祁雨溝金礦無(wú)底柱分段崩落法放礦過(guò)程中品位及塊度動(dòng)態(tài)變化研究

劉冬生 陸玉根

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

無(wú)底柱分段崩落法法一直以開(kāi)采工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)能力大著稱(chēng)，我國(guó)自上世紀(jì)六七十年代從國(guó)外引進(jìn)該采礦方法以來(lái)，在冶金礦山（主要為鐵礦）普遍推廣開(kāi)來(lái)，例如作為無(wú)底柱分段崩落法礦山標(biāo)桿的梅山鐵礦和大紅山鐵礦等，隨著鑿巖和出礦設(shè)備的逐步先進(jìn)，無(wú)底柱分段崩落法采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)逐漸加大，生產(chǎn)能力，經(jīng)濟(jì)效益也顯著提高。以大紅山鐵礦為例，目前主礦體采用國(guó)內(nèi)最大的30 m×20 m（分段高度×進(jìn)路間距）采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，運(yùn)用最為先進(jìn)的進(jìn)口深孔鑿巖臺(tái)車(chē)及6 m3鏟運(yùn)機(jī)出礦，采用合同制采礦管理模式，其生產(chǎn)能力達(dá)400萬(wàn)t/a。目前國(guó)內(nèi)運(yùn)用該方法的主要為鐵礦山，但在黃金礦山運(yùn)用該方法的少有耳聞，相關(guān)放礦管理研究工作幾乎沒(méi)有。放礦工作是無(wú)底柱分段崩落法的核心工作，其直接決定著無(wú)底柱分段崩落法回收及貧化指標(biāo)，影響放礦管理工作的現(xiàn)場(chǎng)因素主要有放出礦石的品位和塊度，國(guó)內(nèi)不少學(xué)者針對(duì)鐵礦山井下放礦過(guò)程中礦石品位和塊度變化展開(kāi)了一系列研究。由于黃金礦山采用無(wú)底柱分段崩落法較少，且金礦品位較為敏感，國(guó)內(nèi)幾乎沒(méi)有對(duì)金礦放礦過(guò)程中品位和塊度的跟蹤研究。本研究針對(duì)河南祁雨溝金礦無(wú)底柱分段崩落法放礦過(guò)程中金礦石品位和塊度展開(kāi)研究，揭示了產(chǎn)生當(dāng)前品位和塊度動(dòng)態(tài)變化的根本原因，根據(jù)該動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，制定合理的截止放礦管理制度，對(duì)于同類(lèi)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(yè)有限責(zé)任公司隸屬?lài)?guó)有控股大型企業(yè)中國(guó)黃金集團(tuán)，下轄的祁雨溝金礦于1976年建成投產(chǎn)，1997年改制成立國(guó)有股份制企業(yè)。礦山采用地下開(kāi)采，采礦能力為3 000 t/d，目前主要開(kāi)采祁雨溝礦區(qū)J4號(hào)角礫巖體400~280 m的金礦體、J5號(hào)角礫巖體460~280 m的金礦體；對(duì)J4礦體采用無(wú)底柱分段崩落法，礦體平均品位約為1 g/t。礦山開(kāi)拓方式為平硐＋主、副井開(kāi)拓。井巷工程主要包括580 m主運(yùn)平硐、主井、副井、采區(qū)斜坡道、溜井、井下排水系統(tǒng)和硐室工程。

祁雨溝金礦井下無(wú)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(chǎng)分段高度與進(jìn)路間距均為15 m，進(jìn)路尺寸規(guī)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(chē)運(yùn)礦，每天3班組運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 放礦品位跟蹤研究

理論上來(lái)說(shuō)，隨著無(wú)底柱分段崩落法進(jìn)路口不斷出礦，放出橢球體逐漸發(fā)育，當(dāng)放出橢球體高度大于當(dāng)次爆破設(shè)計(jì)高度后，上部覆蓋巖會(huì)進(jìn)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(yōu)的回收經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，必須制定一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的出礦截止制度。目前，無(wú)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(dāng)次設(shè)計(jì)爆破量出礦，2種出礦方式各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。采用截止品位出礦對(duì)于品位的掌握較好，可靈活調(diào)整出礦品位，但要求有專(zhuān)人在出礦口進(jìn)行取樣化驗(yàn)并且要求及時(shí)化驗(yàn)，通常礦山由于生產(chǎn)工作面較多，人員有限，很難做到每個(gè)工作面及時(shí)取樣，品位化驗(yàn)速度也應(yīng)跟得上當(dāng)日送樣并報(bào)出化驗(yàn)結(jié)果；采用當(dāng)次設(shè)計(jì)爆破量出礦具有現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但缺乏靈活性，對(duì)于局部品位變化大的區(qū)域很難及時(shí)調(diào)整。

