有限回采空間內貧礦資源無底柱分段崩落法低貧損開采方案研究

譚寶會 王 虎 張志貴 王永定 龍衛國 龔 臻 何建元 陳星明

(1.西南科技大學環境與資源學院,四川 綿陽 621010;2.金川集團有限公司龍首礦,甘肅 金昌 737100)

無底柱分段崩落法因具有產能大、機械化程度高、應用靈活以及安全性好等一系列優點而被廣泛應用于開采礦巖穩固的厚大傾斜金屬礦床[1]。 但由于是在覆巖下進行出礦,較高的礦石貧損率一直是該方法的一大缺點[2]。 據統計,無底柱分段崩落法的礦石損失率通?？蛇_到15%～20%,而其損失率通常也可達到15%～30%[3]。 因此,如何降低無底柱分段崩落法礦山的損失貧化一直是礦業領域的重點研究方向。 近年來,隨著礦產資源需求量的大幅增大,無底柱分段崩落法也開始被應用于破碎礦體、傾斜甚至緩傾斜礦體以及低品位礦體等復雜開采條件[4-6],使得礦石貧損的控制難度和要求進一步提高。 為了降低無底柱分段崩落法的礦石貧損,多年來眾多學者在優化采場結構參數[7]、改進出礦控制方式[8]以及采礦工藝[9-10]等方面進行了大量研究,并進行了現場應用,取得了一定的成效。 然而這些研究大多是在較為良好的礦石開采條件下開展,要么是礦體賦存條件較好,采場內分段數目較多,有利于無底柱分段崩落法礦石轉段回收特性的發揮,能夠較好地控制礦石損失;要么是所回采的礦石品位較高或廢石易于分選,對于貧化具有較好的寬容度。 然而,當無底柱分段崩落法采場回采空間十分有限且礦石品位較低時,就會使礦石的回采及回收條件變得極為復雜,以往所取得的研究成果可能不再適用。

針對上述不足,本研究以龍首礦西二采區無底柱分段崩落法回采為例,設計出一種可以在有限回采空間內(分段數目≤5 個)實現礦產資源低貧損開采方案。 該方案以回采分段為單元,分別設置各分段的主要回采任務和目標,同時制定相應的礦石回采和回收措施,從而在有限的回采空間內構成一種組合式礦石回采方案,可以實現及時放頂形成覆蓋層、減少廢石混入以及充分回收礦石的目的。 同時以西二采區為工程背景,采用物理放礦模擬試驗方法系統研究了該方案的礦巖移動規律及礦石回收指標,并根據試驗結果在現場開展工業試驗,取得了良好的應用成效,可為類似礦山提供參考。

1 有限回采空間內的低貧損回采方案原理

由于無底柱分段崩落法采場礦石具有轉段回收的特點,因此一般來說采場內的分段數目越多,越有利于礦石的充分回收和貧化控制。 有研究表明[11],當無底柱分段崩落法采場只回采1 個分段時,其回采率僅為30%,回采2 個分段時回采率為50%,當回采3 個分段時回采率才基本達到70%。 因此,為了保障基本的回采率,無底柱分段崩落法采場布置的分段數目通常不宜少于3 個。 然而,當采用無底柱分段崩落法回采延深長度較小的礦體時,由于采場內所能布置的分段數目十分有限,通常僅可布置3 ～5 個回采分段,此時將面臨覆蓋層安全高效形成、礦石貧損指標控制等一系列技術難題,如果目標礦體的品位較低,則會進一步增大礦石的貧損控制難度。 為解決這些技術難題,本研究設計出一種可在有限回采空間內實現無底柱分段崩落法低貧損開采的技術方案,該方案以無貧化放礦理論為指導,以回采分段為單元分別設定各分段的主要回采任務和目標,再根據各分段所承擔的任務和目標有針對性地制定礦石回采方案。

