錦豐金礦優化采礦技術提升能力及效益的淺析

翟雷 吳巖佩

摘要：錦豐金礦由于特殊的地質條件特征，目前主要采用上向進路式膠結充填采礦方法，并不斷探索中深孔等高效采礦技術。根據長期的生產實際來看存在生產能力低下，中段最后分層回采不安全，中深孔實驗效果不理想等問題，據此提出預控頂小分段空場嗣后充填采礦法、大斷面進路式采礦方法、假頂下挑頂回采方法及引進手持式礦石品位分析儀等技術方案，進一步提高錦豐金礦井下采礦能力及效益。

關鍵詞：錦豐金礦；中深孔采礦；進路式采礦；品位分析

1工程概況

1.1工程地質

錦豐金礦礦床成因類型屬沉積～構造低溫熱液型金礦床，屬“卡林型”金礦。礦山地下礦區地層巖性較復雜，主要為細砂巖、粉砂巖、雜砂巖和粘土巖、灰巖等，礦體巖性以薄至中厚層狀、厚層狀細砂巖、粉砂巖、雜砂巖為主，夾薄至中厚層狀粘土巖，礦區地質構造發育，其中F3為礦區主要的控礦斷裂，該斷裂帶為一個強構造應變帶及強礦化蝕變帶，該斷裂帶也是目前錦豐地下礦體的主要賦存區域，帶內巖石強烈變形，各種性質的構造巖并存，有張性角礫巖、壓扭性碎裂巖、碎斑巖和局部糜棱巖化，風化作用強烈[1]。

1.2工程背景

錦豐金礦按照露天井下聯系開采規模規劃和建設，生產能力為120×104t/a。露天開采于 2015年4月結束。錦豐金礦205m以上地下采礦設計規模75×104 t/a（實際生產能力約70×104 t/a）[1]，為盡快改變因露天結束導致礦山采礦能力下降的局面，維持礦山120×104 t/a 生產規模持續穩定生產，2017年8月確定205m以下地下采礦設計方案，并開始施工。

2現有開采技術及存在問題

2.1現有采礦技術

2.1.1上向進路式膠結充填采礦法

錦豐公司由于特殊的地質條件，主要采用上向進路式膠結充填采礦法，巷道進行全斷面支護。

結構參數與采切工程：礦塊一般沿走向布置，長100m；礦體厚度小于5～6m，布置一條進路；超過該范圍的根據實際情況增加進路。采場分層高度5m，每4個分層作為一個分段，分段高度20m，每個中段分三個分段。進路斷面一般為寬4.5～5m，高5m。采準切割工程包括分段聯絡道、分段巷道、分層進路和切割巷道等，除切割巷道布置在礦體中外，其他井巷一般布置在礦體下盤。自分段巷道沿垂直礦體走向先向下掘進分層進路通達礦體，并逐層挑頂墊底而形成新的分層進路，以適應每分層回采的要求。脈內在礦塊中部從下盤向上盤掘進切割巷道，通過切割巷道向礦塊兩翼回采。

開采順序采用多中段同時作業，總體要求為：垂深方向先上中段后下中段；相鄰兩個中段同時回采時，上、下兩個作業面在垂直方向距離應大于 60m；同一中段內先采下分段后采上分段；礦塊回采順序為“隔一采一”，由上盤到下盤由中間向兩端前進式（上向分層進路充填法）或后退式（分段充填法）回采。

2.1.2中深孔采礦方法

錦豐公司目前絕大多數礦石量（>90%）采用上向進路式膠結充填采礦法回采，少數礦石量（<10%）利用中深孔采礦法回采。

現有中深孔采礦工藝，設計參數：長：15～20米；寬：5米；高：21米（含上、下部巷道）；切割井尺寸：2.2m*2.2m；正排面間距：1.5～2m；孔型：下向扇形孔（采用T100中深孔鉆機鉆進）。

作業流程：首先上、下部巷道掘進完成；切割井鉆孔（外加1～2排正排面）；第一次爆破，形成長6～8m的空區，遙控鏟運機集中出礦；正排面鉆孔3～4排，第二次爆破，形成總長12～16m的空區，遙控鏟運機集中出礦；正排面鉆孔3～4排，第三次爆破，形成總長18～20m的空區，遙控鏟運機集中出礦；回采完成后立即充填，采空區總的暴露時間不宜超過10～15天。

