應(yīng)用多種技術(shù)的采礦方法綜合試驗研究

侯艷濤

摘要：河臺金礦開采急傾斜薄至中厚蝕變糜棱巖型金礦床，一直以淺眼留礦法為主要采礦方法是合理的，其存在主要問題是回采方法過于單一，采空區(qū)沒有及時處理而造成出礦二次損失貧化過大，出礦品位偏低，企業(yè)經(jīng)濟效益較差。開展應(yīng)用多種技術(shù)的采礦方法綜合試驗研究以來，使用類框架結(jié)構(gòu)采空區(qū)處理技術(shù)及其它一些采礦新工藝新技術(shù)，解決了采空區(qū)連通和坍塌以及出礦二次貧化過大等問題，出礦品位大幅提高，黃金產(chǎn)量與經(jīng)濟效益均大幅增加，并取得非常良好的應(yīng)用結(jié)果。這是當年的試驗技術(shù)總結(jié)，今示于后，以饗讀者。

關(guān)鍵詞：巖金礦山；采礦方法；應(yīng)用多種技術(shù)；綜合試驗研究

1. 情況介紹

1.1 礦床開采技術(shù)條件

河臺金礦開采蝕變糜棱巖型金礦床。有高村礦床（11號礦體）與云西礦床（9號礦體），兩礦床走向NE，傾向NW，傾角65°～85°；礦體走向長度高村400～800m，云西300～1200m；控制垂深高村600m，云西500m；礦體平均厚度高村2.55m，云西2.59m；平均地質(zhì)品位高村8.07g/t，云西7.72g/t。兩礦床共同賦存特點：具有分支復(fù)合、膨脹狹縮現(xiàn)象，整體連續(xù)性差；礦石和圍巖均為各種變質(zhì)糜棱巖和硅化千糜巖，礦巖沒有明顯界限；礦體普氏堅固性系數(shù)f=12～16，圍巖f=10～12，但個別地段因斷裂構(gòu)造而節(jié)理發(fā)育，其礦體下盤發(fā)育一條與之平行的滑動構(gòu)造破碎帶，所以，礦巖中等穩(wěn)固，局部不穩(wěn)固；礦床涌水量小，水文地質(zhì)條件為簡單類型；礦巖密度2.75t/m3，松散性系數(shù)1.6。[1]

1.2 采礦方法沿革

1989年投產(chǎn)的高村礦區(qū)設(shè)計礦石生產(chǎn)能力500t/d，20世紀90年代中期投產(chǎn)的云西礦區(qū)設(shè)計礦石

生產(chǎn)能力250t/d。兩礦區(qū)設(shè)計與投產(chǎn)以來一直以淺眼留礦法回采礦房，小分段中深孔空場法回收礦柱，為礦山生產(chǎn)起到重要作用。于1993年與長沙礦山研究院合作，在高村礦區(qū)開展上向水平分層干式充填連續(xù)采礦法試驗研究。[2]

1.3 存在的主要問題

礦山生產(chǎn)以開采地質(zhì)資源為手段，以獲取最大經(jīng)濟效益為目的。所以，除地質(zhì)資源為不可改變的因素之外，礦山生產(chǎn)會因設(shè)備、技術(shù)、工藝和方法不同而有不同的技術(shù)經(jīng)濟效果。河臺金礦1999年之前礦山開采存在的主要問題是出礦品位不高，與地質(zhì)平均品位有較大差距。其主要原因是采礦方法過于單一，其次礦柱回收方法過于單調(diào)，還有礦山生產(chǎn)10多年采空區(qū)沒有一個有效處理方法，最后是出礦損失貧化大，出礦品位低。河臺金礦二次損失貧化當年沒有統(tǒng)計指標，估計二次損失率5%，二次貧化率37%，而實際多年生產(chǎn)資料統(tǒng)計11個采場計算的二次貧化率為48.89%，有的采場出礦量比采礦量多一倍以上。

本文介紹是當年的研究成果，現(xiàn)提供給讀者，如有不妥，敬請指教！

2. 人工底柱淺眼留礦采礦法試驗研究

該種采礦方法是從機械出礦干式充填法、橫撐支柱空場法、靜態(tài)留礦法、無礦柱留礦法等數(shù)種采礦方法中，利用模糊數(shù)學優(yōu)選出來的，作為試驗研究的主要采礦方法。[3]

