廣西某錫礦殘礦回收方案研究

宋首洋

（廣西高峰礦業(yè)有限責(zé)任公司）

隨著易開(kāi)采優(yōu)質(zhì)資源的日益枯竭，礦區(qū)深部下沉礦、殘礦的回收利用逐漸成為學(xué)者們研究的重點(diǎn)［1-3］。在實(shí)際資源開(kāi)采過(guò)程中，井下采場(chǎng)往往形成大量采空區(qū)及垮塌區(qū)，并堆積大量下沉礦、殘礦，未能及時(shí)回采利用。因此，采空區(qū)、垮塌區(qū)殘礦的回收利用可為礦山企業(yè)最大限度提升資源回收率，為礦山可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐［4］。由于下沉礦、殘礦回采的開(kāi)采技術(shù)條件復(fù)雜、安全性差，制約因素繁雜，該部分資源的回收利用面臨著諸多技術(shù)挑戰(zhàn)［5-9］。因此，開(kāi)展復(fù)雜地質(zhì)條件下的殘礦回收利用須經(jīng)過(guò)科學(xué)地論證研究，并針對(duì)性地采取安全技術(shù)對(duì)策，以確保殘礦資源回收的安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理。基于廣西某錫礦下沉礦、殘礦等難采資源的技術(shù)難題，對(duì)殘礦資源的綜合開(kāi)采技術(shù)條件進(jìn)行深入剖析，系統(tǒng)開(kāi)展采空區(qū)、垮落區(qū)邊緣資源的回收利用研究，對(duì)不同復(fù)雜環(huán)境下的難采資源回收方案進(jìn)行優(yōu)化，以期回收大量?jī)?yōu)質(zhì)殘余資源，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

1 礦區(qū)概況

廣西某錫礦位于大廠礦田西礦帶內(nèi)的巴力—龍頭山礦區(qū)，礦床總體產(chǎn)于泥盆統(tǒng)生物礁灰?guī)r中，總體屬錫石-錫石硫化物-鐵閃鋅礦-脆硫銻鉛礦-磁黃鐵礦亞型礦床。礦體厚大富化部分主要集中于上部及傾伏端，礦床有用元素主要為Sn、Zn、Pb、Ag、S等。該礦床深部礦體總體可劃分為東、西兩翼：西翼產(chǎn)狀262°∠20°，沿走向延長(zhǎng)680 m，傾向延伸930 m；東翼產(chǎn)狀85°∠10°，產(chǎn)狀基本穩(wěn)定，沿走向延長(zhǎng)500 m，傾向延伸210 m。礦體平均厚度為3.23 m，連續(xù)性較好。

目前礦山多數(shù)資源已消耗，僅存1 號(hào)、100 號(hào)、100-1 號(hào)、100-2 號(hào)礦體和待開(kāi)采的105 號(hào)礦體。其中，上部100 號(hào)礦體已基本采完，深部105 號(hào)礦體實(shí)質(zhì)為100 號(hào)礦體的延伸，礦體形態(tài)呈不規(guī)則脈狀，連續(xù)性較好，走向近EW（178°），傾角較陡（50°～70°）。礦體水平厚度為30～50 m，平均厚度約35 m，其中，-108 m水平礦體厚度約37 m，-103 m水平礦體平均厚度約34 m，105 號(hào)礦體開(kāi)采擬繼續(xù)利用現(xiàn)有100號(hào)礦體開(kāi)拓系統(tǒng)。105 號(hào)礦體則由于多家民窿的搶采，最低開(kāi)采水平已至-181 m 水平；-103 m 以上部分經(jīng)過(guò)較為充分的開(kāi)采，對(duì)礦體破壞嚴(yán)重，南面礦石回采已結(jié)束且已進(jìn)行膠結(jié)充填；-103～-105 m 礦體局部遭到開(kāi)采破壞；-150～-181 m部分開(kāi)采程度相對(duì)低。

