陳慶坤

(1.紫金(廈門)工程設(shè)計(jì)有限公司， 福建 廈門市 361016； 2.紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司， 福建 廈門市 361016)

0 引言

采礦方法是指從礦塊或采區(qū)中采出礦石的方法，主要包括礦塊的采準(zhǔn)、切割和回采3個(gè)步驟[1-2]。在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，根據(jù)礦產(chǎn)資源的賦存條件和工藝技術(shù)及采礦設(shè)備發(fā)展情況，形成了種類繁多的采礦方法及相應(yīng)的回采工藝[3-4]。選擇合理的采礦方法不僅要保證采礦生產(chǎn)的安全性，還要滿足合理的開采強(qiáng)度和最大經(jīng)濟(jì)效益的要求[5-7]。實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)該根據(jù)礦床埋藏條件以及主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，選擇技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)相對(duì)合理的采礦方法。

Timok銅金礦床位于阿爾卑斯-喜馬拉雅巖漿弧造山帶的塞爾維亞段，儲(chǔ)量規(guī)模巨大，銅、金品位高，潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值極高。為了充分利用有限的礦石資源，提高礦石回采率，有效降低損失貧化率，本著“先進(jìn)、實(shí)用、高效、低成本、環(huán)?！钡脑瓌t，本文針對(duì)性地開展采礦方法以及回采工藝研究，總結(jié)和利用驗(yàn)證性工程的經(jīng)驗(yàn)與數(shù)據(jù)，以期為Timok銅金礦上部礦體的開采提供一種安全、經(jīng)濟(jì)、高效的采礦方案。

1 開采技術(shù)條件

1.1 工程地質(zhì)條件

礦區(qū)巖石以半堅(jiān)硬、堅(jiān)硬塊狀巖類為主，局部破碎帶巖石質(zhì)量較差。

上部礦帶礦體賦存于地表以下430～865 m，巖性為安山質(zhì)雜巖，主要包括安山巖、安山角礫巖和熱液角礫巖等。巖體質(zhì)量總體較好，RMR值為40～60，局部破碎帶RMR值小于40；礦化部位的完整巖石強(qiáng)度（IRS）為109 MPa，上盤IRS值為97 MPa，下盤為75 MPa。礦體單軸抗壓強(qiáng)度為95～117 MPa，圍巖主要為安山巖，單軸抗壓強(qiáng)度一般為64～82 MPa，局部地段含砂巖、粉砂巖和礫巖，單軸抗壓強(qiáng)度小于20 MPa。

礦區(qū)斷裂構(gòu)造帶巖體裂隙發(fā)育，巖石較破碎，局部夾軟弱構(gòu)造夾層，受地下水活動(dòng)影響，易發(fā)生崩落、垮塌或滑移，工程地質(zhì)條件較差。除軟弱夾層及構(gòu)造破碎帶等地段需支護(hù)外，其余地段巖體穩(wěn)固性較好。

礦區(qū)工程地質(zhì)條件中等偏差。

1.2 水文地質(zhì)條件

礦區(qū)屬塞爾維亞阿普塞尼山系中低山地形，礦區(qū)范圍內(nèi)無(wú)大的地表水體，主要發(fā)育2條長(zhǎng)年流水溪流。礦體埋藏標(biāo)高-20～-460 m，均位于礦區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面（海拔175 m）之下，大氣降水是地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源。礦坑直接充水水源是安山巖基巖構(gòu)造裂隙水，主要的充水含水層上部安山巖層富水性弱-極弱。礦區(qū)主要發(fā)育壓扭性斷裂，斷裂構(gòu)造導(dǎo)水性極弱，主要的斷裂構(gòu)造破碎帶富水性極弱。礦床水文地質(zhì)條件屬以基巖構(gòu)造裂隙為主、頂板直接充水的簡(jiǎn)單類型礦床。

1.3 環(huán)境地質(zhì)條件

礦區(qū)地勢(shì)較平緩，海拔220～420 m，相對(duì)高差一般在100～150 m，區(qū)內(nèi)地勢(shì)總體上北高南低。礦區(qū)屬溫帶大陸性氣候，氣候溫和多雨，年平均氣溫11℃，極端最高氣溫36.5℃，極端最低氣溫-23.2℃，冰凍期為11月至翌年2月；每年5—6月降雨量較大，冬季相對(duì)較長(zhǎng)且降雪頻繁。最大凍土深度為 1.2 m。

