鯉泥湖銅鐵礦1號礦體開采方案研究

各 方，程治華

(1.大冶有色設計研究院有限公司，湖北 黃石 435005；2.大冶有色金屬股份有限公司 豐山銅礦，湖北 陽新 435232)

引言

鯉泥湖銅鐵礦位于湖北大冶市城西約2.9 km，為一隱伏中型銅鐵礦床。地質儲量442.18 萬 t，采用下盤豎井開拓，中段高40 m，礦山服務年限12年。至2002年5月止，完成了豎井開拓261 m，形成了-165 m和-205 m井底車場和石門以及其它井巷工程；地面相應完成了供配電線路、卷揚機和壓風站等工程。2002年5月在-165 m中段101采場進行試采，在回采中，局部破壞了上盤大理巖，遇溶洞突然涌水，出現淹井，使原主井不能使用，首采的Ⅲ號礦體難以繼續開采，被迫中斷了試采。2002年7月進行了豎井強排水、井巷清泥、-165 m中段筑砌堵水墻等大量工作，于2003年5月恢復了-205 m中段201采場的試采和出礦工作；由于未采取主動的防治水措施，礦山井下一直未能轉入正常生產。

鯉泥湖銅鐵礦現采用側翼豎井開拓，并重新布設了通風井；主井直徑3.5 m，井深約330.6 m，采用罐籠提升；風井已施工到底。

礦山現已開拓有-165 m、-205 m兩個中段，由于出現突水而停采。為充分利用現有工程，最大限度地回收資源，亟待尋找一種采礦方法，能夠安全、有效地開采1號礦體-205 m以上幾個中段的礦石。

1 地質概況

礦體主要產在石英正長閃長玢巖與大理巖接觸帶，次為接觸帶外側附近的大理巖層之間及巖漿巖超覆的石英正長閃長玢巖中，這三種控礦構造是本礦床(礦體)連接對比的主要依據。

組成礦體的礦石類型較復雜，一般膠結性較好，但局部含有矽卡巖、透輝石、綠泥石等，使礦體軟硬不均，穩固性中等。礦體頂板圍巖由軟弱塊狀結構的透輝石矽卡巖、石榴石矽卡巖、矽卡巖組成。頂板圍巖裂隙、溶洞發育，使礦體圍巖抗壓強度大大降低，穩固性差，在開采過程中易產生突水、突泥災害。礦體底板圍巖由于礦體下接觸帶在成礦前和成礦期破碎嚴重，因此結構松散，巖石力學強度降低，穩固性差。尤其在南部下接觸帶屬陡傾斜接觸，傾角60°～80°，在礦體開采過程中易產生片幫和冒頂災害。

礦體分布與賦存嚴格受NW向接觸帶的產狀及形態制約，傾向NE，傾角0°～80°，一般45°～70°。由7個主礦體(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ)和11個大小不等的小礦體組成，其中Ⅲ號礦體規模最大，次為Ⅱ號礦體及Ⅴ、Ⅵ號礦體。Ⅰ號礦體位于礦區東端15線，為本次研究對象。Ⅰ號礦體頂、底板圍巖隨各礦體賦存部位不同而變化。礦體主要賦存于石英正長閃長玢巖中的矽卡巖化斜長石巖內，其頂板則為石英正長閃長玢巖，底板為矽卡巖化斜長石巖。

鯉泥湖銅鐵礦礦區本次開采范圍內Ⅰ號礦體總儲量為85 109 t，鉬金屬量132 t，鉬礦石平均品位0.155 %。本次回采-125～-205 m之間礦石，而Ⅰ號礦體賦存標高為-125～-235 m之間，其中-165 m以上鉬礦石333類型資源量為12 425 t，-165～-205 m鉬礦石333類型資源量為60 559 t，因此本次回采礦石總量為72 984 t，鉬金屬量113.19 t，鉬礦石平均品位0.155 %。

2 開采方案研究

2.1 開拓方式[1]

由于本次Ⅰ號礦體開采方案是在現有礦山工程基礎上進行的，為了充分利用現有主井、風井等井筒，因此繼續沿用原來的豎井開拓方案。

中段高度為40 m，分別為-125 m、-165 m、-205 m等3個中段開采。

2.2 采礦方法

2.2.1 采礦方法選擇[2]

