鳳山縣宏益礦業公司那林金礦開采問題探討

楊錫祥,孫 杰

(1.招遠市欣源黃金科技發展有限公司, 山東招遠市 265400;2.岷縣天昊黃金有限責任公司, 甘肅定西市 748400)

鳳山縣宏益礦業公司那林金礦開采問題探討

楊錫祥1,孫 杰2

(1.招遠市欣源黃金科技發展有限公司, 山東招遠市 265400;2.岷縣天昊黃金有限責任公司, 甘肅定西市 748400)

鳳山縣宏益礦業有限責任公司那林金礦主要使用無底柱中深孔鑿巖分段崩落采礦法開采傾斜、低品位中厚破碎礦體,由于礦山急需礦石生產而不得不把鑿巖與出礦巷道布置于破碎礦體脈內,由此而產生回采巷道穩固性、巷道支護方法、礦體回采順序等一系列問題。針對礦山開采中存在的問題進行了分析和數值模擬研究,提出了保證礦山正常生產的技術措施。

無底柱分段崩落法;礦山地壓;巷道支護;礦體回采順序

我國黃金工業自從2007年成為世界第一生產大國以來,平均選礦入選品位越來越低,目前已不足3×10-6,因而,一步驟回采的崩落采礦法將得到更加廣泛應用,無底柱分段崩落采礦法就是其中之一,使用的礦山主要分布于山東、河南、陜西、廣西、云南、新疆等省區,并有進一步擴大使用范圍之趨勢。本文分析與研究宏益礦業公司回采巷道穩固性、礦山巖體力學、巷道支護方法、礦體回采順序等一系列問題,以其為礦山正常生產提供必要的技術支撐。

廣西鳳山縣宏益礦業有限責任公司主要開采低品位、傾斜為主、薄至中厚、礦體比較破碎的沉積變質型金礦床。宏益礦業隸屬中金集團,位于廣西鳳山縣與凌云縣交界處,礦區面積7km2。地處云貴高原南緣,最低海拔標高568.2m,最高930m,北坡陡峻,南坡舒緩,溝谷發育,礦區北側灰巖地區溶蝕峰叢洼地發育,巖溶峰林到處可見。21世紀初期,宏益礦業有限責任公司依法取得那林金礦的采礦許可證后,對礦山進行了系統設計開發,埋藏于當地浸潤基準線以上的礦床主要采用平硐-溜井與盲斜井聯合開拓,2008年中金集團對井下及選礦廠進行技術改造,增加一套800t/d的自磨浮選系統以及尾礦壓濾系統,并相應對供電、供水條件進行改進,力求在近期采選生產能力正常達到1100t/d[1]。

1 礦床開采技術條件

那林金礦區礦體埋藏于三疊紀百蓬組第二巖性段。該巖性段由中厚層細砂巖、中薄層粉砂巖、薄層泥巖互層組成。具有明顯的由厚到薄、由粗到細的沉積旋回特征。本層底部節理裂隙發育,有斷層通過處巖石具有明顯的硅化蝕變、黃鐵礦化、褐鐵礦化、金礦化、鉛鋅礦化、雄(雌)黃礦化等。區內金礦體主要賦存于本巖性段,主要開采礦體為那林金礦區2號礦體。礦體控制走向長度為780m,標高從920～536m,控制斜深大于440m。礦體一般厚度1～5m,但也有中厚礦體,最大厚度達20m。地質平均品位為3.79×10-6。礦體平均傾角35°～45°,頂底板均為中-弱硅化的細砂巖、粉砂巖或泥巖。礦石以松散的斷層角礫巖為主,局部為強硅化巖。由于礦體賦存在F2斷層破碎帶中,節理裂隙發育,巷道沿礦體掘進時,容易發生冒頂、塌方事故。礦體頂板有厚薄不一的破碎帶,開采時要特別注意松塌部位。所以,沿脈工程一般均用噴漿支護。礦石密度2.85t/m3,巖石密度2.65t/m3;礦巖松散系數1.5～1.52,普氏硬度系數f=4～6,易爆易碎。水文地質條件簡單。由于該礦礦石的金粒非常微細,屬于“卡林型”金礦,又含碳含砷,泥化嚴重,歷年選礦實際回收率僅75%左右,屬于難選型金礦[2]。