1.1 首采分段回采方案

對于首采分段,其主要任務和目的并非采礦,而是通過階梯式退采均勻擴展采空區,促使頂板圍巖及時冒落形成覆蓋層,同時該分段的出礦量需要嚴格控制在步距崩礦量的30%～40%,其作用有:① 通過放出部分崩落礦石,為頂板圍巖冒落提供空間;② 通過總量控制出礦確保采空區底板預留有足夠的散體礦石作為安全緩沖墊層,在出礦過程中確保出礦口始終處于封堵狀態,預防空區頂板冒落帶來的沖擊危害。

1.2 中間分段回采方案

中間分段是指除了首采分段和最末分段以外的其余分段,這樣的分段在采場中一般有2 ～3 個。 在首采分段誘導頂板圍巖順利冒落形成覆蓋層后,中間分段便可以視為在正常條件下進行礦石回采,其主要任務是充分、高質量地進行礦石回收。 因此,為了避免采用傳統截止品位放礦方式帶來較大的礦石貧化,在中間分段采用“見廢即?！钡牡拓毣诺V方式進行放礦,即判斷廢石正常到達出礦口后便停止出礦,使得在截止品位放礦方式下需要以貧化形式放出的礦石暫時留在采場內,在下一步距或下一分段以純礦石的方式得到回收,從而減少無效貧化,提高礦石回收質量[12]。 此外,首采分段通過總量控制放礦后在采場中留下的礦石隔離層也可以有效阻隔覆蓋層廢石提前混入,這也為中間分段實施低貧化放礦創造了便利條件。

1.3 最末分段回采方案

最末分段是采場中的最后一個回采分段,也是采場內礦石最后的回收機會,因此最末分段的回采目標是要最大限度地實現采場內礦石回收。 當礦石品位較高時,最末分段宜采用截止品位方式進行出礦,以充分回收崩落礦石;當礦石品位較低時,需要嚴格控制礦石貧化,則在最末分段可繼續采用低貧化方式進行出礦,以嚴格控制礦石貧化。 除此之外,還可采取在相鄰進路之間增設輔助進路的方式,對最末分段無法轉段回收的殘留礦量(主要指桃形礦柱和脊部殘留)進行回采,從而實現采場內礦石的充分回收,同樣地,輔助進路的放礦控制方式根據礦石品位高低或貧化控制需求進行確定。 研究表明,最末分段殘留礦石占分段礦量的25%～30%,通過在最末分段設置輔助回收進路,可使采場總的礦石回收率提高5 ～8 個百分點[13]。

根據上述分析,可在有限的回采空間內,形成以回采分段為單元的無底柱分段崩落法低貧損開采方案,原理如圖1 所示。

圖1 有限回采空間內無底柱分段崩落法低貧損回采方案Fig.1 Principle of low lean depletion stoping scheme of sublevel caving without pillar in limited stopi ng space

2 工程背景

金川龍首礦是我國鎳礦石的主要生產基地之一,西二采區是該礦的主力采區。 該礦區地表100 m 以下見礦,礦體傾角70°～80°,厚度28 ～200 m,沿走向全長463 m,屬于厚大急傾斜礦體。 該礦區礦巖較為破碎,礦體普氏系數為2. 4 ～7. 0,圍巖普氏系數為0.8～6.5。 此外,西二采區礦石品位較低,僅為金川富礦品位的1/3 左右,屬于金川礦區的貧礦資源。 但由于鎳礦經濟價值較高,為了控制礦石貧損,礦山采用了下向水平分層膠結充填法進行開采,設有1 554 m 和1 430 m 兩個中段同時開采,年產礦石165 萬t。

表1 試驗物料塊度組成Table 1 Block composition of experimental materials

2016 年左右全球鎳價大幅下降,采用生產成本較高的充填法回采低品位礦石使得西二采區的采礦生產瀕臨虧損。 為了扭轉不利形勢,礦山計劃將上部中段轉為采礦成本較低的無底柱分段崩落法,此時上部中段已形成了近30 m 厚的膠結充填體,下部中段形成了近50 m 厚的膠結充填體,擬用崩落法開采的礦體夾于上下兩個充填體之間。

