普朗銅礦自然崩落法貧化控制研究

洪超，石峰 ，馮興隆，崔曉東，王啟新，劉明武

(1.云南迪慶有色金屬有限責(zé)任公司， 云南 香格里拉市 674400；2.礦冶科技集團(tuán)有限公司， 北京 100160；3.金屬礦山智能開采技術(shù)北京市重點實驗室， 北京 102628)

1 概述

普朗銅礦位于云南省迪慶藏族自治州香格里拉市，海拔平均為3350 m～3600 m。礦體呈筒狀，北西向展布，南部較寬，達(dá)360 m～600 m，北部變窄為120 m～300 m。東側(cè)傾向北東，傾角25°～57°，西側(cè)傾向南西，傾角 35°～83°，為超大型斑巖銅礦[1-2]。該礦品位低、節(jié)理構(gòu)造較為發(fā)育，有5條較大斷層穿過，且礦區(qū)地處環(huán)保敏感地帶，地表無法進(jìn)行表土剝離。基于上述特點，采用自然崩落法進(jìn)行開采。

自然崩落法采礦是一種高效率、低成本的采礦方法，通過在礦體底部進(jìn)行充分拉底，礦巖內(nèi)部節(jié)理裂隙得到發(fā)育，礦巖自然碎裂后崩落[1-4]。其主要特征就是在覆蓋巖層下放礦，一旦發(fā)生崩落影響后，崩落巖體受斷層、物理性質(zhì)及塊度的不同影響隨機(jī)流動。隨著出礦的持續(xù)，礦體內(nèi)部的夾石及上部的覆蓋巖層混入，礦石貧化將無法避免。因此，對于采用自然崩落法采礦的礦山，貧化率的控制將直接對礦山的生產(chǎn)制造成本造成較大影響。本文基于普朗銅礦實際生產(chǎn)情況，對自然崩落法貧化控制進(jìn)行研究，可為采用自然崩落法的其他礦山提供礦石貧化控制依據(jù)。

2 貧化原因及影響因素分析

目前，普朗銅礦地表已出現(xiàn)面積約為 500 m2的塌陷坑。井下出礦口也陸續(xù)出現(xiàn)冰磧物混入，造成礦石貧化。同時，對選礦指標(biāo)也會造成較大影響。基于目前普朗銅礦開采現(xiàn)狀，對普朗銅礦貧化原因及影響因素進(jìn)行分析。

2.1 地表塌陷形成通道

普朗銅礦于2017年3月中旬開始進(jìn)行出礦，于 7月中旬在地表先后出現(xiàn) 2個不同規(guī)模的塌陷坑。受斷層影響，為保證拉底爆破效果，根據(jù)崩落礦量將上一次拉底后的松散礦量放出30%左右，以保證爆破補(bǔ)償空間，但實際出礦過程遠(yuǎn)超崩落礦量的30%，拉底過度松動出礦是此次出現(xiàn)塌陷坑的主要成因。

出現(xiàn)塌陷坑后，對塌陷坑位置進(jìn)行標(biāo)記。隨著出礦的持續(xù)，在井下出礦口發(fā)現(xiàn)該標(biāo)記物。但發(fā)現(xiàn)標(biāo)記物位置與地表放置標(biāo)記物位置在空間上并不是上下對應(yīng)。分析原因，主要是該位置處于3條斷層交匯處，形成一個破碎帶，表明該位置形成塌陷后，受斷層及大規(guī)模出礦等因素影響在礦體的空間位置上形成一個上下通道，礦體上部的地表冰磧物隨著出礦過程，不斷從通道內(nèi)混入礦石中，這是造成貧化的主要原因。

2.2 拉底方式

為保證礦山經(jīng)濟(jì)效益，普朗銅礦采取富礦部位先開刀的方式。選擇礦巖比較破碎的地段為中心，以菱形方式逐步向四周開始推進(jìn)，拉底示意圖見圖1。隨著崩落前鋒的推進(jìn)，會對礦體內(nèi)原有的構(gòu)造

特征產(chǎn)生影響。放礦過程中受斷層及礦巖自身的節(jié)理裂隙影響，崩落礦巖的塊度不均衡，出現(xiàn)礦巖崩落后的塊度大于地表覆蓋巖層塊度。隨著出礦持續(xù)，崩落礦巖的隨機(jī)流動，覆蓋巖層的廢石將不斷混入礦石內(nèi)，在出礦過程中無法剔除，造成礦石貧化。

