普朗銅礦自然崩落法貧化控制研究

洪超，石峰 ，馮興隆，崔曉東，王啟新，劉明武

(1.云南迪慶有色金屬有限責(zé)任公司， 云南 香格里拉市 674400；2.礦冶科技集團(tuán)有限公司， 北京 100160；3.金屬礦山智能開采技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 102628)

1 概述

普朗銅礦位于云南省迪慶藏族自治州香格里拉市，海拔平均為3350 m～3600 m。礦體呈筒狀，北西向展布，南部較寬，達(dá)360 m～600 m，北部變窄為120 m～300 m。東側(cè)傾向北東，傾角25°～57°，西側(cè)傾向南西，傾角 35°～83°，為超大型斑巖銅礦[1-2]。該礦品位低、節(jié)理構(gòu)造較為發(fā)育，有5條較大斷層穿過，且礦區(qū)地處環(huán)保敏感地帶，地表無(wú)法進(jìn)行表土剝離?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，采用自然崩落法進(jìn)行開采。

自然崩落法采礦是一種高效率、低成本的采礦方法，通過在礦體底部進(jìn)行充分拉底，礦巖內(nèi)部節(jié)理裂隙得到發(fā)育，礦巖自然碎裂后崩落[1-4]。其主要特征就是在覆蓋巖層下放礦，一旦發(fā)生崩落影響后，崩落巖體受斷層、物理性質(zhì)及塊度的不同影響隨機(jī)流動(dòng)。隨著出礦的持續(xù)，礦體內(nèi)部的夾石及上部的覆蓋巖層混入，礦石貧化將無(wú)法避免。因此，對(duì)于采用自然崩落法采礦的礦山，貧化率的控制將直接對(duì)礦山的生產(chǎn)制造成本造成較大影響。本文基于普朗銅礦實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)自然崩落法貧化控制進(jìn)行研究，可為采用自然崩落法的其他礦山提供礦石貧化控制依據(jù)。

2 貧化原因及影響因素分析

目前，普朗銅礦地表已出現(xiàn)面積約為 500 m2的塌陷坑。井下出礦口也陸續(xù)出現(xiàn)冰磧物混入，造成礦石貧化。同時(shí)，對(duì)選礦指標(biāo)也會(huì)造成較大影響?；谀壳捌绽抒~礦開采現(xiàn)狀，對(duì)普朗銅礦貧化原因及影響因素進(jìn)行分析。

2.1 地表塌陷形成通道

普朗銅礦于2017年3月中旬開始進(jìn)行出礦，于 7月中旬在地表先后出現(xiàn) 2個(gè)不同規(guī)模的塌陷坑。受斷層影響，為保證拉底爆破效果，根據(jù)崩落礦量將上一次拉底后的松散礦量放出30%左右，以保證爆破補(bǔ)償空間，但實(shí)際出礦過程遠(yuǎn)超崩落礦量的30%，拉底過度松動(dòng)出礦是此次出現(xiàn)塌陷坑的主要成因。

出現(xiàn)塌陷坑后，對(duì)塌陷坑位置進(jìn)行標(biāo)記。隨著出礦的持續(xù)，在井下出礦口發(fā)現(xiàn)該標(biāo)記物。但發(fā)現(xiàn)標(biāo)記物位置與地表放置標(biāo)記物位置在空間上并不是上下對(duì)應(yīng)。分析原因，主要是該位置處于3條斷層交匯處，形成一個(gè)破碎帶，表明該位置形成塌陷后，受斷層及大規(guī)模出礦等因素影響在礦體的空間位置上形成一個(gè)上下通道，礦體上部的地表冰磧物隨著出礦過程，不斷從通道內(nèi)混入礦石中，這是造成貧化的主要原因。

2.2 拉底方式

為保證礦山經(jīng)濟(jì)效益，普朗銅礦采取富礦部位先開刀的方式。選擇礦巖比較破碎的地段為中心，以菱形方式逐步向四周開始推進(jìn)，拉底示意圖見圖1。隨著崩落前鋒的推進(jìn)，會(huì)對(duì)礦體內(nèi)原有的構(gòu)造

特征產(chǎn)生影響。放礦過程中受斷層及礦巖自身的節(jié)理裂隙影響，崩落礦巖的塊度不均衡，出現(xiàn)礦巖崩落后的塊度大于地表覆蓋巖層塊度。隨著出礦持續(xù)，崩落礦巖的隨機(jī)流動(dòng)，覆蓋巖層的廢石將不斷混入礦石內(nèi)，在出礦過程中無(wú)法剔除，造成礦石貧化。

圖1 拉底示意圖

同時(shí)，拉底速度與崩落速度直接關(guān)系的不匹配會(huì)使得廢石過早混入，造成貧化，或使貧化時(shí)間提前，不利于礦山生產(chǎn)[3]。

