塞爾維亞Timok銅金礦采礦方法優選及回采工藝研究

陳慶坤

(1.紫金(廈門)工程設計有限公司， 福建 廈門市 361016； 2.紫金礦業集團股份有限公司， 福建 廈門市 361016)

0 引言

采礦方法是指從礦塊或采區中采出礦石的方法，主要包括礦塊的采準、切割和回采3個步驟[1-2]。在長期的生產實踐中，根據礦產資源的賦存條件和工藝技術及采礦設備發展情況，形成了種類繁多的采礦方法及相應的回采工藝[3-4]。選擇合理的采礦方法不僅要保證采礦生產的安全性，還要滿足合理的開采強度和最大經濟效益的要求[5-7]。實際生產中應該根據礦床埋藏條件以及主要技術經濟指標，選擇技術可行、經濟相對合理的采礦方法。

Timok銅金礦床位于阿爾卑斯-喜馬拉雅巖漿弧造山帶的塞爾維亞段，儲量規模巨大，銅、金品位高，潛在經濟價值極高。為了充分利用有限的礦石資源，提高礦石回采率，有效降低損失貧化率，本著“先進、實用、高效、低成本、環保”的原則，本文針對性地開展采礦方法以及回采工藝研究，總結和利用驗證性工程的經驗與數據，以期為Timok銅金礦上部礦體的開采提供一種安全、經濟、高效的采礦方案。

1 開采技術條件

1.1 工程地質條件

礦區巖石以半堅硬、堅硬塊狀巖類為主，局部破碎帶巖石質量較差。

上部礦帶礦體賦存于地表以下430～865 m，巖性為安山質雜巖，主要包括安山巖、安山角礫巖和熱液角礫巖等。巖體質量總體較好，RMR值為40～60，局部破碎帶RMR值小于40；礦化部位的完整巖石強度（IRS）為109 MPa，上盤IRS值為97 MPa，下盤為75 MPa。礦體單軸抗壓強度為95～117 MPa，圍巖主要為安山巖，單軸抗壓強度一般為64～82 MPa，局部地段含砂巖、粉砂巖和礫巖，單軸抗壓強度小于20 MPa。

礦區斷裂構造帶巖體裂隙發育，巖石較破碎，局部夾軟弱構造夾層，受地下水活動影響，易發生崩落、垮塌或滑移，工程地質條件較差。除軟弱夾層及構造破碎帶等地段需支護外，其余地段巖體穩固性較好。

礦區工程地質條件中等偏差。

1.2 水文地質條件

礦區屬塞爾維亞阿普塞尼山系中低山地形，礦區范圍內無大的地表水體，主要發育2條長年流水溪流。礦體埋藏標高-20～-460 m，均位于礦區最低侵蝕基準面（海拔175 m）之下，大氣降水是地下水的主要補給來源。礦坑直接充水水源是安山巖基巖構造裂隙水，主要的充水含水層上部安山巖層富水性弱-極弱。礦區主要發育壓扭性斷裂，斷裂構造導水性極弱，主要的斷裂構造破碎帶富水性極弱。礦床水文地質條件屬以基巖構造裂隙為主、頂板直接充水的簡單類型礦床。

1.3 環境地質條件

礦區地勢較平緩，海拔220～420 m，相對高差一般在100～150 m，區內地勢總體上北高南低。礦區屬溫帶大陸性氣候，氣候溫和多雨，年平均氣溫11℃，極端最高氣溫36.5℃，極端最低氣溫-23.2℃，冰凍期為11月至翌年2月；每年5—6月降雨量較大，冬季相對較長且降雪頻繁。最大凍土深度為 1.2 m。

礦區附近地表植被發育，以灌木為主，森林較少，林木主要為橡木和山毛櫸。礦區原生狀態下不易產生滑坡、泥石流等不良環境地質現象。采礦活動可能產生局部地表變形，但對地質環境破壞很小，大面積地下開采造成開采周圍地下水位大幅下降，對生態環境有一定破壞。綜合得出礦區環境地質條件中等。

1.4 礦體賦存條件

Timok銅金礦床上部礦帶為高硫淺成熱液型銅金礦床。礦體在空間上呈近直立的不規則橢球狀，向下部規模變小并呈分支狀，礦體傾角80°～90°，走向長約300 m，寬約260 m，垂向延伸約440 m。礦體自上而下厚度、品位均呈降低趨勢。

礦體賦存于下部安山巖中，為隱伏礦床。礦體及其頂底板巖性基本相同，主要為上部安山巖和下部安山巖，屬中等堅硬—堅硬巖石。礦體內斷裂構造發育，3組斷層不同程度切穿礦體。其中-140 m標高以上礦體受3組斷層及層間構造影響，巖性破碎，以角礫巖、碎裂巖為主，巖性總體較差；-140 m標高以下礦體以下部安山巖為主，巖性較好。整體來說，礦床開采技術條件較復雜。

