礦巖穩(wěn)固性對開采地下金礦影響的研究

孫 飛

（海南山金礦業(yè)有限公司，海南 三亞 572500）

1 礦巖穩(wěn)固性研究

巖石穩(wěn)定性是指裸露面積的大小和礦石與巖石之間的空間所允許的裸露時間的長度。影響礦石穩(wěn)定性的原因很復雜，不僅與礦石的結構、組成、節(jié)理條件、構造、風化程度和水文條件有關。穩(wěn)固性與堅固性相比較，既有聯(lián)系又有所區(qū)別，一般在節(jié)理發(fā)育、構造破碎等地帶，巖石之間的破碎性雖然相對較好，但巖石穩(wěn)定性卻大幅度下降。至于巖石是否穩(wěn)定，應首先考慮巖石主體的結構。有幾種常見的巖體結構類型，如塊結構、整體結構、分層結構、斷裂結構，和松散的結構：其中礦巖按照其穩(wěn)固性分成5級：極穩(wěn)定型，穩(wěn)定型，中等穩(wěn)定型，不夠穩(wěn)定型，不穩(wěn)定型，其具體區(qū)分如下：極不穩(wěn)定型，是指掘進巷道或露天采場，不允許有露天區(qū)域，否則可能有冒頂幫現(xiàn)象。在隧道開挖過程中，支護必須提前維護。不穩(wěn)定的類型，在這種類型的巖石，允許一個小的無支撐的曝光空間，一般允許曝光面積50m。中等穩(wěn)定型是指在50m2至200m2之間沒有支撐物的外露面積。穩(wěn)固型：是指礦巖不支護的暴露面積位于200m2～800m2。極穩(wěn)固型：是指其不支護的暴露面積在800m2以上。

在采礦工程中，正確的采礦方法、合理的礦山工程支護、維護以及施工設計都對礦山巖體的穩(wěn)定性具有重要意義。采場頂板穩(wěn)定性主要取決于巖性和巖石壓力。在軟弱頂板巖性和高巖壓條件下，極易發(fā)生頂板冒落和肋片冒落。如果圍巖穩(wěn)定，巖石壓力較小，就不容易破碎和跌落。因此，不僅要了解圍巖的穩(wěn)定性，還要了解開采前和工作面開挖前的圍巖壓力，為礦山的安全生產(chǎn)提供依據(jù)。在巷道開挖過程中，圍巖軟弱，節(jié)理發(fā)育，斷層裂隙較多，存在破碎帶，需要及時支護以防發(fā)生冒頂事故。

2 我國地下金礦分布情況及開發(fā)現(xiàn)狀

20世紀80年代以來，隨著膠東燕山-遼東青山、集東、沙干川三角洲金礦資源和生產(chǎn)基地的不斷開發(fā)，我國金礦勘查開發(fā)進入了較快發(fā)展階段，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一批中大型金礦床。其中以阿爾泰、騰贊為中心的新疆北部地區(qū)，以及廣東、貴州、廣西、甘肅、安徽、江西、云南等長江平原地區(qū)為代表的金礦資源和生產(chǎn)基地最為出色。近年來，通過加強對重點成礦區(qū)帶的調(diào)查評價，黃金作為一種固定貨幣，在維持經(jīng)濟的穩(wěn)定性方面擔任著重要角色。

截止去年的數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)階段，我國仍是世界上最大的黃金生產(chǎn)、加工國，黃金購買力及消費力在世界各國中名列前茅，黃金進出口總量位居世界第一。近十年來，黃金行業(yè)發(fā)展趨勢良好，雖然在價格上略有波動，但總體趨于穩(wěn)定。2016年，中國的黃金儲備約二十萬噸，黃金交易量居高不下，累計交易量達到7萬噸。2016年，我國黃金產(chǎn)量達453.49噸，連續(xù)蟬聯(lián)世界第一長達十年之久。