2 礦山開采問題研討

2.1 采礦方法簡述

那林金礦區目前開采原生礦,曾經使用過管理簡單、工人容易掌握的淺眼留礦法開采。礦塊長度為相鄰兩條生產勘探線的長度(約30m),礦塊高為中段高(40m)。礦塊回采采用國產YT-28型鑿巖機鑿巖,普通礦用巖石炸藥連續裝藥爆破,然后進行平場,出礦等工序,所產礦石由中段電機車運輸至地表選礦廠處理。留礦采礦工藝施工隊非常熟悉,礦山生產管理比較簡單,機械設備投入較少;人工出礦不需要木材或鋼材安裝放礦漏斗;同時包括鑿巖在內的所有作業可以在只有數米寬的安全空間內進行,在中小型巖金礦山及鄉鎮企業有大面積應用。其主要缺點是生產效率低,積壓流動資金,采礦兩率指標較高,由于礦體破碎,容易發生冒頂、片幫等現象,礦石自溜性差,采場采高僅達20m左右。該礦由于地質品位低而無法使用充填法,礦巖破碎不能應用空場法,為提高生產效率只能采用崩落采礦法,并且,由于10m左右厚度的礦體占相當比重而試驗應用了無底柱分段崩落法[3]。

2.2 礦山巖體穩固性規律研究與應用

2.2.1 礦巖穩固性一般規律

那林金礦從開挖井巷的破壞情況分析可知其巖層應力很大。礦山目前作業只有3,4個中段,開采覆蓋巖層不足100m,因此,其地應力除巖層開鑿所引起的變化轉移之外,可能原巖地質構造殘余應力也較大。主要表現在下面幾點:

(1)巷道或采場的開挖空間暴露不到3個月,首先從水平下盤片落,可能是采動后原巖應力轉移所致。礦山礦巖普氏硬度系數為4～6,如果要使它破壞,包括巷道開挖后的應力集中、構造殘余應力在內地應力應該大于40～60MPa,根據作者經驗估計,那林金礦的原巖應力是比較大的,可能超過20 MPa。

(2)礦體或巖體開挖后,其應力集中的傳遞速度比預想的要快。試驗采場的一個采空區其體積并不大,在不到1個月時間多次冒落;在其下面的分段巷道,過去并沒有發現噴層開裂的現象,但是,這個采場空區存在不到30d就發現其下面水平運輸巷道噴層開裂。另外,試驗研究的第二個采空區,一共只爆破了10排炮孔,其礦體爆破長度不足15m、水平寬度不足15m,存在時間不足10d,其采空區便大面積冒落。

(3)礦體下盤開挖的巷道其穩固性要好得多。所以,如果礦山不是為了出礦而在礦脈中掘進,那么,建議無底柱分段崩落法的鑿巖出礦巷道開鑿在緊貼礦體下盤的脈外。

2.2.2 巖體穩固性規律的應用

在巖體中開挖巷道的穩固性與地質巖體的普氏硬度系數、開挖形狀、面積和體積等有關;但是,最根本的問題還是與礦山巖石自身結構的穩固性有非常緊密的聯系。為此,礦山可以利用其巖體本身表現出來的普遍規律為礦山生產服務。

(1)利用巖體本身穩固性規律。那林金礦區礦體埋藏于破碎帶,即礦體所在礦巖為壓碎巖,寬數十米,斷裂面平直光滑易滑塌,與巖層產狀一致;礦體頂板有時存在厚薄不一的破碎帶。這有利于無底柱分段崩落法的使用,即采礦空區上部覆蓋巖層容易自然冒落;而礦體底板在本礦區內為層理性較好的砂泥巖互層,雖然其局部裂隙比較發育,但仍有較好的穩固性,礦山開鑿于這種巖體的穿脈工程非礦地段一般不需支護或只需簡單的噴漿支護。為此,建議礦山集中精力在礦體下盤邊界掘進鑿巖與出礦巷道,以保證作業安全和較長的存在時間。

(2)礦體中開挖井巷穩固性規律。生產中如果非要在礦體內掘進巷道,必須加強支護工作,采用噴錨支護或噴錨加雙筋網支護,否則,難以保證其穩定。如果不采取這些措施,希望礦山不要過早在礦體內部掘進各種巷道。如果按照試驗研究推薦的錨桿支護網度,即巷道寬大處0.8m×0.8m,一般1.0 m×1.0m,其支護能力是可以達到要求的;以后礦山生產一般不要采用十字交叉方式布置巷道,必須是丁字形布置,以減少巖體的破壞幾率,降低巷道的支護工作量。根據試驗研究的實踐情況得知:如果在破碎礦巖中開鑿中深孔鑿巖與出礦巷道,使用噴錨支護的安全存在時間一般不足3個月,其破壞形式是從巷道下盤中部水平巖層開始片幫,逐步向上擴大。支護兩次之后,第三次還沒來得及支護就可能大面積冒落,而且,除加強噴錨網支護之外,沒有其它良策。因此,要求每條鑿巖出礦進路長度不超過50m,最好控制在30～40m之內。并且,采用三強作業技術,在短時間內加快鑿巖與出礦速度,盡可能縮短作業時間;采場爆破采用逐孔爆破技術,降低每段爆破的炸藥消耗量,此法經過試驗應用,已經證明效果不錯。