2.1 人工底柱的構(gòu)筑

河臺金礦鋼筋混凝土人工底柱的設(shè)計條件是：礦體厚度一般大于3.0m，平均5.2m；礦體下盤發(fā)育一條構(gòu)造破碎帶，距礦體0～5m，破碎帶寬度0.5～2.0m；采場長度20～60m不等，淺眼留礦空場法或干式充填法采礦。參照國內(nèi)巖金礦山或其它礦山?jīng)]有可供借鑒的經(jīng)驗，因而采用中厚礦體充填法回采的人工底柱設(shè)計做參考，并結(jié)合礦山礦床特征而其有下述特點：一是梁板結(jié)構(gòu)；二是主筋與上下盤砂漿錨桿焊接；三是鋼筋底柱與鋼筋混凝土梁組成整體結(jié)構(gòu)；四是C20高標號混凝土。

2.2 人工底柱淺眼留礦法試驗研究

本采礦方法與普通淺眼留礦法有共同特點：沿礦體走向布置礦塊，礦塊劃分礦房與礦柱，先采礦房后采礦柱；上向水平分層回采，分層高度與所使用鑿巖機類型有關(guān)；回采時從底部結(jié)構(gòu)放出1/3礦石，其余留作上采之工作臺并支護采場圍巖；視上下盤圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育程度而采用錨桿或錨索支護。本采礦方法與普通淺眼留礦法又具有一些不同點：第一采場切割層高達2.5m～3.0m；第二切割回采結(jié)束應(yīng)全部出凈礦石，然后施工人工底柱；第三鋼筋混凝土特點承靜載能力大而抵抗動載能力差，所以，最好使用上向鑿巖爆破方法落礦；第四頂柱與間柱最好使用淺眼落礦；五是礦房所有礦石出凈之后，有一個存留三角礦堆出礦問題需要解決。

人工底柱淺眼留礦法自2000年1月在云西礦區(qū)110中段開始試驗與應(yīng)用以來，凡是礦塊地質(zhì)品位在5g/t～7g/t以上者均可使用，每年應(yīng)用不少于3個礦塊。而2001年高村礦區(qū)豎井延深工程結(jié)束之后當年6月也開始推廣，先從-40中段開始，逐步擴大到0中段與40中段，至2003年上半年所有河臺金礦的采礦工程技術(shù)人員，均可以設(shè)計與應(yīng)用本法指導(dǎo)礦山生產(chǎn)。

3. 其它采礦新技術(shù)的應(yīng)用

3.1 新型采空區(qū)處理技術(shù)

3.1.1高村礦區(qū)現(xiàn)狀與危害

至2000年止，高村礦床累計采礦量119.4萬t，出礦量152.4萬t，出礦量多于采礦量37.3萬t，相當于采礦量1/4，這些都是貧化的廢石。按礦巖密度計再加上靠地表民采部分累計采空區(qū)體積達63萬m3，未作專門處理，靠自然片落圍巖充填空區(qū)。高村礦區(qū)從38～88線礦體走向長400多m，從40～160中段垂高120m東段采空區(qū)基本連通。其破壞與連通原因有三：一是沿礦體全長有7條構(gòu)造破碎帶切割，下盤發(fā)育一條平行破碎帶；二是民采空區(qū)倒塌而破壞下部采空區(qū)；三是大量使用中深孔一次性爆破回收礦柱而造成大量圍巖片落與巖層移動。

其危害簡言之是導(dǎo)致地質(zhì)資源損失，增大礦石貧化，危及巷道安全，惡化通風系統(tǒng)。[4]