3 中國金礦資源特點

從礦床分布、礦床規(guī)模、礦石品位、物質(zhì)成分、開采條件等來看，中國金礦資源具有以下一些特點：①在空間分布上，礦床具有明顯的聚集性。由于地殼結構的細微差別和板進化在不同地區(qū)，礦床的空間分布通常是不均勻的，和大多數(shù)蜂窩分布式在當?shù)亟鸬V集中的領域。自中生代以來，太平洋海岸構造體系和特提斯構造體系的制約并未影響到我國東西大陸的地質(zhì)演化，但中生代區(qū)域的巖石成礦作用卻更加顯著，從而直接導致了東太平洋海岸和古亞洲西北部地區(qū)金礦的形成，在礦巖形成時代，即中生代和前寒武紀，金礦床形成了不同的地質(zhì)演化階段，但規(guī)模還是較為集中。②小規(guī)模和大規(guī)模礦產(chǎn)資源稀缺；我國已探明的金礦床大多為中小型金礦床，特大型金礦床較少見。據(jù)不完全統(tǒng)計，在中國已探明的7000多個金礦中，只有約1000個有一定規(guī)模③礦石品位中等。中砂金礦床中-般為0.4g/m3。大型礦床的礦石質(zhì)量普遍偏低，中小型礦床的礦石質(zhì)量普遍偏高。迄今為止，我國已發(fā)現(xiàn)金礦物約49種(含變種和未命名礦物)，其中20種為首次發(fā)現(xiàn)。金礦床的主要礦石礦物為自然金銀、金銀碲、金銀、碲、黑鉍等。某些礦床中的金化學成份也是一種主要礦石礦物。④伴生金資源量大。我國金礦資源主要由巖金、砂金和伴生金組成，伴隨著礦脈探尋水平的提高已經(jīng)各類礦床陸續(xù)的發(fā)現(xiàn)。20世紀90年代初，各類金礦資源約占探明儲量的53%，砂金約占16%，伴生金約占31%。截止目前為止，巖金儲量所占比例已逐步增加至60%左右，砂金儲量所占比例相對有所下降，相應的黃金儲量沒有變化。

4 金礦開采成本影響因素

長期以來，黃金的價格一直是人們爭論的話題，而且沒有官方的答案，因此市場充滿了投機。事實上，就像能源和金屬都有開采成本一樣，開采黃金的成本也會隨著開礦國的稅收、開礦難、開礦技術的質(zhì)量、開礦國貨幣與美元匯率的關系、開礦公司的經(jīng)營管理水平而變化。不同機構給出的黃金綜合開采成本數(shù)據(jù)也不盡相同。按不同原因可分為五大成本要素。現(xiàn)金成本：這主要包括采礦費用(勞動力、能源、礦石處理)、黃精煉費用和各種稅收；生產(chǎn)成本：即現(xiàn)金成本加上采礦設備的折舊成本；真正的全部成本：公司公共關系，安全，操作融資，增量邊際成本和有形損失；生產(chǎn)國偏離成本：由于每個金礦所在國家的差異，受金礦品種、匯率、當?shù)卣吆团涮谆A設施等因素的影響較大；與此同時，我們還要考慮運輸、包裝、貯存和銷售實物黃金的成本。

5 國際黃金的綜合成本

單就開發(fā)成本而言，目前世界主要金礦的生產(chǎn)成本約為每盎司1000美元。由于不同地區(qū)金礦開采成本也不同，比較埋藏較深的黃金，開采難度大，甚至可以成本高達1500美元一盎司；一些比較困難的成本可能低至每盎司900美元?？紤]到黃金開采是為了盈利，并能抵御匯率波動和未來通脹，黃金開采的總成本通常設定在每盎司1，200美元。此值也是國際公認的最高，趨勢上方背離度最大的價格。不同的地區(qū)價格相差很大，美國最低的價格僅為733美元/盎司，澳大利亞最高的價格為1829美元/盎司。據(jù)市場調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，全球十大黃金開采企業(yè)中，七家公司按黃金平均生產(chǎn)成本計算達到每盎司1201美元。所以每盎司1200美元是世界公認的黃金平均價格。因此，黃金的生產(chǎn)成本，看似簡單，實際上是非常復雜的。生產(chǎn)成本的估算一直是一個大問題，有時連淘金者自己都不清楚。世紀90年代中期，礦業(yè)公司的生產(chǎn)成本報告頗受爭議，“現(xiàn)金成本”這一概念出現(xiàn)了，它包含了在黃金開采后再按成本出售，但不包括維持資金、一般管理費用等細節(jié)。但自那以后，現(xiàn)金成本的計算引發(fā)了一系列問題。2000年，Agnico Eagle的LaGonde金礦項目的副產(chǎn)品成本排除為250美元/盎司，但該項目因成本過高而失敗。同年，巴里克公司(barrick company)的Pascua項目以失敗告終——項目的現(xiàn)金成本僅為每盎司50美元，但最終由于回報率較低而不得不關閉。為此，人們后來提出了“生產(chǎn)總成本”的概念，就是將折舊、攤銷及相關財務費用來計算它。然而，這種方法仍然低估了金礦開采者的真實和總體生產(chǎn)成本。世界黃金協(xié)會(WGC)在第二年與礦業(yè)公司合作，提出了“AISC，all-in sustainable cost”的概念，簡稱“full cost”。包括一般辦公費用、礦產(chǎn)開發(fā)和生產(chǎn)中的資本使用等，為公司的經(jīng)營效率創(chuàng)造了一個基準。在2014年后，AISC的黃金生產(chǎn)者們廣泛采用成本估算方法。

