分段空場采礦法在黃山東17號銅鎳礦的應用

張洋（新疆亞克斯資源開發股份有限公司 哈密 839000）

分段空場采礦法在黃山東17號銅鎳礦的應用

張洋
（新疆亞克斯資源開發股份有限公司 哈密 839000）

早期開采運用淺孔留礦法回采工藝，對礦體賦存條件認識不足，可回采資源利用率差，生產能力達不到設計要求，損失率過高。通過技改，黃山東17號銅鎳礦利用階段回采分段出礦解決了傾斜、緩傾斜雞窩礦回采難度大以及前期遺留的諸多問題?；夭蛇^程中，礦石損失率較高的問題，得到了有效改善，同時最大程度的利用機械化設備，提高生產效率。

淺孔留礦采礦法 坑內輔助斜坡 階段回采分段出礦 采準 回采

1　概況

黃山東17號銅鎳礦原為民營企業，在早期民營開采過程中，對礦體賦存條件認識不足，運用淺孔留礦法回采工藝，對銅鎳礦資源的開采、規劃和管理上存在問題，可回采資源利用率低，生產能力達不到設計要求，損失率過高。自新疆有色集團收購后，于2010年委托烏魯木齊有色冶金設計研究院進行改擴建設計，設計采用豎井開拓，設計生產規模由原來500 t/（15萬t/a）提高到900 t/d（27萬t/a）。設計采用淺孔留礦法進行回采，主要回采17#礦體。實際上在17#礦體的上盤還有15#、16#兩條礦體，因含硅酸鎳較高選礦回收率低，因此基本未予回采。后經公司選廠通過改善選礦工藝技術，提高資源回收，延長礦區服務年限，于2012年黃山東17號銅鎳礦著手技術攻關，針對傾斜不穩固中厚及薄礦體開展開采工藝技術研究，為礦山生產提供技術支撐。

1.1地質條件

黃山東17號銅鎳礦巖漿巖，以中基性為主，次為超基性巖及酸性巖。

主要組成巖石：角閃輝長巖、橄欖輝長巖、輝長閃長巖、輝長蘇長巖、淺色輝長巖等巖石類型。巖體侵位受區域性黃山斷裂構造（F9）控制，斷裂為巖漿上升提供了深部通道。礦體呈似層狀，其形態隨五號超基性巖體形態變化而變化，空間形態近似船形，縱剖面呈弧形凹斗，橫剖面近似U字形。礦區內有15、16、17、48號等數個礦體，礦巖屬中等穩固。礦體在12號勘探線埋深最大（834m），傾角33°～62°，隨走向向東、西兩端，礦體埋深變淺，礦體傾角隨之變緩，分別是10°和39°。礦體品位隨厚度變大、變緩而變富，在礦體下盤和產狀由陡變緩之處，是巖漿熔離-貫入型富礦富集有利部位。其中17號礦體是礦床內最大礦體，最大厚度33m，最小厚度2m，但礦體連續性較差、礦化不均勻屬典型雞窩礦。鎳最高品位5.15%，礦體平均含鎳0.56%。

1.2原開采狀況

原民企回采工藝，采用淺孔留礦采礦法開采。礦塊參數：礦塊沿礦體走向布置，礦塊長40～50m，礦體厚度為采場寬度，階段高度為50m。礦塊分礦房、礦柱，間柱6m，漏斗間距6m，礦房兩端布置人行通風天井。階段高度50m，實際回采高度達到22m采場下盤被爆堆壓死，采場基本報廢，資源損失極大。

圖1　貧損率高原因分析

（1）黃山東銅鎳礦的礦體傾角在33°～62°之間，礦體厚度2m～30m礦體賦存形態屬于傾斜中厚礦體，采用50m階段淺孔留礦法實施空場條件下放礦時，底盤殘留礦量無法放出。因而大量的采場底盤損失是造成礦石回收率低的主要原因。

