極薄礦脈主要的開采方法研究

楊鴻章

（紫金礦業集團股份有限公司，福建 龍巖 364000）

當前我國極薄礦脈開采的主要方法包括全面采礦法、留礦采礦法、壁式充填法三種，相較于國外發達國家采礦方法而言具有較大差距且工作效率低下。因此，如何結合礦區實際情況合理的選擇和認知采礦方法是當前極薄礦脈開采研究的重點問題。

結合以上論述，文章首先介紹了極薄礦脈的主要地質特點和基本類型，其次結合國內極薄礦脈的基本開采趨勢對相關內容進行了闡述，最后重點圍繞全面采礦法、留礦采礦法、壁式充填采礦法三個方法分析了當前我國極薄礦脈開采的應用及革新方向。

1 極薄礦脈工程地質特點

1.1 極薄礦脈的主要礦石及礦床類別

極薄礦脈在我國有色金屬礦山中的占比較大，尤其是極薄礦脈中的各類稀有金屬礦脈占比最為明顯，其中包括鎢、鉬、錫、銻及金、銀等稀有金屬占比。據相關統計，截止到目前我國極薄礦脈中的含金石英脈占比較多，而根據極薄礦脈礦石的主要特點可分析以下幾個種類。

①按金屬種類分類：貴重金屬礦石（金，銀等）；有色金屬礦石（銅，鉛，鋅等）；黑色金屬礦石（鐵，錳，鉻）；稀有金屬（鉭，鈮等）；放射性礦石（鈾，釷等）；②按礦石所含金屬成分分類：單一金屬礦石；多金屬礦石；③按礦石的化學成分分類：自然金屬礦石（如自然金，銀）；氧化礦石（赤鐵礦Fe2O3等）；硫化礦石（黃銅礦CuFeS2）；④金屬礦床的礦體形狀，厚度及傾角對選擇采礦方法有直接影響，根據這三個因素進行分類。

（1）按礦體形狀分類：

層狀礦床：多為沉積或變質沉積礦床，規模大，賦存條件穩定，有用礦物成分組成穩定，含量均勻。多見于黑色金屬（鐵、錳、鉻）礦床。

脈狀礦床：主要由熱液和氣化作用，礦物充填于地殼裂隙中、特點是有圍巖蝕變現象，賦存條件不穩定，有用成分不均勻、有色金屬，稀有金屬及貴重金屬礦床多為此類。

塊狀礦床：主要是充填、接觸交代、分離和氣化作用形成，某些有色金屬礦床(銅、鉛、鋅等)屬此類。

（2）按礦體傾角分類：

水平和微傾斜礦床：傾角＜5°。

緩傾斜礦床：傾角5°～30°。

傾斜礦床：傾角30°～55°。

急傾斜礦床：＞55°。

1.2 極薄礦脈的地質賦存特點

在地質成因上，極薄礦多為氣化熱液礦床，巖漿中的熱液含有許多有益組分，沿著圍巖裂隙上升，逐漸冷卻充填在裂隙中，或與圍巖發生交代作用而形成的礦床。其成礦熱液的來源主要為巖漿熱液和地下水熱液，大部分受充填和交代等地質作用。

從礦脈群的傾斜角度和礦層厚度通常情況下有以下規律：勘查發現最多礦脈為極薄礦脈，第二多的礦脈為薄礦脈，出現最少的礦脈為厚礦脈；急傾斜礦脈數量急劇增加，緩傾斜礦脈數量較少，礦脈的這一規律對開采區的開采工作造成一定影響，在相同開采區域進行開采工作要實行分段開采，必要時需采用兩種以上的采礦方法。

2 國內極薄礦脈開采趨勢

國內極薄礦脈的采礦法可分為兩大類，即分采（礦石與圍巖分開進行開采）、混采（礦石與圍巖一起開采）。分采的目的是降低采礦的貧化率，在對極薄礦脈進行開采時我們主要以削壁充填為主，在急傾斜極薄礦脈開采中的占比為三分之一。混采可以做到簡化采礦工藝，采礦強度得到大幅度提高。留礦法是極薄礦脈混采的主要方法，在常規開采中的占有率為一半以上。

在我國大部分企業中留礦法的應用較為廣泛，最根本的原因是工作人員能夠輕松掌握操作技巧、利于管理。留礦堆可以對頂板進行有效支撐，所消耗的成本較小。為了提升地下資源的利用率，實現經濟效益最大化，部分礦企用其他材料替代礦柱，改進普通留礦法。而留礦法有三個必需的適用條件即：三個適用條件：礦石和圍巖穩固、礦石無自燃性且破碎后不易再行結塊、薄及中厚以下的急傾斜脈狀礦床。

在一部分小型礦企開采作業時，采礦作業持續向深部推進，受地質條件的限制，留礦作業效果不佳。從我國的實際采礦技術出發，一些礦山改變了采掘方法，應用到了削壁充填法。針對緩傾斜薄礦體和緩傾斜極薄礦體進行開采作業過程中，受到崩落條件的限制，單層充填法的優勢就凸顯出來，其最大的優點為貧化率低、開采出礦產資源的回收率較高。