為確定無(wú)底柱分段崩落法出礦的最佳截止出礦方式，須進(jìn)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(jìn)行了為期1個(gè)多月的現(xiàn)場(chǎng)跟班取樣研究工作，跟班取樣地點(diǎn)選定了編號(hào)分別為370-6+15、460-1+20、445-1+15這3個(gè)代表性采場(chǎng)，調(diào)查一個(gè)出礦循環(huán)。取樣按照鏟運(yùn)機(jī)出礦鏟數(shù)，每隔一定鏟數(shù)在出礦口礦石中撿礦石巖塊化驗(yàn)品位，同時(shí)保證取樣均勻無(wú)差異化。

（1）370-6+15采場(chǎng)出礦口品位動(dòng)態(tài)變化。該出礦循環(huán)位于370 m水平6+15進(jìn)路，第7、8排炮，炮孔排拒為1.3 m，落礦量為1 700 t，詳細(xì)跟班取樣情況見(jiàn)表1，根據(jù)跟蹤調(diào)研顯示該出礦循環(huán)共計(jì)出礦1 200鏟，取樣38袋，按照每鏟1.7 t計(jì)算，共計(jì)出礦2 040 t，為爆破設(shè)計(jì)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(chǎng)第7、8排炮孔出礦品位化驗(yàn)結(jié)果，可見(jiàn)隨著出礦鏟數(shù)增加，金的品位呈現(xiàn)較大波動(dòng)，且到出礦后期品位并未隨之持續(xù)降低。

（2）460-1+20采場(chǎng)出礦口品位動(dòng)態(tài)變化。該出礦循環(huán)位于460 m水平1+20進(jìn)路，第30、31排炮，炮孔排拒為1.3 m，落礦量為1 341 t，詳細(xì)跟班取樣情況見(jiàn)表2，根據(jù)跟蹤調(diào)研顯示該出礦循環(huán)共計(jì)出礦1 165鏟，取樣44個(gè)，按照每鏟1.7 t計(jì)算，共計(jì)出礦1 980 t，為爆破設(shè)計(jì)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(chǎng)第30、31排炮孔出礦品位化驗(yàn)結(jié)果，可見(jiàn)隨著出礦鏟數(shù)增加，金的品位呈現(xiàn)較大波動(dòng)，且到出礦后期品位并未隨之持續(xù)降低。

（3）445-1+15采場(chǎng)出礦口品位動(dòng)態(tài)變化。該出礦循環(huán)位于445 m水平1+15進(jìn)路，第34、35排炮，炮孔排拒為1.3 m，落礦量為1 780 t，詳細(xì)跟班取樣情況見(jiàn)表3，根據(jù)跟蹤調(diào)研顯示該出礦循環(huán)共計(jì)出礦1 116鏟，取樣33個(gè)，按照每鏟1.7 t計(jì)算，共計(jì)出礦1 780 t，為爆破設(shè)計(jì)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(chǎng)第34、35排炮孔出礦品位化驗(yàn)結(jié)果，隨著出礦鏟數(shù)增加，金的品位呈現(xiàn)較大波動(dòng)，且到出礦后期品位并未隨之持續(xù)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(gè)階段，按照一定的出礦鏟數(shù)分別統(tǒng)計(jì)出礦口放出礦石的塊度情況，統(tǒng)計(jì)方法采用面積計(jì)算法，即相應(yīng)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(tǒng)計(jì)前期、中期、后期3個(gè)階段不同的礦石塊度占比情況，再綜合統(tǒng)計(jì)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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)礦石塊度400 mm以上逐漸增多。

分別選取所跟班調(diào)研的3個(gè)出礦進(jìn)路放礦口典型照片若干，采用面積計(jì)算法分別得到前期、中期、后期的放出礦石塊度分級(jí)表，分別表見(jiàn)4、表5、表6。

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4 放礦存在問(wèn)題及應(yīng)對(duì)策略

（1）按照無(wú)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(lái)越大，礦石品位將逐漸降低，但從放礦品位的跟蹤來(lái)看，根據(jù)調(diào)研3個(gè)采場(chǎng)進(jìn)路口出礦的跟班取樣化驗(yàn)結(jié)果，在出礦后期的礦石品位并未呈現(xiàn)規(guī)律性變化，金礦品位變化幅度非常大且非常敏感，甚至出現(xiàn)在后期不降反升的情況。分析出現(xiàn)該種情況的原因可能，一是金礦品位現(xiàn)場(chǎng)取樣存在很大的偶然性，出礦口不同區(qū)域取出礦石品位變化大，這與鐵礦石品位變化小有很大區(qū)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(yán)格來(lái)說(shuō)，采用無(wú)底柱分段崩落法開(kāi)采，應(yīng)在上部預(yù)先留設(shè)覆蓋巖，并保證覆蓋巖厚度應(yīng)至少滿(mǎn)足2倍分段高度，礦山設(shè)計(jì)首采分段應(yīng)保留足夠覆蓋巖層，并且在下部后期開(kāi)采中嚴(yán)格控制出礦量，最大程度保證覆蓋巖與礦石接觸面的平穩(wěn)有序下降。

