竹峪金礦F5礦床淺部低品位礦石開采技術(shù)

張孝民，楊志強(qiáng)，習(xí)玉良，何海江，馮江偉，張金歌

(金源礦業(yè)有限責(zé)任公司，河南 靈寶 472500)

引言

竹峪金礦是金源礦業(yè)有限責(zé)任公司第二分公司下屬的一個主采區(qū)。前身隸屬于靈寶市靈湖金礦，始建于1976年，一直在F5金屬礦床進(jìn)行地下開采。通過近三十年的開采，探明的資源量已消耗殆盡，尋找接替資源已成為當(dāng)前企業(yè)健康發(fā)展的首要任務(wù)。

本文結(jié)合當(dāng)前黃金價格持續(xù)上漲的有利形勢，提出采用露天采礦技術(shù)回收地下開采結(jié)束后的礦床淺部遺留低品位礦石。在分析該類礦床遺留采空區(qū)和采切巷道對回采工作影響的基礎(chǔ)上，通過技術(shù)改進(jìn)，正確處理采空區(qū)和邊坡治理。該方法不僅提高了資源利用率，而且降低了生產(chǎn)成本的投入，提高了經(jīng)濟(jì)效益，僅供同行參考。

1 技術(shù)背景

1.1 礦床地質(zhì)概況及儲量保有情況

F5斷裂破碎帶為含金糜棱巖構(gòu)造帶，F(xiàn)5含金石英脈為東段一部分，東起夫夫峪，經(jīng)過本礦區(qū)、大湖羅山，西延至周家峪與F6復(fù)合交匯，全長約7～8 km。近東西走向，傾向NNE，傾角30°，走向及傾向均具波狀起伏特點，構(gòu)造帶厚20～50 m，構(gòu)造帶內(nèi)糜棱巖、千糜巖、碎裂巖發(fā)育。構(gòu)造帶上盤為輝綠巖、條帶狀混合花崗巖，下盤為角閃斜長片麻巖，中等穩(wěn)固。礦石為糜棱巖，穩(wěn)定性差，礦石比重2.48 t/m3，松散系數(shù)1.75，自然安息角40°，濕度6.31%。F5斷裂破碎帶為本礦最主要的一條控礦斷裂，含金石英脈成脈狀和團(tuán)塊狀產(chǎn)出，形成了金礦石的富集區(qū)。斷裂為成礦提供通道和成礦空間的同時，斷裂破碎帶自身也不同程度礦化，形成了一個具有工業(yè)價值的低品位金礦床(見圖1)。根據(jù)實地取樣、邊界圈定、礦量核查，結(jié)合1985年河南省地調(diào)一隊提交的地質(zhì)儲量報告，在675 m標(biāo)高以上7個礦段共圈定低品位礦石407.6128萬t(見表1)，減去歷年來我礦采出礦石量86.175萬t和民采礦石量30萬t，現(xiàn)實際保有礦石量291.4378萬t，平均品位 0.7 g/t，金屬量2 049 kg(見表2)。

圖1 礦床剖面圖(0勘探線)

表1低品位礦石量計算表

Table1Calculationtableoflow-gradeorequantity

中段標(biāo)高礦體走向長度/m厚度/m傾角/°斜長/m體積/m3 體重/(t/m3)礦石量/萬t備注7941505027372775002.4868.827841905027222090002.4851.832770210152730945002.4823.4367502601527441716002.4842.55687253201527552640002.4865.4727004001527553300002.4881.846753601527552970002.4873.656合計16436002.48407.6128

表2 低品位礦石保有量計算表

1.2 礦床開采現(xiàn)狀

1976年建礦至今一直采用地下開采方法，平硐-盲斜井聯(lián)合開拓，采礦方法為空場法，主要開采3.5 g/t以上金礦石資源。通過30余年的開采，2005年至今已在650 m標(biāo)高以下進(jìn)行探采作業(yè)。由于受歷史開采的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等因素影響，650 m標(biāo)高以上礦段礦體富集區(qū)開采結(jié)束后，大量的采空區(qū)未做處理，地壓失衡導(dǎo)致采空區(qū)、部分開拓及采準(zhǔn)工程已垮塌。