圖1 拉底示意圖

同時，拉底速度與崩落速度直接關(guān)系的不匹配會使得廢石過早混入，造成貧化，或使貧化時間提前，不利于礦山生產(chǎn)[3]。

2.3 拉底巷道支護(hù)材料的混入

自然崩落法需在礦體底部設(shè)置拉底層，在基建過程中拉底巷道已完成掘進(jìn)支護(hù)。拉底巷道處于礦體下部，同時又位于出礦巷道上部，受礦體斷層及巖石穩(wěn)定性的影響，地質(zhì)條件較為復(fù)雜。在拉底掘進(jìn)過程中為保證施工安全，往往要進(jìn)行較大強(qiáng)度的支護(hù)。普朗銅礦在基建期開挖拉底巷道時，巖石較為破碎，為了保證施工的安全及質(zhì)量，采用了鋼拱架混凝土澆筑、錨網(wǎng)噴、噴射鋼纖維混凝土等強(qiáng)度較高的支護(hù)形式。

拉底爆破后，該部分支護(hù)材料很難得以回收，大部分將隨著出礦混入礦石內(nèi)造成貧化。但該部分支護(hù)材料是為了保證施工的安全，無法避免。該部分支護(hù)材料混入量較小，造成貧化的影響也較小。

2.4 出礦不均衡

拉底開挖以后，會引起上部礦體內(nèi)應(yīng)力集中，產(chǎn)生破壞區(qū)，當(dāng)破壞區(qū)內(nèi)的拉破壞占主體時，上部破壞礦體就會崩落[5]。自然崩落法理想的出礦狀態(tài)為倒鍋形，各出礦口必須均衡出礦，使地表能夠均勻下降，以減少地表冰磧物混入。但在生產(chǎn)過程中往往難于控制，主要影響因素為出礦受交叉斷層及拉底影響，拉底邊界往往應(yīng)力較為集中，出礦示意圖見圖2。如不及時出礦釋放，將對出礦水平底部造成較大破壞，這是不均衡出礦的主要原因。此外，受其他生產(chǎn)系統(tǒng)不穩(wěn)定因素影響，出礦的地點、運輸系統(tǒng)、破碎系統(tǒng)等無法正常運行，調(diào)整出礦位置或調(diào)整該位置的出礦量，也是不均衡出礦的主要原因。

圖2 出礦狀態(tài)三維示意

由于不能做到均衡出礦，產(chǎn)生應(yīng)力集中，使得地表沉降高度不可控，地表冰磧物提前混入礦石中，是造成提前貧化的主要原因。

2.5 礦體內(nèi)夾石

自然崩落法往往適應(yīng)于較厚大礦體，多采用單中段回采的方式，礦體內(nèi)部所含夾石也是不可避免的，普朗銅礦設(shè)計達(dá)產(chǎn)后年處理原礦1250萬t，日均處理原礦約3.8萬t，出礦量較大。在日常出礦過程中廢石剔除難度大，往往直接混入礦石中進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)造成貧化。

2.6 放礦橢球體參數(shù)影響

放礦橢球體參數(shù)是合理確定出礦進(jìn)路及出礦點間距的重要依據(jù)，各出礦口上部所對應(yīng)的放礦橢球體之間相互重疊面積的大小對礦山開采過程中的貧化及損失控制尤為重要。相交面積過大，正常出礦后相交區(qū)域內(nèi)礦石流動較快，易于礦體與地表快速形成通道，造成提前貧化。如果橢圓形影響區(qū)域不能在穿脈相交，即可在出礦穿脈上部形成放礦殘余脊柱，造成礦石損失，同時還會形成長期的脊柱壓力，不利于底部結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，如圖3所示。

放礦橢球體的參數(shù)主要是由礦石的物理力學(xué)性質(zhì)所確定，而反映一個放礦橢球體大小的主要指標(biāo)為橢球體的偏心率，偏心率的計算公式為：式中，ε為放出橢球體偏心率；aN為放出橢球體長半軸長度，m；bN為放出橢球體短半軸長度，m。

圖3 放礦橢球體

一般而言，偏心率隨礦石平均塊度變小、濕度增加、硬度降低和放礦速度增加而變大。因此，橢球體的偏心率主要由礦石崩落塊度、濕度和硬度決定，人為很難主導(dǎo)。而根據(jù)放礦橢球體參數(shù)合理布置出礦進(jìn)路及出礦點間距，將對自然崩落法貧化控制至關(guān)重要。

3 結(jié)論

本文對普朗銅礦自然崩落法開采過程中貧化原因進(jìn)行分析，得出影響礦石貧化因素主要有地表塌陷、拉底方式、支護(hù)材料混入、出礦不均勻、礦體內(nèi)夾石和放礦橢球體參數(shù)。基于上述因素，合理確定出礦進(jìn)路及出礦點間距、均衡出礦、選擇相對合適的拉底方式及拉底速度可大大降低礦山貧化率，可為采用類似自然崩落法采礦的礦山提供相關(guān)貧化原因及控制參考。