（2）從現(xiàn)場(chǎng)放礦品位跟蹤情況來(lái)看，金礦品位變化很大，不具有規(guī)律性，研究已排除送樣化驗(yàn)過(guò)程中人為造成的誤差，說(shuō)明采用截止品位來(lái)進(jìn)行出礦管理顯然不合理。采用截止品位的方法進(jìn)行截止出礦，條件是得有專(zhuān)人進(jìn)行取樣化驗(yàn)并且要求及時(shí)化驗(yàn)，從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況來(lái)看，由于生產(chǎn)工作面較多，人員有限，很難做到每個(gè)工作面及時(shí)取樣，品位化驗(yàn)也應(yīng)跟得上當(dāng)日送樣24 h內(nèi)報(bào)出化驗(yàn)結(jié)果。從礦山實(shí)際出發(fā)，礦山采用目前的出礦管理方式，即采用爆破設(shè)計(jì)出礦量進(jìn)行截止放礦具有合理性，要求到達(dá)爆破量的100%時(shí)停止出礦。但現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果統(tǒng)計(jì)來(lái)看，現(xiàn)場(chǎng)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(xiàn)場(chǎng)出礦指標(biāo)要求等原因造成。建議應(yīng)嚴(yán)格控制出礦量管理，不超額出礦。

（3）從放礦塊度跟蹤來(lái)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(wèn)題，出礦量在采礦量的50%以下時(shí)，基本不用二次破碎，50%~80%時(shí)，二次破碎正常，超過(guò)80%，大塊明顯加大。按照正常的出礦速度，一個(gè)出礦循環(huán)應(yīng)在3~4 d完成，但現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)普遍在4~6 d，主要原因包括大塊卡口、頻繁出現(xiàn)立墻，需進(jìn)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(chǎng)出礦能力、回收貧化指標(biāo)及生產(chǎn)成本，后期應(yīng)從優(yōu)化爆破裝填質(zhì)量和優(yōu)化爆破孔網(wǎng)參數(shù)入手，解決大塊率問(wèn)題。

5 總結(jié)

（1）針對(duì)河南祁雨溝金礦無(wú)底柱分段崩落法放礦過(guò)程中金礦石品位和塊度展開(kāi)研究，揭示了產(chǎn)生當(dāng)前品位和塊度存在問(wèn)題的原因，根據(jù)該動(dòng)態(tài)變化規(guī)律從而制定合理的截止放礦管理制度，對(duì)于同類(lèi)礦山放礦管理工作具有重要意義。

（2）根據(jù)調(diào)研3個(gè)采場(chǎng)進(jìn)路口出礦的跟班取樣化驗(yàn)結(jié)果，在出礦后期其礦石品位并未呈現(xiàn)規(guī)律性變化。分析出現(xiàn)該種情況的原因可能，一是金礦品位現(xiàn)場(chǎng)取樣存在很大的偶然性，出礦口不同區(qū)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(yīng)在下部后期開(kāi)采中嚴(yán)格控制出礦量，最大程度保證覆蓋巖與礦石接觸面的平穩(wěn)有序下降。

（3）從現(xiàn)場(chǎng)放礦品位跟蹤情況來(lái)看，金礦品位變化很大不具有規(guī)律性，研究已排除送樣化驗(yàn)過(guò)程中人為造成的誤差，說(shuō)明采用截止品位來(lái)進(jìn)行出礦管理顯然不合理。礦山采用目前的爆破設(shè)計(jì)出礦量進(jìn)行截止放礦具有合理性，但現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果統(tǒng)計(jì)來(lái)看，現(xiàn)場(chǎng)出礦量均超出了爆破量，建議應(yīng)嚴(yán)格控制出礦量管理，不超額出礦。

（4）從放礦塊度跟蹤來(lái)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(wèn)題，出礦量在采礦量的50%以下時(shí)，基本不用二次破碎，50%~80%時(shí)，二次破碎正常，超過(guò)80%，大塊明顯加大。按照正常的出礦速度，一個(gè)出礦循環(huán)應(yīng)在3~4 d完成的，但現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)普遍在4~6 d，主要原因包括大塊卡口、頻繁出現(xiàn)立墻，需進(jìn)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(chǎng)出礦能力、回收貧化指標(biāo)及生產(chǎn)成本，后期應(yīng)從優(yōu)化爆破裝填質(zhì)量和優(yōu)化爆破孔網(wǎng)參數(shù)入手，解決大塊率問(wèn)題。