1.3 技術(shù)思路

從經(jīng)濟(jì)及安全因素考慮，已無法利用地下開采方法回收650 m標(biāo)高以上礦段低品位礦石。為充分利用礦產(chǎn)資源，提高礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，根據(jù)露天開采的實踐經(jīng)驗，對該礦床650 m標(biāo)高以上礦段的低品位礦石實施露天開采[1-4]。

2 技術(shù)方案

2.1 采礦方案的選擇

如圖1所示，本礦區(qū)山勢北傾、礦脈北傾、侵蝕基準(zhǔn)面在650 m水平，沿礦脈傾向形成自然山坡，地表道路暢通，上盤巖石厚度不大，不少地方(特別是上部)表土覆蓋層厚度不大于5 m，而含礦層厚度較大，最厚達(dá)50 m(見表1)。露天開采雖然基建投資大，但該礦段初期剝離量很小，礦山也有部分設(shè)備可以投入使用，基建投資比較小，故選用露天開采。該礦段采用露天開采還有以下優(yōu)點：

1)礦段地面無建筑物、農(nóng)田、森林等，基建條件好；

2)供電、供水、運(yùn)輸?shù)认到y(tǒng)容易形成，排土排碴場、工業(yè)場地便于布置；

3)露天開采使用大型設(shè)備，勞動生產(chǎn)率高，采礦成本低；

4)礦巖界限清楚，易于分采分裝，貧化損失小。

2.2 露天開采各項參數(shù)的選擇

2.2.1 開采范圍

該開采礦段地表沒有建筑物、農(nóng)田、森林、河流或其它難以遷移的設(shè)施，礦巖穩(wěn)固性較好，水文地質(zhì)條件簡單。根據(jù)礦床的地質(zhì)賦存特點和開采技術(shù)條件，保證盈利的情況下，開采范圍確定為3線以東、4線以西、725 m標(biāo)高以上的礦段(走向長240～320 m，垂高100 m)。

2.2.2 經(jīng)濟(jì)合理剝采比

經(jīng)濟(jì)合理剝采比是露天境界確定的重要指標(biāo)。本開采礦段由于礦石品位較低，不存在地下開采的可能，無法利用比較法來確定。因此采用收支平衡法來計算經(jīng)濟(jì)合理剝采比，計算公式為：

式中：NJ—經(jīng)濟(jì)合理剝采比，t/t；b—每噸廢石的剝離和運(yùn)輸費(fèi)，元/g；a—每噸礦石的開采和加工費(fèi)用(不包括剝離)，元/g；C—其它未攤?cè)隺、b的費(fèi)用，元/t；E—每噸礦石盈利的期望值，元/t；P—每克金價，元/g；A—礦石平均品位， g/t；R—堆浸回收率， %。

取值：b=8.20元，a+C=29.5元，E=5元，P=120元/g，A=0.70 g/t，R=75%，計算得出NJ=3.48。當(dāng)收支平衡時(即E=0)，NJ=4.09。我國露天礦的經(jīng)濟(jì)合理剝采比一般為8～10(如表3所示)，而本礦段的經(jīng)濟(jì)合理剝采比為3.48，大大低于我國礦山的一般水平，這主要是由于該礦段遺留礦石品位低造成的。

表3 部分露天礦設(shè)計的剝采比值

2.2.3 露天采場最終邊幫構(gòu)成要素

1)階段高度和階段坡面角

該礦段礦巖f=6～12，礦石穩(wěn)固性中等，上盤巖石穩(wěn)固性更好。對于需穿爆的硬巖，一般不超過挖掘機(jī)最大挖掘高度的1.2倍。我礦選用靈活爬坡能力強(qiáng)的2 m3反鏟式挖掘機(jī)(最大挖掘高度為7.7 m)，因此階段高度選用8 m，階段坡面角50°，達(dá)到了安全規(guī)范要求。

