祁雨溝金礦無底柱分段崩落法放礦過程中品位及塊度動態變化研究

劉冬生 陸玉根

（1.河南金源黃金礦業有限責任公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司）

無底柱分段崩落法法一直以開采工藝簡單、生產能力大著稱，我國自上世紀六七十年代從國外引進該采礦方法以來，在冶金礦山（主要為鐵礦）普遍推廣開來，例如作為無底柱分段崩落法礦山標桿的梅山鐵礦和大紅山鐵礦等，隨著鑿巖和出礦設備的逐步先進，無底柱分段崩落法采場結構參數逐漸加大，生產能力，經濟效益也顯著提高。以大紅山鐵礦為例，目前主礦體采用國內最大的30 m×20 m（分段高度×進路間距）采場結構參數，運用最為先進的進口深孔鑿巖臺車及6 m3鏟運機出礦，采用合同制采礦管理模式，其生產能力達400萬t/a。目前國內運用該方法的主要為鐵礦山，但在黃金礦山運用該方法的少有耳聞，相關放礦管理研究工作幾乎沒有。放礦工作是無底柱分段崩落法的核心工作，其直接決定著無底柱分段崩落法回收及貧化指標，影響放礦管理工作的現場因素主要有放出礦石的品位和塊度，國內不少學者針對鐵礦山井下放礦過程中礦石品位和塊度變化展開了一系列研究。由于黃金礦山采用無底柱分段崩落法較少，且金礦品位較為敏感，國內幾乎沒有對金礦放礦過程中品位和塊度的跟蹤研究。本研究針對河南祁雨溝金礦無底柱分段崩落法放礦過程中金礦石品位和塊度展開研究，揭示了產生當前品位和塊度動態變化的根本原因，根據該動態變化規律，制定合理的截止放礦管理制度，對于同類礦山放礦管理工作具有重要意義［1-5］。

1 礦山概況

河南金源黃金礦業有限責任公司隸屬國有控股大型企業中國黃金集團，下轄的祁雨溝金礦于1976年建成投產，1997年改制成立國有股份制企業。礦山采用地下開采，采礦能力為3 000 t/d，目前主要開采祁雨溝礦區J4號角礫巖體400~280 m的金礦體、J5號角礫巖體460~280 m的金礦體；對J4礦體采用無底柱分段崩落法，礦體平均品位約為1 g/t。礦山開拓方式為平硐＋主、副井開拓。井巷工程主要包括580 m主運平硐、主井、副井、采區斜坡道、溜井、井下排水系統和硐室工程。

祁雨溝金礦井下無底柱分段崩落法主要在回收355 m水平以上J4礦體的端部礦體，采場分段高度與進路間距均為15 m，進路尺寸規格為2.8 m×3 m，炮孔排距為1.3 m，1次2排分段起爆，炮孔直徑為65 mm，2 m3油鏟及電鏟配合裝礦卡車運礦，每天3班組運轉。

2 放礦品位跟蹤研究

理論上來說，隨著無底柱分段崩落法進路口不斷出礦，放出橢球體逐漸發育，當放出橢球體高度大于當次爆破設計高度后，上部覆蓋巖會進入放出橢球體，造成貧化，使得出礦品位逐漸下降，為取得較優的回收經濟指標，必須制定一個經濟合理的出礦截止制度。目前，無底柱分段崩落法截止出礦通常有2種方式:一種是按截止品位出礦，一種是按當次設計爆破量出礦，2種出礦方式各有優點和缺點。采用截止品位出礦對于品位的掌握較好，可靈活調整出礦品位，但要求有專人在出礦口進行取樣化驗并且要求及時化驗，通常礦山由于生產工作面較多，人員有限，很難做到每個工作面及時取樣，品位化驗速度也應跟得上當日送樣并報出化驗結果；采用當次設計爆破量出礦具有現場操作簡單的優點，但缺乏靈活性，對于局部品位變化大的區域很難及時調整。

為確定無底柱分段崩落法出礦的最佳截止出礦方式，須進行井下出礦口放礦品位跟蹤研究。研究人員在井下出礦口進行了為期1個多月的現場跟班取樣研究工作，跟班取樣地點選定了編號分別為370-6+15、460-1+20、445-1+15這3個代表性采場，調查一個出礦循環。取樣按照鏟運機出礦鏟數，每隔一定鏟數在出礦口礦石中撿礦石巖塊化驗品位，同時保證取樣均勻無差異化。