礦區(qū)附近地表植被發(fā)育，以灌木為主，森林較少，林木主要為橡木和山毛櫸。礦區(qū)原生狀態(tài)下不易產(chǎn)生滑坡、泥石流等不良環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)象。采礦活動(dòng)可能產(chǎn)生局部地表變形，但對(duì)地質(zhì)環(huán)境破壞很小，大面積地下開采造成開采周圍地下水位大幅下降，對(duì)生態(tài)環(huán)境有一定破壞。綜合得出礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件中等。

1.4 礦體賦存條件

Timok銅金礦床上部礦帶為高硫淺成熱液型銅金礦床。礦體在空間上呈近直立的不規(guī)則橢球狀，向下部規(guī)模變小并呈分支狀，礦體傾角80°～90°，走向長(zhǎng)約300 m，寬約260 m，垂向延伸約440 m。礦體自上而下厚度、品位均呈降低趨勢(shì)。

礦體賦存于下部安山巖中，為隱伏礦床。礦體及其頂?shù)装鍘r性基本相同，主要為上部安山巖和下部安山巖，屬中等堅(jiān)硬—堅(jiān)硬巖石。礦體內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，3組斷層不同程度切穿礦體。其中-140 m標(biāo)高以上礦體受3組斷層及層間構(gòu)造影響，巖性破碎，以角礫巖、碎裂巖為主，巖性總體較差；-140 m標(biāo)高以下礦體以下部安山巖為主，巖性較好。整體來(lái)說(shuō)，礦床開采技術(shù)條件較復(fù)雜。

2 采礦方法選擇

上部礦體埋深較大，不具備露天開采的條件，推薦該礦山采用地下開采。根據(jù)礦體的賦存條件和開采技術(shù)條件，適合Timok銅金礦上部礦體開采的采礦方法有充填采礦法和崩落采礦法。

2.1 充填法

Timok銅金礦上部礦帶礦體連續(xù)性好、厚大、垂直方向延伸大，適合采用安全可靠、貧化損失低、可多采區(qū)、多中段生產(chǎn)的充填采礦法進(jìn)行開采。選用充填采礦法開采，前期可以“擇優(yōu)首采、貧富兼采”，提高企業(yè)前期效益，這對(duì)礦山的發(fā)展非常有利。上向進(jìn)路充填采礦法適用于開采礦、巖不穩(wěn)固或僅礦石不穩(wěn)固的礦體，目的是減小頂板暴露面積，提高回采作業(yè)的安全性。其特點(diǎn)是自下而上分層進(jìn)路回采，每一分層的回采是在掘進(jìn)分層聯(lián)絡(luò)道后，以分層全高沿走向或垂直走向布置進(jìn)路。采用充填采礦法開采時(shí)，采礦貧化率、損失率低，可較好地回采礦體中有價(jià)金屬；同時(shí)選廠的尾礦約有一半可以回填到采空區(qū)，可減少尾礦庫(kù)的投資和安全隱患。

由于礦區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育，礦體內(nèi)至少發(fā)育有3組斷層。其中東斷層厚度為16.5 m；西斷層厚度為6.9～8.5 m；南斷層厚度為2.9～4.6 m。3組斷層均不同程度切穿礦體，對(duì)采礦方法的選取影響較大。在充填法方案中，以-140 m標(biāo)高為界，-140 m標(biāo)高以上受3組斷層及層間構(gòu)造影響，巖性破碎，擬全部采用上向進(jìn)路充填采礦法；-140 m標(biāo)高以下以巖性較好的下部安山巖為主，根據(jù)各斷層賦存特征及對(duì)礦體的影響程度，在中段內(nèi)以西斷層為界，將礦體分為兩個(gè)區(qū)域，斷層以西區(qū)域品位高、距離斷層近，擬采用上向進(jìn)路充填采礦法回采；斷層以東區(qū)域開采技術(shù)條件較好，采用效率更高的分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法。

充填采礦法方案穩(wěn)產(chǎn)期間需三采區(qū)、多中段同時(shí)生產(chǎn)：-140 m以上為一采區(qū)，一期基建時(shí)間為2.5 a，服務(wù)年限為13 a，采出礦量為36.99 Mt；-260～-200 m為二采區(qū)，投產(chǎn)后，一、二采區(qū)同時(shí)生產(chǎn)并達(dá)產(chǎn)；-440～-320 m為三采區(qū)，三采區(qū)接續(xù)一采區(qū)，以保證生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定。上向進(jìn)路充填法的采場(chǎng)生產(chǎn)能力為500 t/d，采礦損失率為6%，貧化率為6%；分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ǖ牟蓤?chǎng)生產(chǎn)能力為800 t/d，采礦損失率為8%，貧化率為10%。