2)最終平臺寬度

由于本開采礦段為山坡露天和深凹露天的混合型，深凹露天部分可以從山坡露天部分進(jìn)入，因此不用考慮設(shè)置運(yùn)輸平臺。加之深凹露天部分開采深度最大僅100 m左右，也未考慮清掃平臺。安全平臺寬度選4 m。

3)最終幫坡角

根據(jù)礦床開采條件、階段坡面角及開采深度，最終幫坡角選定為55°。

4)境界剝采比及露天境界的確定

圖2 最終境界剖面圖(0勘探線)

5)露天開采底寬及位置

露天采礦場底最小寬度不應(yīng)小于開段溝寬度，并按采裝和運(yùn)輸設(shè)備的規(guī)格確定。我礦選用2 m3液壓鏟和20 t自卸汽車，確定采礦場底最小寬度為20 m。

2.3 露天開采生產(chǎn)能力的選擇

該剝采區(qū)礦體走向長200余米，開采深度約100 m，低品位礦石186萬t左右。結(jié)合國內(nèi)同類露天礦延伸緯度和場地籌建及配套設(shè)備選購等情況，選擇年產(chǎn)量為50萬t。

2.4 露天開采的運(yùn)輸方式和設(shè)備選擇

由于該開采礦段與排碴場和堆浸場的地面公路已經(jīng)形成，且開采區(qū)域內(nèi)簡易公路使用挖掘機(jī)修建簡單方便，因此選用公路開拓運(yùn)輸方式。結(jié)合現(xiàn)有實際設(shè)備情況，選擇2 m3斗容的挖掘機(jī)、20 t自卸汽車。

2.5 采剝方法

采剝方法是露天開采全部過程中的中心環(huán)節(jié)。我礦采用Ф105 mm風(fēng)動潛孔鉆機(jī)鑿巖，垂直鉆孔，多排(2～3排)、三角形布孔方式，孔深8～10 m，孔距4～4.5 m，排距3.5～4 m，炮孔堵塞長度大于4 m，炸藥單耗0.3～0.5 kg/m3。采用電雷管引爆，排間孔外微差爆破的方法進(jìn)行預(yù)先松散，然后用挖掘機(jī)進(jìn)行鏟裝，礦巖分別裝車。對于松散破碎礦巖，一般不需要鑿巖爆破，可直接用挖掘機(jī)鏟裝。工作線布置和推進(jìn)方向：根據(jù)我礦露天開采設(shè)計能力，以及該礦段地質(zhì)賦存條件，采用工作線沿礦體走向布置，垂直礦體走向推進(jìn)，剝離工作線沿上盤推進(jìn)，采礦工作線沿下盤推進(jìn)，減小礦石的損失和貧化。

2.6 采空區(qū)處理

露天開采前，根據(jù)相關(guān)地質(zhì)資料及露天開采設(shè)計的最終開挖境界，圈定出剝采區(qū)內(nèi)采空區(qū)的賦存狀況，并實地測量標(biāo)定，設(shè)置警戒[5]。露天剝采與地下探采隔離帶內(nèi)各中段具有施工條件的采空區(qū)采取廢碴充填、集中放頂?shù)却胧┻M(jìn)行采空區(qū)治理，達(dá)到地壓平衡，并封堵該區(qū)域內(nèi)廢棄坑道、采場，杜絕人員進(jìn)入。鉆機(jī)鑿巖遇到采空區(qū)時，采用黃土充填固孔方法，提高鑿巖質(zhì)量和爆破效果。裝運(yùn)礦巖作業(yè)前，在工作平臺對爆破充填處理過的采空區(qū)采用機(jī)械夯實，并加強(qiáng)該區(qū)域的安全監(jiān)護(hù)管理。由于礦床中礦石富集區(qū)體積相對較小，相應(yīng)遺留采空區(qū)空間較小，而露天爆破后礦巖自身松散垮落至采空區(qū)(我礦礦巖松散系數(shù)為1.75)，達(dá)到了安全處理采空區(qū)。