經過前期研究,最終確定出西二采區上部中段崩落法采場共可布置4 個回采分段,分別位于1 595、1 580、1 565、1 546 m 水平,進路間距為15 m,崩礦步距為2.2 m。 為了在2 種不同采礦方法轉換過渡期維持上部中段的產量,礦山規劃在1 595 m 分段以9#勘探線為界,其以東范圍進行崩落法采準工作,以西范圍則繼續采用充填法進行回采,按計劃當該范圍利用充填法回采至1 600 m 水平時,9#勘探線以東的崩落法采場便可基本投入生產,屆時再完全終止上部中段的充填采礦作業。 在回采1 580 m 分段時,上部中段將全部轉為崩落法開采。 同時,為了進一步降低崩落法采礦成本,礦山計劃在首采分段誘導冒落頂板膠結充填體形成覆蓋層[14]。 西二采區充填法采場與崩落法采場分布如圖2 所示。

圖2 西二采區充填法采場與崩落法采場的分布Fig.2 Distribution of filling stope and caving stope in West No.2 Mining Area

可見,西二采區上部中段礦體高度只有67.5 m,無底柱分段崩落法采場內僅可布置4 個回采分段,回采空間十分有限,并不利于礦石貧損控制,但對于西二采區這樣的低品位貴重礦產資源來說,無底柱分段崩落法貧化損失大的缺陷又必須克服。 在此工程背景下,有必要針對西二采區上部中段無底柱分段崩落法礦石回收條件,研發出科學、合理的礦石回采方案,實現西二采區貧礦資源低成本、高質量回收的總體目標。

3 西二采區無底柱分段崩落法低貧損開采方案

為了在西二采區崩落法采場僅有的4 個分段內實現貧礦資源的充分、高質量回收,根據各分段的回采任務及礦石回收條件,針對各分段分別制定礦石回收方案。

(1)1 595 m 分段回采方案。 1 595 m 分段作為崩落法采場的首采分段,其主要的回采任務是通過采礦安全順利地誘導頂板膠結充填體冒落形成覆蓋層。在此過程中,首采分段的礦石放出量需要嚴格控制在崩落量的30%～40%[15],預留在首采分段的礦石墊層不僅可以消除頂板冒落沖擊災害,還可以有效阻隔冒落的膠結充填體提前混入礦石,從而為下部分段的貧化控制創造有利條件。 因此,在1 595 m 首采分段采取總量控制出礦方式。 由于膠結充填體強度較低,僅為天然礦巖體強度的1/5 ～1/10,而1 595 m 分段9#勘探線以東的回采面積可達到20 000 m2以上,根據生產經驗[16],如此之大的暴露面積足以誘導頂板膠結充填體冒落形成覆蓋層。 因此,可以認為1 595 m 分段回采結束后,可順利誘導頂板膠結充填體冒落形成覆蓋層。

(2)1 580 m 分段回采方案。 對于1 580 m 分段,其9#勘探線以東屬于第二分段回采,其上部已經形成覆蓋層,因此該區域可以視作是在正常條件下進行礦石回采,其主要任務是實現礦石低貧化、高質量回收。 因此,該區域采用正?！耙姀U即?！钡牡拓毣诺V方式進行出礦。 1 580 m 分段9#勘探線以西則屬于首采分段,其主要任務是誘導冒落形成覆蓋層,因此該區域采取的是總量控制方式出礦,出礦量控制在崩落量的30%～40%。

(3)1 565 m 分段回采方案。 在回采1 565 m 分段時,其上部的覆蓋層已經完全形成,整個分段進路上部均具有轉段回收礦量,因此該分段是采場中礦石回收條件最好的分段,其主要回采任務是實現礦石低貧化、高質量回收。 為了控制貧化,該分段采取正?！耙姀U即?！钡牡拓毣诺V方式,減少無效貧化,實現礦石的高質量回收。