2 采礦方法選擇

上部礦體埋深較大，不具備露天開采的條件，推薦該礦山采用地下開采。根據礦體的賦存條件和開采技術條件，適合Timok銅金礦上部礦體開采的采礦方法有充填采礦法和崩落采礦法。

2.1 充填法

Timok銅金礦上部礦帶礦體連續性好、厚大、垂直方向延伸大，適合采用安全可靠、貧化損失低、可多采區、多中段生產的充填采礦法進行開采。選用充填采礦法開采，前期可以“擇優首采、貧富兼采”，提高企業前期效益，這對礦山的發展非常有利。上向進路充填采礦法適用于開采礦、巖不穩固或僅礦石不穩固的礦體，目的是減小頂板暴露面積，提高回采作業的安全性。其特點是自下而上分層進路回采，每一分層的回采是在掘進分層聯絡道后，以分層全高沿走向或垂直走向布置進路。采用充填采礦法開采時，采礦貧化率、損失率低，可較好地回采礦體中有價金屬；同時選廠的尾礦約有一半可以回填到采空區，可減少尾礦庫的投資和安全隱患。

由于礦區內斷層發育，礦體內至少發育有3組斷層。其中東斷層厚度為16.5 m；西斷層厚度為6.9～8.5 m；南斷層厚度為2.9～4.6 m。3組斷層均不同程度切穿礦體，對采礦方法的選取影響較大。在充填法方案中，以-140 m標高為界，-140 m標高以上受3組斷層及層間構造影響，巖性破碎，擬全部采用上向進路充填采礦法；-140 m標高以下以巖性較好的下部安山巖為主，根據各斷層賦存特征及對礦體的影響程度，在中段內以西斷層為界，將礦體分為兩個區域，斷層以西區域品位高、距離斷層近，擬采用上向進路充填采礦法回采；斷層以東區域開采技術條件較好，采用效率更高的分段空場嗣后充填采礦法。

充填采礦法方案穩產期間需三采區、多中段同時生產：-140 m以上為一采區，一期基建時間為2.5 a，服務年限為13 a，采出礦量為36.99 Mt；-260～-200 m為二采區，投產后，一、二采區同時生產并達產；-440～-320 m為三采區，三采區接續一采區，以保證生產持續穩定。上向進路充填法的采場生產能力為500 t/d，采礦損失率為6%，貧化率為6%；分段空場嗣后充填法的采場生產能力為800 t/d，采礦損失率為8%，貧化率為10%。

2.2 崩落法

崩落法適用于各種開采技術條件，采礦方法簡單、工藝成熟，生產效率高，單中段生產即可實現大規模開采；崩落法回采順序自上而下，回采順序與礦體品位上富下貧的賦存特點相符合，即前期優先開采上部高品位礦體，有利于提高企業前期效益。但由于崩落法初期需要建設井下溜破系統，基建時間較長，投產慢，投資回收期相對較長，且貧化、損失大，上部高品位資源浪費較多；另外地表會形成塌陷區，對環境破壞嚴重，尾礦全部堆存在地表，尾礦庫投資較大。在崩落法方案中，井下工程以-220 m為界分為兩期建設，-220 m以上為一期開采范圍，-220 m以下為二期開采范圍。一期基建期3 a，服務年限為14 a，采出礦量為38.34 Mt；穩產期間需單中段、雙分段同時生產。崩落法采場生產能力1800 t/d，采礦損失率為18%，貧化率為22%。

2.3 綜合分析

兩種采礦方法的技術經濟比較詳見表1。綜合比較兩種采礦方法的經濟效益和優缺點可知，崩落 法因需要待破碎系統建設完成后才能投產，投產時間晚一年，同時其貧化損失較高，對開采上部高品位礦尤為不利；充填采礦法前期采用淺孔落礦，不需等待破碎系統建設，可提前一年投產，能優先開采富礦，且采礦貧化損失較低，經濟效益更好。因此，應優先選用貧化率更低、損失率更小的充填法。

表1 采礦方法技術經濟比較表

3 回采工藝

由于礦體自上而下厚度、品位均呈降低趨勢，其中-200 m標高以上礦石量占整個礦床的49%，銅金屬量占整個礦床的75%，金金屬量占整個礦床的81%。為提高前期經濟效益，設計對-140 m以上礦體進行強化開采，通過增設-50 m、-110 m兩個分段，增加進路法回采作業面，盡可能提高投產期高品位礦體的產能，首采地段定為-50 m、-80 m、-110 m、-140 m。全礦上向進路充填采礦法使用比例為36%，分段空場嗣后充填采礦法使用比例為64%。