2.3 拉底巷道支護(hù)材料的混入

自然崩落法需在礦體底部設(shè)置拉底層，在基建過程中拉底巷道已完成掘進(jìn)支護(hù)。拉底巷道處于礦體下部，同時(shí)又位于出礦巷道上部，受礦體斷層及巖石穩(wěn)定性的影響，地質(zhì)條件較為復(fù)雜。在拉底掘進(jìn)過程中為保證施工安全，往往要進(jìn)行較大強(qiáng)度的支護(hù)。普朗銅礦在基建期開挖拉底巷道時(shí)，巖石較為破碎，為了保證施工的安全及質(zhì)量，采用了鋼拱架混凝土澆筑、錨網(wǎng)噴、噴射鋼纖維混凝土等強(qiáng)度較高的支護(hù)形式。

拉底爆破后，該部分支護(hù)材料很難得以回收，大部分將隨著出礦混入礦石內(nèi)造成貧化。但該部分支護(hù)材料是為了保證施工的安全，無(wú)法避免。該部分支護(hù)材料混入量較小，造成貧化的影響也較小。

2.4 出礦不均衡

拉底開挖以后，會(huì)引起上部礦體內(nèi)應(yīng)力集中，產(chǎn)生破壞區(qū)，當(dāng)破壞區(qū)內(nèi)的拉破壞占主體時(shí)，上部破壞礦體就會(huì)崩落[5]。自然崩落法理想的出礦狀態(tài)為倒鍋形，各出礦口必須均衡出礦，使地表能夠均勻下降，以減少地表冰磧物混入。但在生產(chǎn)過程中往往難于控制，主要影響因素為出礦受交叉斷層及拉底影響，拉底邊界往往應(yīng)力較為集中，出礦示意圖見圖2。如不及時(shí)出礦釋放，將對(duì)出礦水平底部造成較大破壞，這是不均衡出礦的主要原因。此外，受其他生產(chǎn)系統(tǒng)不穩(wěn)定因素影響，出礦的地點(diǎn)、運(yùn)輸系統(tǒng)、破碎系統(tǒng)等無(wú)法正常運(yùn)行，調(diào)整出礦位置或調(diào)整該位置的出礦量，也是不均衡出礦的主要原因。

圖2 出礦狀態(tài)三維示意

由于不能做到均衡出礦，產(chǎn)生應(yīng)力集中，使得地表沉降高度不可控，地表冰磧物提前混入礦石中，是造成提前貧化的主要原因。

2.5 礦體內(nèi)夾石

自然崩落法往往適應(yīng)于較厚大礦體，多采用單中段回采的方式，礦體內(nèi)部所含夾石也是不可避免的，普朗銅礦設(shè)計(jì)達(dá)產(chǎn)后年處理原礦1250萬(wàn)t，日均處理原礦約3.8萬(wàn)t，出礦量較大。在日常出礦過程中廢石剔除難度大，往往直接混入礦石中進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)造成貧化。

2.6 放礦橢球體參數(shù)影響

放礦橢球體參數(shù)是合理確定出礦進(jìn)路及出礦點(diǎn)間距的重要依據(jù)，各出礦口上部所對(duì)應(yīng)的放礦橢球體之間相互重疊面積的大小對(duì)礦山開采過程中的貧化及損失控制尤為重要。相交面積過大，正常出礦后相交區(qū)域內(nèi)礦石流動(dòng)較快，易于礦體與地表快速形成通道，造成提前貧化。如果橢圓形影響區(qū)域不能在穿脈相交，即可在出礦穿脈上部形成放礦殘余脊柱，造成礦石損失，同時(shí)還會(huì)形成長(zhǎng)期的脊柱壓力，不利于底部結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，如圖3所示。

放礦橢球體的參數(shù)主要是由礦石的物理力學(xué)性質(zhì)所確定，而反映一個(gè)放礦橢球體大小的主要指標(biāo)為橢球體的偏心率，偏心率的計(jì)算公式為：式中，ε為放出橢球體偏心率；aN為放出橢球體長(zhǎng)半軸長(zhǎng)度，m；bN為放出橢球體短半軸長(zhǎng)度，m。

圖3 放礦橢球體

一般而言，偏心率隨礦石平均塊度變小、濕度增加、硬度降低和放礦速度增加而變大。因此，橢球體的偏心率主要由礦石崩落塊度、濕度和硬度決定，人為很難主導(dǎo)。而根據(jù)放礦橢球體參數(shù)合理布置出礦進(jìn)路及出礦點(diǎn)間距，將對(duì)自然崩落法貧化控制至關(guān)重要。

3 結(jié)論

本文對(duì)普朗銅礦自然崩落法開采過程中貧化原因進(jìn)行分析，得出影響礦石貧化因素主要有地表塌陷、拉底方式、支護(hù)材料混入、出礦不均勻、礦體內(nèi)夾石和放礦橢球體參數(shù)。基于上述因素，合理確定出礦進(jìn)路及出礦點(diǎn)間距、均衡出礦、選擇相對(duì)合適的拉底方式及拉底速度可大大降低礦山貧化率，可為采用類似自然崩落法采礦的礦山提供相關(guān)貧化原因及控制參考。