改進采礦工藝降低損失貧化

張紹周 陳玉明 張鯤華

(昆明理工大學國土資源工程學院，云南昆明650093)

礦產資源是國家的寶貴財富，是礦山生產和發展的物質基礎。礦石開采過程中產生的礦石損失率和貧化率的大小，不僅反映了一個礦山生產管理水平和技術水平的高低，而且對礦山的經濟效益有很大的影響。降低礦石開采過程中的損失和貧化，對充分利用礦產資源，延長礦山服務年限，控制生產成本，提高企業經濟效益有著重要的意義。

1 獅子山銅礦概況

易門礦務局獅子山銅礦礦區地處云貴高原，位于綠汁江東岸，云南省易門縣壩子北西部，屬中山地貌。區內山脈多呈北西走向，溝谷深切，地勢陡峻，地形坡度一般在30°～40°，山脊部位較平緩，一般10°～20°，山坡及山頂呈半園形。地勢總體呈鞍狀，中間高東西兩側低，最高點獅子山2 103.632 m，最低點六中段坑口1 720 m，相對高差最大達383 m。外圍工作區山脈多呈南北走向，溝谷深切，地勢陡峻，地形坡度一般在 40°～60°，山脊部位較平緩，一般 10°～20°。地勢總體東高西低，最高點水井坡頭2 254 m，最低點綠汁江面1 300 m，相對高差最大達954 m。

獅子山銅礦為一中型礦山，礦床中銅礦體眾多，規模大小不一。主要有①、④、⑧號3個礦體群，總礦體數56個，共67層，總厚約270 m。①、④號礦體群屬硅質白云巖類型銅礦體，賦存在背斜鞍部落雪組青灰色白云巖中，④號礦體群位于①號礦體群的上盤。①號礦體群從地表延伸至1 103 m標高，向長度不足200 m，傾向延深大于800 m，陡傾，呈直立柱狀，礦體邊緣多呈鋸齒狀、港灣狀。礦體沿走向厚度變化較大，具有南北兩端厚而中間薄的特點。走向長度128～167 m，傾向延深215～234 m，平均厚度16.62 m;平均品位0.96%。④號礦體群從地表延伸至730 m標高之下未封口。走向長不足150 m，傾向延伸長大于1 200 m，陡傾，呈直立柱狀，平均厚度4.88 m;平均品位0.78%。⑧號礦體群屬飄帶礦體，賦存在落雪組過渡層的泥砂質白云巖與灰白色白云巖中，地表至787 m標高之下。礦體沿層分布，受褶皺應力作用而褶曲，平面形態形似飄帶，空間形態呈褶曲板狀;礦體沿走向向東膨大，向西收縮。走向長度523～553 m，傾向延深100～445 m，平均厚度13.11 m;平均品位0.83%。

2 獅子山銅礦開采損失貧化現狀

獅子山銅礦從1977年10月到2011年的34 a間，累計回收資源礦石量1 700萬t，品位0.681%，金屬115 733 t(其中，回收供礦采場殘礦量1 332.28萬t，品位0.516%，金屬6 879 t;地表棄礦棄渣19.65萬t，品位0.229%，金屬450 t)，累計平均損失率12%，累計平均貧化率21.24%，平均回采率88%。2005—2011年，累計損失率3.51%，累計貧化率16.05%。

可見，礦山加強采礦質量管理，挖掘降低損失和貧化的經濟內涵，實施礦山增產增收，是延長礦山服務年限的重要途徑。如何降低采場出礦損失和貧化，提高原礦質量，增加綜合經濟效益已經迫在眉睫。

3 礦山損失率、貧化率計算方法

根據礦山生產實際要求，礦山最終損失率計算采用最終損失金屬和原礦品位對應的損失礦量的比值，其公式為

式中，Sk為最終損失率，%:PD為最終計算的金屬量，t;PC為實際供礦供出金屬量，t;CD為最終地質品位，%;QD為最終地質礦量，t。

最終貧化率計算采用最終地質品位和出礦品位差值與最終品位的比值，其公式為

式中，P為最終貧化率，%;CC為實際供礦品位，%。

特別說明，最終地質礦量為工業礦體與低品位礦體的礦量和。

4 降低損失貧化的措施

為了降低采礦中礦石的損失率與貧化率，提高供礦質量，節約礦石資源，確保礦山取得較好的經濟效益和社會效益，礦山成立了攻關課題組，針對復雜礦體開采過程中礦石損失與貧化難以控制的課題，主要從優化采礦方法進行攻關。獅子山銅礦一期采礦工藝為有底柱分段淺孔留礦法，采用電耙出礦方式，隨著持續下深部開采，礦山意識到采礦方法不適應采礦生產的需要，為了擴大生產能力，降低采礦兩率(損失率與貧化率)指標，優化安全生產環境，先后進行了較大的技術改造。

4.1 早期采礦工藝

一期采礦工藝為有底柱分段淺孔留礦法，如圖1，均采用電耙出礦方式，損失率和貧化率較大，平均損失率和貧化率分別為13.36%和25.1%。

圖1 有底柱分段崩落采礦方法Fig.1 Pillar sublevel caving mining method sketch

4.2 改進的采礦工藝

根據礦體賦存條件，因礦生法，將以往的分段回采改為階段回采，并采用振動出礦工藝技術，提高了采礦效率，降低了勞動強度，改善了作業環境，實現了準確的計量均衡放礦。目前，采用有底柱淺孔留礦法和有底柱振動出礦階段崩落法2種采礦方法。

