極薄礦脈主要的開(kāi)采方法研究

楊鴻章

（紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，福建 龍巖 364000）

當(dāng)前我國(guó)極薄礦脈開(kāi)采的主要方法包括全面采礦法、留礦采礦法、壁式充填法三種，相較于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家采礦方法而言具有較大差距且工作效率低下。因此，如何結(jié)合礦區(qū)實(shí)際情況合理的選擇和認(rèn)知采礦方法是當(dāng)前極薄礦脈開(kāi)采研究的重點(diǎn)問(wèn)題。

結(jié)合以上論述，文章首先介紹了極薄礦脈的主要地質(zhì)特點(diǎn)和基本類(lèi)型，其次結(jié)合國(guó)內(nèi)極薄礦脈的基本開(kāi)采趨勢(shì)對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了闡述，最后重點(diǎn)圍繞全面采礦法、留礦采礦法、壁式充填采礦法三個(gè)方法分析了當(dāng)前我國(guó)極薄礦脈開(kāi)采的應(yīng)用及革新方向。

1 極薄礦脈工程地質(zhì)特點(diǎn)

1.1 極薄礦脈的主要礦石及礦床類(lèi)別

極薄礦脈在我國(guó)有色金屬礦山中的占比較大，尤其是極薄礦脈中的各類(lèi)稀有金屬礦脈占比最為明顯，其中包括鎢、鉬、錫、銻及金、銀等稀有金屬占比。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，截止到目前我國(guó)極薄礦脈中的含金石英脈占比較多，而根據(jù)極薄礦脈礦石的主要特點(diǎn)可分析以下幾個(gè)種類(lèi)。

①按金屬種類(lèi)分類(lèi)：貴重金屬礦石（金，銀等）；有色金屬礦石（銅，鉛，鋅等）；黑色金屬礦石（鐵，錳，鉻）；稀有金屬（鉭，鈮等）；放射性礦石（鈾，釷等）；②按礦石所含金屬成分分類(lèi)：?jiǎn)我唤饘俚V石；多金屬礦石；③按礦石的化學(xué)成分分類(lèi)：自然金屬礦石（如自然金，銀）；氧化礦石（赤鐵礦Fe2O3等）；硫化礦石（黃銅礦CuFeS2）；④金屬礦床的礦體形狀，厚度及傾角對(duì)選擇采礦方法有直接影響，根據(jù)這三個(gè)因素進(jìn)行分類(lèi)。

（1）按礦體形狀分類(lèi)：

層狀礦床：多為沉積或變質(zhì)沉積礦床，規(guī)模大，賦存條件穩(wěn)定，有用礦物成分組成穩(wěn)定，含量均勻。多見(jiàn)于黑色金屬（鐵、錳、鉻）礦床。

脈狀礦床：主要由熱液和氣化作用，礦物充填于地殼裂隙中、特點(diǎn)是有圍巖蝕變現(xiàn)象，賦存條件不穩(wěn)定，有用成分不均勻、有色金屬，稀有金屬及貴重金屬礦床多為此類(lèi)。

塊狀礦床：主要是充填、接觸交代、分離和氣化作用形成，某些有色金屬礦床(銅、鉛、鋅等)屬此類(lèi)。

（2）按礦體傾角分類(lèi)：

水平和微傾斜礦床：傾角＜5°。

緩傾斜礦床：傾角5°～30°。

傾斜礦床：傾角30°～55°。

急傾斜礦床：＞55°。

1.2 極薄礦脈的地質(zhì)賦存特點(diǎn)

在地質(zhì)成因上，極薄礦多為氣化熱液礦床，巖漿中的熱液含有許多有益組分，沿著圍巖裂隙上升，逐漸冷卻充填在裂隙中，或與圍巖發(fā)生交代作用而形成的礦床。其成礦熱液的來(lái)源主要為巖漿熱液和地下水熱液，大部分受充填和交代等地質(zhì)作用。

從礦脈群的傾斜角度和礦層厚度通常情況下有以下規(guī)律：勘查發(fā)現(xiàn)最多礦脈為極薄礦脈，第二多的礦脈為薄礦脈，出現(xiàn)最少的礦脈為厚礦脈；急傾斜礦脈數(shù)量急劇增加，緩傾斜礦脈數(shù)量較少，礦脈的這一規(guī)律對(duì)開(kāi)采區(qū)的開(kāi)采工作造成一定影響，在相同開(kāi)采區(qū)域進(jìn)行開(kāi)采工作要實(shí)行分段開(kāi)采，必要時(shí)需采用兩種以上的采礦方法。