3 我國極薄礦脈主要開采方式

3.1 主要方法論述

現階段，削壁充填法在應用過程中存在一定缺陷，如工作量大、采礦強度低、采礦效率低等。智能化采礦設備出現已經將一些小型出礦設備淘汰。新設備最為突出的優勢是設備體積小、內部結構不復雜，設備出現故障時可快速維修好，設備內所用零部件已經實現了國產化，所以微型電耙智能開采設備更適用于中小型的礦山開采作業中。

特定條件下，極薄礦脈的開采作業中可以將削壁充填法和留礦采礦法配合應用，兩種方法的結合使用可將部分礦石放置在采空區，當需要大量放礦時，將采出的部分圍巖和礦石放出。利用礦石的自重進行放礦，在一定程度上節約了采礦成本，另外也減少了削壁厚度，廢石的運輸量得到了降低。

我國極薄礦脈規模較小、地質賦存條件較差，礦體多為傾斜至急傾斜。隨著社會發展、技術進步、工藝提高，極薄礦脈開采由淺眼留礦法逐漸向充填法演變。所以，我國提倡使用損失貧化率低的充填采礦法。

3.2 案例闡述

試驗對象為赤峰市紅花溝金礦。該礦山是一座地質資源危機礦山，地質資源少，生產非常緊張，既要開展試驗研究，又要配合生產。該礦山所開采的為含金黃鐵礦的石英脈類型。礦體傾角70°。礦石硬度系數f=10～12。由于近礦圍巖蝕變作用，加之走向斷層和礦脈上、下盤的節理都較發育，易于冒落。

礦塊平均長度54.7m，高38m，礦脈平均厚度0.97m，礦石量7342t地質平均品位19.959×10-6，金屬量530.146kg。礦石密度2.80t/m3，圍巖密度2.62t/m3，礦巖松散系數1.5。4中段礦體長38m，5中段礦體長71m，礦體最大水平厚度2.95m，最小0.2m。設計分層回采高度1.8m，采場保持最小控頂距2.0m，脈幅小于1.4m時，采幅1.4m。出礦后相應根據礦脈變化情況而架設金屬溜井和接高兩側順路行人天井。從技術指標看，礦塊生產能力比過去提高1.85倍；采礦工效提高2.92倍；全隊工效提高2.26倍；充填工效提高為4.68倍。采礦損失貧化指標也優于常規采場。中國黃金總公司在赤峰市紅花溝金礦進行機械化開采試驗的主要技術經濟指標如下：

礦塊生產能力/(t/d)：機械化開采為：87.24；人工出礦：30.60。

采礦臺效/(t/臺班)：機械化開采為：87.24；人工出礦：60.60。

采礦功效/(t/工班)：機械化開采為：10.91；人工出礦：2.78。

全隊工效/(t/工班)：機械化開采為：6.23；人工出礦：1.91。

充填工效/(m3/工班)：機械化開采為：16.82；人工出礦 ：2.96。

充采比/(t/t)：機械化開采為：0.58；人工出礦：0.67。

采準比/(m/kt)：機械化開采為：5.92；人工出礦：4.00。

采礦損失率/%：機械化開采為：0.22；人工出礦：0.67。

礦石貧化率/%：機械化開采為：33.97；人工出礦：42.50。

出礦效率/(t/h)：機械化開采為：14.54。

充填效率/(m3/工班)：機械化開采為：50.46。

充填效率/(m3/h)：機械化開采為：8.41。

直接成本/(元/t)：機械化開采為：3.27；人工出礦：4.68。

從采礦所消耗的直接成本來分析，運用鏟運機進行采礦，能夠控制溜井數量，未用鏟運機之前的費用為1.02元/t，使用鏟運機支付費用為0.31元/t。但采礦所消耗的定額材料、電纜消耗量有所上升，增加成本為0.2元/t。經過綜合評價，應用鏟運機可達到降低人力投入，提高采礦效率的目的，未來中小型礦企在進行采場出礦及充填作業時，鏟運機應用會得到普及。

該試驗的強化開采方案，其主要特點是，采準方式簡單、新穎、使全礦脈實現了無礦柱開采，提高了礦石回采率。試驗研究方案所獲的技術經濟指標，仍達到國內先進水平，為我國同類型黃金礦山提供了經驗，具有廣泛推廣應用的前景。

總之，現階段我國極薄礦脈開采技術相較于國外依舊不成熟，迫切的需要結合實際情況進行總體轉變，在礦脈開采中必須要注重安全技術與機械化技術的同步融合，既要強調礦業生產的機械化運行水平，也要強化和選擇適合礦體開采條件的采礦方案，更要結合不同礦區的實際情況，選擇和創造實用的采礦方法，滿足我國廣大礦區生產需要。