淺析影響銅綠山礦井下礦石貧化損失的因素及控制措施

趙雄文 ，尹東升，蔡世祥，邵顯，熊國雄

(大冶有色金屬有限責任公司銅綠山礦，湖北 黃石 435101)

1 背景介紹

銅綠山礦中色大冶下屬集采、選于一體的露天地下聯合開采大型主力礦山，1965年上馬建設，1971年正式投產。礦山原設計采選生產規模為4000t/d，露天和井下各為2000t/d。2005年，露天開采結束，轉為地下開采，2015年，選礦擴能系統建成投產，設計生產規模4500t/d，年處理礦石量132萬t。

經過幾十年的開采，目前露天開采已結束，主要為地下開采，分新、老兩套生產系統，隨著開采中段的向下延深，各中段可采資源量變少，可采資源量逐漸變少，礦石品位降低，尤其是-425米及以上中段資源面臨枯竭，可供開采的礦源越來越少，生產任務越來越重，為滿足礦山生產的持續穩定,緩解生產中段消失過快，延長中段服務年限，充分回收不可再生資源，礦石貧化損失管理工作愈加重要。

2 礦山現狀介紹

2.1 礦床特征

銅綠山礦床屬于典型的熱液交代夕卡巖成礦類型，整體連續性不強，礦體沿走向斷續出現，表現出一定的規律變化特點，受侵入巖控制明顯，礦體形態復雜，品位變化較大，礦化蝕變現象明顯。

2.2 礦體特征

銅綠山礦區內已發現13個銅鐵礦體（群）（I～XIII號），其中II、V分別位于I、IV、礦體上方，屬于淺部礦體，已基本采空；VI、VIII、IX、X礦體普遍遭受民采破壞，Ⅶ礦體被劃定為古采礦遺址保護，Ⅻ號礦體處于大冶湖附近，水文條件復雜，暫無法開發利用。目前已得到開采利用的有I、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅺ、ⅩⅢ號礦體。

2.3 礦石特征

銅綠山銅鐵礦床為大型矽卡巖礦床。礦石比重3.0t/m3，硬度f=8-12。礦石自然類型為原生礦石，工業類型以銅鐵礦石為主，占3/4以上，其次為單銅礦石，單銅礦石按含礦圍巖性質不同可分為含銅矽卡巖、含銅大理巖和含銅花崗閃長巖，其中含銅矽卡巖為單銅礦的最主要類型。

（1）礦石物質組成

金屬硫化物以黃銅礦為主，其次是黃鐵礦、斑銅礦、輝銅礦。金屬氧化物主要是磁鐵礦、赤鐵礦。脈石礦物主要有方解石、白云石、石英等。

（2）礦石結構、構造

礦石結構：礦石結構主要有：①半自形—自形粒狀結構；②固溶體分解結構；③膠狀再結晶結構；④熔蝕交代結構；⑤壓力結構。

礦石構造：礦石中常見的主要構造類型有致密塊狀構造、浸染狀構造、脈狀構造、角礫狀構造及粉末狀—砂狀構造。

（3）主要礦物嵌布特征

黃銅礦：礦床最主要的銅礦物以浸染狀及少數細脈狀交代充填于磁鐵礦礦石中，構成銅鐵礦石。黃鐵礦還以交代金云母～透輝石矽卡巖、大理巖、斜長石巖及角礫巖構成單銅礦體。

2.4 井下主要工藝

銅綠山礦根據礦體的賦存情況，選擇的是立井-盲井-斜坡道聯合開拓的方法，采準采用脈外布置的方式，中段高度60m，-665m、-725m中段不留頂底柱，中段分三個分段，每個分段段高15m。其余中段預留底柱8m，中段分四個分段，每個分段段高13m。井下生產流程主要包括掘進、采礦、運輸、提升和充填等工藝。

（1）掘進鑿巖采用CMJ1-14Y液壓掘進臺車或YT—28和S82氣腿式鑿巖機，采場聯絡道斷面3.0m＊2.8m（寬＊高），鑿巖巷道斷面4.5m＊3.5m（寬＊高）；

（2）采礦工藝主要有普通上向水平分層充填采礦法和分段空場嗣后充填采礦法，其中普通法占比70%，分段空場法占比30%，上向水平充填法采礦采用YT—28鑿巖機或采用S82氣腿式鑿巖機，分層采高3m，中深孔采礦采用K41、DL331、ZY41D鑿巖臺車；

（3）礦石運輸采用軌道運輸，礦石運輸列車由10t架線式電機車雙機牽引4m3底側卸式礦車組成。坑內廢石運輸列車由7t架線式電機車單機牽引0.75m3翻轉式礦車組成；

