凤山县宏益矿业公司那林金矿开采问题探讨

杨锡祥,孙 杰

(1.招远市欣源黄金科技发展有限公司, 山东招远市 265400;2.岷县天昊黄金有限责任公司, 甘肃定西市 748400)

凤山县宏益矿业公司那林金矿开采问题探讨

杨锡祥1,孙 杰2

(1.招远市欣源黄金科技发展有限公司, 山东招远市 265400;2.岷县天昊黄金有限责任公司, 甘肃定西市 748400)

凤山县宏益矿业有限责任公司那林金矿主要使用无底柱中深孔凿岩分段崩落采矿法开采倾斜、低品位中厚破碎矿体,由于矿山急需矿石生产而不得不把凿岩与出矿巷道布置于破碎矿体脉内,由此而产生回采巷道稳固性、巷道支护方法、矿体回采顺序等一系列问题。针对矿山开采中存在的问题进行了分析和数值模拟研究,提出了保证矿山正常生产的技术措施。

无底柱分段崩落法;矿山地压;巷道支护;矿体回采顺序

我国黄金工业自从2007年成为世界第一生产大国以来,平均选矿入选品位越来越低,目前已不足3×10-6,因而,一步骤回采的崩落采矿法将得到更加广泛应用,无底柱分段崩落采矿法就是其中之一,使用的矿山主要分布于山东、河南、陕西、广西、云南、新疆等省区,并有进一步扩大使用范围之趋势。本文分析与研究宏益矿业公司回采巷道稳固性、矿山岩体力学、巷道支护方法、矿体回采顺序等一系列问题,以其为矿山正常生产提供必要的技术支撑。

广西凤山县宏益矿业有限责任公司主要开采低品位、倾斜为主、薄至中厚、矿体比较破碎的沉积变质型金矿床。宏益矿业隶属中金集团,位于广西凤山县与凌云县交界处,矿区面积7km2。地处云贵高原南缘,最低海拔标高568.2m,最高930m,北坡陡峻,南坡舒缓,沟谷发育,矿区北侧灰岩地区溶蚀峰丛洼地发育,岩溶峰林到处可见。21世纪初期,宏益矿业有限责任公司依法取得那林金矿的采矿许可证后,对矿山进行了系统设计开发,埋藏于当地浸润基准线以上的矿床主要采用平硐-溜井与盲斜井联合开拓,2008年中金集团对井下及选矿厂进行技术改造,增加一套800t/d的自磨浮选系统以及尾矿压滤系统,并相应对供电、供水条件进行改进,力求在近期采选生产能力正常达到1100t/d[1]。

1 矿床开采技术条件

那林金矿区矿体埋藏于三叠纪百蓬组第二岩性段。该岩性段由中厚层细砂岩、中薄层粉砂岩、薄层泥岩互层组成。具有明显的由厚到薄、由粗到细的沉积旋回特征。本层底部节理裂隙发育,有断层通过处岩石具有明显的硅化蚀变、黄铁矿化、褐铁矿化、金矿化、铅锌矿化、雄(雌)黄矿化等。区内金矿体主要赋存于本岩性段,主要开采矿体为那林金矿区2号矿体。矿体控制走向长度为780m,标高从920～536m,控制斜深大于440m。矿体一般厚度1～5m,但也有中厚矿体,最大厚度达20m。地质平均品位为3.79×10-6。矿体平均倾角35°～45°,顶底板均为中-弱硅化的细砂岩、粉砂岩或泥岩。矿石以松散的断层角砾岩为主,局部为强硅化岩。由于矿体赋存在F2断层破碎带中,节理裂隙发育,巷道沿矿体掘进时,容易发生冒顶、塌方事故。矿体顶板有厚薄不一的破碎带,开采时要特别注意松塌部位。所以,沿脉工程一般均用喷浆支护。矿石密度2.85t/m3,岩石密度2.65t/m3;矿岩松散系数1.5～1.52,普氏硬度系数f=4～6,易爆易碎。水文地质条件简单。由于该矿矿石的金粒非常微细,属于“卡林型”金矿,又含碳含砷,泥化严重,历年选矿实际回收率仅75%左右,属于难选型金矿[2]。