（1）370-6+15采場出礦口品位動態變化。該出礦循環位于370 m水平6+15進路，第7、8排炮，炮孔排拒為1.3 m，落礦量為1 700 t，詳細跟班取樣情況見表1，根據跟蹤調研顯示該出礦循環共計出礦1 200鏟，取樣38袋，按照每鏟1.7 t計算，共計出礦2 040 t，為爆破設計落礦量的120%。

備注:2021年1月9日送樣8袋，分別為0，50，100，150，200，250，300，350鏟；1月10日送樣10袋，分別為400，450，500，550，575，600，625，650，675，700鏟；1月11日送樣8袋，分別為725，750，775，800，825，850，875，900鏟；1月12日送樣11袋，分別為925，950，975，1 000，1025，1 050，1 075，1 100，1 125，1 150，1 175鏟；1月13日送樣1袋，為1 200鏟。

圖1 為為370-6+15采場第7、8排炮孔出礦品位化驗結果，可見隨著出礦鏟數增加，金的品位呈現較大波動，且到出礦后期品位并未隨之持續降低。

（2）460-1+20采場出礦口品位動態變化。該出礦循環位于460 m水平1+20進路，第30、31排炮，炮孔排拒為1.3 m，落礦量為1 341 t，詳細跟班取樣情況見表2，根據跟蹤調研顯示該出礦循環共計出礦1 165鏟，取樣44個，按照每鏟1.7 t計算，共計出礦1 980 t，為爆破設計落礦量的148%。

備注:2021年1月20日送樣20袋，分別為0，50，100，120，145，170，195，220，225，250，275，300，325，350，400，450，500，525，550，575鏟；1月21日送樣18袋，分別為600，625，650，675，700，725，750，775，800，825，850，875，900，925，950，975，1 000，1 025鏟；1月22日送樣6袋，分別為1 050，1 075，1 100，1 125，1 150，1 145鏟。

圖2 為460-1+20采場第30、31排炮孔出礦品位化驗結果，可見隨著出礦鏟數增加，金的品位呈現較大波動，且到出礦后期品位并未隨之持續降低。

（3）445-1+15采場出礦口品位動態變化。該出礦循環位于445 m水平1+15進路，第34、35排炮，炮孔排拒為1.3 m，落礦量為1 780 t，詳細跟班取樣情況見表3，根據跟蹤調研顯示該出礦循環共計出礦1 116鏟，取樣33個，按照每鏟1.7 t計算，共計出礦1 780 t，為爆破設計落礦量的106.6%。

備注:2021年1月24日送樣7袋，分別為0，50，100，150，200，250，300鏟；1月25日送樣7袋，分別為鏟350，400、450，500，525，550，575鏟；1月26日送樣10袋，分別為鏟610，625，650，675，700，725，750，775，800，825鏟；1月27日送樣9袋，分別為850，875，900，925，950，975，1 000，1 050、1 100鏟。

圖3 為445-1+15采場第34、35排炮孔出礦品位化驗結果，隨著出礦鏟數增加，金的品位呈現較大波動，且到出礦后期品位并未隨之持續降低。

3 放礦塊度跟蹤研究

按照每次爆破后出礦量，將出礦分為前期、中期、后期3個階段，按照一定的出礦鏟數分別統計出礦口放出礦石的塊度情況，統計方法采用面積計算法，即相應塊度范圍的礦石總平面面積所占比近似為該塊度范圍所占比例，塊度劃分范圍分別為≤200、200~400、400~600、≥600 mm。選取具有代表性的放礦口礦石照片，分別統計前期、中期、后期3個階段不同的礦石塊度占比情況，再綜合統計礦石塊度情況。圖4為具有代表性的出礦前期放礦口礦石塊度照片，可見礦石塊度大多小于≤200 mm。