2 國(guó)內(nèi)極薄礦脈開(kāi)采趨勢(shì)

國(guó)內(nèi)極薄礦脈的采礦法可分為兩大類(lèi)，即分采（礦石與圍巖分開(kāi)進(jìn)行開(kāi)采）、混采（礦石與圍巖一起開(kāi)采）。分采的目的是降低采礦的貧化率，在對(duì)極薄礦脈進(jìn)行開(kāi)采時(shí)我們主要以削壁充填為主，在急傾斜極薄礦脈開(kāi)采中的占比為三分之一?；觳煽梢宰龅胶?jiǎn)化采礦工藝，采礦強(qiáng)度得到大幅度提高。留礦法是極薄礦脈混采的主要方法，在常規(guī)開(kāi)采中的占有率為一半以上。

在我國(guó)大部分企業(yè)中留礦法的應(yīng)用較為廣泛，最根本的原因是工作人員能夠輕松掌握操作技巧、利于管理。留礦堆可以對(duì)頂板進(jìn)行有效支撐，所消耗的成本較小。為了提升地下資源的利用率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，部分礦企用其他材料替代礦柱，改進(jìn)普通留礦法。而留礦法有三個(gè)必需的適用條件即：三個(gè)適用條件：礦石和圍巖穩(wěn)固、礦石無(wú)自燃性且破碎后不易再行結(jié)塊、薄及中厚以下的急傾斜脈狀礦床。

在一部分小型礦企開(kāi)采作業(yè)時(shí)，采礦作業(yè)持續(xù)向深部推進(jìn)，受地質(zhì)條件的限制，留礦作業(yè)效果不佳。從我國(guó)的實(shí)際采礦技術(shù)出發(fā)，一些礦山改變了采掘方法，應(yīng)用到了削壁充填法。針對(duì)緩傾斜薄礦體和緩傾斜極薄礦體進(jìn)行開(kāi)采作業(yè)過(guò)程中，受到崩落條件的限制，單層充填法的優(yōu)勢(shì)就凸顯出來(lái)，其最大的優(yōu)點(diǎn)為貧化率低、開(kāi)采出礦產(chǎn)資源的回收率較高。

3 我國(guó)極薄礦脈主要開(kāi)采方式

3.1 主要方法論述

現(xiàn)階段，削壁充填法在應(yīng)用過(guò)程中存在一定缺陷，如工作量大、采礦強(qiáng)度低、采礦效率低等。智能化采礦設(shè)備出現(xiàn)已經(jīng)將一些小型出礦設(shè)備淘汰。新設(shè)備最為突出的優(yōu)勢(shì)是設(shè)備體積小、內(nèi)部結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)可快速維修好，設(shè)備內(nèi)所用零部件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，所以微型電耙智能開(kāi)采設(shè)備更適用于中小型的礦山開(kāi)采作業(yè)中。

特定條件下，極薄礦脈的開(kāi)采作業(yè)中可以將削壁充填法和留礦采礦法配合應(yīng)用，兩種方法的結(jié)合使用可將部分礦石放置在采空區(qū)，當(dāng)需要大量放礦時(shí)，將采出的部分圍巖和礦石放出。利用礦石的自重進(jìn)行放礦，在一定程度上節(jié)約了采礦成本，另外也減少了削壁厚度，廢石的運(yùn)輸量得到了降低。

我國(guó)極薄礦脈規(guī)模較小、地質(zhì)賦存條件較差，礦體多為傾斜至急傾斜。隨著社會(huì)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步、工藝提高，極薄礦脈開(kāi)采由淺眼留礦法逐漸向充填法演變。所以，我國(guó)提倡使用損失貧化率低的充填采礦法。

3.2 案例闡述

試驗(yàn)對(duì)象為赤峰市紅花溝金礦。該礦山是一座地質(zhì)資源危機(jī)礦山，地質(zhì)資源少，生產(chǎn)非常緊張，既要開(kāi)展試驗(yàn)研究，又要配合生產(chǎn)。該礦山所開(kāi)采的為含金黃鐵礦的石英脈類(lèi)型。礦體傾角70°。礦石硬度系數(shù)f=10～12。由于近礦圍巖蝕變作用，加之走向斷層和礦脈上、下盤(pán)的節(jié)理都較發(fā)育，易于冒落。