2.2 崩落法

崩落法適用于各種開采技術(shù)條件，采礦方法簡(jiǎn)單、工藝成熟，生產(chǎn)效率高，單中段生產(chǎn)即可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模開采；崩落法回采順序自上而下，回采順序與礦體品位上富下貧的賦存特點(diǎn)相符合，即前期優(yōu)先開采上部高品位礦體，有利于提高企業(yè)前期效益。但由于崩落法初期需要建設(shè)井下溜破系統(tǒng)，基建時(shí)間較長(zhǎng)，投產(chǎn)慢，投資回收期相對(duì)較長(zhǎng)，且貧化、損失大，上部高品位資源浪費(fèi)較多；另外地表會(huì)形成塌陷區(qū)，對(duì)環(huán)境破壞嚴(yán)重，尾礦全部堆存在地表，尾礦庫(kù)投資較大。在崩落法方案中，井下工程以-220 m為界分為兩期建設(shè)，-220 m以上為一期開采范圍，-220 m以下為二期開采范圍。一期基建期3 a，服務(wù)年限為14 a，采出礦量為38.34 Mt；穩(wěn)產(chǎn)期間需單中段、雙分段同時(shí)生產(chǎn)。崩落法采場(chǎng)生產(chǎn)能力1800 t/d，采礦損失率為18%，貧化率為22%。

2.3 綜合分析

兩種采礦方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較詳見(jiàn)表1。綜合比較兩種采礦方法的經(jīng)濟(jì)效益和優(yōu)缺點(diǎn)可知，崩落 法因需要待破碎系統(tǒng)建設(shè)完成后才能投產(chǎn)，投產(chǎn)時(shí)間晚一年，同時(shí)其貧化損失較高，對(duì)開采上部高品位礦尤為不利；充填采礦法前期采用淺孔落礦，不需等待破碎系統(tǒng)建設(shè)，可提前一年投產(chǎn)，能優(yōu)先開采富礦，且采礦貧化損失較低，經(jīng)濟(jì)效益更好。因此，應(yīng)優(yōu)先選用貧化率更低、損失率更小的充填法。

表1 采礦方法技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

3 回采工藝

由于礦體自上而下厚度、品位均呈降低趨勢(shì)，其中-200 m標(biāo)高以上礦石量占整個(gè)礦床的49%，銅金屬量占整個(gè)礦床的75%，金金屬量占整個(gè)礦床的81%。為提高前期經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)計(jì)對(duì)-140 m以上礦體進(jìn)行強(qiáng)化開采，通過(guò)增設(shè)-50 m、-110 m兩個(gè)分段，增加進(jìn)路法回采作業(yè)面，盡可能提高投產(chǎn)期高品位礦體的產(chǎn)能，首采地段定為-50 m、-80 m、-110 m、-140 m。全礦上向進(jìn)路充填采礦法使用比例為36%，分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法使用比例為64%。

3.1 上向進(jìn)路充填法

（1）采場(chǎng)結(jié)構(gòu)。沿礦體走向每100 m劃分一個(gè)盤區(qū)，每個(gè)盤區(qū)4個(gè)礦塊，礦塊沿走向布置，長(zhǎng)60 m，寬50 m；中段高度為60 m，分段高度為15 m，分層高度為5 m，每個(gè)分段設(shè)3個(gè)分層；進(jìn)路規(guī)格為5 m×5 m。

（2）采切工程。礦塊采切工程包括：穿脈運(yùn)輸巷、分段運(yùn)輸平巷、分層聯(lián)絡(luò)道、礦石溜井、人行通風(fēng)充填井、回風(fēng)井等。在下盤脈外施工溜井及通風(fēng)充填井，溜井規(guī)格Φ3.0 m，通風(fēng)充填井規(guī)格為3.0 m×3.0 m。下盤脈外斜坡道連通各分段平巷，分段平巷規(guī)格為4.5 m×4.0 m。從分段平巷掘進(jìn)分層聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入礦體，然后掘進(jìn)進(jìn)路聯(lián)絡(luò)道穿過(guò)礦體，在礦體上盤脈沿礦體傾向施工回風(fēng)井連通上中段穿脈巷道，采切比為57 m3/kt。上向進(jìn)路充填采礦法如圖1所示。