（4）礦石破碎采用在井下主要中段破碎硐室使用顎式破碎機內進行破碎，然后通過提升系統至地表進行中碎和細碎，最后進入選廠。

（5）提升采取8m3底卸式箕斗帶平衡錘的方式擔負主井-365m以上中段礦石和廢石的提升任務，盲主井采取8m3底卸式箕斗帶平衡錘的方式擔負-425m-605m中段礦石和廢石的提升任務，混合井主提升系統采用12m3底卸式箕斗與罐籠互為平衡的提升方式主要擔負-605m以下中段體的礦、廢石提升及人員、材料、設備提升任務；

（6）充填主要采用的全尾砂深錐濃密加絮凝沉降固結劑膠結充填，主要設計強度要求鋪面作業要求3天齡期強度大于等于0.8Mpa，井下采場充填主要參數：礦房采場鋪面灰砂比1∶7，普通膠結灰砂比1∶13；礦柱采場鋪面灰砂比1∶7，普通膠結灰砂比1∶22。

2.5 井下貧化損失管理現狀

銅綠山礦礦體呈雞窩狀、星點狀分布，采礦貧化、損失較大。收集銅綠山礦2016-2020年礦石貧化率、采礦損失率數據，指標情況見表1：

表1 銅綠山礦2016-2020年礦石貧化率、采礦損失率統計

通過上述表格可以發現，銅綠山礦采場貧化率由2016年的5.83%逐年上升到2020年的6.43%，上升10.29%；損失率由2016年的6.59%逐年上升到2020年的7.33t/d，上升10.10%。

目前采礦工藝中，礦石損失主要包括無法回收的頂底柱、礦柱回采過程中留下的護壁、安全技術管理的開采損失、上向水平分層充填采礦工藝里的點柱以及分段嗣后充填采礦法的出礦進路礦柱。

3 影響礦石貧化損失的因素

3.1 自然因素

(1)礦體形態對貧化損失的影響

銅綠山礦主要礦體的分布受極其復雜的接觸斷裂復合構造控制，礦體形態為似層狀、大透鏡狀，內部有夾石，有分枝復合現象，具尖滅再現現象，形態、產狀隨接觸帶及斷裂裂隙的變化而改變。這給采礦工作帶來很大的難度，上采過程中常受礦體形態復雜而損失上下盤的支脈礦體，或為更多地回收上下盤礦石而局部連帶廢石采下造成貧化。

(2)品位變化對貧化損失的影響

礦體分為致密型和浸染型兩種，品位變化較大的區域主要集中在浸染型礦體與致密型礦體或圍巖的接觸部位，兩者間往往呈品位過渡漸變狀態。采場上采過程中，由于對礦體品位變化分布情況了解不確切，或因生產原因無法及時檢驗礦石品位，僅憑經驗肉眼判斷，造成礦體與部分廢石一同采下，或將礦體當作廢石拋棄，引起采場的貧化損失。

(3)礦體中脈巖對貧化損失的影響

礦區晚期巖脈較為發育，主要有鈉長斑巖脈、細晶巖脈、煌斑巖脈及少量閃長玢巖脈。其中鈉長斑巖的延伸、延深及厚度變化較大，并常具平列、局部分枝及尖滅再現的特點。采場回采過程中由于巖脈穿插礦體的復雜性，致使部分巖脈混入礦石中，造成采場貧化，或受厚大脈巖影響而造成上下盤部分礦石的損失。

(4)構造與圍巖蝕變對貧化損失的影響

采場中的斷層、褶皺構造及圍巖蝕變給采礦生產帶來諸多不便，給采場帶來安全隱患和礦石貧化損失。采場的上下盤圍巖極易沿斷層面或斷層周圍的破碎帶冒落混入礦石中。另外圍巖接觸蝕變帶巖石往往較為松散會因礦體開采暴露而脫落，如-545m中段南沿Ⅲ號礦體上盤的蝕變帶，這些因素都會引起采場礦石的貧化損失。

3.2 人為因素

（1）設計中的貧化損失

研究結果表明，以小檗堿和生物總堿為指標，興隆小檗藥材質量最好，其次是野雞河，再次是足納。小壩產小檗藥材無論是根、根皮及莖皮，小檗堿和生物總堿的含量均最低，具體原因尚需進一步研究。小檗藥材在畢節市分布廣，數量大，具有很高的開發利用價值。興隆是小檗栽培的最適宜種植區，小壩不適合小檗的栽培。

