對于黃金礦山深部開采技術的綜合研究

閆利軍

（海南山金礦業有限公司，海南 樂東 572543）

黃金是比較稀有的貴重金屬之一，在對黃金礦山進行開采的過程中，由于常常需要進行深部開采，從而增大了開采難度。因此，需要選用合理可行的開采技術，在保證高效、安全的前提下，提高開采質量。基于此下面就黃金礦山深部開采技術展開綜合研究。

1 國內外黃金礦山深部開采技術的研究情況

1.1 深部開采

目前，業內對深部開采并無統一的定義，可將達到一定深度的礦床開采稱之為深部開采。開采深度增大后，巖體突發破壞現象的幾率會隨之增加，也就是通常所說的巖爆頻率增加，這種情況可定義為深部開采。需要指出的一點是，受到構造和地質等諸多因素的影響，部分淺部開采也會出現巖爆，故此該定義并不準確。各國按照礦井的深度對深部開采進行具體分類，如美國的深部開采下限標準為1550m，南非為1500m，英國為750m，中國為700m。近年來，隨著開采技術水平的不斷提升，加之專家學者對深部開采研究力度的逐步增大，使得深部開采的界定標準發生一定變化，即軟巖深部開采的界定標準為800m~1500m之間，硬巖深部開采為1000m~2000m。黃金歸屬于重金屬的范疇，是金屬礦，為硬巖。故此，其深部開采的標準為礦井深度1000m~2000m。

1.2 國內外的研究現狀

1.2.1 國外

從深部開采的研究時間上看，國外相對較早，從某國金礦發生巖爆后，深部開采的研究便隨之開始。當時研究的重點主要集中在以下幾個方面：深井巖爆問題、超深井開采問題（井深超過1600m的礦井）、礦壓模擬試驗、深部巖石力學、深井開采（井深1650m）[1]。通過對國外成果進行總結分析后發現，發達國家在深部開采方面取得一些成果，探索出深井高應力問題的解決途徑，即降低區域應力，防止巖爆發生，可采用的技術措施有井下回采順序優化、礦柱預留分區開采、回采作業面應力釋放等等。國外的專家學者經過大量研究和試驗后得出，深部開采中作為有效的方法為充填法，應用該方法進行深部開采的過程中，能夠在回采時，使局部應力維持在可控范圍內。

1.2.2 國內

與國外發達國家相比，我國在深部開采方面的研究起步較晚，探索性研究始于上個世紀90年代，當時研究的主要方向如下：深部開采技術試驗研究、井下巷道礦壓及布置、巖體力學及災害探測與防治、深部開采關鍵技術等等。我國的礦產資源極為豐富，很多礦產都埋藏在較深的地層當中，所以研究深部開采技術意義重大。國家在這方面投入了大量的經費，該領域的專家也紛紛加大研究力度，研究的重點包括以下方面：深部礦產資源勘探、深部巖石力學、深部礦井建設、深部開采關鍵技術等等[2]。近年來，國家愈發重視深部開采，對研究方面的支持力度也逐步增大，從而使我國的深部開采取得一定的成就，尤其是在高效、安全采礦方法和深部井下降溫技術措施等方面。這些研究成果，都為黃金礦山深部開采工作的有序開展提供了有利條件。

2 深部高效安全開采的主要技術方法

地下礦藏的開采離不開采礦工藝的支撐，通過對采礦工業的發展歷程進行全面系統地分析后得知，在不同的階段運用的采礦方法存在著非常大的區別。如，早期以人工手動開采為主，因當時無機械設備輔助，所以開采效率不高，危險性較大；隨著采礦機械設備的出現及其在礦山中應用，使機械化開采取代了人為手動開采，該階段的開采基本上都在淺層；現如今，礦井逐步向縱深方向發展，采礦技術也隨之日趨完善，智能化、自動化設備在深部采礦中的應用越來越廣泛，采礦效率顯著提升，安全性得到可靠保障。無人與遙控采礦等先進的開采技術也都在實現當中，相信不久的將來，這些技術都會在深部開采中得到應用[3]。

