河臺金礦高村礦床深部開采設計研究

黃鐵平

(廣東省冶金建筑設計研究院， 廣東廣州 510080)

河臺金礦高村礦床深部開采設計研究

黃鐵平

(廣東省冶金建筑設計研究院， 廣東廣州 510080)

根據河臺金礦高村礦床深部礦體特征和開采技術條件，對深部礦體開拓方案、通風系統進行了多方案比較選擇，提出了下盤盲豎井開拓和新建東回風井與現有豎井構成對角式通風系統。且為了解決深部開采產生的地壓問題，建議采用全尾砂膠結充填和高水固結尾砂充填采礦方法取代淺孔留礦法，為下一步開采設計和建設提供參考。

深部開采;開拓方案;通風系統;淺孔留礦法;充填采礦法

河臺金礦位于廣東省高要市河臺鎮，是1980年代發現探明的大型金礦，累計探明黃金儲量約50 t。該礦于1989年1月建成投產，目前采選年生產規模24.75 萬 t，年自產黃金約1.5 t，精練提純能力達30 t，為華南地區最大的采選冶聯合黃金生產企業。

河臺金礦包括高村礦床和云西礦床。目前高村礦床已開采至－230 m水平，－230 m水平以上保有金礦儲量約38萬t;云西礦床已開采至－140 m水平，－140 m水平以上保有金礦儲量約50萬t。按照目前河臺金礦750 t/d生產能力，上部保有儲量的服務年限為5～6 a。為補充新的礦產資源，河臺金礦加大勘探力度，通過“探邊摸底”在高村礦床深部新探明資源儲量約140萬t。為保證礦山的持續生產，應加快對高村礦床深部礦體開采設計研究和建設。

1 礦山概況

1.1 礦體地質條件

河臺金礦高村礦床、云西礦床均為蝕變糜棱巖型金礦床。高村礦床位于礦區北部中段，其南西與云西礦床毗鄰，北東與后逕礦床相接。高村深部礦體是11號主礦體由淺部沿傾向向深部的延伸，分布在36～112號勘探線之間，賦存標高－230～－580 m，礦體邊界形狀規整。礦體產狀穩定，走向北東70°，傾向北西，傾角 75°～90°，向北東側伏，側伏角50°左右。礦體厚度 0.55 ～2.59 m，平均 2.56 m。礦體呈透鏡體狀分布，整體連續性差，局部有分支復合現象，以不規則脈狀產出為主。礦巖穩固，f=10～14，但個別地段因斷裂構造而節理發育，礦體下盤伴隨著1條與之平行的滑動構造帶。

1.2 地質資源儲量

為了維持礦山的持續發展，從2001年開始，河臺金礦投入勘查資金500多萬元，對高村礦床深部開展詳查地質工作，并于2009年6月提交了高村礦床深部詳查地質報告(32線～96線;－207～－460 m)。本次高村礦床深部詳查共探獲(332+333)金礦資源儲量387676 t，金金屬量2990.70 kg，平均品位7.71×10－6。另有潛在礦產資源(334)礦石量1042903 t，金金屬量 6841.06 kg，平均品位 6.56 ×10－6。

1.3 開采現狀

目前，河臺金礦開采高村、云西2個礦床，由160 m平硐將2個礦床連接為1個生產系統。云西礦床礦石經160 m平硐運往高村礦床，然后統一運往選礦廠。高村礦床采用平硐+豎井開拓方式，云西礦床采用平硐+盲豎井開拓方式。

高村礦床分二期建設，一期工程建設規模為250 t/d，開采160 m標高以上礦體，采用平硐+溜井開拓。二期工程建設規模為500 t/d，開采160～－230 m標高之間礦體，采用明豎井開拓。自投產以來，高村礦床共開拓了 240，200，160，120，80，40，0，－40，－90，－140，－190，－230 m 等12個中段。目前，高村礦床已基本開采完了－40 m中段以上的礦量，現階段回采工作主要集中在 －90，－140，－190，－230 m 中段。

