無(wú)底柱分段崩落法在四方金礦的放礦規(guī)律研究

潘 健 孫國(guó)權(quán) 羅才嚴(yán) 王 靖 陸玉根1

（1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽馬鞍山243000；2.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽馬鞍山243000；3.陜西鳳縣四方金礦有限責(zé)任公司，陜西寶雞721000）

我國(guó)地下金屬礦山廣泛采用無(wú)底柱分段崩落法，該采礦方法的特點(diǎn)是崩落的礦石和廢石覆蓋層直接接觸，礦石在覆蓋層廢石的包圍下放出，因而礦石回采貧化率和損失率較大［1-2］。而對(duì)金礦山大多偏向采用充填法，只有少量低品位大型礦床采用崩落法開(kāi)采，例如四方金礦、祁雨溝金礦、那林金礦和夏甸金礦，這些礦山金礦品位分布不均勻，圍巖含有品位，且礦巖界限不明顯，但目前很少有相關(guān)文獻(xiàn)研究崩落法在金礦山的放礦規(guī)律。本次研究以陜西鳳縣四方金礦為例，探討無(wú)底柱分段崩落法在四方金礦的放礦規(guī)律問(wèn)題。

1 礦山背景介紹

四方金礦有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)四方金礦）位于陜西省鳳縣東部，是一座特大型低品位金礦床。礦體主要賦存在受韌性剪切帶控制的蝕變帶范圍內(nèi)，含礦地層為中泥盆統(tǒng)星紅鋪組斑點(diǎn)狀鐵白云質(zhì)粉砂質(zhì)千枚巖，細(xì)晶石英云母大理巖、條紋條帶狀石英細(xì)晶大理巖。平均地質(zhì)品位為2.46 g/t。礦體圍巖亦為蝕變巖體，巖性相同。圍巖受構(gòu)造蝕變控制，多含金，品位一般在0.1～0.5 g/t；礦巖界線不清，呈漸變過(guò)渡關(guān)系。巖石硬度中等、穩(wěn)固性好。

礦山開(kāi)拓方式為平硐—盲豎井，1 340 m中段以上曾采用淺孔留礦法開(kāi)采，目前已轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)底柱分段崩落法開(kāi)采多年，主要生產(chǎn)中段在1 240 m、1 290 m中段。分段高度12.5 m，進(jìn)路間距12.5 m，排距1.7 m，崩礦步距3.4 m，采用YGZ-90鑿巖機(jī)鑿巖。在淺孔留礦法過(guò)渡為無(wú)底柱分段崩落法時(shí)，將淺孔留礦法殘留礦柱和頂?shù)装灞缆渥鳛楦采w巖層，目前塌陷區(qū)已陷落至地表。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

為了掌握四方金礦進(jìn)路放礦規(guī)律，即出礦品位與出礦量之間的非線性關(guān)系，在出礦進(jìn)路進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。一般情況下，出礦初期礦石無(wú)貧化，隨著廢石混入，出礦礦石貧化率逐漸增大，直到最后放出的全部為廢石。通過(guò)礦石貧化—礦量曲線，可以反推出采用截止品位出礦時(shí)，總的出礦量大小，作為截至品位的控制礦量。

實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)出礦時(shí)，首先要進(jìn)行刻槽取樣，計(jì)算出進(jìn)路中設(shè)計(jì)崩礦量與地質(zhì)品位；放礦時(shí)，每20斗取1個(gè)樣進(jìn)行品位化驗(yàn)，并記錄下當(dāng)次實(shí)際出礦量，當(dāng)進(jìn)路最后放出的全部為廢石時(shí)出礦結(jié)束。本次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)域位于1 265 m水平2#進(jìn)路、3#進(jìn)路、4#進(jìn)路，區(qū)域內(nèi)無(wú)大型地質(zhì)構(gòu)造。67線剖面見(jiàn)圖1。

2.2 試驗(yàn)過(guò)程

在確定好試驗(yàn)區(qū)域之后，在做現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的崩礦步距內(nèi)進(jìn)行刻槽取樣，各進(jìn)路刻槽品位及礦量如表1所示。試驗(yàn)過(guò)程可簡(jiǎn)單描述為刻槽—鉆鑿中深孔—裝藥爆破—出礦—每20鏟斗取樣—化驗(yàn)—記錄。爆破前技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)全程跟蹤裝藥連線，最后正常起爆，出礦時(shí)取樣樣品重量均不小于1 kg。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的3條進(jìn)路，有2條進(jìn)路（3#、4#）爆破效果不好，樣品較少，只有2#進(jìn)路爆破效果良好。在出礦時(shí)每隔20鏟進(jìn)行了取樣，共取樣200多個(gè)。得到了2#進(jìn)路和4#進(jìn)路出礦量和出礦品位變化曲線（如圖2、圖3所示），2#進(jìn)路設(shè)計(jì)崩礦量是1 351.08 t，綜合地質(zhì)品位1.24 g/t，此步距內(nèi)無(wú)夾石，地質(zhì)金屬量1 672 g。

