三鑫金銅礦深部緩傾斜薄礦體回采工藝的優化選擇

崔曉林

(湖北三鑫金銅股份有限公司)

引 言

湖北三鑫金銅股份有限公司(下稱“三鑫金銅礦”)于1999年成立，是中金黃金股份有限公司重要的生產基地，其位于湖北省大冶市城區西南3.5 km處，距江城武漢市90多km,是以采選為主的礦山企業。

緩傾斜薄礦體在中國金屬礦山中占有較大的比重，常見的開采方法有全面采礦法、房柱采礦法、壁式崩落采礦法、壁式充填采礦法等[1-3]。采礦方法的選擇直接關系到礦山的安全管理、生產能力及經濟效益[4]。三鑫金銅礦目前淺部主要采用階段空場嗣后充填采礦法開采，該方法適用于急傾斜中厚—厚礦體[5-6]。由于礦體延伸至深部后，傾角變緩，礦脈變薄，已不適用該種采礦方法。針對三鑫金銅礦雞冠咀礦區深部礦體的賦存條件，結合國內外類似賦存情況礦體的回采現狀，對緩傾斜薄礦體的開采方式進行優化選擇。旨在研究深部礦體安全、高效、經濟、合理的采礦方法及其開采工藝，最大限度回收地下礦產資源，延長礦山服務年限。

1 地質概況

三鑫金銅礦有雞冠咀、桃花嘴2大礦床，開拓方式為豎井延伸開拓，主要產品為金銅精礦、鐵精礦和硫精礦等。雞冠咀礦區Ⅶ2號礦體長約600 m，傾向延伸80～597.78 m，埋藏標高-630～-1 372.49 m，呈薄板狀、脈狀，傾角2°～32°，北西部傾角較陡，南西平緩。礦體厚度較穩定，最厚26.06 m，最薄1.31 m，平均厚7.36 m，厚度變化系數107.17 %。

雞冠咀銅金礦床和桃花嘴銅鐵金礦床的特征相似，是與中酸性侵入巖有關的巖漿演化系列礦床。雞冠咀銅金礦床主礦體賦存于三疊系中下統嘉陵江組白云質大理巖與石英二長閃長玢巖的接觸帶、大理巖的層間破碎帶內，矽卡巖并不十分發育，礦體以脈狀、薄板狀為主，受斷裂-接觸帶構造、大理巖內的雁狀裂隙控制，礦石礦物主要為高—中溫黃鐵礦、黃銅礦，磁鐵礦較少，包裹體測試資料、硫同位素資料證明，成礦作用與燕山期的侵入巖在時間上、空間上和成因上有密切的聯系，屬巖漿期后高—中溫氣液型銅金礦床。

2 可行性方案分析

針對三鑫金銅礦雞冠咀礦區Ⅶ2號礦體的賦存條件，本著安全、高效、經濟、合理的原則對緩傾斜薄礦體的開采方式進行優選，通過對比分析初步確定采用兩步回采嗣后充填采礦法對緩傾斜薄礦體進行綜合開采，根據采場布置形式選定采場垂直礦體走向布置(方案一)、采場垂直于礦體走向偽傾斜布置(方案二)和采場平行礦體走向布置(方案三)3種采場布置方式。

2.1 采場垂直礦體走向布置

該方案適用于礦體厚度1.5～6.0 m，傾角10°以下礦體，且最大主應力方向垂直于礦體走向，該標準方案按2.5 m厚進行設計，采用盤區綜合布置方式如圖1所示。

圖1 采場垂直礦體走向盤區布置形式示意圖

1)礦塊結構參數。礦塊沿礦體走向，礦塊長度120 m，分段高度20 m，每個礦塊劃分4個采場，每個采場之間預留10 m礦柱。礦房和礦柱分別進行回采，礦柱待礦房回采結束充填后再予以回采，采用平底結構鏟運機出礦。

2)采切工程。以礦塊為單元進行劃分，礦塊的采切工程主要有采準斜坡道、分段巷道、上山、溜井等。

每個礦塊布置1條溜井，在礦體下盤掘進采準斜坡道，與各分段巷道相連，在各礦塊間柱對應部位自分段巷道掘進進路通達礦體。采場采切工程量如表1所示。

表1 采場垂直礦體走向布置采切工程量

礦塊地質礦量約45 120 t，無設計采礦損失貧化，采場二次損失按3 %計算、二次貧化按2 %計算，采場實際采出礦量約44 659 t，則采切比為12.8 m/kt。

3)礦房回采順序。對于頂板穩固性好的礦體，采場頂板最大允許暴露面積超過1 050 m2，可采用如圖2所示的回采順序：先回采④→以④為自由面，崩落③、⑤→充填③、④、⑤采空區→回采①、⑦→以①、⑦為自由面，分別回采②、⑥→充填采空區，完成礦房的回采。這種回采順序充分利用先采部分為自由面，有利于提高落礦效率。

圖2 采場連續回采順序

對于礦巖頂板穩固性較差的礦體，可采用隔一采一的形式進行回采，盡量減小頂板暴露面積，回采順序如圖3所示：先回采①、③、⑤、⑦→充填①、⑤采空區→以③、⑦為自由面，回采②、⑥→充填②、③與⑥、⑦采空區→回采并充填④，完成礦房的回采。

