礦石用ST-5C鏟運(yùn)機(jī)裝卸入溜井，采場(chǎng)殘留礦石采用遙控鏟運(yùn)機(jī)回收。

2.1.2 扇形中深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法

采場(chǎng)沿礦體走向布置，礦塊走向長(zhǎng)度60 m，寬度為礦體厚度。中段高度60 m，分段高度15 m。礦塊劃分礦房、礦柱，礦房長(zhǎng)度20 m，礦柱長(zhǎng)度40 m，礦房礦柱間無(wú)礦壁，分兩步回采，一步回采礦房，膠結(jié)充填結(jié)束后，進(jìn)行二步回采礦柱(見(jiàn)圖2)。

圖2 扇形中深孔空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法

對(duì)于厚度大于20 m的礦塊，回采時(shí)在下盤鑿巖上部的礦塊內(nèi)新掘一條鑿巖巷道，形成分段鑿巖，其余與厚度小于20 m的礦塊布置相同。每個(gè)盤區(qū)設(shè)一個(gè)礦石溜井。采用脈外采準(zhǔn)，在礦體的下盤布置分段巷道和礦、廢石溜井。采切工程有分段巷道、采準(zhǔn)斜坡道、分段聯(lián)絡(luò)道、鑿巖巷道、出礦進(jìn)路、溜井聯(lián)絡(luò)道、礦廢石溜井、充填回風(fēng)井、切割槽等。分段巷道布置在下盤脈外，分段之間通過(guò)采準(zhǔn)斜坡道聯(lián)通。

鑿巖采用SimbaH1354中深孔鑿巖臺(tái)車在分段鑿巖巷道內(nèi)鑿上向扇形炮孔，排距為1.6～2.0 m，孔底距為2.0～2.5 m，鉆孔直徑為Φ76 mm。采用粒狀銨油炸藥和非電導(dǎo)爆系統(tǒng)起爆。以盤區(qū)礦房切割天井為自由面，采用上向中深孔鑿巖爆破形成切割槽。以切割槽為自由面?zhèn)认虮赖V。崩落下的礦石以下盤塹溝底部結(jié)構(gòu)集礦后，采用922鏟運(yùn)機(jī)裝卸入溜井，鏟運(yùn)機(jī)出礦效率為600～800 t /臺(tái)班。

2.1.3 上向水平分層尾砂充填法

礦塊沿走向布置，長(zhǎng)度為50 m，寬度為礦體水平厚度，間柱寬4～5 m，頂柱高3～5 m，底柱高7 m，采場(chǎng)高60 m。礦塊回采時(shí)，每個(gè)分層沿走向劃分兩個(gè)梯段工作面。以利于不同工序平行作業(yè)和減少充填料的儲(chǔ)備。

采準(zhǔn)工作包括運(yùn)輸平巷、充填井、人行天井及放礦溜井的掘進(jìn)和構(gòu)筑?？拷妆P布置脈內(nèi)運(yùn)輸巷道，充填井布置在礦房中央，一個(gè)礦房?jī)?nèi)設(shè)兩個(gè)(見(jiàn)圖3)。人行泄水井和溜礦井分別布置于穿脈巷道的左右側(cè)，自下向上開(kāi)鑿至切割水平，其距離以每個(gè)分層至少保持有一個(gè)泄水井和一個(gè)溜礦井為限。人行天井和溜井都采用順路架設(shè)，天井兼作濾水井。在底柱的頂部水平進(jìn)行切割工作。自切割層溜礦井口向頂盤、底盤開(kāi)鑿切割平巷，分別從切割平巷的兩幫以分層高度拉開(kāi)切割層。

分層高度為2.5～3 m。用YSP-45頂鉆打上向炮眼，孔徑35～40 mm，炮眼傾角85°，眼距0.7～0.8 m，排距0.6～0.7 m，眼深1.8～2 m。爆破后，再在爆堆上用YT-24平鉆打水平炮眼，分次壓頂，直至達(dá)到分層高度為2.5～3 m。事先在爆堆上撬頂，必要時(shí)用錨桿加固頂板，然后采用T4G開(kāi)始出礦作業(yè)。

采場(chǎng)分層礦石出完，形成5～6 m高的空間后做充填前準(zhǔn)備工作，即架設(shè)充填管路，兩作業(yè)面交界處堆砌砂袋，順路架設(shè)加高溜礦井和人行泄水井。然后開(kāi)始水(尾)砂充填，采場(chǎng)充填以充填井為中心，采用前進(jìn)式充填，直到充填至設(shè)計(jì)高度。再用灰砂重量比為1∶5～1∶8的水泥砂漿澆筑出礦底板，厚0.3～0.5 m。

圖3 上向分層尾砂充填采礦法

2.1.4 扇形中深孔分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘?/p>

對(duì)于厚度>6 m 的礦體采用扇形中深孔分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ǎ饕糜谔祚R山深部礦體和寶山礦段Ⅰ號(hào)礦體的開(kāi)采。

沿礦體走向布置礦房、礦柱(見(jiàn)圖4)，礦塊長(zhǎng)度50 m(礦房長(zhǎng)度44 m、礦柱6 m)，中段高度60 m，平底裝礦、電耙出礦，底柱高度4～6 m計(jì)，頂柱高度3～5 m計(jì)，分成4個(gè)分段，分段高度12 m左右。采場(chǎng)天井布置在礦柱中，礦柱礦量小，設(shè)計(jì)考慮礦柱不予回采，作永久損失處理。