有底柱淺孔留礦法:用于回采礦體傾角50°～65°，厚度5 m以下的低品位邊角薄小礦體。采場沿礦體走向布置，底柱高度5 m，采長10～20 m，采寬為礦體厚度，采高20～30 m，如圖2。

圖2 有底柱淺孔留礦法Fig.2 Short hole shrinkage method with sill pillar diagram

有底柱振動出礦階段崩落法:用于回采礦體傾角65°以上，厚度5 m以上的礦體。采場沿礦體走向布置，底柱高度8 m，采長26 m，采寬為礦體厚度，采高50 m，如圖3。

通過改進采礦工藝，平均損失率和貧化率分別為7.56% 和17.01%，與原采礦方法相比較損失率降低5.8個百分點，貧化率降低8.09個百分點，取得了較好的效果。

5 采礦方法現場應用

5.1 采場結構參數

獅子山銅礦以“階段強制崩落采礦工藝”為主，分段崩落法、淺孔留礦法為輔。經過多年研究實驗，“階段強制崩落采礦工藝”演變為“小礦房補償空間分次爆破階段崩落振動出礦工藝”，以振機大巷為標準，將礦體劃分為礦房、礦柱，礦房尺寸一般為寬(6～12)m×長(25～40)m×高16.5 m，礦柱采寬為單元邊界、采高為50 m(含上底柱)。

(1)底部結構參數。大巷間距13 m，底柱高8 m，漏斗交錯布置，斗間距6.5 m。

(2)振機安裝參數。臺板全長為3.0 m，眉線高度為0.8 m，振機安裝角為18°±1°，振機臺板埋設深度為0.75 m，眉線角為38.4°，振機功率為4～5.5 kW。

圖3 有底柱振動出礦階段崩落法Fig.3 Sill Pillars Sublevel Caving Vibration Drawing Sketch Map

(3)孔網參數。①大密集參數:最小抵抗線W=1.5 m，最大孔底距B=5.0～5.5 m，深孔密集系數n=3.3～4.0。普通密集參數:最小抵抗線W=2.5 m、最大孔底距B=3～3.5 m、密集系數n=1.2～1.4。

5.2 采準切割工作

(1)采準。當采用階段崩落采礦工藝時，采用上下盤沿脈運輸巷道和穿脈裝礦巷道構成環形運輸系統。確定穿脈運輸巷道長度時，應在裝車時整個列車都在穿脈運輸巷道內，盡量做到不妨礙沿脈運輸巷道中其他車輛的通行。在穿脈裝礦巷道上布置漏斗(包括斗穿、斗頸)，其底部結構參數:大巷間距13 m、底柱高8 m、漏斗交錯布置、斗間距6.5 m。每個礦塊還須布置用于行人、通風和運送材料設備的天井工程，用聯絡巷道與一二分層貫通。

(2)切割。在底部結構上部布置拉底工程、鑿巖天井工程及其他切割工程。鑿巖天井的布置以中深孔10～12 m為宜。鑿巖巷道與硐室的位置和數量主要取決于落礦方式、鑿巖設備性能和礦石可鑿性、地質構造等，應結合具體條件，根據工程量最小，鑿巖效率最優，爆破質量最好的原則選取。

5.3 回采工作

(1)鑿巖。采用YT－28型氣腿式鑿巖機對切割平巷施工，切割天井掘進采用YSP－45型上向式氣腿式鑿巖機;采用ZCZ－26型風動后翻式裝巖機以及電耙進行裝巖。

(2)落礦。采用反修－100型潛孔鉆機、YQ－100A型潛孔鉆機鉆鑿水平扇形深孔進行水平落礦。

裝藥、爆破:水平扇形深孔落礦聯合使用柱狀炸藥和粉狀炸藥(孔深≥8 m、角度≤30°時)，粉狀炸藥采用BQ～100型裝藥器裝藥、柱狀炸藥采用炮棍和母棍進行裝藥。爆破方式采用補償空間≥18%自由空間爆破(為減小大塊產出率和對底柱的破壞性，一般不采用擠壓爆破)。

(3)出礦。崩落法采礦屬于覆蓋巖下放礦，至少有1個廢石接觸面，允許地表陷落;出礦方式采用振動放礦機放礦穿脈裝礦巷道裝礦與上下盤沿脈運輸巷道形成環形運輸系統。

(4)地壓管理。采用崩落法采礦，合理的開采順序對確保采礦工作的安全和地壓控制具有很重要的意義。獅子山銅礦采用由中央向兩翼的開采方式，使上盤圍巖隨階段下降順利崩落，并在崩落區邊緣沒有應力集中，避免了開采中間礦體時產生的最大應力。對崩落區的地壓管理主要采用崩落上盤圍巖和頂部廢石，隨著礦石下降而充填空區進行地壓控制。

6 結語

采礦方法選擇是否妥當，是礦石損失與貧化產生的根本原因，特別是在復雜的地質賦存條件與開采技術條件下，正確選擇采礦方法就顯得更為重要。合理選擇采礦方法，可以極大地降低礦石損失與貧化。選擇了合適的采礦方法后，更重要的是加強對礦石損失與貧化的管理，在實際開采過程中，要打破常規，隨著礦體賦存條件與開采技術條件的改變，要隨時修正采礦方法，正確選擇合理的采礦方法和結構參數，做到“因礦生法”，降低礦石損失與貧化，以取得最佳的經濟效益。

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