6 礦巖穩(wěn)固性與金礦開采

（1）巖體地質(zhì)特征。主要礦體(脈)為含金石英脈，其次為糜棱巖。礦體頂?shù)讎鷰r由片麻狀黑云母和片麻狀角閃花崗巖組成，由片麻狀黑云母花崗閃長巖和片麻狀角閃巖組成。礦體(脈)：由石英脈組成的礦體，多為全晶粒狀構造，塊狀構造緊密，質(zhì)地堅硬。糜棱巖一般為片狀破碎結構和碎裂結構，質(zhì)地疏松，但形成礦體后強烈黃鐵礦化、硅化和碳酸化膠結充填，巖石的結構由疏松變?yōu)橹旅埽蔀檎w塊體結構，穩(wěn)定性增強，從而形成了良好的礦體和巖體穩(wěn)定性。礦體圍巖、頂板及基巖為黑云片麻巖花崗閃長巖，巖性單一、堅硬、層厚且產(chǎn)出量大，裂隙發(fā)育，且較封閉，機械強度高，整體塊體結構。礦體和圍巖結構致密，巖層之間發(fā)育良好，結構穩(wěn)定，冒落體和冒落體現(xiàn)象相對較少。一般情況下不需要支護，工程地質(zhì)條件簡單。采礦活動引起的巖體破壞模式。

（2）巖體破壞程度與采礦活動的關系。采礦活動可分為隧道開挖和分段開采，主要是火災開采。人類活動對巖體的直接破壞是隧道開采和含金石英脈開采。由于巖體的完整性和硬度，回采巷道不需要支護措施，斷面尺寸在2m×2m～3m×4m之間。硐室穩(wěn)定性好，頂板脫落、滑塊脫落等事故少。沿石英脈礦體開采，由于石英脈以25°～65°角呈帶狀分布，所以礦體開采一般分為多階段或多水平，沿礦脈傾向以淺層為主，早期預留礦柱，滿足富礦支撐開采，以提高礦石提取率，由于回采煤柱資源稀缺，導致回采煤柱跨度大，局部巖縫發(fā)育，頂板崩落、塊體掉落、塌陷等現(xiàn)象時有發(fā)生。但由于礦床頂?shù)装鍘r層具有良好的工程地質(zhì)條件，一般采用臨時支護措施(木材)。巖體破壞主要是由頂板表面巖石破碎、松動或拉垮造成的，頂板延伸到一定范圍后趨于穩(wěn)定。然而，當開挖面靠近斷層和裂隙時，巖體會受到破壞。受斷裂和裂縫控制，主要表現(xiàn)為剪切滑動、剪切斷裂和內(nèi)部隆升彎曲。由于巖體破壞的時間效應短，且大多數(shù)破壞是突發(fā)性的，對礦山安全危害很大，容易造成人身事故。

（3）巖體破壞情況。金礦采區(qū)巖體破壞不同于采空區(qū)頂板破壞，頂板破壞具有一定的滯后性和時間不確定性。在煤柱開采過程中，煤柱(煤柱)或頂板在煤柱末端集中應力的作用下，煤柱(煤柱)或頂板、巖體逐漸變形和疲勞破壞。在開采階段，巖體大面積破壞是罕見的，但隨著應力積累或外部條件的變化，巖體的穩(wěn)定性會惡化，最終導致破壞和變形。由于外界條件的不確定性，很難確定這種破壞變形發(fā)生的時間。采動崩塌對山體穩(wěn)定性的影響也與開采深度有關。開采深度越淺，對山體穩(wěn)定性的影響越大，反之亦然。隨著開采深度的增加，在重復開采的基礎上進行淺層深部開采，會疊加對山體穩(wěn)定性的影響。

7 結語

綜上所述，礦巖的穩(wěn)定性測量難度極大，要測得精確的系數(shù)值，還需要在技術上加以提高。而礦巖的穩(wěn)定性對于地下金礦的開采存在密切的聯(lián)系性，安全穩(wěn)定的礦區(qū)圍巖是保證安全完成金礦開采關鍵因素，只有根據(jù)礦區(qū)圍巖的穩(wěn)定性合理做出適應性調(diào)整才能給地下金礦的礦產(chǎn)開采提供施工基礎，從而為我國礦區(qū)的地下金礦開采提供科學的指導和安全保障。