回采鑿巖選用YGZ-90導(dǎo)軌式風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆鑿上向扇形中深孔，炮孔直徑Φ65 mm，孔底距1.6～1.8 m，排間距為1.3～1.5 m 。鑿巖機(jī)一次鉆完一個(gè)采場(chǎng)的全部炮孔，分次裝藥爆破，爆破采用粒狀銨油炸藥。鑿巖效率40 m/臺(tái)班。采場(chǎng)出礦為55 kW電耙。

圖4 扇形中深孔分段嗣后充填采礦法

2.2 淺孔留礦法

對(duì)于厚度≤6 m 的礦體采用淺孔留礦法，主要用于寶山礦段Ⅱ號(hào)礦體及金口嶺Ⅱ號(hào)礦體的開(kāi)采。

淺孔留礦法的采切工程主要有沿脈平巷、采準(zhǔn)天井、采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷、電耙巷、拉底巷、漏斗、放礦溜井以及采場(chǎng)通風(fēng)天井(兼作充填)等(見(jiàn)圖5)。采場(chǎng)沿走向布置，礦塊長(zhǎng)度為50 m，中段高度為60 m；采場(chǎng)寬度為礦體厚度。采場(chǎng)留間柱，間柱寬4～6 m，底柱高5 m,留3 m 頂柱。采場(chǎng)天井布置在礦柱中，作永久損失處理。如遇不連續(xù)的礦體，間柱應(yīng)盡可能布置在圍巖或品位低的地段，這樣可以減少礦石損失，盡可能提高資源利用率。采場(chǎng)平均生產(chǎn)能力為80～100 t/d。

回采鑿巖選用YT-24或YSP-45鑿巖機(jī)鑿巖，分層高度控制在2.0 m左右。礦房回采是逆礦體傾斜方向向上依次推進(jìn)，采用乳化炸藥，人工裝藥，非電導(dǎo)爆系統(tǒng)起爆，一次微差爆破。使用電耙出礦，出礦效率60 t/臺(tái)班。

2.3 無(wú)底柱小分段崩落采礦法

淺孔留礦法由沿脈平巷、采準(zhǔn)天井、采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷、電耙巷、拉底巷、漏斗、放礦溜井以及采場(chǎng)通風(fēng)天井(兼作充填)等采切工程組成(見(jiàn)圖6)。該采礦方法適合于厚度≤6 m 的礦體，采場(chǎng)沿走向布置，長(zhǎng)度為50 m，中段高度為60 m；寬度為礦體厚度。采場(chǎng)留間柱，間柱寬4～6 m，底柱高5 m，頂柱3 m，其間布置天井。若礦體不連續(xù)，間柱布置在圍巖或品位低的地段，以減少礦石損失，提高資源利用率。采場(chǎng)平均生產(chǎn)能力80～100 t/d。

圖5 淺孔留礦采礦法

鑿巖選用YT-24或YSP-45鑿巖機(jī)，分層高度2.0 m左右。礦房回采是自下向上依次推進(jìn)，炸藥選用乳化炸藥，人工裝藥，非電導(dǎo)爆系統(tǒng)起爆、一次微差爆破。使用電耙出礦，出礦效率60 t/臺(tái)班。

圖6 無(wú)底柱小分段崩落采礦法

3 各種采礦方法技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

鳳凰山銅礦采用上向水平分層尾砂充填法，其采場(chǎng)生產(chǎn)能力為100～150 t/d，采礦工效為42 t/工班，炸藥單耗為0.2 kg/t，采切比為4.02 m/kt，損失率為15%，貧化率為10%。

金口嶺、天馬山和黃獅澇礦采用分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法、淺孔留礦法、下向水平分層碎石膠結(jié)充填法、無(wú)底柱小分段崩落采礦法。分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ú蓤?chǎng)平均生產(chǎn)能力為100～120 t/d，鑿巖效率為40 m/臺(tái)班；淺孔留礦法采場(chǎng)平均生產(chǎn)能力為80～100 t/d，出礦效率為60 t/臺(tái)班。

冬瓜山銅礦采用大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法、扇形中深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘?。大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法采場(chǎng)生產(chǎn)能力為1800 t/d，鑿巖效率為40 m/臺(tái)班，出礦工效為600～800 t/臺(tái)班，炸藥單耗為0.43 kg/t，采切比為80 m3/kt，損失率為13%，貧化率為8%。扇形中深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ú蓤?chǎng)生產(chǎn)能力為1800 t/d，鑿巖效率為90 m/臺(tái)班，采礦工效為600～800 t/工班，炸藥單耗為0.43 kg/t，采切比為61 m3/kt，損失率為18%，貧化率為13%。

安慶銅礦采用大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法、分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法。大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法采場(chǎng)生產(chǎn)能力為900 t/d，鑿巖效率為30 m /臺(tái)班，出礦工效為300 t/臺(tái)班，炸藥單耗為0.43 kg/t，采切比為80 m3/kt，損失率為15%，貧化率為15%。分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法采場(chǎng)生產(chǎn)能力為500～600 t/d，鑿巖效率為200 t/臺(tái)班，鏟運(yùn)機(jī)生產(chǎn)能力為150 t/臺(tái)班，采礦工效為40 t/工班，損失率為15%，貧化率為10%。

銅山銅礦采用分段采礦嗣后充填法和房柱空?qǐng)鏊煤蟪涮罘?。分段采礦嗣后充填法采場(chǎng)綜合生產(chǎn)能力為300 t/d，鑿巖效率為30 m/臺(tái)班，采切比為23 m/kt，鏟運(yùn)機(jī)出礦能力為250 t/臺(tái)班，損失率為8%，貧化率為10%。房柱空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ú蓤?chǎng)生產(chǎn)能力為100～120 t/d，鑿巖效率為30 m/臺(tái)班，采切比為12.5 m/kt，電耙出礦效率為80 t/臺(tái)班，損失率為13.5%，貧化率為10%。

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