九頂山銅鉬礦礦床開采方式探討

黃人春，王文麗

(1.云南楚雄礦冶有限公司， 云南 楚雄市 675000；2.中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院， 云南 昆明 650051)

九頂山銅鉬礦礦床開采方式探討

黃人春1，王文麗2

(1.云南楚雄礦冶有限公司， 云南 楚雄市 675000；2.中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院， 云南 昆明 650051)

九頂山銅鉬礦經(jīng)多年地下開采，發(fā)現(xiàn)礦體總體規(guī)模小、產(chǎn)狀復(fù)雜，但簇?fù)硇纬傻V體群，開采時(shí)遇到巷道支護(hù)難度大、安全隱患多、采礦成本高等難題，嚴(yán)重影響了礦山的經(jīng)濟(jì)效益。基于上述難題，調(diào)查分析該礦床的開采技術(shù)條件，針對整個(gè)礦群厚度大、埋藏淺，提出采用露天開采，確定露天采場邊坡參數(shù)及境界范圍，最后對比分析露天、地下兩種開采方式的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，得出露天開采更為合理的結(jié)論。

長壁式崩落法；地下開采；露天開采；邊坡；采場境界

礦床開采方式的選擇是否合理，直接關(guān)系到礦山生產(chǎn)的安全性、經(jīng)濟(jì)效益、資源利用率等[1￣2]。開采方式的選擇，需綜合考慮安全性、技術(shù)可行性、投資成本等各方面因素[3￣4]，同時(shí)礦巖的物理力學(xué)性質(zhì)也是必須考慮的因素，尤其是礦巖的力學(xué)性質(zhì)[5￣7]。針對不同開采技術(shù)條件的礦山，礦山的開采方式可能存在差異，如裕新多金屬礦[8]、牛苦頭鉛鋅礦[9]、姑山鐵礦[10]等采用露天開采方式進(jìn)行開采，而新塘銅礦[11]、雷家寨銅多金屬礦[12]、瓦廠鐵銅礦[13]等采用地下開采的方式進(jìn)行開采。九頂山銅鉬礦礦體規(guī)模小，但簇?fù)沓傻V體群，礦山原采用地下崩落法進(jìn)行開采，結(jié)果造成經(jīng)濟(jì)效益差、資源利用率低、安全隱患大等問題。目前，礦山需重新探討礦床的開采方式，選擇合理的采礦方式，以便解決礦山生產(chǎn)中遇到的各類難題，同時(shí)為其它類似礦山的開采方式選擇提供參考依據(jù)。

1 開采技術(shù)條件

1.1 礦山開采現(xiàn)狀

九頂山銅鉬礦位于云南省西北部，于2008年建成投產(chǎn)，但是，后來由于銅、鉬價(jià)格低迷，采礦方式不合理等原因造成采礦成本偏高，導(dǎo)致礦山于2013年臨時(shí)停產(chǎn)。礦山原開采方式為地下開采，選用長壁式崩落采礦法進(jìn)行自上而下分中段開采(見圖1)，曾出礦的中段為2670，2640，2612，2570，2540，2480 m中段。

圖1 長壁式崩落采礦法采場結(jié)構(gòu)參數(shù)及采切工程

1.2 礦體特征

礦區(qū)礦體主要賦存在花崗斑巖及接觸變質(zhì)巖巖層中，銅礦體、鉬礦體交替出現(xiàn)，形成礦體群。礦群走向北偏東80°，傾向南偏東10°，傾角30°左右，走向長約700 m，寬約50～200 m。礦群中貧礦體、富礦體交叉出現(xiàn)，產(chǎn)狀基本一致，總體規(guī)模較小，大多呈透鏡狀沿層產(chǎn)出，存在復(fù)合及分支現(xiàn)象。礦體厚度極值為0.83～43.32 m，銅礦體平均品位為0.29%～0.62%，伴生鉬平均品位為0.026%～0.045%；鉬礦體平均品位為0.15%～0.20%，伴生銅平均品位為0.036%～0.093%。礦體特征詳見圖2。

圖2 九頂山銅鉬礦礦體特征(13#勘探線)

1.3 水文及工程地質(zhì)條件

(1) 水文地質(zhì)條件：礦區(qū)含水層主要為花崗斑巖弱裂隙含水層及接觸變質(zhì)帶的角巖裂隙含水層。由于高嶺土化、綠泥石化使花崗斑巖變?yōu)檐浻膊痪鶆虻膸r石，特別是含礦地段風(fēng)化破碎更為顯著，含有微弱潛水；同時(shí)接觸帶裂隙發(fā)育，且多為張性裂隙，裂隙率為1%～4%，巖性堅(jiān)硬破碎，富水強(qiáng)。總體上水位在地表以下5～67 m，含水層厚度160～310 m，對地下開采產(chǎn)生一定影響，如采用露天開采則影響較小。