2.2現有開采技術存在的問題

隨著開采的深入及礦權的變更，資源稟賦、開采條件、生產要求也發生了變化，錦豐金礦現有開采技術存在的問題日益突出，為進一步提高采礦能力及效益，需進行深入研究、持續改進。

2.2.1上向進路式膠結充填采礦方法存在的問題

根據多年的實際生產來看，目前錦豐金礦采用的主要采礦方法，存在以下幾個方面的不足：

（1）同一分層內采用自上盤向下盤逐條開采方式，可同時作業的進路數量偏少；

（2）巷道掘進式回采，爆破效率和爆破質量較差，回采強度較低；

（3）相鄰采場必須在膠結充填7天后方可進行回采，采充循環時間長，生產能力較低；

（4）采用全斷面支護方式，支護成本較高；

（5）全部采用膠結充填，充填成本較高。

2.2.2目前中深孔采礦方法存在的問題

現采用的中深孔采礦方法通過現場工業試驗來看，效果并不理想，主要存在如下問題：

（1）生產過程中，采場兩幫出現坍塌，引起井下生產安全問題；

（2）中深孔鑿巖鉆機鉆頭尺寸過大，導致整體裝藥量偏高；

（3）井下實際裝藥完全無法滿足設計要求，如雷管段位及數量經常無法保證，使單段爆破炸藥量偏高、爆破系統可靠性下降。另外鑿巖質量需要加強，殘孔、水孔數量較多，導致無法裝藥。設計邊孔采用乳化炸藥裝藥，但每次乳化炸藥量均無法滿足設計需求量。

（4）中深孔T100鑿巖鉆機故障率較高，據統計目前設備故障時間占總運行時間的40%以上，導致鑿巖效率相對較低。

2.2.3其他影響采礦能力及效益的問題

（1）每中段第一分層進路回采后，需施工鋼筋混凝土假底，但由于采礦進路限制，假頂成條狀獨立存在，無法連成整體，且由于施工時料漿配比誤差等原因，強度很難達到設計要求，在下一中段最上一分層施工時，常出現假頂垮塌現象，對施工造成嚴重影響。

（2）錦豐金礦現場所有樣品都送至沙坪試驗室進行化驗，樣品數據最快也要隔天返回，導致每個作業面平均耽誤2～3個班組甚至更長時間。在工作面有限，且供礦任務重的情況下，直接影響供礦量及生產效率，目前雖然自建一實驗室，但新員工培訓上崗后，因操作熟練度及操作手法等人為因素，樣品數據的準確性也有待校核；且因實驗流程固定，化驗時間長，每個作業面也會耽誤2個班組左右的工作時間。在實際生產中為加快施工進度，作業面爆破后先將渣料倒運到轉運硐室，等化驗結果返回后再進行調配，增加了二次倒運費用，對施工也造成很大影響。

3針對以上問題改進開采技術的措施及效果

針對錦豐金礦上向進路式膠結充填采礦方法綜合生產能力不足、成本高，且中深孔采礦方法效果不理想及作業流程不完善等問題，對前期生產及實驗進行分析總結，針對性的提出新的采礦技術及措施。

3.1預控頂小分段空場嗣后充填采礦法

3.1.1方案概述

為增加單個采場的生產能力，保證采場安全穩定，采用預控頂小分段空場嗣后充填采礦法，通過預先施工砂漿錨索進行護頂及護幫，在“再造環境”下進行小分段空場落礦，嗣后進行充填。該方案的特點是：從下向上小分段回采，小分段采場高度為10m或12.5m，寬7.5m，長為礦體厚度，邊施工拉底硐室，邊施工上向錨索孔，錨索長度兼顧兩個小分段開采，錨索孔孔徑?60mm，孔網參數2.0m×2.0m，上向注漿。再施工上部鑿巖硐室，硐室預留點柱，點柱規格2.0m×2.0m，鑿下向炮孔，考慮到礦體破碎，中間孔孔徑?90mm，孔網參數2.6m×2.5m，柱狀連續裝藥結構；邊孔孔徑?80mm，孔網參數2.0m×1.6m，間隔不耦合裝藥結構。出礦采用遙控鏟運機作業，從上下盤穿脈巷道進入。采用兩步驟回采順序，礦房采場開采寬度為5.7～6.0m，采用分級尾砂高強度膠結充填體充填；礦柱采場開采寬度為9.0～9.3m，采用廢石或分級尾砂低強度膠結充填體充填。