由于金礦床品位分布不均，不能簡(jiǎn)單地按照算數(shù)平均值來(lái)表示當(dāng)次品位。每次取樣均為2個(gè)，假設(shè)α1、α2表示2個(gè)取樣品位，α表示地質(zhì)品位，則取樣數(shù)據(jù)處理辦法如下：

（1）若α1、α2均大于地質(zhì)品位α，當(dāng)兩者之比小于2，按平均值處理；當(dāng)兩者之比大于2，取小值。

（2）若α1、α2均小于地質(zhì)品位α，取兩者平均值。

（3）若 α1、α2一個(gè)大于地質(zhì)品位 α，一個(gè)小于地質(zhì)品位α，當(dāng)αi＞2α（i=1或2）時(shí)，認(rèn)為是壞點(diǎn)直接剔除，則取另外一個(gè)值；當(dāng) αi＜2α（i=1和2）時(shí)，取兩者平均值。

2#進(jìn)路試驗(yàn)共出礦3 788 t，累計(jì)品位1.64 g/t。圖2中虛線表示當(dāng)次品位隨出礦量增加的變化情況，實(shí)線表示隨著出礦量的增加累計(jì)品位變化情況。10月5日在取樣的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有泥混入，說(shuō)明此時(shí)覆蓋巖層到達(dá)工作面，這時(shí)的出礦量為512 t，占設(shè)計(jì)崩礦量的38%，這部分礦石是純礦石，沒(méi)有覆蓋巖層混入，故當(dāng)次出礦品位變化較小。可以從圖2中虛線看出，當(dāng)有覆蓋巖層混入后（出礦量大于512 t），出礦當(dāng)次品位波動(dòng)較大，高的可以達(dá)到4.5 g/t，低的品位為0 g/t，截止出礦時(shí)累計(jì)出礦品位高于綜合地質(zhì)品位。

3#進(jìn)路爆破效果很差，只出礦60鏟，即150 t，樣品不具有代表性，此次不作分析。

4#進(jìn)路爆破范圍內(nèi)的地質(zhì)礦量是1 351 t，地質(zhì)品位1.12 g/t，步距平均品位0.99 g/t，地質(zhì)金屬量1 121 g。

4#進(jìn)路由于爆破效果不好，試驗(yàn)共出礦768 t，累計(jì)品位0.9 g/t。圖3中虛線表示當(dāng)次品位隨出礦量增加的變化情況，實(shí)線表示隨著出礦量的增加累計(jì)品位變化情況。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 純礦石回收階段

2#進(jìn)路和4#進(jìn)路的綜合地質(zhì)品位分別為1.24 g/t和0.99 g/t，當(dāng)有覆蓋巖層混入時(shí)，出礦量達(dá)到了設(shè)計(jì)崩礦量的40%左右，分別為512 t和542 t，該部分礦石為純礦石，此時(shí)累計(jì)品位分別為1.08 g/t和0.97 g/t。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，雖然取樣的當(dāng)次品位變化較大，但累計(jì)品位（純礦石品位）和綜合地質(zhì)品位相差不大。故認(rèn)為該階段為純礦石回收階段。

3.2 覆蓋巖層混入階段

按照無(wú)底柱分段崩落法的放礦規(guī)律，當(dāng)有覆蓋巖層混入時(shí)，出礦的當(dāng)次品位逐漸降低，累計(jì)品位也逐漸降低［3-4］；但四方金礦出現(xiàn)很大的反差，即當(dāng)有覆蓋巖層混入時(shí)，出礦品位震蕩性較大，當(dāng)次品位變化較大，此次試驗(yàn)累計(jì)品位呈現(xiàn)穩(wěn)步提高最后趨于穩(wěn)定。2#進(jìn)路出礦量已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)崩礦量的280%，累計(jì)品位為1.64 g/t，累計(jì)平均品位要高于地質(zhì)品位。

造成上述結(jié)果的主要原因有以下幾點(diǎn)：一是金礦品位分布特別不均勻；二是塌陷區(qū)已經(jīng)和地表連通，泥質(zhì)礦體到達(dá)采場(chǎng)；三是覆蓋巖層含有淺孔留礦法的礦柱，具有一定品位；四是1 290 m中段（如圖1所示）曾采用多排少爆的方式出礦（即每次爆破12排），但在進(jìn)路口最多只能出3～4排礦，其他原礦殘留在塌陷區(qū)。