2 矿山开采问题研讨

2.1 采矿方法简述

那林金矿区目前开采原生矿,曾经使用过管理简单、工人容易掌握的浅眼留矿法开采。矿块长度为相邻两条生产勘探线的长度(约30m),矿块高为中段高(40m)。矿块回采采用国产YT-28型凿岩机凿岩,普通矿用岩石炸药连续装药爆破,然后进行平场,出矿等工序,所产矿石由中段电机车运输至地表选矿厂处理。留矿采矿工艺施工队非常熟悉,矿山生产管理比较简单,机械设备投入较少;人工出矿不需要木材或钢材安装放矿漏斗;同时包括凿岩在内的所有作业可以在只有数米宽的安全空间内进行,在中小型岩金矿山及乡镇企业有大面积应用。其主要缺点是生产效率低,积压流动资金,采矿两率指标较高,由于矿体破碎,容易发生冒顶、片帮等现象,矿石自溜性差,采场采高仅达20m左右。该矿由于地质品位低而无法使用充填法,矿岩破碎不能应用空场法,为提高生产效率只能采用崩落采矿法,并且,由于10m左右厚度的矿体占相当比重而试验应用了无底柱分段崩落法[3]。

2.2 矿山岩体稳固性规律研究与应用

2.2.1 矿岩稳固性一般规律

那林金矿从开挖井巷的破坏情况分析可知其岩层应力很大。矿山目前作业只有3,4个中段,开采覆盖岩层不足100m,因此,其地应力除岩层开凿所引起的变化转移之外,可能原岩地质构造残余应力也较大。主要表现在下面几点:

(1)巷道或采场的开挖空间暴露不到3个月,首先从水平下盘片落,可能是采动后原岩应力转移所致。矿山矿岩普氏硬度系数为4～6,如果要使它破坏,包括巷道开挖后的应力集中、构造残余应力在内地应力应该大于40～60MPa,根据作者经验估计,那林金矿的原岩应力是比较大的,可能超过20 MPa。

(2)矿体或岩体开挖后,其应力集中的传递速度比预想的要快。试验采场的一个采空区其体积并不大,在不到1个月时间多次冒落;在其下面的分段巷道,过去并没有发现喷层开裂的现象,但是,这个采场空区存在不到30d就发现其下面水平运输巷道喷层开裂。另外,试验研究的第二个采空区,一共只爆破了10排炮孔,其矿体爆破长度不足15m、水平宽度不足15m,存在时间不足10d,其采空区便大面积冒落。

(3)矿体下盘开挖的巷道其稳固性要好得多。所以,如果矿山不是为了出矿而在矿脉中掘进,那么,建议无底柱分段崩落法的凿岩出矿巷道开凿在紧贴矿体下盘的脉外。

2.2.2 岩体稳固性规律的应用

在岩体中开挖巷道的稳固性与地质岩体的普氏硬度系数、开挖形状、面积和体积等有关;但是,最根本的问题还是与矿山岩石自身结构的稳固性有非常紧密的联系。为此,矿山可以利用其岩体本身表现出来的普遍规律为矿山生产服务。

(1)利用岩体本身稳固性规律。那林金矿区矿体埋藏于破碎带,即矿体所在矿岩为压碎岩,宽数十米,断裂面平直光滑易滑塌,与岩层产状一致;矿体顶板有时存在厚薄不一的破碎带。这有利于无底柱分段崩落法的使用,即采矿空区上部覆盖岩层容易自然冒落;而矿体底板在本矿区内为层理性较好的砂泥岩互层,虽然其局部裂隙比较发育,但仍有较好的稳固性,矿山开凿于这种岩体的穿脉工程非矿地段一般不需支护或只需简单的喷浆支护。为此,建议矿山集中精力在矿体下盘边界掘进凿岩与出矿巷道,以保证作业安全和较长的存在时间。

(2)矿体中开挖井巷稳固性规律。生产中如果非要在矿体内掘进巷道,必须加强支护工作,采用喷锚支护或喷锚加双筋网支护,否则,难以保证其稳定。如果不采取这些措施,希望矿山不要过早在矿体内部掘进各种巷道。如果按照试验研究推荐的锚杆支护网度,即巷道宽大处0.8m×0.8m,一般1.0 m×1.0m,其支护能力是可以达到要求的;以后矿山生产一般不要采用十字交叉方式布置巷道,必须是丁字形布置,以减少岩体的破坏几率,降低巷道的支护工作量。根据试验研究的实践情况得知:如果在破碎矿岩中开凿中深孔凿岩与出矿巷道,使用喷锚支护的安全存在时间一般不足3个月,其破坏形式是从巷道下盘中部水平岩层开始片帮,逐步向上扩大。支护两次之后,第三次还没来得及支护就可能大面积冒落,而且,除加强喷锚网支护之外,没有其它良策。因此,要求每条凿岩出矿进路长度不超过50m,最好控制在30～40m之内。并且,采用三强作业技术,在短时间内加快凿岩与出矿速度,尽可能缩短作业时间;采场爆破采用逐孔爆破技术,降低每段爆破的炸药消耗量,此法经过试验应用,已经证明效果不错。