該礦礦體產于接觸帶矽卡巖中，屬矽卡巖礦床。目前開采設計的礦段為Ⅰ號礦體，標高-125～-205 m中段之間。礦體呈透鏡狀，巖石類型為鉬礦石。

因地表不容許塌陷，該礦床不適合采用崩落法，可考慮采用充填法和空場法嗣后充填。根據礦山地質條件和開采技術條件，較適合該礦的采礦方法主要有“淺孔留礦法”和“上向分層充填采礦法”[3]。兩種采礦方法的主要優缺點比較如下：

1)淺孔留礦法具有采礦結構和開采工藝簡單、采準工程量較小、采礦生產成本低、工人勞動強度相對較小、管理方便等優點。但該方法適用條件為：圍巖和礦石均穩固，即圍巖無大的斷層破碎帶；在放礦過程中，圍巖不會自行崩落；礦體厚度以薄和極薄為宜。

2)上向分層充填采礦法礦石損失貧化小，礦石和圍巖穩固程度要求低，充填體維護兩幫圍巖，并作為上采的工作平臺。缺點是采礦工藝比較復雜、勞動生產率低、勞動強度大、回采成本較高。

考慮到礦區地表不容許塌陷，開采區域上部地下水較復雜，為有效地控制地壓活動，防止頂板大面積冒落，須進行采空區處理。因此，本開采方案推薦采用上向分層充填采礦法[4](如圖1)。

圖1 上向分層充填采礦法

2.2.2 上向水平分層充填采礦法

1)礦塊布置及結構參數[5]

礦塊沿礦體走向布置，礦塊構成要素如下：礦塊高度40 m；礦房長度40～50 m；礦房寬度為礦體厚度；間柱寬度 3～5 m；頂柱厚度 5 m；底柱高 5 m。

2)采準及切割工作

階段運輸平巷布置在礦體下盤。在每個礦房中至少布置兩個溜礦井、一個順路人行天井(兼設備井)和兩個充填天井(矸石充填井和膠結充填井)。溜礦井用混凝土澆灌底座，壁厚300 mm，井筒采用立鋼筒，鋼筒厚度δ=100 mm。圓形內徑為2.0 m。充填天井斷面為1.5 m×1.5 m，內設充填管路和人行梯子等，是礦房的安全出口，其傾角為90°。礦房布置設備井(泄水井)，斷面面積1.8 m2，同時裝有人行梯子。人行天井和充填天井是礦房的兩個安全出口。

在底柱上部掘進拉底巷道，并以此為自由面擴大至礦房邊界，形成拉底空間。在拉底擴寬的過程中根據巖石穩定性留礦柱，再向上挑頂2.5～3 m，并將崩下的礦石經溜礦井放出。形成4.5～5 m高的拉底空間后，對溜井和人行設備井立鋼筒，最后充填采空區。膠結充填鋪面厚度為300～400 mm。

3)回采工作

用淺孔崩礦，回采分層高為2～3 m，采后空高不得大于5 m，用上向孔和水平孔兩次崩礦。崩落的礦石用電耙出礦，礦石出完后，清理底板上的礦粉，然后進行充填。礦塊之間留設的礦柱不予回收，作為永久損失。

2.2.3 充填

1)充填系統

為充分利用礦山現有場地及井口，擬利用回風井作為充填井使用。本礦充填系統采用集中布置方式 ，在其風井口布設簡易充填設施，利用風井井口場地堆放尾礦砂，利用原風井施工時的臨時房屋及工棚存放充填用水泥等有關材料。在風井中安設管徑100 mm鋼主管2根，一用一備。充填作業支管管徑80 mm，采用鋼管或硬塑膠管均可。

2)采場充填

以充填井為中心，利用壓頭自流方式由遠而近地充填采場。當充填高度為4～6 m時，需分2次或3次完成。

接頂充填：因尾砂流動性好，一般接頂較好。必要時還需采取多次回充或加壓的方式加強接頂。

充填井充填后，充填體表面上澆以0.3～0.4 m厚的水泥砂漿鋪面，以便于設備運行和減少采下礦石的損失貧化，水泥耗量約200～300 kg/m3。1天后即可在其上部鑿巖，2～3天后即可進行落礦。為了較好地保護地表和上覆巖層不移動，充填必須接頂，方法如下：采用砂漿加壓接頂，使用液壓泵將砂漿沿管路壓入接頂空間，使接頂空間填滿。在充填前必須做好接頂空間的密封，包括堵塞頂板和圍巖中的裂縫，以防砂漿流失[6]。