(4)1 546 m 分段回采方案。 1 546 m 分段是崩落法采場中的最后一個分段,顯然,在最末分段采取截止品位放礦方式可以最大限度地回收礦石,但考慮到西二采區的貧礦資源對貧化極為敏感,因此在最末分段依然采用正?！耙姀U即?！钡牡拓毣诺V方式。同時,還可在最末分段相鄰回采進路之間增設輔助回采進路回收殘留礦石(主要是桃形礦柱和脊部殘留)。 但由于西二采區礦巖破碎,加之最末分段布置在1 546 m 水平,該水平恰好是上部中段礦體和下部中段充填體的接觸面,接觸面上廣泛存在充填沉縮空洞,這些因素的存在增大了輔助進路的實施難度,屆時需要根據最末分段的實際采礦情況確定是否具備施工輔助進路的條件。

綜上分析,本研究針對西二采區無底柱分段崩落法采場僅有的4 個回采分段,設計出一種以分段為回采單元的組合式低貧損回采方案,力求在該采區上部中段實現崩落法的低成本、高質量回收。

4 放礦試驗

為了驗證本研究組合式低貧損回采方案在貧損控制方面的有效性,前期已設計并制作了一件單分間立體放礦模型,對該方案和傳統截止品位放礦方案進行對比研究,初步驗證了該方案在貧損控制方面的優越性能[13]。 但由于單分間模型精度有限,對于現場實際采礦條件的還原度也有待提升,因此本研究在已有成果的基礎上,設計并制作了一件多分間、多分段、多步距的立體放礦模型。 針對西二采區上部中段礦體的實際開采條件開展具有更高仿真度的放礦試驗,以進一步掌握所提出的低貧損開采方案的礦巖移動規律及礦石回收指標,為現場采礦試驗提供更為可靠的技術參考。

4.1 模型設計

本次物理放礦模擬試驗結合西二采區上部中段實際開采條件,設計的立體放礦模型如圖3 所示。 該模型比例為1 ∶100,為了便于試驗觀察,模型正面為1 cm 厚的透明有機玻璃,其余三面為2 cm 厚的實木板材,回采進路及步距插片均采用厚度為2 mm 的鐵片制作。 模型共包含4 個放礦分段,從上至下分別對應實際中的1 595、1 580、1 565、1 546 m 分段,其中第1分段設計4 條回采進路;第2 分段設計7 條回采進路,在圖3(b)中左側3 條進路代表9#勘探線以東回采范圍(屬于第2 分段回采),右側3 條進路代表9#勘探線以西回采范圍(屬于首采分段),中間1 條進路為東、西過渡帶進路;第3 分段包含8 條進路;第4分段包含7 條回采進路。 模型進路高度為4.1 cm,寬度為4.2 cm,每條回采進路設置1 個切割槽步距和8 個正排步距,其放礦步距分別為4.8 cm 和2.4 cm,首采分段正排邊孔角為40°,其余分段正排邊孔角為45°。

圖3 放礦試驗模型設計圖及實物照片(單位:cm)Fig.3 Design drawing and physical photos of ore-drawing experimental model

相較于普通的平面模型和單分間立體模型,本次試驗所設計的模型為真正意義上的立體放礦試驗模型,因而其試驗結果具有更高的精度和可信度,對礦山現場生產的指導性也更強。 但由于模型中共包含了26 條放礦進路以及270 個步距插片,如此繁多的進路及步距插片也增大了試驗難度和復雜性。

研究表明,在無底柱分段崩落法中礦石和廢石的散體粒度對于放礦過程中的礦巖移動規律有顯著影響,而礦巖之間的微小密度差異對礦巖移動規律的影響較小[17]。 因此,為了便于觀察礦巖移動過程以及篩分放出的礦石和廢石,本次試驗采用白云巖顆粒代表礦石散體,密度為1.36 g/cm3,采用磁鐵礦石顆粒代表廢石散體,密度為2.34 g/cm3。 試驗散體物料的塊度組成見表1。