在礦石開采過程中，根據礦體形態分布情況及生產需要采用不同的采礦方法，而任何采礦方法因安全等原因在設計上都會存在礦石的貧化損失，這是不可避免的。特別是隨著生產壓力的加重，中深孔采礦方法比重的增加，貧化損失也隨之增大。

（2）采礦工藝上的貧化損失

銅綠山礦采場回采基本都是充填法，主要是向上水平分層充填采礦法和分段空場嗣后充填采礦法。采場出礦過程中，因充填體強度不足而使接觸充填體表面的部分礦石陷入充填體中，造成出礦損失，或因為挖出陷入充填體部分礦石而連帶鏟出混雜的尾砂而造成貧化。

（3）出礦管理上的貧化損失

一是在出礦過程中受機械設備、復雜場地、人員狀態等因數的影響，會不同程度的造成礦石的貧化損失；二是由于設備結構的局限性以及采場不規則形狀的影響，采場邊角局部礦石無法回收或難度大耗時不回收而造成損失；三是現場施工人員責任心不強，未嚴格按照圖紙要求、技術參數規格和指令進行現場作業，造成開采、鏟裝和運輸過程中出現采場掘進探礦、切割不到位、超挖欠挖，殘礦回收預留點條柱過大等問題；四是基建廢石和場聯絡道廢石未指定堆放或分裝分運不嚴等現象，造成礦石貧化損失增大。

（4）技術管理上的貧化損失

一是技術管理不到位。井下生產中段較多，技術人員不足，造成地測資料更新不及時，設計與實際存在偏差，現場技術交底不清晰，造成不必要的貧化損失，現場施工過程中技術規范執行不嚴造成的礦石貧化損失；二是制度考核執行不嚴。針對設計和施工過程中出現的問題項，造成礦石貧化損失的，未及時、嚴格按照相關考核標準對責任單位進行考核兌現。

3.3 其他因素

一是隨著近幾年銅綠山礦上部主礦體的消失，頂底柱和邊端部回采量的增加，加上中深孔采礦比例的不斷提升，礦石貧化損失率指標逐年升高；二是隨著礦體延伸，礦石品位下降明顯，深部單鐵采場占比較大，礦廢邊界不明顯。加上工業技術的進步和礦產品價格的波動，礦石工業品位也會有所變化，肉眼無法及時有效判別，也會造成出現一定程度的礦石損失貧化；三是因充填管網和備線問題，充填料漿下放濃度距設計目標有一定差距，采場充填質量無法有效保證，容易造成二步驟回采過程中的礦石損失。

4 貧化損失控制措施

4.1 提高地質資料的準確性

（1）完善基礎資料

為礦山的開采提供詳細、準確的地質資料是進行貧化損失管理工作的保障，也是整個開采過程中貧化損失管理工作的基礎。而要達到這個目的，得不斷研究并熟悉礦床的成礦地質條件和礦化富集規律，建立礦床成礦模式，并以此為依據提高礦區的控制程度，對礦體賦存形態復雜、支脈發育以及為探明的邊端部區域加密勘探網度，加強探采結合工作，必要時設計巷道探礦，詳細掌握采礦區的礦體形態、品位、夾石等地質情況，圈定準確的礦廢界線，做好編錄取樣等地質工作，盡可能地收集匯總完善的地質資料，減少因對自然因素的不熟悉而造成的礦石的貧化損失。

（2）開展礦山數字化建設

通過開展礦山數字化建設，一方面重新圈定礦體和計算儲量，另一方面為降低采礦成本提供有效的途徑。礦山實現數字化建設后，可根據不同產品的廠家對原料的要求，通過有目的、有計劃地采礦，富礦石與中低品位礦石按一定比例配礦成為商品礦石，也增加了中貧礦石的利用率。還可以合理開發資源，充分利用中低品位礦石，綜合利用多組分礦物資源，優化品位指標。同時，通過建立礦物模型，查明三維空間各礦物定量分布規律，通過定點采礦和按比例配礦，減少資源浪費。

4.2 加強技術管理工作

（1）設計管理

嚴格按照相關技術規范設計相關施工圖紙，熟悉掌握準確的地質資料及現場情況，優化技術圖紙設計，減少礦石的貧化損失。①做好礦體剖面，復合上下分層礦體對應關系，摸清礦體形態，減少上下盤的貧化損失；②根據斷層、構造以及脈巖穿插情況，合理設計保安礦柱，減少永久礦柱的損失；③優化采礦方法，減少工藝上的貧化損失。