(2) 工程地質(zhì)條件：礦區(qū)含礦地質(zhì)巖組主要為塊狀巖類軟弱～堅(jiān)硬工程地質(zhì)巖組及塊狀巖類較軟弱～堅(jiān)硬工程地質(zhì)巖組，如花崗斑巖為中至粗粒花崗斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，且?guī)r體內(nèi)裂隙發(fā)育，一般裂隙密度為22條/m，巖石干抗壓強(qiáng)度為8.52～13.32 MPa，濕抗壓強(qiáng)度為6.88～9.40 MPa；接觸變質(zhì)角巖，致密堅(jiān)硬，塊狀構(gòu)造，裂隙較發(fā)育，一般裂隙密度為9條/m，巖石干抗壓強(qiáng)度為15.60～22.80 MPa，濕抗壓強(qiáng)度為10.95～21.20 MPa。

2 礦床開采存在問題

九頂山銅鉬礦原采用地下開采，采礦方法為長壁式崩落采礦法，根據(jù)礦山多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，可總結(jié)出礦山開采過程中遇到的主要難題如下：

(1) 礦區(qū)多條礦體形成礦體群，且貧富礦體交叉出現(xiàn)，地下開采時(shí)，采切巷道的布置難度大，且由于礦區(qū)工程地質(zhì)條件較差，圍巖穩(wěn)定性控制也是一大難題。

(2) 采用崩落法進(jìn)行開采時(shí)，雖然大部分采空區(qū)頂板可以實(shí)現(xiàn)自然崩落，但仍會(huì)出現(xiàn)局部采空區(qū)頂板不能自然垮塌的現(xiàn)象，給礦山開采造成嚴(yán)重的安全隱患。

(3) 由于近幾年銅鉬價(jià)格的低迷，同時(shí)地下開采成本較高，嚴(yán)重影響了礦山的經(jīng)濟(jì)效益，甚至出現(xiàn)虧損。另外，局部礦體品位低、儲(chǔ)量少，礦山開采時(shí)作為廢礦處理，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。

3 礦床開采技術(shù)研究

3.1 開采方式選擇

礦山開采方式的選擇是否合理，直接影響礦山經(jīng)濟(jì)效益及資源的利用率，九頂山銅鉬礦的開采方式選擇可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：

(1) 礦體賦存條件：礦山礦體埋深較淺，且大部分礦體出露于地表；

(2) 礦體產(chǎn)狀及厚度：礦山礦體傾角30°左右，雖然大部分礦體厚度較小，但礦區(qū)內(nèi)礦體數(shù)量較多，形成一定規(guī)模的礦體群，礦體群的厚度較大，最厚處高達(dá)200 m；

(3) 采礦安全性：礦山原采用地下開采，由于圍巖穩(wěn)定性難以控制，常出現(xiàn)巷道坍塌等事故，人員、設(shè)備的安全性難以保證，露天開采時(shí)便可有效解決這一難點(diǎn)，大大提高礦山開采的安全度；

(4) 經(jīng)濟(jì)效益：礦區(qū)巖層穩(wěn)定性較差，采用地下開采時(shí)，須采用崩落法或充填法，投資成本較高，礦體開采成本及難度也較大，從而導(dǎo)致礦山的經(jīng)濟(jì)效益較差。

綜上所述，九頂山銅鉬礦更適合采用露天開采，故最終推薦礦山變更原開采方式，選擇露天開采的方式進(jìn)行開采。

3.2 采場邊坡參數(shù)確定

影響露天采場邊坡穩(wěn)定性的因素眾多，故設(shè)計(jì)邊坡參數(shù)時(shí)，需綜合考慮各種因素，同時(shí)結(jié)合其它類似礦山邊坡參數(shù)選取的經(jīng)驗(yàn)。巖石的物理力學(xué)性質(zhì)及礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造，直接影響臺(tái)階高度、臺(tái)階坡面角的設(shè)定，如巖石的硬度、內(nèi)摩擦角，巖層中存在的破碎帶、斷層、節(jié)理等都是必須考慮的因素。礦區(qū)地下水賦存情況、地表水的排泄條件以及露天邊坡保存的時(shí)間等因素也是采場邊坡參數(shù)選取時(shí)需考慮的因素。總之，九頂山銅鉬礦露天采場邊坡參數(shù)的確定，需依據(jù)礦區(qū)的水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)條件以及巖層的物理力學(xué)性質(zhì)，同時(shí)考慮礦山現(xiàn)有設(shè)備的情況，最終確定的采場邊坡參數(shù)見表1。

