珊瑚黑鎢礦淺孔留礦法優(yōu)化研究

黃家賢，宋 甫，危流永，張 寶，周益龍

(1.廣西桂華成有限責(zé)任公司， 廣西 賀州市 542800；2. 長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012)

珊瑚黑鎢礦淺孔留礦法優(yōu)化研究

黃家賢1，宋 甫1，危流永1，張 寶2，周益龍2

(1.廣西桂華成有限責(zé)任公司， 廣西 賀州市 542800；2. 長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012)

通過對珊瑚黑鎢礦淺孔留礦法開采中存在問題的分析，找出應(yīng)對措施對現(xiàn)有淺孔留礦法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。針對采切效率低下、底部放礦結(jié)構(gòu)維護(hù)費(fèi)用高的問題，提出采用用穿脈運(yùn)輸電耙道底部出礦結(jié)構(gòu)代替沿脈運(yùn)輸砼漏斗底部出礦結(jié)構(gòu)。對于礦脈開采損失貧化大、采場整體穩(wěn)定性和作業(yè)安全性差的問題，設(shè)計采用人工間柱替代采場預(yù)留的間柱，減少采場礦石損失，同時增加人工間柱數(shù)量，減少向上開采過程中和大規(guī)模放礦時由于暴露面積過大發(fā)生頂?shù)装迕奥湓斐傻牡V石貧化，并改善作業(yè)安全條件。優(yōu)化改進(jìn)后的淺孔留礦法應(yīng)用效果好，對同類礦脈開采有借鑒意義。

淺孔留礦法；底部結(jié)構(gòu)；損失率；貧化率

0 引 言

鎢是一種高熔點(diǎn)、高硬度的金屬，是現(xiàn)代工業(yè)不可替代的原材料，廣泛用于機(jī)械加工、礦山工具、石油鉆井、兵器工業(yè)和航天航空領(lǐng)域。據(jù)2009年美國地質(zhì)調(diào)查局的估計，中國鎢儲量180萬t，所占世界總儲量(約300萬t)的份額達(dá)60%。若按2013年全年13萬t的鎢產(chǎn)量計算，全球鎢資源將在23 a內(nèi)開釆完畢。因此，許多國家長期將鎢作為稀缺資源進(jìn)行戰(zhàn)略儲備。

雖然我國是世界上最大的鎢礦資源儲量國和生產(chǎn)國(約占全球產(chǎn)量的80%)，但從鎢礦資源稟賦條件來看，白鎢資源占70%(礦石品位小于0.4%或礦石組份復(fù)雜、或外部條件差不易開發(fā)利用的占85%)，黑鎢資源約占30%。同時，目前80%以上的鎢精礦產(chǎn)量是用黑鎢礦生產(chǎn)的。由于過度開采，優(yōu)質(zhì)黑鎢礦資源消耗很快，2010年黑鎢基礎(chǔ)儲量比2001年減少51.01%，占總基礎(chǔ)儲量比重由30.05%下降到18.75%。從開采現(xiàn)狀以及鎢業(yè)長遠(yuǎn)戰(zhàn)略發(fā)展來看，我國鎢資源前景不容樂觀，鎢資源優(yōu)勢正在逐漸減弱，資源安全形勢嚴(yán)峻，黑鎢礦資源急需進(jìn)行保護(hù)性開采，特別是優(yōu)質(zhì)黑鎢資源。

珊瑚黑鎢礦為廣西桂華成有限責(zé)任公司的主體礦山，以鎢、錫資源為主，為國內(nèi)質(zhì)量最好的黑鎢生產(chǎn)企業(yè)之一。珊瑚黑鎢礦脈為鎢錫石英脈礦床，礦床頂?shù)装鍘r性為灰?guī)r、砂巖和頁巖。在平面上，多條礦脈相距較近(水平距離1～10 m)且大致平行分布，形似“珊瑚”。礦脈群賦存標(biāo)高175～-200 m，走向15°～40°，傾向南東，傾角在65°～89°。礦脈厚度絕大多數(shù)在0.1～2.0 m，平均0.42 m，為急傾斜極薄、薄礦體。截止2013年，珊瑚黑鎢礦保有鎢錫資源儲量800萬t，其中，鎢(WO3)品位1.18%，錫(Sn)品位0.35%。礦脈和圍巖界線清晰，礦石與圍巖中等穩(wěn)固-穩(wěn)固，受云母層影響時，頂?shù)装逡装l(fā)生跨落。水文地質(zhì)條件中等-復(fù)雜。珊瑚黑鎢礦開拓方式為平硐+主副豎井+主副斜井。礦山設(shè)計采、選規(guī)模為1000 t/d(33.0萬t/a)，主要采用淺孔留礦法進(jìn)行回采，局部破碎礦脈采用削壁充填法回采。