2 深部開拓方案

2.1 現有開拓系統概況

河臺金礦高村礦床建礦至今，經過2次改擴建，由原來的平硐開拓變為現在的明豎井開拓。40 m標高以上中段高度為40 m，以下中段高度為50 m。

現有明豎井位于高村礦床上盤8線附近，井深全長430 m，井筒凈直徑5 m，內置3號雙層雙罐，型鋼罐道，內設梯子間及管纜間。提升設備為2JK－2.5 m單繩提升機，電機功率320 kW。明豎井與120，80，40，0，－40，－90，－140，－190，－230 m 中段相通，擔負各中段的礦石、廢石、人員、材料及設備的提升下放任務。井下礦廢石用3 t電機車牽引0.7 m3翻轉式礦車運到明豎井車場，由明豎井提升系統提升出地表。

2.2 深部開拓方案的選擇

2.2.1 擬選開拓方案簡述

根據高村礦床深部礦體賦存條件，可供選擇的開拓方案有3個:盲豎井開拓方案;盲斜井+盲豎井開拓方案;現有明豎井延深開拓方案。

(1)盲豎井開拓方案。盲豎井位于礦體下盤22線附近，井筒凈徑4 m，井深240 m(－190～－430 m)。采用單一罐籠井配2#非標罐籠帶平衡錘多繩提升，負責井下－280～－430 m中段的礦石、人員、材料、設備及廢石的提升任務，與現有明豎井形成明、盲豎井聯合開拓方式。

(2)盲斜井+盲豎井開拓方案。主井為箕斗盲斜井，斜井斷面9 m2，內置3 m3箕斗;副井為盲豎井，內置雙層單罐帶平衡錘單繩提升。盲斜井負責井下－280～－430 m中段的礦石提升，盲豎井負責人員、材料、設備及廢石的提升任務?？傮w上形成明豎井與盲斜井聯合開拓方式。

(3)現有明豎井延深開拓方案。現有明豎井位于礦體上盤8線附近，井深430 m，延深后井深630 m。將原雙層雙罐單繩提升改為單罐雙層配平衡錘多繩提升，負責井下全部中段的礦石、人員、材料、設備及廢石的提升任務。此方案為單一明豎井開拓方式。

2.2.2 擬選開拓方案比較

從當前國內礦山的實際情況分析，上述3個開拓方案在技術和實用性方面都是成熟的、可行的，但3個方案相比較各有優缺點。

(1)盲豎井開拓方案。明豎井與盲豎井形成接力提升系統，2條豎井之間要增加1條運輸巷道，開采－230 m以下礦體需要轉運1次，增加了礦石運輸、通風、排水等費用;明、盲豎井均采用單一罐籠井提升，全部提升任務都要通過罐籠井提升，受罐籠井提升能力限制，擴大生產能力的可能性不大;若－430 m中段以下發現新礦體，則需要再次延深盲豎井，礦山生產將受到影響，礦井提升能力也受到限制。

(2)盲斜井+盲豎井開拓方案。盲斜井開拓－230～－430 m礦體比較合適，采用箕斗斜井提升時需要多1條盲豎井作為副井輔助提升。采用礦車組斜井提升雖可減少1條盲豎井，但提升能力受到限制;盲斜井石門短，初期投資小，施工簡單方便，但維修較困難，安全要求較嚴格，且礦石存在反向運輸，每年的經營費用較大;受斜井提升高度的限制，若今后延深盲斜井開拓－430 m以下礦體則比較困難。

(3)現有明豎井延深開拓方案。現有提升設備不能滿足提升要求，需要新配置提升設備，上部的井筒裝備需要進行改造。井塔、卷揚機房均需新建，地表工業場地受到限制;豎井延深、設備安裝與調試需要停產半年以上，對礦山生產影響大;明豎井為上盤開拓，下部礦體在走向上往東移，致使下部中段石門長、投資大且不利于管理;延深后的豎井井筒深度達630 m，由于井筒較深，單一罐籠井提升能力受到限制，再次延深豎井和擴大生產能力的可能性不大。

綜上所述，方案(1)與方案(2)、方案(3)相比較，具有盲豎井下盤開拓石門短、盲豎井建設不影響上部礦體開采、不受地表工業場地限制、工程地質條件較好、盲豎井延深對礦山生產影響小等優勢。從技術經濟方面進行比較，方案(1)具有工程投資省、建設時間短、年經營費用少的優點，故推薦高村礦床深部礦體開采采用下盤盲豎井開拓方案。