3.1.2新型采空區(qū)處理技術(shù)的主要特點

其名為類框架結(jié)構(gòu)采空區(qū)處理技術(shù)是屬于空區(qū)處理的充填、崩落及支撐三大主要方法之礦柱支撐范疇，經(jīng)北京冶金工業(yè)信息標準研究院國內(nèi)外查新后認為，不但屬國內(nèi)首創(chuàng)，在國際上也處于領(lǐng)先地位，其技術(shù)構(gòu)想來源于如下幾點實踐或認識：首先考察了石英脈開采礦山如夾皮溝、金廠峪、玲瓏等金礦采深均超過600m，均用空場法，雖然個別礦體或坑口采用廢石充填，但絕大部分利用低品位礦柱支撐空區(qū)亦做到安全生產(chǎn)；再有我國巖金礦山85%以上中小型礦山主要使用空場采礦法，每年形成數(shù)百萬m3采空區(qū)，但未見發(fā)生災(zāi)難性事故；然后是河臺金礦某些不連續(xù)礦體開采所留下的獨立空區(qū)，10余年未處理也沒有太大變化。

本技術(shù)運用多種人工礦術(shù)或低品位自然礦柱，將連續(xù)垂向空區(qū)在一定部位隔開，再把走向連續(xù)的空區(qū)按一定距離將其隔離，這就如同樓房建筑中用鋼筋混凝土的梁、柱、板構(gòu)筑的框架結(jié)構(gòu)一樣，將大空區(qū)變?yōu)樾】諈^(qū)，將連續(xù)空區(qū)變成相對獨立空區(qū)。采用此種獨特的隔離技術(shù)之后，采空區(qū)任其自然存在，如有條件或使用掘進廢石或使用分級尾砂在不影響生產(chǎn)條件下進行嗣后充填。本處理技術(shù)經(jīng)力學模型試驗證明較科學合理，其使用條件：①適合淺眼留礦法或空場采礦法開采技術(shù)條件的礦床；②開采總深度在500mm以上的淺部開采礦山；③礦井有足夠充填料來源或有專門充填貯料倉；④要求礦山有足夠技術(shù)力量與施工隊伍，人工礦柱的施工質(zhì)量才有保證。[5]

3.2 三強作業(yè)技術(shù)的應(yīng)用

強掘強采強出的三強作業(yè)技術(shù)是20世紀60年代由使用崩落采礦法礦山所創(chuàng)造的一種采礦作業(yè)技術(shù)，其優(yōu)點可節(jié)約生產(chǎn)成本、提高作業(yè)強度及各種勞動生產(chǎn)率。河臺金礦利用此技術(shù)的目的是加速富礦包回采及提高出礦品位，降低出礦二次損失和貧化，為礦山生產(chǎn)服務(wù)。2000年當時在云西礦區(qū)110中段53741與54549采場應(yīng)用，具體使用結(jié)果見表1。

由表1可以得出結(jié)論：（1）采場生產(chǎn)能力與過去普通法比，提高近50%以上；（2）采場采礦強度比平均值高4～5成；（3）采礦一次損貧指標，由于作業(yè)時間短而相對提高圍巖穩(wěn)固性，其指標相對降低；（4）出礦二次損失貧化大幅降低，提高了出礦品位；（5）云西礦區(qū)這兩個采場應(yīng)用三強作業(yè)技術(shù)為河臺金礦這兩年完成生產(chǎn)任務(wù)做出重要貢獻。

3.3 其它采礦新技術(shù)

在綜合試驗研究中除此之外，在生產(chǎn)實踐中還發(fā)明了一種充填留礦采礦法、一種采用兩種材料膠結(jié)的人工間柱構(gòu)筑方法、一種中厚礦體鋼筋混凝土人工底柱構(gòu)筑法等三項專利技術(shù)；人工底柱存留三角礦堆的幾種不同出礦方法；在人工底柱上進行壓力測量從而對人工底柱所具有的特性有更清楚認識；對原有干式充填采礦工藝進行不斷改進與完善，如增設(shè)充填系統(tǒng)，增大分層回采高度，改進溜礦井結(jié)構(gòu)，改變采場鋪墊材料，采用鋼筋混凝隔墻代替塊石砂漿隔墻技術(shù)；等等。[6]