1 現(xiàn)有淺孔留礦法存在的問題

1.1 現(xiàn)有淺孔留礦法簡介

(1) 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)。采場沿礦脈走向布置，采用人工澆筑砼漏斗放礦，沿脈運(yùn)輸巷道內(nèi)電機(jī)車運(yùn)輸。采場長50 m，中段高度50 m，采場寬1.2 m，采場間柱寬4 m，頂柱高3 m，底柱高3 m。淺孔留礦法見圖1。

(2) 采準(zhǔn)及切割。首先在采場中間施工通風(fēng)井，兩翼順路架設(shè)人行通風(fēng)井。然后，在沿脈運(yùn)輸巷每隔5～7 m施工斗頸并人工澆筑砼漏斗。最后在底柱上進(jìn)行拉底，形成拉底層，準(zhǔn)備向上回采。

(3) 回采工藝。采用自下而上分層回采，分層高度2 m。在每一個分層中進(jìn)行鑿巖、爆破落礦、通風(fēng)、局部放礦、松石處理及平場。采用YSP-45或YT-24型鑿巖機(jī)鉆鑿淺孔，裝巖石乳化炸藥，非電導(dǎo)爆管起爆爆破落礦。炮眼按“之”字型布置，炮孔排距0.6 m，孔距1 m，孔深2 m。每次落礦后，僅放出約1/3的礦石，其余礦石暫留采場，作為繼續(xù)向上回采的工作平臺，保持2 m繼續(xù)回采空間高度。然后，處理松石、平整工作場地，進(jìn)入下個作業(yè)循環(huán)，直到當(dāng)采場回采至頂柱。最后，進(jìn)行大量放礦。

圖1 淺孔留礦法

(4) 地壓控制。約3 m厚底柱、3 m厚的頂柱和人工間柱配合以控制地壓。

(5) 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。采場生產(chǎn)能力為50 t/d；損失率為25%；貧化率為60%。

1.2 現(xiàn)有淺孔留礦法開采問題分析

目前，珊瑚黑鎢礦淺孔留礦法回采礦脈時遇到4方面的問題：

(1) 采場底部放礦結(jié)構(gòu)掘進(jìn)效率低，底部結(jié)構(gòu)維護(hù)成本高。由于采用沿脈運(yùn)輸人工砼漏斗出礦底部結(jié)構(gòu)，在開采礦脈厚度大(或者品位高)或巷道構(gòu)造弱面發(fā)育情況下，采場3 m厚的底柱便無法預(yù)留，需要施工人工底柱代替，同時增加砼支護(hù)以改善漏斗放礦沿脈運(yùn)輸?shù)陌踩?見圖2)。由此一方面造成底柱礦石鏟裝作業(yè)量增加、掘進(jìn)效率降低以及相關(guān)安全投入增加；另一方面增加了人工底柱施工費(fèi)用，以及巷道和漏斗維護(hù)費(fèi)用，進(jìn)一步降低了采切效率。

(2) 采場向上開采過程中的作業(yè)安全問題。珊瑚黑鎢礦平行礦脈較多，在臨近采場開采結(jié)束形成采空區(qū)后，相鄰范圍(約4～8 m)礦脈的開采過程中易發(fā)生大面積冒落、坍陷，危及采場工人。在一些受云母層影響嚴(yán)重，頂?shù)装鍢O易發(fā)生大面積跨落，安全隱患大。