（2）二次圈定管理

二次圈定時要充分考慮礦體成礦規律、礦體產狀及脈巖位置、斷層、破碎帶等影響礦體形態變化的有關地質特征，才能更準確地圈定地質界線，有效控制礦石的貧化損失。根據采場充填后的取樣分析結果，整理計算，劃分礦石與圍巖廢石的邊界線，圈定采場的可采范圍，在采場設計施工平面圖上畫出地質界線，并到采場用紅油漆標注上下盤礦體邊界線。

（3）加強現場管理

技術管理人員經常深入到井下現場進行實際技術指導，做好現場技術交底工作。檢查掌子面、開幫面礦化程度，是否作礦石，做好出礦指令；加強對施工單位掘進、開幫上采的監督指導，避免過多開采上下盤圍巖或開采不到位；并根據現場情況及時修改設計方案，減少礦石的貧化損失。

4.3 加強采礦和充填工藝優化。

一是針對深部礦體賦存現狀，優化采礦工藝技術參數，合理控制礦石塊度，減少鏟運過程中的大塊和粉礦損失；二是提高中深孔采礦比例，降低端部點柱式普通上向水平分層充填采礦法應用比例；三是開展井下復雜條件下殘礦回采工藝優化。銅綠山礦邊端部、頂底柱以及難采礦段等復雜地質條件下礦體開采占比大約占礦山全年作業量的20%作業，該部份礦石回采礦石貧化損失率較大，對銅綠山井下經濟指標帶來較大影響；四是通過開展合理支護與回采工藝技術和裝備研究，實現安全高效回采，提高資源利用率；五是加強采場首層充填強度管理，提高頂底柱回采的頂板穩固性，回采過程中通過合理預留礦柱的方法后退式開采，提高頂底柱礦石回采力度，降低底柱礦石損失。

4.4 強化出礦管理工作

出礦管理是有效控制礦石貧化損失的關鍵，故為強化出礦管理采取了以下措施。一是現場指導出礦，對采場采下的礦巖及時用紅噴漆圈定分界線；二是技術管理人員現場負責協調井下出礦與廢石出渣、轉運的實施；三是加強礦廢石倒運跟蹤，避免將廢石、尾砂和泥漿倒入礦石斗井，或將礦石鋪墊巷道路面、采場墊底；四是在物理方法無法判斷礦石品位時，單獨擱置到指定位置且進行地質取樣化驗，根據化驗結果再轉運處理；五是對于鏟車結構所限無法鏟的采場邊角區域，必須組織人工輔助處理將殘礦回收干凈，避免損失。六是在中深孔采場出礦末期，技術人員現場紅漆劃分上下盤以及兩幫脫落的圍巖、充填體，指導施工人員分開轉運，減少廢石混裝造成的貧化。

4.5 完善考核制度

制定完善細致的考核細則，并嚴格落實考核制度。一是嚴格按照技術圖紙方案施工，嚴禁超采、不采礦石、多采廢石；二是嚴格按照技術《出礦指令》與調度指令出礦與出渣、廢石倒運；三是嚴禁出礦時將礦石和廢石混裝，礦石未出完就充填；四是嚴禁將文明生產、尾砂清理的廢石、泥漿、雜物倒入礦石倉。

4.6 加強技術隊伍建設

一是推行管理人員“一崗雙責”，即只要是管理人員，就要積極參與礦山貧化損失管理工作之中，管理人員的績效也要與貧損指標進行掛鉤考核；二是加大力度推行科研課題項目責任制和項目制，針對礦山技術難題，借助專業委員會平臺，有規劃的安排礦山技術團隊圍繞采礦方法優化、資源綜合回收利用等方面進行技術攻關；三是提取部分小額專項資金，通過制定礦山技術指標獎勵辦法，鼓勵技術人員根據礦山現場實際，在井下安全高效開采、生產工藝流程管理等關鍵重難點問題上，開展自主小型化技術攻關，并對現場應用效果良好的給予一定獎勵；四是定期召開技術經濟指標分析會議，分析問題原因，總結經驗教訓，制定技術經濟指標提升的措施。

5 結語

礦石的貧化損失管理是礦山生產中的一項常態化工作。而造成礦石的貧化和損失是多方面的因素，需對開采過程中的每一道工藝加強技術管理和現場監督管理，從而有效降低礦石的貧化損失。隨著銅綠山礦資源儲量的不斷下降，近年來對貧化損失管理工作愈加重視，貧富兼采，對小而富大而貧的盲礦體進行充分回收，由于方法得當，措施有力，取得了明顯的效果，礦山資源得到了充分回收，有效的延長了礦山的服務年限。