4.2 試驗過程

由于本研究物理放礦模型系統比較復雜,為了避免放礦過程出現人為操作失誤,試驗前對模型中的分段、進路以及步距進行編號,確保整個放礦過程能夠有序操作。 放礦試驗嚴格按照從上至下逐分段的回采順序進行,在同一分段內各進路保持平行退采。

在第1 分段出礦時,步距放出量嚴格控制在步距裝礦量的30%～40%;第2 分段左側3 條進路及中間過渡帶1 條進路均采取低貧化放礦控制方式進行出礦,放礦時正常見到廢石便停止出礦,對于右側3 條進路則按照步距裝礦量的30%～40%進行控制出礦;第3 分段整體按照“見廢即?！钡牡拓毣绞竭M行出礦,同時需要放出那些在提前滲透至出礦口的細小廢石,以減少其在下部分段放礦時繼續對礦石摻混;第4 分段同樣采取正?！耙姀U即?！钡牡拓毣绞竭M行出礦,考慮到前期研究結果已表明在最末分段采用輔助進路回采殘留礦石可使總的回采率提高5% ～8%[13],加之本次試驗過程較為復雜,因此最末分段不再進行輔助進路回采殘留礦石試驗。

需要說明的是,對于首采分段在出礦過程中若發現出礦量未達到步距裝礦量的40%時就有廢石放出,則應立即停止出礦。 對于其余的低貧化放礦分段,為了判斷廢石正常到達出礦口,設定截止出礦時的瞬時貧化率為15%,對應的體積廢石混入率為20%。 試驗過程中對每個步距、每條進路和每個分段的放出總量、放出礦石量以及放出廢石量進行詳細記錄,再計算各分段及總的礦石回收指標。 本次放礦試驗過程如圖4 所示。

圖4 物理模擬放礦試驗過程Fig.4 Physical simulation ore-drawing experimental process

4.3 試驗結果

為了確保試驗結果的可靠性,試驗共進行了2次,2 次試驗結果指標基本相同,見表2。 由于第2 分段左側3 條進路(屬于第2 分段回采)和右側3 進路(屬于首采分段回采)的回采條件不同,因此分別對礦石回收指標進行統計,表中所統計的廢石混入率為體積混入率。

表2 物理模擬放礦試驗結果Table 2 Results of physical model tests %

通過本次試驗得出,第1 分段的礦石層高度為18.5 cm,放出礦石量為崩礦量的36.6%,符合“放出崩落量的30%～40%”這一預設目標,但在出礦尾期有少量廢石被放出,經計算第1 分段的廢石混入率約為7.9%。 第1 分段礦石回收率在36.6%便有廢石放出的主要原因是:礦石層高度較低,加之首采分段沒有可以回收的轉段礦量,反而是在放礦過程中要產生脊部殘留、正面殘留以及靠壁殘留等,因而首采分段的礦石回收量較低,不會超過40%。

第2 分段左側3 條進路上部具有比較正常的覆蓋層和礦石脊部殘留,礦石層高度達到28 cm 左右,該區域按照低貧化放礦方式進行出礦后,礦石回收率達到86.9%,廢石混入率僅為4.1%。 第2 分段右側3 條進路屬于首采分段,礦石層高度為20 cm,該區域礦石回收率為35.4%,廢石混入率為7.6%。 此外,在試驗中觀察到中間過渡帶進路出礦過程中的廢石首先來自右側高度較低的廢石層,各步距在出礦量達到崩落量的30%～40%時便有大量廢石放出,因此實際采礦中過渡帶進路建議按照崩落量的30%～40%進行控制出礦。

第3 分段上部形成了完整的覆蓋層以及脊部礦石殘留,礦石層高度接近30 cm,因此該分段是模型中礦石回收條件最好的分段,在采用“見廢即?！钡牡拓毣诺V模式下,該分段礦石回收率達到104.7%,廢石混入率僅為5.3%。 第4 分段作為采場中最后一個回采分段,其分段高度增加到19 cm,礦石層高度接近34 cm,為了控制貧化,繼續按照低貧化放礦方式進行出礦,該分段礦石回收率為93.0%,廢石混入率僅為6.1%。