3.1.2該方案需注意的問題

（1）由于礦體破碎，錨索孔和爆破炮孔成孔利用率需重點考慮，錨索孔鉆孔完成后立即開始安裝錨桿及注漿；炮孔鉆孔完成后可提前裝藥，并用木塞等封堵孔口，縮短錨索孔和爆破炮孔成孔后的停留時間，提高成孔利用率。

（2）鑿巖硐室預留點柱，采用錨索錨桿掛網噴漿加固頂板，幫壁采用錨索孔注漿擊鼓方式，施工質量決定了加固效果和穩定性。

（3）在鑿巖爆破過程中，邊孔采用導爆索+藥卷的間隔不耦合裝藥、增加微差爆破的段位以及排間增加預裂孔的方式保護兩幫圍巖的穩定性。

（4）應加強井下現場施工監管力度，確保試驗采場實際施工按照設計執行。并建立重點原件的配件庫，提高鑿巖鉆機施工效率。

3.1.3預控頂小分段空場嗣后充填采礦法效果

通過對比分析，該方案與上向進路式膠結充填采礦法在采場直接成本上基本持平，但生產能力提高約1.5倍，采場生產能力大；預先進行控頂及護幫，改善了采場整體環境，解決了原方案中采場兩幫出現坍塌問題；采用小分段回采，易于控制損失貧化率。

在原中深孔施工方案現場經驗的基礎上總結優化后，實施該方案使現有采礦方法存在的問題均得以解決，效果良好。

3.2大斷面進路式采礦方法

針對錦豐金礦生產面臨的難題，根據錦豐金礦礦體的賦存條件，結合國內外進路式高效開采經驗，確定錦豐金礦進路式充填采礦法采場結構參數，并通過數值模擬手段采場優化的結構參數進行穩定性分析，在提高生產效率，降低生產成本的同時，保證礦石的安全回采。

3.2.1方案概述

針對錦豐進路式充填采礦法生產能力較低、支護成本高的問題，提出優化采場結構參數的想法，即將分段高度為20m的采場由四個分層變為三個分層，即將進路斷面尺寸調整為5m×6.5m。并通過數值模擬分析軟件，驗證大斷面5×6.5m進路式采礦中采場地壓活動相對穩定，并根據數值模擬相關結論，確定相應的安全防護措施，確保井下安全高效的生產。

3.2.2注意事項

通過前期實踐，大斷面試驗采場支護施工難度大，存在一定安全隱患，將大斷面試驗采場第二分層將進路斷面高度降低為6m，巷道參數為5×6m，其巷道支護設計如圖1所示。確定錨桿長度為2.4m；樹脂錨桿直徑為25mm，間距為1.2m，排距1.5m。管縫式錨桿直徑47.5mm，錨桿間距為1.2m，錨桿排距1.2m。

3.2.3大斷面進路式采礦方法效果

通過現場實驗來看，以及礦山提供的相應數據，進行經濟對比分析，得出大斷面進路式采礦法與常規進路采場法相比較，降低噸礦成本6.47元/t，提高生產能力約11.3%。在試驗采場進路施工過程中，未發現進路頂板和側幫發生冒落，該方法同時具有一定的安全性，效果良好，可在合適的礦體條件下進行推廣應用。

3.3中段最后分層采用挑頂方法回采

3.3.1方案概述

根據錦豐金礦充填實際情況，在上向進路式膠結充填采礦方法中，一個中段內最后分段的第三分層采用進路式回采完成后，由掘進頭向第四分層施工上向扇形孔，逐排爆破進行挑頂，后退式回采第四分層。施工參數為，排面傾角90°、排距1.5m；每排炮孔數3～4個，相鄰兩排炮孔交錯布置；炮孔傾角根據礦體形狀及每排炮孔數而定，一般為78～114°；炮孔直徑120mm；孔深一般5m左右，根據礦體形態而定；填塞長度2.5m（根據L=d（20～25）求得，d為炮孔直徑）；爆破采用逐孔起爆，如圖2所示。