圖2 淺孔留礦法砼漏斗出礦結(jié)構(gòu)橫剖圖

(3) 采場向上開采過程中的礦石損失貧化大。礦石損失主要是采場預(yù)留的間柱和頂?shù)字鶕p失，損失率為18%。礦石貧化主要有兩個方面，是為了保證1.2 m作業(yè)寬度必須采下的圍巖造成的貧化，貧化率約40%，二是受構(gòu)造弱面控制，空區(qū)暴露面積大，采場上采過程中發(fā)生大面積頂?shù)装鍑鷰r冒落造成貧化，貧化率為20%。

(4) 采場向上開采結(jié)束，進(jìn)行大放礦時，由于頂?shù)装鍑鷰r大片跨落造成的礦石嚴(yán)重貧化或采場礦石因大塊“卡死”被報廢造成采下礦石永久損失問題。

2 淺孔留礦法優(yōu)化改進(jìn)

2.1 淺孔留礦法優(yōu)化改進(jìn)思路

通過分析珊瑚黑鎢礦現(xiàn)有淺孔留礦法設(shè)計中存在的問題，結(jié)合前期對該礦工程地質(zhì)調(diào)查和開采技術(shù)條件，有針對性地對現(xiàn)有淺孔留礦法進(jìn)行如下優(yōu)化改進(jìn)：

(1) 為提高采場底部放礦結(jié)構(gòu)掘進(jìn)效率，降低底部結(jié)構(gòu)維護(hù)成本，采用穿脈運(yùn)輸電耙道底部出礦結(jié)構(gòu)代替沿脈運(yùn)輸漏斗底部出礦結(jié)構(gòu)(見圖3)。由電耙道代替沿脈運(yùn)輸巷、脈外漏斗代替砼漏斗，提高了巷道的掘進(jìn)效率，降低了掘進(jìn)費(fèi)用、巷道維護(hù)費(fèi)(支護(hù)等)及相關(guān)安全措施費(fèi)用，不影響采場放礦能力。

(2) 通過架設(shè)人工間柱(見圖4)，減小了空區(qū)暴露面積，提高采場整體穩(wěn)定性和作業(yè)安全性，減少向上開采過程中留存部分廢石在采場作為人工間柱和大規(guī)模放礦時頂?shù)装迕奥湓斐傻牡V石貧化。同時，以人工間柱替換采場間柱，減少采場礦石損失。另外，增加了人工間柱數(shù)量的采場在回采結(jié)束后，采空區(qū)穩(wěn)定性更好，多層礦脈回采的安全性得到整體改善，底柱回收也容易很多。

圖3 淺孔留礦法電耙道底部出礦結(jié)構(gòu)橫剖圖

2.2 淺孔留礦法優(yōu)化改進(jìn)方案

珊瑚黑鎢礦淺孔留礦法優(yōu)化改進(jìn)方案是通過采用電耙道底部出礦結(jié)構(gòu)和增加人工間柱來應(yīng)對目前采場生產(chǎn)存在的一系列問題。因為人工間柱——廢石充填格上方需要采用削壁充填法進(jìn)行開采，可以說該優(yōu)化改進(jìn)方案是綜合了削壁充填法與淺孔留礦法工藝特點(diǎn)的一種采礦方法。

(1) 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)。采場沿礦體走向布置，采用穿脈運(yùn)輸和電耙道底部結(jié)構(gòu)出礦方式。采場長100 m，高50 m，寬1.2 m。底柱2.5 m，不留頂柱和間柱。沿走向?qū)⒉蓤霭磩澐譃?個獨(dú)立的廢石充填格(即人工間柱，長度5～7 m)和礦石格(見圖4)。

(2)采準(zhǔn)切割。首先在采場中間掘進(jìn)人行通風(fēng)井。然后在穿脈施工沿脈電耙道。最后，在礦石格下面的電耙道每隔5～7 m施工漏斗，經(jīng)擴(kuò)漏形成拉底層。隨著開采進(jìn)行，在采場兩端架設(shè)順路人行通風(fēng)井。