3 投資估算

本概算投資范圍包括由-125 m、-165 m、-205 m三個中段開拓，主井-125 m中段和-165 m中段新開馬頭門及新開馬頭門處井筒裝備改裝、清理原井底水倉。

表1 總投資估算表

項目總投資是固定資產投資與流動資金之和，共為1 069.7萬元，詳見表1。

4 經濟評價

4.1 產品產量及銷售收入

開采方案研究確定：該礦1號礦體年產鉬礦石2.0萬t，原礦品位按鉬0.155 %，貧化率10 %，出礦品位鉬0.14 %。經選礦浮選流程，選礦回收率鉬60 %和鉬精礦品位45 %。按鉬精礦12萬元/t計算，年銷售總收入為448萬元。

4.2 年生產成本計算

1)人員工資：礦山管理人員共5人，按平均工資2萬元/(人·年)計算，年工資總額為10萬元。礦山技術人員共5人，按平均工資1.2萬元/(人·年)計算，年工資總額為6萬元。共計人員工資16萬元。

2)采礦單位成本按80元/t計算，則年采礦成本為160萬元。

3)選礦單位成本按30元/t計算，則年選礦成本為60萬元。

4)銷售費用按銷售收入的5%提取，年銷售費用為22.4萬元。

5)固定資產折舊：礦山基建成投資1 069.7萬元，但其中除了各中段穿脈、聯絡道、溜井、充填井、設備井等只用于Ⅰ號礦體外，其余基建工程可以用于今后Ⅱ、Ⅲ號礦體的生產，因此將此部分工程按全礦生產年限進行折舊。Ⅰ號礦體專用工程基建投資為150.07萬元，服務年限3.6年計算，年折舊額為41.69萬元。Ⅱ、Ⅲ號礦體生產基建投資為919.63萬元，服務年限15年計算，年折舊額為61.31萬元。每年總折舊額為103萬元。

以上年成本合計為361.4萬元。

4.3 稅費及附加

產品增值稅：銷售收入×13%=448×13%=58.24萬元；資源稅：處理量×1.05元/t=2.0×1.05=2.1萬元；資源補償費: 銷售收入×2%=448×2%=8.96萬元；城建稅: 增值稅×7%=58.24×7%=4.08萬元；教育附加費: 增值稅×3%=58.24×3%=1.75萬元。

以上稅費合計:75.13萬元。

4.4 利潤

根據以上計算分析，本項目新增投資1 069.7萬元。該礦達產后，年銷售收入為448萬元，年總成本為361.4萬元，交納各種稅費75.13萬元，則年利潤總額為11.47萬元。

5 綜合評價

1) 該礦外部的水、電、路、通訊等諸方面條件具備；礦山已在各井口均蓋設有可滿足下部開采的建筑構筑物設施。

2)Ⅰ號礦體礦石儲量低、所需工程量大，還有經濟效益，具備開采價值。該礦其它礦體礦石質量、價值較1號礦體較好，儲量也較大，經濟效益肯定也較1號礦體好，更具備開采價值。

3)鯉泥湖銅鐵礦屬大水型礦山，水文地質條件較復雜。本次設計的Ⅰ號礦體雖然在火成巖中，但運輸巷道、回風巷道穿過大理巖含水地帶，礦山必須對防水問題引起足夠重視。建議在掘進施工中，要充分注意防水，做到“有疑必探，有水必防”，切實落實好本設計提出的防治水措施。

4)建議礦山繼續做好水文地質工作，采取注漿止水等綜合止水措施后，會取得更佳的效果。

綜上所述，該開采方案技術上是可行的、安全上是可靠的、經濟上是有效益的。還可提供多個就業崗位，有助于社會安定，社會效益明顯。該開采方案研究可為本礦的其它礦體和條件類似礦山的開采提供借鑒。

[1]王 青,史維祥. 采礦學[M]. 北京: 冶金工業出版社, 2006.

[2]于潤倉. 采礦工程師手冊(下)[M]. 北京: 冶金工業出版社, 2009:1-20.

[3]《采礦手冊》編委會. 采礦手冊[M]. 北京: 冶金工業出版社, 1990:203-220.

[4]崔茂金. 上向分層膠結充填采場頂板穩定性分析[J]. 有色金屬(礦山部分), 2009, 61(6): 51-55.

[5]謝世俊. 金屬礦床地下開采[M]. 北京: 冶金工業出版社,1979.

[6]劉效良. 巖金地下開采充填技術綜述[J]. 現代礦業, 2009(7):5-10.