阿勒泰某金礦采礦方法優(yōu)化研究

黃武勝，蔡嗣經(jīng)，2，黃剛，2，劉彥超，2

（1.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京100083；2.金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室，北京100083）

阿勒泰某金礦采礦方法優(yōu)化研究

黃武勝1，蔡嗣經(jīng)1，2，黃剛1，2，劉彥超1，2

（1.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京100083；2.金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室，北京100083）

阿勒泰某金礦目前使用淺孔留礦法開采，具有明顯的優(yōu)點和突出的缺點。隨著礦脈在深部合并、變厚，為實現(xiàn)礦山安全高效開采，需要對采礦方法進(jìn)行優(yōu)化。本文對該礦上部采空區(qū)的穩(wěn)定性進(jìn)行了評價，設(shè)計了優(yōu)選出的階段空場嗣后充填采礦法，并提出了充填系統(tǒng)框圖。階段空場嗣后充填采礦法試驗采場的采準(zhǔn)施工正在進(jìn)行中，可以預(yù)計采礦作業(yè)的安全性和經(jīng)濟(jì)效益將大幅提高。

淺孔留礦法；采空區(qū)穩(wěn)定性；階段空場嗣后充填采礦法；充填系統(tǒng)

阿勒泰某金礦位于新疆阿勒泰地區(qū)哈巴河縣城東北，距阿勒泰市172km，由312國道至烏魯木齊730km，區(qū)內(nèi)交通條件較好。礦區(qū)屬低山丘陵地貌，海拔577～803m，相對高差10～120m。該區(qū)屬溫帶寒冷干旱氣候區(qū)，年平均氣溫－4℃。夏季炎熱，最高溫度可達(dá)39℃。冬季寒冷，最低氣溫可達(dá)－44.8℃。春秋季多風(fēng)，以西北風(fēng)為主，風(fēng)力一般小于6級。該區(qū)干旱少雨，年降雨量170～200mm，5～8月為多雨季節(jié)。每年11月到翌年4月為冰凍期，最大凍土深度可達(dá)139cm，積雪厚度達(dá)50cm以上。

目前礦山已建成1＃、2＃兩個采礦區(qū)（相距4km），其中1＃為主礦區(qū)。兩采區(qū)均建有提升豎井及通風(fēng)井，井下開拓中段2～3個、回采中段2個，井下工作時間為年工作330d。現(xiàn)礦石生產(chǎn)能力為23.2萬t/a，屬中小型黃金礦山。礦山已建成配套的采選生產(chǎn)線，選礦生產(chǎn)流程及工藝指標(biāo)較好，采選生產(chǎn)正常。

1＃礦區(qū)的主礦體是12＃礦脈，礦體斷續(xù)延長400余米，地表水平總厚度達(dá)30余米。礦化不均勻，平均品位約為2g/t。礦脈傾向SW220°，傾角79°～82°。出露地表的礦體由于民采而留有露天采礦坑，露天坑底部以下的礦體地下開采［1］。＋570m水平以上至露天坑底部的礦體作為保安礦柱暫不回采，地下首采中段為＋530m（三中段）。現(xiàn)生產(chǎn)中段為＋530m（三中段）、＋490m（四中段）、＋450m（五中段）等3個中段。如圖1所示。

圖1 1＃礦區(qū)12＃礦脈地質(zhì)剖面圖Fig.1 Section view of the 12＃vein at the 1＃mining district

由于是脈狀礦體，且在淺部礦脈間相距較遠(yuǎn)，設(shè)計采用淺孔留礦法。自礦山投產(chǎn)以來，井下的安全生產(chǎn)得到了保證，采礦生產(chǎn)能力也達(dá)到了設(shè)計要求。然而，隨著礦脈在深部合并、變厚，淺孔留礦法的一些不足，如采場作業(yè)安全性較差、工人勞動強度大、礦石損失率和貧化率較高以及采空區(qū)存在安全隱患等就顯得更加突出。同時，由于礦體變厚，礦山希望增大采礦生產(chǎn)能力。綜合上述兩方面的因素，礦山提出了采礦方法優(yōu)化問題。

1 礦山現(xiàn)用的采礦方法

一礦區(qū)12號礦體設(shè)計使用淺孔留礦法，分有底柱淺孔留礦法和無底柱淺孔留礦法兩種，分別占40%和60%。無底柱淺孔留礦法如圖2所示［2］。

礦體回采順序為：中段自上而下逐個中段回采；在中段水平方向上自遠(yuǎn)而近后退式回采；礦塊內(nèi)由下向上逐層回采。

1）采場及采場現(xiàn)狀

三中段的3個采場已結(jié)束回采作業(yè)。四中段目前共有9個采場，已基本回采結(jié)束：其中401、402、 403、405采場已經(jīng)結(jié)束放礦；406、407、409、411采場已結(jié)束回采，處于放礦階段；408采場正在進(jìn)行回采，采場長30m，采場頂板暴露面積為430m2。五中段現(xiàn)只有1個采場，即501采場正在進(jìn)行回采，采場長23m，采場頂板暴露面積為220m2。