2.3 推薦的深部開拓運輸方案簡述

盲豎井位于礦體下盤22線附近，在－230 m水平施工1條運輸巷道聯系明、盲2個井底車場。井深240 m，井筒凈徑4 m，井筒內置2200 mm×1250 mm 2#非標雙層雙罐帶1300 mm×300 mm×80 mm平衡錘，型鋼罐道，內設梯子間及管纜間。提升設備為2JK－2.5m單繩提升機，電機功率320 kW。盲豎井與 －230，－280，－330，－380，－430 m 中段相通，擔負各中段的礦石、廢石、人員、材料及設備的提升下放任務。井下運輸采用3 t電機車牽引0.7 m3翻轉式礦車，深部開采礦廢石先經盲豎井提升到－230 m中段盲豎井車場，用3 t電機車牽引至明豎井車場，再由現有的明豎井接力提升出地表，完成由深部至地表的運輸提升過程。高村礦床深部礦體開拓通風系統如圖1所示。

圖1 河臺金礦高村礦床深部礦體開拓通風系統

3 礦井通風系統

3.1 高村礦床通風系統現狀

高村礦床原設計采用中央對角式通風系統。由于西部礦體開采基本結束，目前明豎井以西采用局部通風方式，明豎井以東采用豎井進風、上盤東風井抽風的側翼對角通風方式。東風井位于88～96線之間上盤移動線外，井口標高+250 m，井筒凈直徑3 m，內設梯子間作為安全出口。風井口安裝1臺K40(A)－NOB4離心式通風機，風量為32 m3/s，風壓為1500 Pa，電機功率55 kW?，F有通風系統基本能滿足－230 m以上中段的生產要求。

3.2 高村礦床深部通風系統選擇

高村礦床深部礦體在走向上往東移，向北東側伏，可采用明豎井進風、東風井出風的單翼對角式通風方式。但隨著開采向深部推進，現有東風井在巖石移動范圍內，不能再作為主要通風井和安全出口，應設計選擇新的東風井位置。根據已探明的深部礦體賦存條件、地形地貌條件，以及礦山開采和通風系統現狀，可供選擇的方案有3個:留保安礦柱東風井方案;新建上盤東風井方案;新建下盤東風井方案。

(1)留保安礦柱東風井方案。充分利用76～88線“無礦天窗”有利條件和留保安礦柱的辦法，保護現有東風井不受破壞，仍用現有東風井回風，這樣可以不用新建東風井。但留保安礦柱仍會積壓大量深部礦體，造成不必要的資源損失浪費，不利于節約和保護礦產資源。隨著開采工作向96～130線東移，現東風井又將變為西風井，造成東部風流短路、污風串聯、通風困難的局面。

(2)新建上盤東風井方案。在礦體上盤96～130線之間巖移線外新建東風井，其主要優點是便于通風管理，上盤地勢較低，新建風井井筒較短，工程費用少，但上盤風井石門長、總回風平巷長、通風線路長、通風阻力大、通風費用高。

(3)新建下盤東風井方案。在礦體下盤96～130線巖移線外新建東風井，優點是不受深部礦體開采巖移的影響，通風石門和回風平巷短，通風線路短，通風阻力小，通風費用低。當開采工作面進一步向130線東移時，在東翼再新建一進風井，可與西翼的豎井進風井構成東西兩翼進風、中央出風的通風方式。缺點是礦體下盤地勢較高，管理不太方便。

上述3個方案相比較，方案(3)具有不壓占資源、風路順暢、通風費用少，且符合礦山長遠發展規劃等諸多優點，故推薦高村礦床深部礦體通風系統采用新建下盤東風井方案。

3.3 高村礦床深部通風系統簡述

高村礦床深部礦體通風系統采用明豎井進風、新建下盤東風井出風的單翼對角式通風方式。新鮮風流自明豎井進入，經－230 m車場至盲豎井后進入井下各生產中段，再經中段石門、沿脈巷道、采場人行通風天井等進入需風工作面及回采工作面;污風經天井到上中段回風巷道，經回風平巷、中段回風天井到新建下盤東風井，由東風井主扇抽出地表。