3.3.2該方案注意事項

邊孔孔底距離邊幫不宜大于0.8m（根據單孔作用范圍確定，d=0.55*最小抵抗線）；挑頂爆破完成后，采用遙控鏟運機后退式出礦，確保施工安全；回采完成后，及時封堵充填，減少暴露時間；中段內最后一分段的第三分層布置進路應與上一中段第一分段的第一分層進路相互垂直或成一定角度，避免平行布置。

3.3.3挑頂方法回采中段最后分層實施效果

挑頂回采通過在錦豐金礦實際應用來看，不僅增加了安全系數也提高了回采效率，實施效果良好。

3.4引進手持式礦石品位分析儀

手持式礦石品位分析儀可實現多元素現場快速分析，有效解決礦石化驗數據不及時問題，控制損失貧化，達到精細化開采的目的。

3.4.1手持式礦石品位分析儀工作原理

手持式礦石分析儀工作原理采用的是物理光譜分析技術，通過產生射線激發樣品對應元素原子內層電子，并利用探測器將其轉變成電信號，來得到樣品元素的特征信息。

3.4.2該設備使用優勢

通過對工作面礦石品位進行隨時檢測，控制損失貧化，達到精細化管理的目的，使工作面連續作業，提高采礦效率；對沙坪實驗室及自建實驗室的樣品化驗數據進行校核，同時可減少自建化驗室的人員數量；手持式礦石品位分析儀，分析一個樣品約1分鐘時間，分析樣品速度快，將樣品研磨后分析出的數據，更具有代表性。

3.4.3手持式礦石品位分析儀使用效果

目前開采逐漸向深部轉移，礦體變窄，工作面逐漸變少，生產任務重時間緊，該設備能快速分析礦石品位數據，加快作業循環，減少損失貧化及礦石轉運費用、選廠供礦不足導致的設備及人員窩工費用，為完成公司各項任務指標保駕護航；同時使用成熟后可代替或部分代替實驗室化驗，節約樣品檢測的運輸費、分析費及化驗人員工資費用等，潛在經濟效益巨大（根據錦豐金礦目前實際情況，損失貧化提高一個百分點，可增加年效益近千萬；可節省年礦石轉運費用幾百萬；如能代替實驗室化驗，可節省年化驗費用近百萬；其他人工費、產生誤工及選廠礦石不足導致設備、人員窩工費用等也十分巨大），該設備在國內外礦山廣泛應用，效果良好。

4結論

（1）對原中深孔施工方案及現場經驗總結優化后，提出預控頂小分段空場嗣后充填采礦法，采場直接成本與上向進路式膠結采礦方法基本持平，但生產能力可提高約1.5倍，解決現有生產能力低下、中深孔采礦不理想問題。

（2）針對錦豐進路式充填采礦法生產能力較低、支護成本高的問題，提出大斷面進路式采礦方法，通過實踐來看，未發現進路頂板和側幫發生冒落，具有一定的安全性，同時與常規進路采場法相比較，降低噸礦成本6.47元/t，提高生產能力約11.3%。

（3）針對假底強度不夠問題，對中段最后分層采用挑頂回采方法，根據該方法的長期應用來看，不僅增加了安全系數也提高了回采效率。

（4）引進手持式礦石品位分析儀，實現多元素現場快速分析，簡化送檢程序、減少化驗數據等待時間，對開采過程進行精確管理和控制，加快作業循環，減少損失貧化及礦石倒運、人員設備窩工等費用，經濟效益巨大。

參考文獻

[1]陳懋弘.基于成礦構造和成礦流體耦合條件下的貴州錦豐（爛泥溝）金礦成礦模式（D）. 中國地質科學院，2007：P578.

[2]宋鑫.爭做戰略性產業 在“一帶一路”先行先導（J）. 企業文明，2016（12）：P35—P37.

作者簡介：翟雷（1986-）男，漢族，遼寧省盤錦市盤山縣人，本科學歷，采礦工程師，從事采礦設計管理工作。

（作者單位：1.西藏華泰龍礦業開發有限公司；2.貴州錦豐礦業有限公司）