淺孔留礦法依據(jù)礦體的形態(tài)、厚度等不同，結(jié)構(gòu)有很大的變化：

（1）礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)。礦塊沿礦體走向布置，礦塊長度30～50m，高度為階段高度40m，采場寬度為礦體厚度，無底柱平底結(jié)構(gòu)，頂柱高3m，間柱寬6m。

（2）采準(zhǔn)、切割工作。首先在階段運輸平巷內(nèi)向礦體方向掘進(jìn)出礦穿脈，間距5～7m，然后在礦塊兩端向上掘進(jìn)人行通風(fēng)天井。以脈內(nèi)探礦平巷為拉底巷道向上回采。

（3）回采工藝。采用YSP－45鉆機施工上向眼，炮孔傾角70°～80°，每個采場配備一臺鑿巖機。分層回采工作面呈梯段式布置，分層回采高度1.8～2 m。采用人工裝藥，分段微差爆破，非電導(dǎo)爆管起爆，二次破碎在采場內(nèi)進(jìn)行。采場出礦在出礦穿脈內(nèi)進(jìn)行，每次出礦約占采礦量的三分之一。人工出礦方式。各出礦穿脈須出礦均勻，以保證采場工作面的平整。

（4）存窿放礦。采場采礦完畢后進(jìn)行大量放礦工作，為了防止礦石的損失貧化，出礦時各出礦穿脈要均勻出礦，以保證礦石均勻下降。

（5）采空區(qū)管理。目前用封閉采礦區(qū)的方法處理采空區(qū)。

2）目前采礦方法存在的主要問題

（1）安全性較差。采場工人處在頂板暴露面積下、留礦堆上作業(yè)，安全方面存在較大隱患。

（2）勞動強度大。當(dāng)采場厚度增大時，平場工作繁重，且難于實現(xiàn)機械化作業(yè)。

（3）礦石損失率和貧化率均較大。特別是回采礦柱時，礦石的損失率和貧化率大。

（4）采空區(qū)穩(wěn)定性存在安全隱患。根據(jù)礦山開采所形成的采空區(qū)狀況，采用突變理論進(jìn)行采空區(qū)穩(wěn)定性評價［3］，得出的結(jié)論為大部分采空區(qū)處于不穩(wěn)定狀態(tài)邊緣，因此需要對采空區(qū)進(jìn)行充填處理。如圖3所示，當(dāng)采空區(qū)的安全系數(shù)（Safety Coefficient，SC值）低于0.5則處于不穩(wěn)定狀態(tài)［4］；圖中的采空區(qū)編號，1～3為三中段的采空區(qū)，4～11為四中段的采空區(qū)，12為五中段的采空區(qū)。

圖2 無底柱淺孔留礦法Fig.2 Short－h(huán)ole shrinkage stoping method without sill pillar

圖3 阿勒泰某金礦采空區(qū)穩(wěn)定性評價Fig.3 Stability assessment of mined voids of the gold mine in Altai area

2 采礦方法優(yōu)化設(shè)計

2.1 主要考慮因素

根據(jù)礦山開采條件，在進(jìn)行采礦方法優(yōu)化選擇和設(shè)計時，應(yīng)考慮的主要因素有：

1）保護(hù)地表環(huán)境，避免礦山地表沉降或塌陷。礦區(qū)是低山丘陵草原地帶，生態(tài)環(huán)境脆弱，需要對地表環(huán)境和生態(tài)環(huán)境進(jìn)行保護(hù)。

2）減少地表尾礦堆放，努力實現(xiàn)礦山綠色開采。目前礦山使用的尾礦庫容量較小，礦區(qū)周圍沒有適合的地方再建尾礦庫；且尾礦堆存在地表容易產(chǎn)生污染。因此，需考慮盡量減少尾礦的地面堆放。

3）適合礦山開采工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。隨著采礦向礦體深部推進(jìn)，礦脈合并、變厚，且地下涌水量比上部增大。

4）安全高效。根據(jù)礦山制訂的發(fā)展規(guī)劃，該礦在近幾年內(nèi)有擴(kuò)大生產(chǎn)能力的需求。

2.2 采礦方法初步設(shè)計

經(jīng)多種采礦方法方案的初步比較，選用階段空場嗣后充填采礦法。采場垂直礦體走向布置，兩步回采、隔一采一，一步采場的采空區(qū)膠結(jié)充填，二步采場的采空區(qū)非膠結(jié)充填。標(biāo)準(zhǔn)的采場設(shè)計為：采場長30～50m（礦體厚度），寬15～20m，即采場頂板暴露面積控制在800m2以內(nèi)［5－6］，階段高度40 m，如圖4所示。設(shè)計的階段空場嗣后充填采礦法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，以及與淺孔留礦法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的比較見表1。