目前礦山開(kāi)采以井下下沉礦為主，主要集中于-108～-70 m 水平及以下區(qū)域，南北、東西向展布范圍分別為1 580，800 m，為礦體坍塌至采空區(qū)堆積而成，加之后期廢石結(jié)合水砂回填膠結(jié)，該部分殘余資源回收難度增大。

目前開(kāi)采區(qū)域所揭露的工程地質(zhì)巖組有6組，分別為堅(jiān)硬的生物焦炭灰?guī)r巖組（）、軟硬相間的泥巖與泥灰?guī)r夾硅質(zhì)巖巖組（）、堅(jiān)硬的硅質(zhì)巖巖組（）、堅(jiān)硬的扁豆?fàn)罨規(guī)r巖組（）、軟硬相間的泥灰?guī)r（）及花崗斑巖巖組，井巷圍巖總體完整性較好。礦體與圍巖界線清晰，礦石硬度系數(shù)f=8～10，圍巖硬度系數(shù)f=6～8，巖體結(jié)構(gòu)以塊狀結(jié)構(gòu)為主，局部為碎裂結(jié)構(gòu)，礦巖屬中等穩(wěn)固～穩(wěn)固型。

近年來(lái)，對(duì)于井下深部探采工作的深入開(kāi)展，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域仍有較為可觀的礦石存儲(chǔ)量，且礦石品位較高，Sn平均品位為2.22%，伴生Pb品位6.63%、Sb品位5.48%、Zn品位12.54%，預(yù)估保有礦石量3.99萬(wàn)t。

2 現(xiàn)有開(kāi)采工藝

根據(jù)礦體賦存特點(diǎn)，結(jié)合開(kāi)采技術(shù)條件，礦山目前采用的采礦方法：①礦體厚度≥3 m 地段采用留護(hù)礦壁的房柱采礦法，礦塊沿走向布設(shè)；②礦體厚度＜3 m 地段選用全面采礦法，采場(chǎng)內(nèi)留不規(guī)則礦柱，礦巖破碎地段采用壁式崩落法；③105 號(hào)礦體采用機(jī)械化向上分層充填法，在礦體為急傾斜地段采用分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ā?/p>

傳統(tǒng)的難采礦石回采工藝主要是在形成礦體單邊脈外巷后，從該巷道的另一端掘進(jìn)鑿巖道以貫穿整個(gè)礦體，而后進(jìn)行礦石回采與采場(chǎng)充填；再隔條式掘進(jìn)另一條塊鑿巖帶，循環(huán)前述工藝流程。由于下沉礦、殘礦長(zhǎng)期處于高溫高壓環(huán)境［10-13］，已演變成為凝結(jié)、較為破碎的離散體，采用傳統(tǒng)回采工藝無(wú)法形成有效進(jìn)路而貫穿控制整個(gè)礦體，直接進(jìn)行回采并充填僅能回采一部分礦石。此外，在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中，易出現(xiàn)卡鉆、頂板破碎垮塌、爆破效果不佳等現(xiàn)象［14］，無(wú)法形成有效鑿巖道，進(jìn)一步降低回采率，阻礙著礦山安全、持續(xù)生產(chǎn)，從而損失大量?jī)?yōu)質(zhì)資源。

3 殘礦回采方案

本次回采方案主要針對(duì)-151-3#采場(chǎng)-108～-103 m 52～54 線礦石進(jìn)行回采，總體采用機(jī)械化上向分層充填采礦法回采礦石，分條塊后退式隔條回采，條塊寬度為30～35 m，回采高度約5.0 m，條塊寬度為6.0 m，條塊或礦柱內(nèi)掘進(jìn)鑿巖道，采用全斷面退采［15］。出礦聯(lián)道斷面、鑿巖道斷面及溜井聯(lián)道斷面規(guī)格均為3.2m×2.9 m（寬×高），卸載硐室斷面規(guī)格為3.2 m×4.0 m（寬×高）?？傮w回采順序?yàn)閺谋钡侥弦来位夭?，利用已貫通?#條塊鑿巖道回采4#條塊，隔條施工1#條塊鑿巖道并回采。鑒于-103 m 出礦進(jìn)路與-108 m4#條塊存在垂直關(guān)系，則需待-108 m4#條塊回采結(jié)束并充填后，再開(kāi)展-103 m 出礦進(jìn)路的掘進(jìn)工作，最終回采南面1#～18#礦柱。