(3)采空区与矿山井巷稳固性规律。正如2008年发生在710m分段第二个试验采场的实际情况,采空区面积与体积都不大,但是其地应力传递和影响范围比人们预想的要快得多:一是当矿体爆破长度不足10排距离(排距1.6m)、形成采空区水平宽度不足15m,存在时间不足10d,其采空区在晚上无人作业的时候大面积冒落,可喜的是没有造成任何人身伤害事故;二是当710m分段西试验采场采空区由于各种原因而形成长度不足30m、宽度不足10m,存在时间不足10d的空区时,其下面700m水平中段已经做好的出矿进路多处多次塌方,该采空区曾经准备采用中深孔凿岩爆破处理,但是,还未来得及安装凿岩机支护棚子便垮落而巷道报废,人员机械无法进入,不足1个月采空区完全冒满。由此可知:采空区与矿山井巷稳固性有非常紧密的联系。如果掌握其规律,就可以利用这些规律为矿山生产服务[4,5]。

肝肾综合征（hepatorenal syndrome，HRS）是严重肝病患者病程后期出现的以进行性少尿或无尿、血尿素氮及肌酐升高等为主要表现，但肾脏病理检查无明显器质性病变的一种进行性、功能性的肾功能不全[1]。血液净化只选择病例早期应用，对纠正体液负荷过多，高钾血症，氮质血症，酸中毒有一定疗效，血液透析应注意并发症，如出血、低血压等，对肝功能可望好转者，也应及时给予透析治疗，以延长生命[2]。本研究比较了常规治疗与常规治疗基础上血液透析治疗肝硬化并肝肾综合征的疗效，现将研究结果报道如下。

2.2.3 矿体回采对巷道稳定性的影响

通过矿体开采对岩体的影响、岩脉回采进路稳定性数值模拟、上分段回采对下分段巷道稳定性影响的数值模拟等多种模拟研究,其结论如下:

(1)矿体开采会在距离工作面约2m的回采巷范围内形成塑性区,对巷道破坏比较严重。

(2)应力集中区域主要在距回采工作面约18 m的范围内,并在2m处到达峰值,然后开始逐渐降低,直至达到巷道正常承载的应力水平。

(3)在与回采工作面接触的回采巷道右上方出现应力骤然集中区域,此范围内巷道所承受的应力约为未开采前的3倍,此时巷道极易遭到破坏。就730分段回采对720、710分段回采巷以及脉外运输巷而言,710分段至730分段无论是脉内回采巷还是脉外运输巷,两侧均出现应力集中区域,其中720分段脉外巷承受的应力最大,稳固性最容易受到破坏,其次是720分段脉内回采巷,而对710分段脉内、脉外巷的影响均不明显。

由以上模拟可知,在矿体开采过程中应注意对脉内回采巷道及下一分段回采巷及脉外运输巷的保护,随时注意观察其动态变化,必要时需要对部分位置采取临时加强支护[6]。

2.3 光爆与喷锚网联合支护技术

2.3.1 试验前提

回采巷道的稳定性极差,严重影响了采矿作业的安全及回采作业的顺利进行,并造成矿石大量损失贫化。为了减少贫化与损失,对回采巷道采取特别加固措施是十分必要的。在采用喷锚加双筋网支护仍不能保证巷道稳固的情况下,曾经在一段30m长度的回采巷道内采用光面爆破及喷锚网联合支护试验,地点选择在该矿720分段22～24线第二试验采场。其原因一是该地段矿岩条件一般,具有代表性,且属于中厚矿体;二是该地段在试验初期就能进行回采。

2.3.2 光面爆破掘进

根据矿山的实际情况,选择了预留光爆层的分次光面爆破方法,即按照掘进方向首先掘进一个小规格(2.2m×2.4m)巷道,然后,再按照中深孔凿岩和出矿需要扩大至2.8m×2.8m的三心拱巷道。光面爆破参数为:最小抵抗线0.5～0.7m,眼深2.0 m,眼距0.35～0.4m,空气间隔不耦合装药,其线装药密度为0.13kg/m(见图1)[7]。