圖4 設(shè)計的階段空場嗣后充填采礦法Fig.4 Open stoping with delayed backfill method

表1 采礦方法技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的比較Table 1 Tech－economical parameter comparison of two stoping methods

2.3 充填系統(tǒng)框圖設(shè)計

為滿足礦山充填處理采空區(qū)以及階段空場嗣后充填采礦法的需要，礦山需建設(shè)一個高濃度尾砂充填系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)能進(jìn)行膠結(jié)充填和非膠結(jié)充填作業(yè)，系統(tǒng)流程簡單易于采取防寒措施，系統(tǒng)的充填能力為40m3/h左右。充填系統(tǒng)制備的料漿依靠自重輸送至井下，料漿濃度為65%左右［7－8］。膠結(jié)充填料漿的灰砂比為1∶8。設(shè)計的充填系統(tǒng)框圖如圖5所示。

圖5 設(shè)計的簡易充填系統(tǒng)框圖Fig.5 Designed diagram of backfill system

3 結(jié)論

1）阿勒泰某金礦自六中段（410m）開始，設(shè)計改用階段空場嗣后充填采礦法。在此之前已形成了開拓和采準(zhǔn)巷道的四、五中段，則建議繼續(xù)采用淺孔留礦法。

2）在六中段開始采礦前，應(yīng)盡快建設(shè)好充填系統(tǒng)，以便將三、四、五等3個中段留礦法開采所形成的采空區(qū)及時進(jìn)行充填處理。

3）六中段改用分段空場嗣后充填采礦法、并對上部采空區(qū)進(jìn)行充填處理后，礦山的安全生產(chǎn)條件將大為改觀，礦山的經(jīng)濟(jì)效益將十分明顯。目前，分段空場嗣后充填采礦法試驗采場的采準(zhǔn)施工正在進(jìn)行中。

4）對于礦山其他的小礦體、薄礦體以及主礦體的邊緣部位，建議使用淺孔留礦法。

［1］山東黃金集團(tuán)煙臺設(shè)計研究工程有限公司.新疆阿勒泰某金礦初步設(shè)計（代可行性研究）［R］.煙臺：山東黃金集團(tuán)，2005.

［2］新疆阿勒泰某金礦.2013年一礦區(qū)、二礦區(qū)生產(chǎn)現(xiàn)狀［R］.2013.

［3］馬海軍，黃德鏞.基于突變理論的采空區(qū)風(fēng)險評價模型研究［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2010，10（22）：5369－5373.

［4］北京科技大學(xué).阿勒泰某金礦采空區(qū)穩(wěn)定性分析報告與采空區(qū)處理方案［R］.北京：北京科技大學(xué)，2014.

［5］王運敏.現(xiàn)代采礦手冊（中冊）［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

［6］孫嘉，劉武團(tuán).分段鑿巖階段空場法頂柱和間柱合理參數(shù)的確定［J］.有色金屬（礦山部分），2012，64（3）：21－25.

［7］蔡嗣經(jīng)，王洪江.現(xiàn)代充填理論與技術(shù)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

［8］段進(jìn)超.某地下礦充填管道選型設(shè)計及充填能力校核［J］.有色金屬（礦山部分），2013，65（4）：85－86.

Study on optimization of mining method of a gold mine in Altai area

HUANG Wusheng1，CAI Sijing1，2，HUANG Gang1，2，LIU Yanchao1，2
（1.School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China；2.Key Laboratory of High－Efficiency Exploitation and Safety of Metal Mines，Ministry of Education，Beijing 100083，China）

A short－h(huán)ole shrinkage mining method is used in a gold mine in Altai area，and this method has been proved with obvious advantages and disadvantages.As the mineral veins become together and thicker in depth，hence，mining method of the mine needs to be optimized.In this paper，the stability of goaf on upper levels of the mine is evaluated，an optimized open stoping with delayed backfill method is designed，and a diagram of backfill system is proposed.Now，the development work of a trial stope of the optimized mining method is in operation，and it is believed that the mining safety and benefit of the mine will be largely increased.

short－h(huán)ole shrinkage stoping method；stability assessment of goaf；open stoping with delayed backfill method；backfill system

TD853.33；TD853.34

Α

1671－4172（2015）02－0010－05

10.3969/j.issn.1671－4172.2015.02.003

國家自然科學(xué)基金資助項目（51204100）

黃武勝（1982－），男，博士研究生，采礦工程專業(yè)，主要從事礦山開采理論與技術(shù)研究。