礦區(qū)該地段開(kāi)采技術(shù)條件較復(fù)雜，在前述方案上，針對(duì)不同開(kāi)采技術(shù)條件進(jìn)一步優(yōu)化回采方案。

3.1 方案一

礦區(qū)-108 m 南面礦柱情況見(jiàn)圖1，可看出，從-108 m 西端往-108 m 東端掘進(jìn)礦柱鑿巖道，實(shí)現(xiàn)獨(dú)頭貫通的難度較大。該工況可采用東西端相向掘進(jìn)鑿巖道的方法實(shí)現(xiàn)兩端貫通，再由中間往兩側(cè)退采礦石，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)下沉礦礦柱的完全回收。具體方案是在前期采準(zhǔn)工程形成環(huán)形脈外巷（圖1），在有效控制礦體或殘礦礦柱的基礎(chǔ)上，先采用兩端相向掘進(jìn)鑿巖道的方法，以期兩端鑿巖道貫通后，方可回采礦石。

3.2 方案二

-103 m9#、10#、11#條塊礦石原回采設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。若在下沉礦區(qū)域出現(xiàn)單獨(dú)掘進(jìn)的條塊，可能會(huì)由于圍巖破碎而導(dǎo)致該條塊無(wú)法形成有效鑿巖道，以致兩端中間的礦石無(wú)法順利回采，方案一無(wú)法適用于該區(qū)域。在此工況下，可利用該鑿巖道作為進(jìn)路，向鄰近條塊掘進(jìn)多條脈內(nèi)出礦進(jìn)路，并分多條塊兩端掘進(jìn)，若其中一個(gè)條塊可以貫穿礦體，則將該條塊作為出礦進(jìn)路，暫不回采，在進(jìn)路中選擇圍巖較為穩(wěn)固的區(qū)域，掘進(jìn)1～2 條聯(lián)道，以期貫穿方案一中未能實(shí)現(xiàn)兩端貫通的條塊中部，再?gòu)臈l塊中部反向掘進(jìn)，盡可能實(shí)現(xiàn)貫穿礦體，即使不能實(shí)現(xiàn)，可較大程度上回采下沉礦、殘礦礦柱等難采礦石。

當(dāng)11#條塊自東往西掘進(jìn)貫穿礦體后，可將11#條塊作為出礦進(jìn)路，在進(jìn)路中選擇圍巖較為穩(wěn)固的區(qū)域往北9#、10#條塊方向掘進(jìn)1～2條穿脈出礦聯(lián)道。當(dāng)任意一條出礦聯(lián)道可貫穿9#、10#條塊，則利用該條聯(lián)道從9#、10#條塊中部按照原設(shè)計(jì)反向掘進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)東西兩端貫通，最大程度回采下沉礦、殘礦礦柱等難采礦石。-103 m9#、10#、11#條塊礦石回采設(shè)計(jì)優(yōu)化見(jiàn)圖3。

3.3 方案三

若因?yàn)樵谢夭晒に嚨挠绊?，?dǎo)致某一水平的礦石無(wú)法從該水平進(jìn)行回采，則可考慮利用2個(gè)水平之間礦石區(qū)域的上下空間關(guān)系，設(shè)法將上一水平分層無(wú)法回采的礦石從下一水平出礦。

由-108 m水平平面（圖4）看出，-103 m北面民窿空區(qū)底板處仍堆存較多礦石，無(wú)法從-103 m 水平東、西兩端脈外巷掘進(jìn)鑿巖道。在-103 m 北面民窿空區(qū)下方掘進(jìn)1～2 條鑿巖道，選取該區(qū)域的下一水平分層-108 m 水平掘進(jìn)鑿巖道，作為自上往下落礦的爆破自由補(bǔ)償空間，將-103 m 北面民窿區(qū)底板礦石爆破落至-108 m，再?gòu)?108 m 東段脈外巷鏟運(yùn)至附近溜井，完成該區(qū)域礦石回采。該部分礦石回采設(shè)計(jì)見(jiàn)圖5。