(3)采空區與礦山井巷穩固性規律。正如2008年發生在710m分段第二個試驗采場的實際情況,采空區面積與體積都不大,但是其地應力傳遞和影響范圍比人們預想的要快得多:一是當礦體爆破長度不足10排距離(排距1.6m)、形成采空區水平寬度不足15m,存在時間不足10d,其采空區在晚上無人作業的時候大面積冒落,可喜的是沒有造成任何人身傷害事故;二是當710m分段西試驗采場采空區由于各種原因而形成長度不足30m、寬度不足10m,存在時間不足10d的空區時,其下面700m水平中段已經做好的出礦進路多處多次塌方,該采空區曾經準備采用中深孔鑿巖爆破處理,但是,還未來得及安裝鑿巖機支護棚子便垮落而巷道報廢,人員機械無法進入,不足1個月采空區完全冒滿。由此可知:采空區與礦山井巷穩固性有非常緊密的聯系。如果掌握其規律,就可以利用這些規律為礦山生產服務[4,5]。

肝腎綜合征（hepatorenal syndrome，HRS）是嚴重肝病患者病程后期出現的以進行性少尿或無尿、血尿素氮及肌酐升高等為主要表現，但腎臟病理檢查無明顯器質性病變的一種進行性、功能性的腎功能不全[1]。血液凈化只選擇病例早期應用，對糾正體液負荷過多，高鉀血癥，氮質血癥，酸中毒有一定療效，血液透析應注意并發癥，如出血、低血壓等，對肝功能可望好轉者，也應及時給予透析治療，以延長生命[2]。本研究比較了常規治療與常規治療基礎上血液透析治療肝硬化并肝腎綜合征的療效，現將研究結果報道如下。

2.2.3 礦體回采對巷道穩定性的影響

通過礦體開采對巖體的影響、巖脈回采進路穩定性數值模擬、上分段回采對下分段巷道穩定性影響的數值模擬等多種模擬研究,其結論如下:

(1)礦體開采會在距離工作面約2m的回采巷范圍內形成塑性區,對巷道破壞比較嚴重。

(2)應力集中區域主要在距回采工作面約18 m的范圍內,并在2m處到達峰值,然后開始逐漸降低,直至達到巷道正常承載的應力水平。

(3)在與回采工作面接觸的回采巷道右上方出現應力驟然集中區域,此范圍內巷道所承受的應力約為未開采前的3倍,此時巷道極易遭到破壞。就730分段回采對720、710分段回采巷以及脈外運輸巷而言,710分段至730分段無論是脈內回采巷還是脈外運輸巷,兩側均出現應力集中區域,其中720分段脈外巷承受的應力最大,穩固性最容易受到破壞,其次是720分段脈內回采巷,而對710分段脈內、脈外巷的影響均不明顯。

由以上模擬可知,在礦體開采過程中應注意對脈內回采巷道及下一分段回采巷及脈外運輸巷的保護,隨時注意觀察其動態變化,必要時需要對部分位置采取臨時加強支護[6]。

2.3 光爆與噴錨網聯合支護技術

2.3.1 試驗前提

回采巷道的穩定性極差,嚴重影響了采礦作業的安全及回采作業的順利進行,并造成礦石大量損失貧化。為了減少貧化與損失,對回采巷道采取特別加固措施是十分必要的。在采用噴錨加雙筋網支護仍不能保證巷道穩固的情況下,曾經在一段30m長度的回采巷道內采用光面爆破及噴錨網聯合支護試驗,地點選擇在該礦720分段22～24線第二試驗采場。其原因一是該地段礦巖條件一般,具有代表性,且屬于中厚礦體;二是該地段在試驗初期就能進行回采。

2.3.2 光面爆破掘進

根據礦山的實際情況,選擇了預留光爆層的分次光面爆破方法,即按照掘進方向首先掘進一個小規格(2.2m×2.4m)巷道,然后,再按照中深孔鑿巖和出礦需要擴大至2.8m×2.8m的三心拱巷道。光面爆破參數為:最小抵抗線0.5～0.7m,眼深2.0 m,眼距0.35～0.4m,空氣間隔不耦合裝藥,其線裝藥密度為0.13kg/m(見圖1)[7]。