图1 预留光爆层示意

2.3.3 喷锚网联合支护

由于矿岩条件不好,大多数矿岩即使在光面爆破以后,也不能确保巷道的稳定。因此,采用喷锚网联合支护是必要的。

首先,设计要求两个光面爆破循环,即每掘进4 m进行一次喷浆支护,厚度30mm,设计支护强度为C20。

第二,进行锚杆、金属网(在市场购买)支护。锚杆长度2.0m,锚杆眼深度1.8m。锚杆眼垂直于巷道断面并以巷道中心为平面呈放射状。锚杆安装48h、达到设计锚固力后方可进行金属网的安装工作。锚杆及金属网安装时,应采取工作面前进式推进方式,即工人始终站在已支护好的金属网下工作(见图2)。

第三,最后一次喷浆,其方法、强度、要求与第一次相同。两次喷浆总厚度为100mm[8]。

2.4 合理回采顺序

通过从两翼向中央推进及从中央向两翼推进两种方式的岩石力学模拟计算分析,认为:无论是两翼向中央回采还是中央向两翼回采,均会在回采工作面的前方出现应力集中区域。在两翼向中央回采时,当两边工作面推进到一定距离时,出现应力叠加区域,使此区域内巷道受力大大增加,从而加大了回采巷道破坏的可能性,并且巷道维护工作难度大。而中央向两翼回采不会出现应力叠加区域,并且应力变化比较平缓。这样有利于巷道的稳定性,并且易于维护,从而有利于开展回采工作。

图2 锚、网安装作业

根据以上计算结果,建议采用中央向两边回采的开采顺序,并且在回采过程中应注意对工作面前方巷道的观测与维护,从而确保回采工作的顺利进行。

3 结 语

通过那林金矿区矿山岩体力学分析可知,如果矿山三级矿量平衡的话,推荐回采凿岩与出矿巷道布置在紧贴矿体下盘脉外开凿,其维护简单、存在时间长,作业安全;同时,应该密切观察采矿巷道动态变化,预测其破坏时间并采取预防措施。

采用光面爆破及喷锚网联合支护虽然能够比较安全地维护开凿在矿体脉内的出矿巷道,但是,此法工艺复杂、占用时间长、消耗材料多、开凿成本高,采用此法可以解决问题而不提倡这种处理方法。

运用有限元分析软件FLAC-3D进行数值分析计算,得到如下主要结论或建议:

(1)无论是两翼向中央回采还是中央向两翼回采,均会在回采工作面的前方出现应力集中区域。在两翼向中央回采时,由于工作面前方出现应力叠加,使此中央区域内巷道受力大增,从而加大巷道受到破坏的可能性。而中央向两翼回采不会出现应力叠加区域,并且应力变化比较平缓,有利于巷道的稳定性,并且易于维护,从而有利于开展回采工作。建议采用中央向两翼回采方案。

(2)在矿体开采过程中,回采巷道约2m的范围内会形成塑性区并遭到明显破坏,且18m内都处于应力增强区域,为此,建议采用逐排或逐孔爆破技术,同时加强脉内回采巷道支护,确保回采工作的正常展开以及施工人员的安全。

(3)730分段回采对720、710分段回采巷道以及脉外运输巷道而言,710分段至730分段无论是脉内回采巷还是脉外运输巷,两侧均出现应力集中区域,其中720分段脉外巷道承受的应力最大,容易受到破坏,而710分段脉内、脉外巷道应力集中均不明显。因此,建议对各分段脉外运输巷道采用喷锚或者喷浆支护,而将凿岩出矿巷道布置于紧贴矿体下盘脉外开凿。

[1]刘 健,樊满华,张青松,等.那林金矿全面留矿法试验研究[J].黄金科学技术,2008,(5):32～35.

[2]广西壮族自治区第二地质队.广西凌云县明山矿区金矿普查报告[R].南宁:广西壮族自治区第二地质队,1993.

[3]姚 香,郭树林,王 劼,等.分段崩落采矿法在岩金矿山的试验与应用[J].中国矿业,2008,(S):87～90.

[4]古德生,李夕兵.现代金属矿床开采科学技术[M].北京:冶金工业出版社,2006.

[5]邓志高,张青松,郑成英.全厚进路和分层崩落联合采矿法试验研究[J].黄金科学技术,2009,(2):30～33.

[6]长春黄金研究院采矿研究所.广西宏益矿业股份有限责任公司采矿方法试验研究鉴定报告[R].长春:长春黄金研究院,2009.

[7]刘殿中,杨仕青.工程爆破实用手册[M].北京:冶金工业出版社,2003.

[8]《采矿手册》编委会.采矿手册(第2卷)[M].北京:冶金工业出版社,1999.

2010-06-17)

杨锡祥(1963-)男,山东荣城人,高级工程师,从事黄金采矿科研与管理工作,Email:yxx6303@126.com。