3.1 上向進路充填法

（1）采場結構。沿礦體走向每100 m劃分一個盤區，每個盤區4個礦塊，礦塊沿走向布置，長60 m，寬50 m；中段高度為60 m，分段高度為15 m，分層高度為5 m，每個分段設3個分層；進路規格為5 m×5 m。

（2）采切工程。礦塊采切工程包括：穿脈運輸巷、分段運輸平巷、分層聯絡道、礦石溜井、人行通風充填井、回風井等。在下盤脈外施工溜井及通風充填井，溜井規格Φ3.0 m，通風充填井規格為3.0 m×3.0 m。下盤脈外斜坡道連通各分段平巷，分段平巷規格為4.5 m×4.0 m。從分段平巷掘進分層聯絡道進入礦體，然后掘進進路聯絡道穿過礦體，在礦體上盤脈沿礦體傾向施工回風井連通上中段穿脈巷道，采切比為57 m3/kt。上向進路充填采礦法如圖1所示。

圖1 上向進路充填法（單位：m）

（3）回采出礦。分層自下而上逐層開采，每 分層中進路隔三采一，每條進路回采完畢后及時作封擋墻、充填處理，待養護到一定強度時再回采旁邊進路，本分層全部進路回采結束并充填完畢后，采用壓頂廢石形成上一分層聯絡道，開始上一分層進路的回采。崩落后礦石由鏟運機直接鏟至采場礦石溜井。因考慮轉層對生產的影響，礦塊生產能力設為500 t/d，采礦損失率為6%，貧化率為6%。

（4）采場通風。新鮮風流從斜坡道、人行通風天井進入分段運輸平巷，然后由分層聯絡道進入采場，沖刷各個工作面后，污風由回風井排至上中段回風巷，而后由回風井排出地表。

（5）空區處理。一步驟進路充填灰砂比為1:6，二步驟進路充填灰砂比為1:25，為滿足鏟運機行走要求，二步驟進路最上面一層（厚度約30 cm）采用灰砂比1:6充填。當二步驟回采進路要作為下一分段的頂板時，也采用1:6灰砂比充填。

3.2 分段空場嗣后充填法

（1）礦塊布置。礦塊垂直礦體走向布置，長50 m，寬30 m，劃分礦房和礦柱，寬度均為15 m；中段高度為60 m，分4個分段，分段高度為15 m。

（2）采準切割。采準工程有分段運輸巷道、分段鑿巖巷道、出礦巷道、出礦進路；切割工程有切割天井和切割槽。分段巷道布置在下盤脈外，通過斜坡道使其上下連通，從分段巷道向礦體內掘進分段鑿巖巷道。采場為平底結構，不留頂底柱，采切比為54.1 m3/kt。分段空場嗣后充填采礦法如圖2所示。

圖2 分段空場嗣后充填法（單位：m）

（3）回采出礦。回采分兩步驟進行，第一步回采礦房，充填養護完畢后再回采礦柱。為避免爆破影響相鄰采場的穩定性，采用隔三采一的方式。中深孔爆破崩礦，爆下的礦石用鏟運機集中在采場底部出礦，最后用遙控鏟運機清理采場殘礦。

（4）采場通風。新鮮風流由中段運輸巷進入裝礦巷道沖洗工作面，或經過斜坡道進入分段鑿巖工作面，污風由采場空區經上中段回風巷道抽出到風井，最后排出地表。

（5）充填。一步驟頂底柱及二步驟頂底柱各10 m處進行充填，采用的灰砂比為1:6，一步驟其它位置采用灰砂比1:10充填，二步驟其它位置采用灰砂比1:25充填。

4 結論

針對Timok銅金礦的復雜礦體，通過對比分析，選用貧化率更低、損失率更小的上向進路充填采礦法和分段空場嗣后充填采礦法開采。根據礦體特征及工程地質條件，-140 m標高以上全部采用上向進 路充填采礦法，-140 m標高以下根據斷層賦存狀態，斷層以西采用上向進路充填采礦法回采，斷層以東采用效率更高的分段空場嗣后充填采礦法。上部礦帶回采過程中上向進路充填采礦法使用比例為36%，分段空場嗣后充填采礦法使用比例為64%。該采礦方案有效降低了礦石損失貧化率，有利于上部高品位資源的回采利用，提高了礦山企業經濟效益；同時將尾砂作為充填骨料不僅可以實現低廢開采，減少尾砂對環境的污染，還可以控制地表塌陷，有效改善地下開采環境。