表1 采場邊坡參數(shù)

3.3 露天開采境界

露天開采境界的圈定結(jié)果，直接影響礦山今后的經(jīng)濟(jì)效益及資源的利用率，選擇露天開采境界圈定的方案必須遵循以下幾點(diǎn)原則：

(1) 境界圈定的結(jié)構(gòu)參數(shù)有利于最終邊坡的穩(wěn)定；

(2) 境界圈定參數(shù)與生產(chǎn)規(guī)模、礦巖物理力學(xué)性質(zhì)、采掘設(shè)備技術(shù)性能相適應(yīng)。邊坡參數(shù)、剝采比控制在合理的安全范圍內(nèi)，盡可能擴(kuò)大露天開采境界以便多采出礦石，充分發(fā)揮露天開采的優(yōu)越性；

(3) 在露天境界圈定時(shí)以不超出劃定的礦區(qū)范圍為原則；

(4) 境界剝采、生產(chǎn)剝采比、平均剝采比都應(yīng)小于經(jīng)濟(jì)合理剝采比。

基于上述原則，結(jié)合九頂山銅鉬礦的實(shí)際情況，圈定露天開采的境界，由于圈定后礦山采場為山坡露天采場，故排水及運(yùn)輸系統(tǒng)較好，綜合考慮各種因素，最后圈定的境界采場頂部標(biāo)高為2870 m，底部標(biāo)高2570 m，露天采場終了境界頂部尺寸(長×寬)658.64 m × 553.86 m，露天采場終了境界底部尺寸(長×寬)290.12 m × 130.49 m，最終邊坡角42°～44°，最終臺(tái)階高度20 m，預(yù)測開采后的采場現(xiàn)狀見圖3。

圖3 九頂山銅鉬礦露天開采預(yù)測境界

3.4 開采技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

九頂山銅鉬礦于2008年建成投產(chǎn)，至2013年采用地下開采方式進(jìn)行開采。由于礦石價(jià)格低、采礦成本偏高等多種因素的影響，礦山一直處于虧損狀態(tài)。經(jīng)2013年停產(chǎn)整頓，礦山將原開采方式變更為露天開采，經(jīng)過最近幾年的生產(chǎn)總結(jié)，目前礦山經(jīng)濟(jì)效益有所提高，逐步實(shí)現(xiàn)扭虧為盈的目標(biāo)，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比見表2。

由表2可得，露天開采時(shí)的采礦損失率、貧化率都低于地下開采，資源利用率高出地下開采十幾個(gè)百分點(diǎn)，從資源利用率方面考慮，露天開采的方式更適合九頂山銅鉬礦。從采礦成本進(jìn)行分析，露天開采時(shí)的采礦成本和剝離成本之和遠(yuǎn)小于地下開采時(shí)的采礦成本，節(jié)約了礦山的生產(chǎn)投入。分析兩種采礦方式的運(yùn)輸費(fèi)、電費(fèi)及水費(fèi)等，露天開采時(shí)由于要運(yùn)輸大量廢石，其運(yùn)輸費(fèi)用遠(yuǎn)高于地下開采，但其它方面的費(fèi)用均小于地下開采。綜合考慮兩種采礦方式的開采技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，對于九頂山銅鉬礦礦區(qū)礦群的開采，露天開采方式的總體經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于地下開采方式，故可得出露天開采更適合類似于九頂山銅鉬礦開采技術(shù)條件的礦山。

4 結(jié) 論

(1) 研究分析了九頂山銅鉬礦礦床開采的技術(shù)條件，得出礦體規(guī)模小、產(chǎn)狀復(fù)雜、簇?fù)沓傻V體群，礦山水文地質(zhì)條件簡單，礦巖穩(wěn)定性較差的結(jié)論。

(2) 總結(jié)了礦山開采時(shí)遇到的難題，即地下開采時(shí)巷道穩(wěn)定性控制難度大；采空區(qū)頂板局部無法自然崩落，安全隱患大；同時(shí)采礦成本高，造成礦山經(jīng)濟(jì)效益差。

(3) 針對礦山開采技術(shù)條件及采礦難題，提出采用露天開采的方式進(jìn)行開采，確定露天采場的邊坡參數(shù)及境界范圍，同時(shí)通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比分析，證明露天開采比地下開采更適合于九頂山銅鉬礦礦床的開采。

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2016￣10￣21)

黃人春(1968-)，男，江西大余縣人，工程師，主要從事礦山企業(yè)從事采礦技術(shù)管理的工作，Email：495504088@qq.com。