目前，在對地下埋藏的金屬礦床進行開采的過程中，較為常用的開采技術有以下幾類：充填法、崩落法以及空場法等。不同的開采方法適用條件有所差別。比如，空場法在應力較高的開采環境中不適用；崩落法在地壓的控制方面雖然具有一定的效果，但當礦井的深度增加到某個數值后，便無法對地壓進行有效控制，這樣一來可能會引起底部結構破壞，造成放礦的難度增大，貧損相對較高，這種開采方法在貴金屬深部采礦中已經不太適用。與上述兩種開采方法相比，充填法的缺陷較少，尤其是在膏體和膠結充填等技術的出現，使得充填法在貴金屬礦床深部開采中的應用效果得到進一步提升，成為現階段各國普遍采用的一種開采方法[4]。通過充填工藝的合理運用，除了能夠使深部礦床回采過程中的應力分布環境得到改善之外，還能使巖爆的發生被有效控制，尾砂、廢石造成的水土污染問題得以消除。大量的實踐表明，充填法在深部開采中具有非常明顯的優勢，如控制巖爆等，在這一前提下，以充填法為基礎的新型深部采礦工藝隨之出現，并在金屬礦床的開采中得到應用。比如，鑿巖充填法，被應用于某鉛鋅礦；分段充填法，在某金礦中得到應用；兩步開采充填法，在某銅礦中得到應用；聯合充填法，在某金礦中得到應用等等。

3 深部開采技術在黃金礦山采礦中的具體應用

3.1 礦山概況

某黃金礦山位于XX省西南部的A市當中，礦區總面積約為4.67km2。該礦區從發現至今已經有超過30年的時間，開采量從最初的每天100t左右，到現在的每天4000t左右，礦區的數量也從1個增加至3個。黃金礦床的類型為破碎帶蝕變巖型，成因為中低溫巖漿熱液，礦體的產出情況為脈狀，走向長度為1260m，傾角在36°~50°之間。礦體的單樣品金品位平均在3.36×10-6，為均勻型礦體。

3.2 黃金礦床的開采條件

通過對該礦區深部巖石進行取樣試驗后得知井下1000m處的巖石力學性質，巖石的整體質量較好，相對穩固，水文、地質條件簡單，為裂隙充水礦床。具體的開采條件如下：在該礦床當中礦體位于斷裂帶下，從穩固性來看，礦巖更加穩固，而局部破碎帶存在不穩固的情況，且圍巖與礦體將發育泥化現象比較嚴重的斷層泥，暴露后容易出現塌落的現象[5]。

3.3 選擇深部開采方法的原則

該黃金礦床的礦體賦存在井下1000m左右，是典型的深部開采，因井下的應力較高，所以必須選擇適宜的開采技術，確保開采的高效性和安全性。可遵循如下原則，對開采技術進行合理選擇：所選的開采技術應當能夠對井下的應力分布狀態進行改變，防止應力集中，不留永久礦柱，并對深部巖體的穩定性進行有效控制，尤其是要控制巖爆的出現，減少并避免動力地質災害的發生，井下巷道的布置適應高應力的作業環境；選擇的開采技術工藝應當簡單，易于掌握，實施過程越簡單越好，對井下深礦體具有良好的適應性，能夠實現機械化連續不間斷地高強度開采作業，保證日產量在4000t以上；所選的開采技術應當能夠對廢石和尾砂加以充分利用進行充填，以此來減少礦石的損失率，降低貧化的發生幾率，進一步提升原礦的品位[6]；為節約成本，提高礦山的經濟效益，應當確保選用的開采工藝能夠對現有的機械設備進行充分利用；礦體上的斷層泥可能會在鉆進時造成卡鉆的情況，所以不能采用錨桿及錨網等方法進行支護；為避免對礦山造成嚴重的破壞，應選用環境友好型的開采技術，為可持續發展目標的實現奠定基礎。