(3) 回采工藝?；夭晒ぷ鲝睦紫锏篱_始自下而上分層回采。在礦石格上的回采作業(yè)與珊瑚黑鎢礦淺孔留礦法一樣，此處不再贅述。

但在廢石格上的回采作業(yè)須采用削壁充填法回采工藝次序，設(shè)計為先采礦后削壁充填廢石格，形成人工間柱。由于圍巖的碎脹系數(shù)為1.5，所以采礦與削壁充填的寬度比例關(guān)系基本是1∶2。為減少礦石損失，在處理的松石和平整好的廢石充填體上鋪上彩條布，然后把長1.5～2.0 m的膠墊鋪設(shè)在上面，要求膠墊之間有20 cm以上的搭接，必要時根據(jù)落礦時炮眼方向輔設(shè)過梁膠墊。落在廢石充填格上部的礦石人工運(yùn)搬至兩側(cè)礦石格，均通過下部的放礦漏斗放出。每次落礦后，通過下部的漏斗放出部分礦石，其余礦石暫時留在采場內(nèi)，以保證作業(yè)面有2 m高的作業(yè)空間，待采場最上一分層落礦完成后大量出礦。

圖4 淺孔留礦法優(yōu)化改進(jìn)方案

(4) 地壓控制。2.5 m厚底柱和4條人工間柱配合以控制地壓。

(5) 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。采場生產(chǎn)能力為60 t/d；損失率為10%；貧化率為40%。

2.3 淺孔留礦法優(yōu)化改進(jìn)前后技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比

珊瑚黑鎢礦淺孔留礦法優(yōu)化改進(jìn)前后主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比見表1。

表1 珊瑚黑鎢礦淺孔留礦法優(yōu)化前后技術(shù)經(jīng)濟(jì)及優(yōu)缺點(diǎn)

不難發(fā)現(xiàn)，經(jīng)優(yōu)化改進(jìn)后的淺孔留礦法方案較現(xiàn)有方案在采切效率有較為明顯的提升，主要因為改用電耙出渣提升機(jī)械化水平，大大提高了作業(yè)效率，并降低了采切工程掘進(jìn)費(fèi)用。由于電耙道斷面尺寸小，放礦漏斗布置在脈外下盤，保護(hù)了底柱的完整性，底部出礦結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性好，降低了維護(hù)費(fèi)用，僅在局部可采用噴砼處理即可滿足生產(chǎn)。另外，通過采用人工間柱替換采場間柱的方式，減少采場間柱礦石損失。同時，增加了數(shù)量的采場人工間柱提高采場整體穩(wěn)定性和作業(yè)安全性，減少向上開采過程中(留存在采場的廢石)和大規(guī)模放礦時頂?shù)装迕奥湓斐傻牡V石貧化。

3 結(jié) 論

淺孔留礦法在珊瑚黑鎢礦已推廣應(yīng)用多年，積累了豐富的經(jīng)驗，為礦山生產(chǎn)帶來不錯的效益，但是該方法在開采礦脈仍存在一些設(shè)計局限，需要進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以更好的服務(wù)礦山生產(chǎn)和發(fā)展。

通過對珊瑚黑鎢礦目前礦脈開采中存在的主要問題的細(xì)致分析，逐一找出相應(yīng)的應(yīng)對措施，對現(xiàn)有淺孔留礦法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，主要有以下兩方面：

(1) 對于采場底部放礦結(jié)構(gòu)掘進(jìn)效率低下，底部結(jié)構(gòu)維護(hù)費(fèi)用高等存在問題，設(shè)計用穿脈運(yùn)輸電耙道底部出礦結(jié)構(gòu)代替沿脈運(yùn)輸漏斗底部出礦結(jié)構(gòu)，掘進(jìn)效率提升200%，巷道掘進(jìn)費(fèi)用降低約20%，巷道維護(hù)費(fèi)降低70%，效果良好。

(2) 對于礦脈開采損失貧化大、采場整體穩(wěn)定性和作業(yè)安全性差等存在問題，設(shè)計采用“人工間柱”替代采場預(yù)留的間柱，減少采場礦石損失。同時，增加采場“人工間柱”數(shù)量，減少向上開采過程中(留存部分廢石在采場作為“人工間柱”)和大規(guī)模放礦時頂?shù)装迕奥湓斐傻牡V石貧化。另外，數(shù)量較多的“人工間柱”采空區(qū)穩(wěn)定提供了保障，后期采空區(qū)處理也較為方便，多層礦脈回采也安全性得到整體改善。

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2014-08-13)

黃家賢(1963-)，男，廣西玉林人，采礦工程師，本科，主要從事礦山生產(chǎn)管理工作,Email:zhangbao850812@126.com。