圖1 預留光爆層示意

2.3.3 噴錨網聯合支護

由于礦巖條件不好,大多數礦巖即使在光面爆破以后,也不能確保巷道的穩定。因此,采用噴錨網聯合支護是必要的。

首先,設計要求兩個光面爆破循環,即每掘進4 m進行一次噴漿支護,厚度30mm,設計支護強度為C20。

第二,進行錨桿、金屬網(在市場購買)支護。錨桿長度2.0m,錨桿眼深度1.8m。錨桿眼垂直于巷道斷面并以巷道中心為平面呈放射狀。錨桿安裝48h、達到設計錨固力后方可進行金屬網的安裝工作。錨桿及金屬網安裝時,應采取工作面前進式推進方式,即工人始終站在已支護好的金屬網下工作(見圖2)。

第三,最后一次噴漿,其方法、強度、要求與第一次相同。兩次噴漿總厚度為100mm[8]。

2.4 合理回采順序

通過從兩翼向中央推進及從中央向兩翼推進兩種方式的巖石力學模擬計算分析,認為:無論是兩翼向中央回采還是中央向兩翼回采,均會在回采工作面的前方出現應力集中區域。在兩翼向中央回采時,當兩邊工作面推進到一定距離時,出現應力疊加區域,使此區域內巷道受力大大增加,從而加大了回采巷道破壞的可能性,并且巷道維護工作難度大。而中央向兩翼回采不會出現應力疊加區域,并且應力變化比較平緩。這樣有利于巷道的穩定性,并且易于維護,從而有利于開展回采工作。

圖2 錨、網安裝作業

根據以上計算結果,建議采用中央向兩邊回采的開采順序,并且在回采過程中應注意對工作面前方巷道的觀測與維護,從而確保回采工作的順利進行。

3 結 語

通過那林金礦區礦山巖體力學分析可知,如果礦山三級礦量平衡的話,推薦回采鑿巖與出礦巷道布置在緊貼礦體下盤脈外開鑿,其維護簡單、存在時間長,作業安全;同時,應該密切觀察采礦巷道動態變化,預測其破壞時間并采取預防措施。

采用光面爆破及噴錨網聯合支護雖然能夠比較安全地維護開鑿在礦體脈內的出礦巷道,但是,此法工藝復雜、占用時間長、消耗材料多、開鑿成本高,采用此法可以解決問題而不提倡這種處理方法。

運用有限元分析軟件FLAC-3D進行數值分析計算,得到如下主要結論或建議:

(1)無論是兩翼向中央回采還是中央向兩翼回采,均會在回采工作面的前方出現應力集中區域。在兩翼向中央回采時,由于工作面前方出現應力疊加,使此中央區域內巷道受力大增,從而加大巷道受到破壞的可能性。而中央向兩翼回采不會出現應力疊加區域,并且應力變化比較平緩,有利于巷道的穩定性,并且易于維護,從而有利于開展回采工作。建議采用中央向兩翼回采方案。

(2)在礦體開采過程中,回采巷道約2m的范圍內會形成塑性區并遭到明顯破壞,且18m內都處于應力增強區域,為此,建議采用逐排或逐孔爆破技術,同時加強脈內回采巷道支護,確保回采工作的正常展開以及施工人員的安全。

(3)730分段回采對720、710分段回采巷道以及脈外運輸巷道而言,710分段至730分段無論是脈內回采巷還是脈外運輸巷,兩側均出現應力集中區域,其中720分段脈外巷道承受的應力最大,容易受到破壞,而710分段脈內、脈外巷道應力集中均不明顯。因此,建議對各分段脈外運輸巷道采用噴錨或者噴漿支護,而將鑿巖出礦巷道布置于緊貼礦體下盤脈外開鑿。

[1]劉 健,樊滿華,張青松,等.那林金礦全面留礦法試驗研究[J].黃金科學技術,2008,(5):32～35.

[2]廣西壯族自治區第二地質隊.廣西凌云縣明山礦區金礦普查報告[R].南寧:廣西壯族自治區第二地質隊,1993.

[3]姚 香,郭樹林,王 劼,等.分段崩落采礦法在巖金礦山的試驗與應用[J].中國礦業,2008,(S):87～90.

[4]古德生,李夕兵.現代金屬礦床開采科學技術[M].北京:冶金工業出版社,2006.

[5]鄧志高,張青松,鄭成英.全厚進路和分層崩落聯合采礦法試驗研究[J].黃金科學技術,2009,(2):30～33.

[6]長春黃金研究院采礦研究所.廣西宏益礦業股份有限責任公司采礦方法試驗研究鑒定報告[R].長春:長春黃金研究院,2009.

[7]劉殿中,楊仕青.工程爆破實用手冊[M].北京:冶金工業出版社,2003.

[8]《采礦手冊》編委會.采礦手冊(第2卷)[M].北京:冶金工業出版社,1999.

2010-06-17)

楊錫祥(1963-)男,山東榮城人,高級工程師,從事黃金采礦科研與管理工作,Email:yxx6303@126.com。