（2）采場頂柱（3m～5m）難以回收，是造成礦石回收率低的原因之一。

（3）通過試驗測得，黃山東銅鎳礦礦石自然安息角為42°～46°。

根據該礦歷史平均數據，采場可采工業礦石回收率，最好水平只能達到50%～60%，顯然小于國內同行業礦山多年來生產指標（回采率）。而在實際放礦過程中，放礦后形成漏斗的坡面斜率一般大于礦石自然安息角斜率。但在礦山實際生產過程中，常常因松散礦石的濕度、塊度、密度等屬性的不穩定，下盤的礦石也并不一定能全部放出，根據現場調查，采場采高只能回采22m～25m致使個別采場的回采率在40%左右。鑒于上述原因，必須降低回采落礦高度，緩解下盤礦石在放礦條件困難情況下的最小放出量的臨界值。

2　分段空場法

黃山東17號銅鎳礦是巖漿熔離-貫入型，多為雞窩礦，礦體分支復合殲滅再現，且夾石較多，礦體賦存條件極為復雜。為更好的控制采出礦石貧化率，決定仍然采用空場法，設計貧化率12%，損失率14%。

2.1結構參數

考慮到減少開拓采準工程費用投入，最大程度利用原有開拓工程進行改造，同時利用采場在22m～25m范圍內可以正常落礦的經驗，在階段高50m基礎上，新增加一個25m出礦分段。施工坑內輔助斜坡道與上下中段聯通，采用階段回采分段出礦，為提高采場礦石綜合回收率，分段間不留頂柱（圖3）。為提高采場出礦機械化效率，設計采用2m3柴油鏟運機。出礦底部結構采用平底結構（圖2）

圖2　鏟運機出礦平底部結構圖

礦體厚度小于15m，礦塊沿走礦體向布置長度為40～50m，間柱寬為6～8m，階段高50m分段高25m，中段間預留頂柱，分段間不留頂柱；礦體厚度大于15m，礦塊垂直礦體走向布置寬度為25m，礦體寬度即為礦塊長度，間柱寬為6～8m，階段高50m分段高25m，中段間（50m）預留頂柱，分段間（25m）不留頂柱（圖3）。

2.2采準切割工作

參考選型最大設備為2m3油鏟的外形尺寸，設計階段運輸巷在原有2.5m×2.7m規格的基礎上，刷擴至3m×3m凈斷面以保證人員及設備通行安全。

新增的坑內輔助斜坡道，其主要功能為人員材料通行、鏟運設備轉層，設計規格3.2m×3m凈斷面，坡度為15%考慮到長材的通過能力，轉彎半徑設為15m，工程轉彎處，巷道內側加寬100mm外側加寬至200mm，斜坡道內每間隔30m左右設置躲避硐室。

圖3　采場回采示意圖

圖4　

新增分段水平運輸巷、鏟運機進路設計斷面規格為3m×3m凈斷面，水平運輸巷調坡為5‰以內（無軌運輸），以利于坑內積水流入集水窩。參考礦區水文資料及歷年生產情況，井下無涌水，生產用水基本為地表汽運下放入坑內水倉，為節約工程投資，所有巷道內均不設排水溝，只在巷道調坡段最低點設置多個集水窩，使用污水泵排至中段水倉循環利用。

在階段運輸巷與新增分段水平運輸巷中，掘下盤鏟運機運輸巷（沿走向布置采場中）或穿脈鏟運機運輸巷（垂直礦體向布置采場中），在鏟運機運輸巷中每隔8m，掘鏟運機出礦進路與脈內塹溝巷連通（圖2）。在礦房的兩側端部掘行人通風井，天井聯絡道高度間隔5m；如遇局部礦體賦存發生變化，礦體傾角小于45°則在下盤運輸巷外側或出礦進路內上掘長頸漏斗，規格3m×3m但高度不能超過8m（圖4）。采切工程主要有人行通風天井、鏟運機巷（進路）、塹溝集礦巷、上盤運輸巷、長頸漏斗等。此區段的采準工程除人行通風天井和斗井外大部分屬于脈內采準，掘進時大部分是副產礦石、少量是廢石。

其工程布置如下：

（1）人行通風天井：礦塊間共布置2條天井，作為礦房的人行、通風天井。首先在天井設計位置，開掘天井施工硐室；待完成后，使用YT-28型氣腿式打眼機用普通法施工天井。第一層人行通風聯絡道自天井施工硐室底板中心線高度8m處開，以后每間隔5m開聯絡道，聯絡道沿垂直礦體方向布置；相鄰兩條天井構成進出風系統及安全通路。