4 采礦方法研究

目前，河臺金礦根據礦體的品位、厚度不同而采用靈活的采礦方法，主要是以淺孔留礦法為主，上向分層干式充填法和礦段回采低貧損類框架式留礦法為輔。

上向分層干式充填法是河臺金礦與長沙礦山研究院合作試驗的采礦方法，一直有少量的應用。其優點是可以降低回采貧化率、損失率，尤其對品位高或特別破碎礦體回采效果好，對提高出礦品位有重要作用。用廢石充填空區既處理了空區，又減少了廢石提升費用。缺點是回采工藝復雜、回采周期長、生產能力低、采礦成本高。

礦段回采低貧損類框架式留礦法是一種采用人工假底和人工礦柱空場回采嗣后素混凝土充填空區的采礦方法。采用類框架式構筑對采礦、采空區及地壓的管理和控制，不但有效地降低了貧化率、損失率，而且對空區進行預處理，控制了地壓，為下部中段的回采提供更好的條件。缺點是礦柱素混凝土置換成本過高、強度偏低、養護周期長等。

對于河臺金礦急傾斜、薄至中厚礦體而言，采用淺孔留礦法是比較適合的，也是該礦大量使用的一種采礦方法，具有工藝簡單、便于管理、生產能力大、采礦效率高與生產成本低等優點。缺點是二步回采且安全性差，落礦后不能及時放出而積壓資金等。另外，隨著開采深度的不斷增加，地應力增大，若形成的空區不及時處理，將造成嚴重后果。為了安全高效地回采深部礦體，應對深部采礦方法及工藝進行研究。

淺孔留礦法加采空區嗣后充填采礦法是淺孔留礦法的一種變形方案。該方法的主要特點是采用人工假底先置換底柱，根據礦柱品位的不同，品位較低的留成永久礦巖柱，品位較高的先采礦柱再砌隔墻，礦房采用淺孔留礦法回采，頂柱也一起回采。礦房回采結束后加強出礦，在最短時間內出空，再進行廢碴充填，廢碴充填時最好是充滿接頂。此方法既保留淺孔留礦法的優點，同時又回收了礦柱，用廢石充填空區達到了處理空區和控制地壓的目的，也解決了廢石不出窿問題。

隨著深部開采地壓不斷增大，在采用廢碴充填及類框架式嗣后充填滿足不了要求時，應采用全尾砂膠結充填和高水固結尾砂充填采礦方法。全尾砂充填提高了尾砂的利用率，降低了充填料的水灰比，從而大大改善了充填體特性，充填強度提高，充填料沉縮率低等，這些對于充分發揮充填體的承載作用，提高礦石的回收率都有重要作用。高水固結充填是使用尾砂作充填骨料，高水速凝固化材料作膠凝材料，按一定配比混合后，形成高水固結充填料漿，進入采場后不用脫水便可以凝結為充填體。高水固結充填其充填體粘結力強、抗壓強度高，可充分利用尾砂，而且無需分級，凝結時間短、適應強，充填回采工藝較簡單，有一定的安全、經濟性。

5 結語

(1)高村礦床深部礦體采用下盤盲豎井開拓，與上部明豎井形成接力提升，具有工程投資省、建設時間短、年經營費用少、不影響正常生產等優點。若今后延深盲豎井，對礦山生產影響小。

(2)在高村礦床下盤新建東回風井，與明豎井構成對角式通風系統，不壓占資源、通風工程省、通風線路短、通風阻力小、通風費用低。今后開采工作面繼續東移時，在東翼再新建一進風井，構成中央對角式通風系統，符合礦山長遠發展規劃。

(3)高村礦床進入深部開采后地壓不斷增大，應逐步減少淺孔留礦法所占比例，增大全尾砂膠結充填采礦法使用比例。結合礦山實際，開展深入的采礦方法試驗研究工作，探索出適合河臺金礦深部開采的新方法、新工藝，保證礦山的持續健康發展。

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2011－02－04)

黃鐵平(1973－)，男，湖北仙桃人，碩士，工程師，主要從事礦山設計與研究工作，Email:htp1973@126.com。