在試驗過程中觀察到,各分段出礦時總是正面廢石要先于頂部廢石出現在出礦口,客觀上造成了步距放礦后存在“靠壁殘留”現象。 雖然首采分段也有一定量的“靠壁殘留”存在,但因其高度較低,僅為3 ～5 cm,不能有效擴大后一步距純礦石放出體體積,因此首采分段步距純礦石放出量一直處于較低水平。 其余分段的“靠壁殘留”礦石高度可以達到1 個分段以上,使得絕大部分步距崩落礦石連同前一步距的“靠壁殘留”能夠一并以沒有貧化或貧化很低的狀態放出,從而有效增加了步距純礦石放出體體積。

最終,計算出本次放礦試驗的總礦石回收率為75.6%,總廢石混入率為6.0%。 僅從回收率上來看,本次試驗所得指標雖然已處于較高水平,但并不特別理想,主要是由于最末分段本該采用截止品位放礦方式以最大限度地回收采場內礦石,但西二采區貧礦資源對礦石貧化極為敏感,無法接受截止品位出礦帶來的較高貧化率,只能采用低貧化方式出礦,從而導致總體回收率降低了3 ～5 個百分點。 此外,考慮到采礦安全及成本等因素,暫時不考慮采用輔助進路對最末分段的桃形礦柱及脊部殘留礦量進行回收,這又將導致總體回收率降低5 個左右的百分點。

但該方案的最大優勢是在相對充分回收礦石的基礎上,實現了西二采區貧礦資源的超低貧化回收,克服了采用傳統截止品位放礦時步距出礦40%～50%便會開始發生貧化的不足,使得更多的礦石能夠以純礦石的形式得到回收,最大限度提高了崩落法開采的礦石回收質量,更符合西二采區貧礦資源高質量回收的總體需求。 因此,從經濟、技術、安全以及貧礦資源開采的特殊需求等因素綜合分析,該方案所獲取的回收指標已屬較優水平,可以在實踐中進行推廣。

5 現場工業試驗

龍首礦西二采區上部中段崩落法采場于2019 年5 月正式投入生產,截至目前(2022 年9 月)已從1 595 m 分段回采至1 565 m 分段,采場產能達到8萬t/月,年產量接近100 萬t,已成為龍首礦的主力采區。 為了嚴格控制回采過程中的礦石貧化,西二采區崩落法在放礦過程中采用了本研究所提“首采分段總量控制放礦、其余分段低貧化放礦”的組合式放礦方案。 西二采區的膠結充填體和礦石在手感、顏色和密度方面具有較為明顯的差異,二者易于區分,因而便于低貧化放礦方式的應用。

各分段的現場出礦情況如圖5 所示。 圖5(a)是1 595 m 分段8#進路第35 排炮孔出礦結束時的狀態,此時共出礦44 鏟,占炮排崩落量35%,爆堆上未見廢石,出礦口處于封堵狀態。 圖5(b)是1 580 m 分段7#進路22 排炮孔出礦結束時的狀態(位于9#勘探線以東,屬于第2 分段回采),此時出礦102 鏟,占炮排崩落量81%,爆堆上開始有冒落膠結充填體(爆堆上的淺白色塊體)被放出,表示廢石已到達出礦口。 圖5(c)是1 580 m 分段20#進路26 排炮孔出礦結束時的狀態(位于9#勘探線以西,屬于首采分段回采),此時出礦54 鏟,占炮排崩落量42%,出礦口未出空,爆堆上未見廢石。 圖5(d)是1 565 m 分段8#排炮孔出礦終止時的狀態,此時出礦134 鏟,占炮排崩落量106%,爆堆上開始有冒落膠結充填體放出,表示廢石已到達出礦口。

圖5 西二采區崩落法采場礦石回收情況Fig.5 Ore recovery of sublevel caving stope in West No.2 Mining Area