3.4 出礦方式及通風(fēng)

回采礦石采用鏟運(yùn)機(jī)出礦，部分未能出礦石采用遙控鏟運(yùn)機(jī)出礦。-103～-151 m3#-108 m 分層溜井施工結(jié)束后，礦石則轉(zhuǎn)運(yùn)至-103～-151 m3#-103 m分層溜井，待該分層溜井結(jié)束后，則將廢石轉(zhuǎn)運(yùn)至-132，-127，-116，-120，-103 m 空區(qū)內(nèi)，各空區(qū)排滿(mǎn)后則將剩余廢石排至-103～-151 m4#-103 m 分層溜井，通過(guò)-151 m水平轉(zhuǎn)運(yùn)至大7#盲斜井。

通風(fēng)采用西進(jìn)東出的方式，包括2條進(jìn)回風(fēng)路線：①新鮮風(fēng)流由-103～-108 m 斜坡道→-108 m 西端脈外巷→作業(yè)面→-108 m 東端脈外巷→-108～-103 m斜井→-103 m 東端脈外巷→-103 m 回風(fēng)巷；②新鮮風(fēng)流由-103～-108 m 斜坡道→-108 m 西端脈外巷→作業(yè)面→-108～-103 m 斜坡道→-103 m 東端脈外巷→-103 m回風(fēng)巷。

4 方案經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

回采工藝優(yōu)化前的出礦量及效益見(jiàn)表1，可以看出，方案優(yōu)化前（2018 年），該工段Sn、Sb、Sb 及Zn 礦的回采率分別為73%、86%、86%和84%，出礦量為13 434 t，經(jīng)濟(jì)效益為4241 萬(wàn)元。相較于優(yōu)化前的回采工藝，優(yōu)化后的回采工藝實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)環(huán)形脈外巷→實(shí)現(xiàn)完全控制礦體→多頭掘進(jìn)脈內(nèi)進(jìn)路后回采礦石→上下空間關(guān)系回采上一水平難采礦石的工藝步驟，回采工藝優(yōu)化后的出礦量及效益見(jiàn)表2，可以看出，2021 年出礦量達(dá)22 654 t，出礦量較優(yōu)化前的回采方案年均增長(zhǎng)11 356 t，增長(zhǎng)率高達(dá)85%，經(jīng)濟(jì)效益也提升至8 731 萬(wàn)元。該優(yōu)化的回采方案在礦山實(shí)際應(yīng)用3 a中，合計(jì)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值22 902萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

表1 回采工藝優(yōu)化前的出礦量及效益 (2018年 )

表2 回采工藝優(yōu)化后的出礦量及效益( 2019- -2021年 )

5 結(jié) 論

（1）針對(duì)廣西某錫礦殘礦資源的賦存特征及開(kāi)采條件，分析確認(rèn)機(jī)械化向上分層充填采礦法回采方案適用于該礦山的復(fù)雜情況，優(yōu)化提出掘進(jìn)環(huán)形脈外巷→實(shí)現(xiàn)完全控制礦體→多頭掘進(jìn)脈內(nèi)進(jìn)路后回采礦石→上下空間關(guān)系回采上一水平難采礦石的回采工藝。

（2）礦區(qū)100 號(hào)、105 號(hào)礦體礦石礦物成分復(fù)雜，除回收Sn、Zn、Pb 和S 元素外，回采方案還設(shè)計(jì)綜合回收Ag元素，以此實(shí)現(xiàn)資源的充分利用。

（3）通過(guò)對(duì)殘礦、下沉礦的回采方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)，礦山出礦量年均增長(zhǎng)11 356 t，在3 a的實(shí)際應(yīng)用中創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值2.29 億元，取得良好經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，為礦山消除較大的安全隱患，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。