礦塊平均長(zhǎng)度54.7m，高38m，礦脈平均厚度0.97m，礦石量7342t地質(zhì)平均品位19.959×10-6，金屬量530.146kg。礦石密度2.80t/m3，圍巖密度2.62t/m3，礦巖松散系數(shù)1.5。4中段礦體長(zhǎng)38m，5中段礦體長(zhǎng)71m，礦體最大水平厚度2.95m，最小0.2m。設(shè)計(jì)分層回采高度1.8m，采場(chǎng)保持最小控頂距2.0m，脈幅小于1.4m時(shí)，采幅1.4m。出礦后相應(yīng)根據(jù)礦脈變化情況而架設(shè)金屬溜井和接高兩側(cè)順路行人天井。從技術(shù)指標(biāo)看，礦塊生產(chǎn)能力比過(guò)去提高1.85倍；采礦工效提高2.92倍；全隊(duì)工效提高2.26倍；充填工效提高為4.68倍。采礦損失貧化指標(biāo)也優(yōu)于常規(guī)采場(chǎng)。中國(guó)黃金總公司在赤峰市紅花溝金礦進(jìn)行機(jī)械化開(kāi)采試驗(yàn)的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如下：

礦塊生產(chǎn)能力/(t/d)：機(jī)械化開(kāi)采為：87.24；人工出礦：30.60。

采礦臺(tái)效/(t/臺(tái)班)：機(jī)械化開(kāi)采為：87.24；人工出礦：60.60。

采礦功效/(t/工班)：機(jī)械化開(kāi)采為：10.91；人工出礦：2.78。

全隊(duì)工效/(t/工班)：機(jī)械化開(kāi)采為：6.23；人工出礦：1.91。

充填工效/(m3/工班)：機(jī)械化開(kāi)采為：16.82；人工出礦 ：2.96。

充采比/(t/t)：機(jī)械化開(kāi)采為：0.58；人工出礦：0.67。

采準(zhǔn)比/(m/kt)：機(jī)械化開(kāi)采為：5.92；人工出礦：4.00。

采礦損失率/%：機(jī)械化開(kāi)采為：0.22；人工出礦：0.67。

礦石貧化率/%：機(jī)械化開(kāi)采為：33.97；人工出礦：42.50。

出礦效率/(t/h)：機(jī)械化開(kāi)采為：14.54。

充填效率/(m3/工班)：機(jī)械化開(kāi)采為：50.46。

充填效率/(m3/h)：機(jī)械化開(kāi)采為：8.41。

直接成本/(元/t)：機(jī)械化開(kāi)采為：3.27；人工出礦：4.68。

從采礦所消耗的直接成本來(lái)分析，運(yùn)用鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行采礦，能夠控制溜井?dāng)?shù)量，未用鏟運(yùn)機(jī)之前的費(fèi)用為1.02元/t，使用鏟運(yùn)機(jī)支付費(fèi)用為0.31元/t。但采礦所消耗的定額材料、電纜消耗量有所上升，增加成本為0.2元/t。經(jīng)過(guò)綜合評(píng)價(jià)，應(yīng)用鏟運(yùn)機(jī)可達(dá)到降低人力投入，提高采礦效率的目的，未來(lái)中小型礦企在進(jìn)行采場(chǎng)出礦及充填作業(yè)時(shí)，鏟運(yùn)機(jī)應(yīng)用會(huì)得到普及。

該試驗(yàn)的強(qiáng)化開(kāi)采方案，其主要特點(diǎn)是，采準(zhǔn)方式簡(jiǎn)單、新穎、使全礦脈實(shí)現(xiàn)了無(wú)礦柱開(kāi)采，提高了礦石回采率。試驗(yàn)研究方案所獲的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，仍達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，為我國(guó)同類(lèi)型黃金礦山提供了經(jīng)驗(yàn)，具有廣泛推廣應(yīng)用的前景。

總之，現(xiàn)階段我國(guó)極薄礦脈開(kāi)采技術(shù)相較于國(guó)外依舊不成熟，迫切的需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行總體轉(zhuǎn)變，在礦脈開(kāi)采中必須要注重安全技術(shù)與機(jī)械化技術(shù)的同步融合，既要強(qiáng)調(diào)礦業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化運(yùn)行水平，也要強(qiáng)化和選擇適合礦體開(kāi)采條件的采礦方案，更要結(jié)合不同礦區(qū)的實(shí)際情況，選擇和創(chuàng)造實(shí)用的采礦方法，滿(mǎn)足我國(guó)廣大礦區(qū)生產(chǎn)需要。