（2）鏟運機巷（進路）：在各礦塊礦塊設計位置施工，規格3m×3m（寬×高）。

（3）塹溝集礦巷：塹溝巷道沿礦體長軸方向布置于一條脈內巷之間。再垂直向上挑頂3m，達到設計高度后即到達留礦法拉底層采礦水平，回采寬度控制在以集礦塹溝為中心兩側不大于5m范圍內即可。當拉底完成，采場頂板高度達到7m后（以塹溝底板中心線為基準）第一分層開采時，與人行天井第一層聯絡道貫通。同時將3～6m高度范圍內塹溝頂板到拉底層底板間短槽修成與水平夾角不小于55°的邊坡，最終形成”V”字的塹溝集礦巷。

（4）上盤運輸巷：在各礦塊上盤布置一條運輸巷以方便出礦，巷道規格為3.2×3m（寬×高）。

（5）長頸漏斗：長頸漏斗一般布置在礦體下盤運輸巷附近，使用YT-28型氣腿式鑿巖機用普通法施工斗井，待長頸漏斗施工至見礦位置后再往上挑2m紕漏形成受礦漏斗。

2.3回采工作

采場拉底工程完成、聯通拉底與人行通風的第一分層聯絡道后，沿采場長軸方向在采場中適當位置開始拉槽回采，自下而上分層回采，在拉底層中用挑頂落礦，爆下礦石放出1/3，2/3礦石用作下分層回采工作臺，放礦后保持2.0～2.2m空間進行下一分層回采。當礦房回采至上分段與之聯通，局部放礦即從上分段開始直至回采結束，上下分段即同時大放礦，礦石從出礦進路用鏟運機，運至分段、中段運輸平巷最近的溜井，溜至下一階段運輸巷裝車運出（圖4）。

2.4鑿巖爆破

采用YT-28型鑿巖機，垂直礦體頂板打上向傾斜炮孔，以采場拉底作為爆破補償空間，逐段、逐排回采爆破。分層孔深1.5～3m（孔距、排距W=0.8～1.0m），崩礦方向為拉底空間。爆破采用2號巖石硝銨炸藥，使用非電導爆管雷管起爆。

其崩礦參數如下所示：

最小抵抗線（孔距和排距）：W=0.8～1.0m

每次爆破崩落礦巖量：200 t炮孔數：20個

每次爆破總孔深：50m裝藥系數：80%

每次爆破總裝藥量：70kg導爆管雷管：21發

炸藥單耗：0.35 kg/t雷管單耗：0.1發/t

空氣沖擊波安全距離：110m地震波安全距離：10m。

2.5經濟技術指標

礦區使用階段回采分段出礦法其經濟技術指標見表1。

表1　采礦法技術經濟指標

從表1的數據對比可以看出，采用階段回采分段出礦法（分段空場）后，采場的損失率得到了明顯降低，而隨著采場內的均衡出礦，上盤垮落現象得到了有效遏制，貧化率也相對降低。同時在回采過程中也極大的降低了平場工作量。

3　結束語

通過幾年的生產與實踐，礦區利用階段回采分段出礦很好的解決了傾斜、緩傾斜雞窩礦回采難度大以及前期因規劃、設計遺留的諸多問題?；夭蛇^程中，礦石損失率較高的問題，得到了有效改善，同時最大程度的利用機械化設備，提高礦區生產效率。通過技術經濟指標對比，階段回采分段出礦的回采工藝，是一種經濟、高效、安全的采礦方法，在黃山東17號銅鎳礦的成功運用，有利于該方法在同類型礦山的推廣。

［1］解世俊.金屬礦山地下開采〔M〕.北京:冶金工業出版社，2006.

［2］采礦設計手冊編委會.采礦設計手冊〔M〕.北京:中國建筑工業出版社，1992.

［3］楊建國，郭建平.分段鑿巖階段礦房法在遂昌金礦難采厚脈金礦段的應用〔J〕.江西有色金屬，2003（3）:24～26

［4］黃山東17號銅鎳礦改擴建初步設計.烏魯木齊有色冶金設計研究院.

收稿：2016-03-23

10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.04.006