所以要想得到合理的放礦管理模式，必須對(duì)泥質(zhì)覆蓋巖層品位較高做出合理解釋。

3.3 泥礦形成原因分析

四方金礦含礦地層為中泥盆統(tǒng)星紅鋪組斑點(diǎn)狀鐵白云質(zhì)粉砂質(zhì)千枚巖，礦體圍巖亦為蝕變巖體，巖性相同。千枚巖是具有千枚狀構(gòu)造的低級(jí)變質(zhì)巖石，原巖通常為泥質(zhì)巖石（或含硅質(zhì)、鈣質(zhì)、炭質(zhì)的泥質(zhì)巖）、粉砂巖及中、酸性凝灰?guī)r等，經(jīng)區(qū)域低溫動(dòng)力變質(zhì)作用或區(qū)域動(dòng)力熱流變質(zhì)作用的底綠片巖相階段形成［5-6］。千枚巖巖性松軟，遇水易泥化、軟化，有漲縮性，抗風(fēng)化能力差，易風(fēng)化形成巖屑，產(chǎn)生碎落現(xiàn)象［7］。目前采礦引起的塌陷區(qū)已經(jīng)塌落至地表，平時(shí)塌陷區(qū)匯水面積內(nèi)的雨水會(huì)流入塌陷區(qū)。由于水和千枚巖的相互作用導(dǎo)致井下出礦進(jìn)路出現(xiàn)泥礦。

3.4 泥礦品位分布特征推斷

礦體主要賦存在受韌性剪切帶控制的蝕變帶范圍內(nèi)，金礦化主要呈微細(xì)粒自然金（粒間金、包裹金和裂隙金）產(chǎn)出，上部覆蓋巖層的低品位礦和損失在塌陷區(qū)里礦石中的粒間金、裂隙金隨著礦石的破碎首先沿著礦物間的節(jié)理面脫落，由于其體積?。ǚ鄣V居多），重量大，故其隨著覆蓋巖層的縫隙滑落至工作面［8］。由于塌陷坑范圍較大，雨水也都順著塌陷坑的縫隙流動(dòng)至井下各出礦工作面，所以雨水和粉礦的混合形成了井下各工作面的泥礦。

根據(jù)泥礦的形成推斷，認(rèn)為上部礦石中的粒間金、裂隙金沿著礦物間的節(jié)理面脫落，然后流動(dòng)至工作面。因此可以大膽地推斷，在垂直方向上，下部中段的泥礦品位高于上部中段；在同一水平上，離塌陷區(qū)中心近的泥礦品位高于離塌陷區(qū)遠(yuǎn)的。如圖4所示，梯形外灰色代表礦體，白色代表圍巖，梯形代表塌陷區(qū)，梯形內(nèi)顏色越黑表示塌陷區(qū)內(nèi)泥礦品位越高。

為了驗(yàn)證上述推斷是否正確，在井下目前回采的幾個(gè)分段分別取了泥礦進(jìn)行化驗(yàn)，取樣時(shí)間均為爆破后出礦量達(dá)到設(shè)計(jì)崩礦量的時(shí)刻，得到的結(jié)果如表2所示。1 340 m中段目前處于殘礦回收階段，泥礦平均品位0.25g/t，1 290 m中段（包含1 298、1 307和1 320分段）泥礦平均品位0.45g/t，1 240 m中段泥礦平均品位0.88g/t。從表2可以看出，1 240 m中段（包含1 240、1 248、1 265和1 277分段）的泥礦品位整體要高于1 290 m中段，因此驗(yàn)證了上述推測(cè)，可以得出：每一分段的泥礦取樣品位變化較大，但平均品位呈現(xiàn)規(guī)律性變化；下分段泥礦品位高于上分段泥礦品位，越接近塌陷區(qū)底部泥礦品位越高。

4 結(jié)論

（1）四方金礦采用無(wú)底柱分段崩落法開(kāi)采時(shí)，出礦量達(dá)到設(shè)計(jì)崩礦量的40%時(shí)開(kāi)始進(jìn)入廢石貧化；當(dāng)有覆蓋巖層混入時(shí)，出礦品位震蕩性較大，2#進(jìn)路出礦量已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)崩礦量的280%，累計(jì)品位為1.64 g/t，平均品位要高于地質(zhì)品位。

（2）造成覆蓋巖層混入階段放礦異常的主要原因有以下幾點(diǎn)：一是金礦品位分布特別不均勻；二是塌陷區(qū)已經(jīng)和地表連通，泥質(zhì)礦體到達(dá)采場(chǎng)；三是覆蓋巖層含有殘留礦石。

（3）千枚巖的原巖通常為泥質(zhì)巖石，巖性松軟，遇水易泥化，易風(fēng)化形成巖屑，塌陷區(qū)內(nèi)水和千枚巖的相互作用形成泥礦。

（4）覆蓋巖層中的粒間金、裂隙金隨著礦石的破碎首先沿著礦物間的節(jié)理面脫落，由于其體積小，重量大，故其隨著覆蓋巖層的縫隙滑落至工作面，雖然每一分段的泥礦取樣品位變化較大，但平均品位呈現(xiàn)規(guī)律性變化，即下分段泥礦品位高于上分段泥礦品位。