圖5 為具有代表性的出礦中期放礦口礦石塊度照片，可見礦石塊度200~400 mm逐漸增多。

圖6 為具有代表性的出礦后期放礦口礦石塊度照片，可見礦石塊度400 mm以上逐漸增多。

分別選取所跟班調研的3個出礦進路放礦口典型照片若干，采用面積計算法分別得到前期、中期、后期的放出礦石塊度分級表，分別表見4、表5、表6。

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4 放礦存在問題及應對策略

（1）按照無底柱分段崩落法原理，在出礦后期隨著上部覆蓋巖的混入，礦石貧化將越來越大，礦石品位將逐漸降低，但從放礦品位的跟蹤來看，根據調研3個采場進路口出礦的跟班取樣化驗結果，在出礦后期的礦石品位并未呈現規律性變化，金礦品位變化幅度非常大且非常敏感，甚至出現在后期不降反升的情況。分析出現該種情況的原因可能，一是金礦品位現場取樣存在很大的偶然性，出礦口不同區域取出礦石品位變化大，這與鐵礦石品位變化小有很大區別；二是上部水平覆蓋層組成較為混亂，并非全是圍巖，上部各水平覆蓋巖與礦石接觸面已較為混亂，礦石與圍巖混合。嚴格來說，采用無底柱分段崩落法開采，應在上部預先留設覆蓋巖，并保證覆蓋巖厚度應至少滿足2倍分段高度，礦山設計首采分段應保留足夠覆蓋巖層，并且在下部后期開采中嚴格控制出礦量，最大程度保證覆蓋巖與礦石接觸面的平穩有序下降。

（2）從現場放礦品位跟蹤情況來看，金礦品位變化很大，不具有規律性，研究已排除送樣化驗過程中人為造成的誤差，說明采用截止品位來進行出礦管理顯然不合理。采用截止品位的方法進行截止出礦，條件是得有專人進行取樣化驗并且要求及時化驗，從現場調研情況來看，由于生產工作面較多，人員有限，很難做到每個工作面及時取樣，品位化驗也應跟得上當日送樣24 h內報出化驗結果。從礦山實際出發，礦山采用目前的出礦管理方式，即采用爆破設計出礦量進行截止放礦具有合理性，要求到達爆破量的100%時停止出礦。但現場調研結果統計來看，現場出礦量均超出了爆破量，甚至超出了20%以上，這是由于人為判斷的滯后性及現場出礦指標要求等原因造成。建議應嚴格控制出礦量管理，不超額出礦。

（3）從放礦塊度跟蹤來看，出礦前期大塊較少，在出礦中后期大塊明顯增多，需頻繁的解決大塊卡口、立墻的問題，出礦量在采礦量的50%以下時，基本不用二次破碎，50%~80%時，二次破碎正常，超過80%，大塊明顯加大。按照正常的出礦速度，一個出礦循環應在3~4 d完成，但現場調研發現普遍在4~6 d，主要原因包括大塊卡口、頻繁出現立墻，需進行二次爆破，以及溜井口堵塞清堵等。大塊的存在直接影響著采場出礦能力、回收貧化指標及生產成本，后期應從優化爆破裝填質量和優化爆破孔網參數入手，解決大塊率問題。

5 總結

（1）針對河南祁雨溝金礦無底柱分段崩落法放礦過程中金礦石品位和塊度展開研究，揭示了產生當前品位和塊度存在問題的原因，根據該動態變化規律從而制定合理的截止放礦管理制度，對于同類礦山放礦管理工作具有重要意義。

（2）根據調研3個采場進路口出礦的跟班取樣化驗結果，在出礦后期其礦石品位并未呈現規律性變化。分析出現該種情況的原因可能，一是金礦品位現場取樣存在很大的偶然性，出礦口不同區域取出礦石品位變化大；二是上部各水平覆蓋巖與礦石接觸面已較為混亂，礦石與圍巖混合。礦山應在下部后期開采中嚴格控制出礦量，最大程度保證覆蓋巖與礦石接觸面的平穩有序下降。

（3）從現場放礦品位跟蹤情況來看，金礦品位變化很大不具有規律性，研究已排除送樣化驗過程中人為造成的誤差，說明采用截止品位來進行出礦管理顯然不合理。礦山采用目前的爆破設計出礦量進行截止放礦具有合理性，但現場調研結果統計來看，現場出礦量均超出了爆破量，建議應嚴格控制出礦量管理，不超額出礦。

（4）從放礦塊度跟蹤來看，出礦前期大塊較少，在出礦中后期大塊明顯增多，需頻繁的解決大塊卡口、立墻的問題，出礦量在采礦量的50%以下時，基本不用二次破碎，50%~80%時，二次破碎正常，超過80%，大塊明顯加大。按照正常的出礦速度，一個出礦循環應在3~4 d完成的，但現場調研發現普遍在4~6 d，主要原因包括大塊卡口、頻繁出現立墻，需進行二次爆破及溜井口堵塞清堵等。大塊的存在直接影響著采場出礦能力、回收貧化指標及生產成本，后期應從優化爆破裝填質量和優化爆破孔網參數入手，解決大塊率問題。