經統計,1 595 m 分段礦石回收率為28%,體積廢石混入率為4. 5%,在該分段有膠結充填體被放出,表明隨著采礦的進行,頂板膠結充填體按預期冒落形成覆蓋層;1 580 m 分段9#勘探線以西范圍(屬于首采分段)礦石回收率為37.7%,體積廢石混入率為5.2%;1 580 m 分段9#勘探線以東范圍(屬于第2分段回采)礦石回收率為80.8%,體積廢石混入率為9.6%;1 580 m 分段9#勘探線東、西過渡帶進路(即1 580 m 分段17#進路)礦石回收率為43.9%,體積廢石混入率為4.0%;1 565 m 分段尚未完全回采結束,已回采區域的礦石回收率為103%,體積廢石混入率為8.5%。

放礦模擬試驗各分段礦石回收指標與實際采礦各分段礦石回收指標對比如圖6 所示。 由圖6 可知:現場生產中各分段的礦石回收指標與實驗室獲得的結果極為接近,二者回收指標的變化規律與趨勢也基本相同,說明物理放礦試驗對于現場生產起到了很好的預測和指導作用。 進一步分析認為,各分段實際回收指標略遜于試驗指標的主要原因是,礦體具有一定的傾角,在上盤和下盤部位切巖混采時導致混入了較多的廢石。 此外,西二采區礦巖松軟破碎,炮孔破壞、眉線破壞、推排及懸頂等事故時有發生,不利于礦石的貧損控制。

圖6 物理試驗回收指標與現場采礦回收指標對比Fig.6 Comparison of recovery indexes of physical experiments and on-site mining

現場生產實踐表明,西二采區崩落法采場通過在首采分段按照總量控制方式出礦,安全順利地誘導頂板冒落形成覆蓋層,其余分段通過低貧化方式控制出礦,在獲得較為理想礦石回收率的基礎上,將廢石混入率控制在了10%以內,使得崩落礦石最大限度地以純礦石方式得到回收,有效提升了礦石回收質量。此外經統計,西二采區崩落法的采礦成本為95.78元/t,較原膠結充填法的采礦成本133.76 元/t 降低了37.98 元/t,降低幅度達28%左右。 總體而言,本研究提出的放礦控制方案在現場應用后實現了西二采區貧礦資源低成本、高質量回收的總體目標,表明該方案可有效滿足西二采區貧礦資源的安全高效開發需求。

6 結 論

(1)針對在有限回采空間內采用無底柱分段崩落法回采低品位礦石時貧損控制難度大的問題,以龍首礦西二采區為例,提出了一種可以在有限回采空間內(分段數目≤5 個)實現礦產資源低貧損開采方案。該方案以回采分段為單元,分別設置各分段的主要回采任務和目標,即在首采分段總量控制出礦,在中間分段低貧化方式控制出礦,在最末分段低貧化出礦同時采用輔助進路回收殘留礦石,從而在有限的回采空間內實現及時放頂形成覆蓋層、減少廢石混入以及充分回收礦石的目的。

(2)理論分析、物理模擬放礦試驗表明,即便在暫時不考慮利用輔助進路回收最末分段殘留礦石的情況下,所提采礦方案也可使西二采區崩落法采場的回收率達到75.6%,而貧化率僅為6.0%。 表明該方案在最大限度回收礦石的基礎上,有效克服了傳統截止品位出礦方式貧化大的不足。 現場工業試驗結果表明,該方案在現場應用后順利形成覆蓋層,同時各分段在按預期獲得較為理想礦石回收率的基礎上,使得廢石混入率控制在4.0%～9.6%,實現了西二采區貧礦資源低成本、高質量回收的總體目標。

(3)在下一步生產應用中,需繼續做好上下盤礦巖混采區段的礦石貧損控制工作,進一步解決由于礦巖破碎帶來的炮孔破壞、眉線破壞、推排及懸頂等生產問題,同時深入研究最末分段殘留礦石(桃形礦柱及脊部殘留礦量)的安全高效回收方案,以獲取更優的礦石回收指標。