3.4 采礦技術的選擇與運用

按照上述深部開采技術的選擇原則，結合本礦區黃金礦床的開采條件，通過對現階段可用于井下深部開采的技術方法進行分析，擬定以下備選方案：分段充填、水平分層充填、嗣后充填等。以上方案全部都是以開采單元作為盤區進行建立，選用鏟運機作為出礦設備。經過研究后，決定采用分段充填的方法對深部礦體進行開采，具體要點如下。

（1）依據該礦區深部礦床當前采用的開拓方式，將中段細分為4個分段，每個分段的高度相同，均為10m，利用斜坡道，使中段與分段形成聯接，具體的長度為沿著走向100m。單個盤曲內設兩個長度為50m的采場，并在相鄰盤區間設置永久損失的間柱，不設頂柱和底柱，寬度與礦體的水平厚度相同。

（2）采切工程的具體布置情況如下：裝礦及分段裝礦的進路，充填管線、回風井、平巷、橫巷、切割天井等等。在貫通的運輸平巷和斜坡道掘進分段平巷，共3條，規格全部相同，均為3m×3m，當平巷掘進完畢后，可對天井鉆機加以利用，對下盤溜礦井進行鉆鑿，并在每個盤區內布設一條規格為2m×2m的平巷，使傾斜角度與礦體保持一致，溜礦井與運輸巷道的外側緊靠，聯絡道的長度為5.0m；在采場的右側布設規格為3m×3m的裝礦及分段裝礦進路，分段布設2條，間距控制在50m。整個盤區內的平巷共計8條，總長度為15m。布置充填管線、回風井等設施，可將裝礦平巷與聯絡道相連的下部作為泄水井，上部作為回風井，每個采場內布設1條，并在礦脈的每個分段內布設1條規格為3m×3m的鑿巖平巷。上述布設全部完成后，便可對天井和橫巷進行切割施工，二者全部布設在采場的左側，貫通后作為通風系統的一部分，并采用擴槽的方法，形成切割槽，給后續的回采提供充足的補償空間。

（3）回采的順序為從下向上，使用的機械設備為液壓鑿巖臺車，按排距和孔底距，對炮孔進行施工。為使巖體能夠達到預期中的破碎效果，采用交叉的方法，對前后排炮孔進行布設，各分段上的炮孔均為一次性施工，確認合格后，便可進行裝藥爆破。每次爆破完畢，應在通風后立即進行充填，實際操作中，應預留出一定寬度的回采補償空間，以3.0m為宜。分段回踩且充填完畢后，待充填體達到穩定狀態時，便可對下一個分段的礦體進行開叉。為在原本的基礎上，進一步提升采場的生產效率，可通過交替的方式進行作業，這樣可以有充足的時間使充填體達到穩定。切割為單獨巷道的掘進，遇到厚度較大的礦體時，因通風困難，所以需要利用局部風扇幫助通風，當采切系統布設完畢后，井下作業面的通風條件得到顯著改善，為爆破鑿巖提供了有利條件。由于礦體上盤破碎帶的斷層泥化嚴重，鉆進過程中容易出現卡鉆的現象，加之長期暴露無法采用錨桿和錨網的方式進行支護，所以分段充填開采是在無支護的情況下進行。

（4）爆破鏟運完后，應當立即進行充填，以人工的方式在分段上構筑起一個厚度為1.5m的假底，采用高強鋼混結構，底板處需要設置防滲布，避免漿液滲入軟弱的結構面內，當假底形成后，便可進行膠結充填。在假底上部充填的過程中，可以分兩層進行充填。為避免漿料任意流動，應當設置隔離砂袋或是擋板。由于前一個分段需要在下個分段的充填體上進行回采作業，所以應當采用分層的方法進行充填，具體分為兩步：先用濃度較低的漿液對下部6.5m進行充填，待穩定后，再對上部2.0m用高濃度漿液進行充填。

4 結論

綜上所述，在對環境礦山進行深部開采的過程中，應當對相應的開采技術進行合理選擇。由于深部礦山的開采條件有所差別。因此，為確保所選的開采技術具有良好的適用性，應結合實際情況進行選用。未來一段時期，應加大深部開采技術的研究力度，從而使其更好地為黃金礦山開采服務。