4. 綜合試驗研究主要結(jié)果及經(jīng)驗

4.1 試驗研究初步產(chǎn)生效果

應(yīng)用效果之一，廣泛開展中段規(guī)劃設(shè)計指導(dǎo)施工設(shè)計，對干式充填采礦工藝進行改進與完善之后，充填采礦法采礦量比重逐步上升，2000年達4.47%，2001年升至14.03%，2002年為16.64%。由于這些采場大量出富礦為完成產(chǎn)金與利潤指標做出顯著的貢獻。應(yīng)用效果之二，尤其是類框架采空區(qū)處理技術(shù)在云西礦區(qū)應(yīng)用3年多來，效果明顯，效益顯著，這幾年出礦量占45%左右，但出礦金屬量占60%以上，2002年占61.56%。兩礦區(qū)3年來結(jié)束37個作業(yè)采場，絕大多數(shù)均作到相互獨立，僅兩例發(fā)生空區(qū)頂柱及夾墻倒塌，只占5.4%且均有具體原因。應(yīng)用效果之三，極大地降低出礦二次損失與貧化。云西礦區(qū)統(tǒng)計110與60兩中段8個作業(yè)采場平均采礦一次損失率2.30%，一次貧化率14.50%，而出礦二次損失率僅1.60%，二次貧化率2.60%；所以，綜合而得采礦總損失率3.58%，總貧化率15.27%，大大優(yōu)于過去指標，更優(yōu)于高村礦區(qū)在覆巖下出礦估算的損貧指標。應(yīng)用效果之四，尤其2002年由于入選品位提高，平均達到6.25g/t，比2001年的5.23g/t純增1.02g/t，從而使浮選、氰化技術(shù)指標相應(yīng)提高，其回收率比2001年分別提高2.51與2.64個百分點。應(yīng)用效果之五，企業(yè)經(jīng)濟效益大幅提高。2002年與2001年的選礦處理量相差不多，僅增加722t，但由于比同期出礦品位提高1.02g/t，加上選冶技術(shù)指標相應(yīng)提高而累計產(chǎn)金達1610.3kg，比2001年產(chǎn)金1315.1kg純增黃金295.2kg，利潤總額5015萬元，比2001年純增3415萬元。這些技術(shù)經(jīng)濟效果非常明顯。

4.2 試驗研究成功經(jīng)驗

河臺金礦之所以在短短的3年時間內(nèi)，基本解決困擾礦山生產(chǎn)多年的采礦技術(shù)問題，并且自2002年開始出礦品位便一路攀升，最高的出礦品位產(chǎn)生于2002年11月，平均入選品位達創(chuàng)紀錄的8.21g/t，出礦量達29569t，并在一年之內(nèi)利潤指標完成為年度計劃的405.4%，為上年同期的3.3倍。

首先應(yīng)歸功于礦山全體工程技術(shù)人員與管理人員大力支持、全力配合；其次應(yīng)用多種技術(shù)采礦方法試驗工作是與礦山生產(chǎn)緊密聯(lián)系在一起的，與解決礦山生產(chǎn)技術(shù)問題同時開展；再有所使用之技術(shù)為巖金礦山過去之常用技術(shù)，大部分在其他礦山均有成功應(yīng)用例子，移植技術(shù)更容易扎根、開花與結(jié)果；還有從實際出發(fā)，逐漸改變過去死板的采礦模式（如一律使用中深孔回收礦柱等），要靈活運用各種采礦技術(shù)，要因礦生法，要遵守礦巖變化規(guī)律；此外，推行中段規(guī)劃設(shè)計指導(dǎo)礦山施工設(shè)計，在礦體開采之前就落實好采空區(qū)處理方法等等。通過這幾年的采礦方法綜合試驗研究，認識問題更深刻，解決問題更靈活，采礦工藝技術(shù)上了一個新臺階，隨著試驗研究不斷深入，出礦品位與礦山效益還將進一步提高。這是當年的試驗總結(jié)，今示于后，以饗讀者！

參考文獻：

[1] 陳友東，唐有德，姚香.類框架結(jié)構(gòu)采空區(qū)處理新技術(shù)的研究與實踐.有色金屬（礦山部分）（54卷）2002年（6）：5～7.

[2] 張桂暄.干式充填采礦法存在問題與改進實踐.黃金科學技術(shù)（10卷）2002年（12）：25～30.

[3] 李純青，樊滿華.模糊數(shù)學優(yōu)選綜合試驗研究的采礦方法.黃金科學技術(shù)（11卷）2003年（10）：30～34.

[4] 李建甘·河臺金礦高村礦區(qū)二資貧化原因分析及降低方法實踐.黃金（23卷）2002年（7）：15～18.

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