圖3 采場隔一采一回采順序

采場采用進路式回采時，每天2個循環，循環進尺3 m，生產能力為336 t/d。

2.2 采場垂直于礦體走向偽傾斜布置

對于礦體厚度1.5～6.0 m，傾角大于10°而小于45°的礦體，采場采用偽傾斜布置，角度要求能夠滿足各種設備的運行，該標準方案按2.5 m厚進行設計，采用盤區綜合布置方式如圖4所示。

圖4 采場垂直于礦體走向偽傾斜布置示意圖

1)礦塊結構參數。礦塊沿礦體走向，礦塊長度120 m，分段高度20 m，每個礦塊劃分4個采場，每個采場之間預留10 m礦柱。礦房和礦柱分別進行回采，礦柱待礦房回采結束充填后再予以回采，采用平底結構鏟運機出礦。

2)采切工程。以礦塊為單元進行劃分，礦塊的采切工程主要有采準斜坡道、分段巷道、上山、溜井等。

每個礦塊布置1條溜井，在礦體下盤掘進采準斜坡道，與各分段巷道相連，在各礦塊間柱對應部位自分段巷道掘進進路通達礦體。采場采切工程量如表2所示。

表2 采場垂直于礦體走向偽傾斜布置采切工程量

礦塊地質礦量約45 120 t，無設計損失，設計貧化主要在于采用偽傾斜進路回采時底板需要保持平整而多采的廢石，約3.4 %，采場二次損失按3 %計算、二次貧化按2 %計算，采場實際采出礦量約46 265 t，則采切比為12.9 m/kt。

回采順序與方案一相同。采場采用進路式回采時，每天2個循環，循環進尺3 m，生產能力為370 t/d。

2.3 采場平行礦體走向布置

該方式適用于礦體厚度1.5～6.0 m，最大主應力方向平行于礦體走向。礦房平行于礦體走向布置，為了保護分段巷道，留3 m厚的分段礦柱。該標準方案按2.5 m厚進行設計，采用盤區綜合布置方式如圖5所示。

圖5 采場平行礦體走向布置示意圖

采場結構參數、采切工程等與方案一相同。礦塊地質礦量約45 120 t，礦柱如永久保留則設計采礦損失率約7 %，設計貧化主要在于采用水平進路回采時底板需要保持水平而多采的廢石，約16.8 %，采場二次損失按3 %計算、二次貧化按2 %計算，采場實際采出礦量約50 010 t，則采切比為11.43 m/kt。

采場回采順序如圖6所示：先回采②、④→以②、④為自由面，崩落①、⑤→充填①、②和④、⑤采空區→回采③并充填采空區，完成礦房的回采和充填。

圖6 采場平行礦體走向布置回采順序

采場采用進路式回采時，每天2個循環，循環進尺3 m，生產能力為430 t/d。

3 采礦方案比選

三鑫金銅礦選用的兩步回采嗣后充填采礦法開采方式，對所選定采場垂直礦體走向布置、采場垂直于礦體走向偽傾斜布置和采場平行礦體走向布置3種 采場布置方案進行主要技術經濟指標、優缺點綜合對比分析，優選出適合三鑫金銅礦雞冠咀礦區Ⅶ2號 礦體開采技術條件的兩步回采嗣后充填采礦法采場布置形式及回采順序。主要技術經濟指標對比如表3所示，3種方案優缺點對比如表4所示。

表3 主要技術經濟指標對比

表4 3種方案優缺點對比

通過對以上3種采場布置方案及回采順序的對比分析可知：方案一和方案二的采切工程量、采礦損失貧化等都比較接近，但方案一對于礦體傾角要求比較嚴格，方案二可以適用于不同傾角的緩傾斜至傾斜礦體；方案三的采切工程量很小，但是回采時采礦損失率和礦石貧化率很大，采場內的出礦效率較低。

綜上分析比較各方案優越性：方案二>方案一>方案三。故選擇兩步回采嗣后充填采礦法采場垂直于礦體走向偽傾斜布置方式作為最優的回采方案，可實現三鑫金銅礦雞冠咀礦區Ⅶ2號礦體緩傾斜薄礦體的安全高效經濟開采。

4 結 論

1)針對三鑫金銅礦雞冠咀礦區Ⅶ2號礦體的賦存條件，通過分析初步確定采用兩步回采嗣后充填采礦法對緩傾斜薄礦體進行綜合開采，并對比了多種采場布置形式和回采順序。確定采用采場垂直于礦體走向偽傾斜布置方式，可以實現三鑫金銅礦雞冠咀礦區Ⅶ2號礦體緩傾斜薄礦體的安全高效經濟開采。

2)采用兩步回采嗣后充填采礦法采場垂直于礦體走向偽傾斜的布置方式，具體可根據采場上盤圍巖的穩定性選擇中間到兩端的連續性回采和隔一采一的回采形式，可以有效提高采場的回采效率并保證采場的穩定。

3)采用兩步回采嗣后充填采礦法采場垂直于礦體走向偽傾斜布置的方式，初步設計采場的主要技術經濟指標為：采場生產能力約370 t/d，采礦損失率約3 %，礦石貧化率約5.4 %。