圖1 上向進(jìn)路充填法（單位：m）

（3）回采出礦。分層自下而上逐層開采，每 分層中進(jìn)路隔三采一，每條進(jìn)路回采完畢后及時(shí)作封擋墻、充填處理，待養(yǎng)護(hù)到一定強(qiáng)度時(shí)再回采旁邊進(jìn)路，本分層全部進(jìn)路回采結(jié)束并充填完畢后，采用壓頂廢石形成上一分層聯(lián)絡(luò)道，開始上一分層進(jìn)路的回采。崩落后礦石由鏟運(yùn)機(jī)直接鏟至采場(chǎng)礦石溜井。因考慮轉(zhuǎn)層對(duì)生產(chǎn)的影響，礦塊生產(chǎn)能力設(shè)為500 t/d，采礦損失率為6%，貧化率為6%。

（4）采場(chǎng)通風(fēng)。新鮮風(fēng)流從斜坡道、人行通風(fēng)天井進(jìn)入分段運(yùn)輸平巷，然后由分層聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入采場(chǎng)，沖刷各個(gè)工作面后，污風(fēng)由回風(fēng)井排至上中段回風(fēng)巷，而后由回風(fēng)井排出地表。

（5）空區(qū)處理。一步驟進(jìn)路充填灰砂比為1:6，二步驟進(jìn)路充填灰砂比為1:25，為滿足鏟運(yùn)機(jī)行走要求，二步驟進(jìn)路最上面一層（厚度約30 cm）采用灰砂比1:6充填。當(dāng)二步驟回采進(jìn)路要作為下一分段的頂板時(shí)，也采用1:6灰砂比充填。

3.2 分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘?/h3>

（1）礦塊布置。礦塊垂直礦體走向布置，長(zhǎng)50 m，寬30 m，劃分礦房和礦柱，寬度均為15 m；中段高度為60 m，分4個(gè)分段，分段高度為15 m。

（2）采準(zhǔn)切割。采準(zhǔn)工程有分段運(yùn)輸巷道、分段鑿巖巷道、出礦巷道、出礦進(jìn)路；切割工程有切割天井和切割槽。分段巷道布置在下盤脈外，通過(guò)斜坡道使其上下連通，從分段巷道向礦體內(nèi)掘進(jìn)分段鑿巖巷道。采場(chǎng)為平底結(jié)構(gòu)，不留頂?shù)字?，采切比?4.1 m3/kt。分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法如圖2所示。

圖2 分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ǎ▎挝唬簃）

（3）回采出礦?；夭煞謨刹襟E進(jìn)行，第一步回采礦房，充填養(yǎng)護(hù)完畢后再回采礦柱。為避免爆破影響相鄰采場(chǎng)的穩(wěn)定性，采用隔三采一的方式。中深孔爆破崩礦，爆下的礦石用鏟運(yùn)機(jī)集中在采場(chǎng)底部出礦，最后用遙控鏟運(yùn)機(jī)清理采場(chǎng)殘礦。

（4）采場(chǎng)通風(fēng)。新鮮風(fēng)流由中段運(yùn)輸巷進(jìn)入裝礦巷道沖洗工作面，或經(jīng)過(guò)斜坡道進(jìn)入分段鑿巖工作面，污風(fēng)由采場(chǎng)空區(qū)經(jīng)上中段回風(fēng)巷道抽出到風(fēng)井，最后排出地表。

（5）充填。一步驟頂?shù)字岸襟E頂?shù)字?0 m處進(jìn)行充填，采用的灰砂比為1:6，一步驟其它位置采用灰砂比1:10充填，二步驟其它位置采用灰砂比1:25充填。

4 結(jié)論

針對(duì)Timok銅金礦的復(fù)雜礦體，通過(guò)對(duì)比分析，選用貧化率更低、損失率更小的上向進(jìn)路充填采礦法和分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法開采。根據(jù)礦體特征及工程地質(zhì)條件，-140 m標(biāo)高以上全部采用上向進(jìn) 路充填采礦法，-140 m標(biāo)高以下根據(jù)斷層賦存狀態(tài)，斷層以西采用上向進(jìn)路充填采礦法回采，斷層以東采用效率更高的分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法。上部礦帶回采過(guò)程中上向進(jìn)路充填采礦法使用比例為36%，分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法使用比例為64%。該采礦方案有效降低了礦石損失貧化率，有利于上部高品位資源的回采利用，提高了礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)將尾砂作為充填骨料不僅可以實(shí)現(xiàn)低廢開采，減少尾砂對(duì)環(huán)境的污染，還可以控制地表塌陷，有效改善地下開采環(huán)境。