2.7 邊坡管理及地質(zhì)災(zāi)害防治

在露天開采過程及后期治理中，采取以下措施進(jìn)行邊坡管理及地質(zhì)災(zāi)害防治：

1)確定露天開采區(qū)域相對應(yīng)的725～650 m標(biāo)高段為露天開采與地下開采隔離帶，禁止在該區(qū)域采掘作業(yè)。由于該區(qū)域主構(gòu)造傾角為27°，屬傾斜礦體，有效控制了650 m標(biāo)高以下采掘作業(yè)的工程擾動力對露天邊坡的破壞和影響。

2)在露天開采區(qū)域北部(760～770 m水平)采用錨桿混凝土擋墻對邊坡巖體進(jìn)行加固處理。

3)在最終開挖境界外圍沿邊坡開挖排洪渠，并在露天開采底部(725 m水平)開挖排水溝，分別將地表水截流及泄洪，有效避免了地表降水流入露天采礦區(qū)域以及滲入井下。

4)刺絲封堵露天開采區(qū)域，懸掛警示標(biāo)志，禁止人員進(jìn)入。

5)露采邊坡設(shè)置變形觀測點，定期觀測，繪制變形曲線，建立測量臺帳，發(fā)現(xiàn)異常，及早報告，確保早發(fā)現(xiàn)、早治理。

3 綜合比較

對淺部已開采礦床的低品位礦石回收技術(shù)，還未見有過全面報道。結(jié)合礦山實踐經(jīng)驗，傳統(tǒng)方法是在已開采的礦體上、下盤施工輔助工程(脈外運(yùn)輸巷道和采切工程)對原回采時損失的高品位礦石和礦床中儲存的低品位礦石再控制或空區(qū)內(nèi)施工漿砌礦柱、坑木支護(hù)、廢石充填采空區(qū)后，對遺留原生礦柱和邊角礦體進(jìn)行局部殘采。缺點為生產(chǎn)能力低、成本高、地壓難以管理。尤其針對已開采礦床中低品位礦石因傳統(tǒng)方法開采成本太高和安全等因素，根本無法回收利用。而采用露天開采技術(shù)對該類資源回收，不僅生產(chǎn)能力大、噸礦成本低(我礦露天開采26.6元/t，與坑采94元/t相比降低了67.4元/t)，且剝采“貧、損”兩率小于坑采(剝采損失率為7%，貧化率為5.97%，而坑采正常礦塊的回采“貧、損”兩率均在10%左右，殘采將更大)。

4 實施效果

采用露天采礦法對淺部已開采礦床的低品位礦石進(jìn)行回收技術(shù)，我礦2005～2008年共剝采礦石173.07萬t，平均品位0.63 g/t，金屬量1090.35 kg，剝采成本26.60元/t，產(chǎn)值9472.04萬元，利潤1799.39萬元(見表4)。

表4 露天采礦經(jīng)濟(jì)效益匯總表

備注：盤存解析炭38 549.672 kg，含金量6 560.229 g，以200元/g計價折金額：1 312 045.8 元。

5 結(jié)語

結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)黃金企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀，淺部資源大多已開采殆盡。隨著近幾年黃金價格的持續(xù)上漲，淺部低品位礦石已具有工業(yè)開采價值。采用露天開采技術(shù)回收該類礦石資源，可以減少坑采過程中的不安全因素，減少資源浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本的投入，提高經(jīng)濟(jì)效益。同時這一采礦方法符合國家提出的建設(shè)節(jié)約型社會的要求，為靈寶黃金生產(chǎn)的采礦技術(shù)填補(bǔ)了空白，并在小秦嶺金礦區(qū)乃至全國都有良好的推廣價值，為我國黃金產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和低品位礦石資源回收利用提供了較好的回收辦法。

[1] 陳國山. 露天采礦技術(shù)[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

[2] 采礦手冊編輯委員會. 采礦手冊[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1999.

[3] 王運(yùn)敏. 中國采礦設(shè)備手冊[M]. 北京：北京科學(xué)出版社，2007.

[4] 金屬非金屬礦山安全編委會. 金屬非金屬礦山安全[M]. 武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

[5] 陳賢春.不穩(wěn)固圍巖緩傾斜中厚礦體的回采實踐[J].有色金屬：礦山部分，2008,60(2)：5-8.