河台金矿高村矿床深部开采设计研究

2011-11-15黄铁平

采矿技术 2011年3期

关键词：斜井竖井中段

黄铁平

(广东省冶金建筑设计研究院，广东广州 510080)

河台金矿高村矿床深部开采设计研究

黄铁平

(广东省冶金建筑设计研究院，广东广州 510080)

根据河台金矿高村矿床深部矿体特征和开采技术条件，对深部矿体开拓方案、通风系统进行了多方案比较选择，提出了下盘盲竖井开拓和新建东回风井与现有竖井构成对角式通风系统。且为了解决深部开采产生的地压问题，建议采用全尾砂胶结充填和高水固结尾砂充填采矿方法取代浅孔留矿法，为下一步开采设计和建设提供参考。

深部开采;开拓方案;通风系统;浅孔留矿法;充填采矿法

河台金矿位于广东省高要市河台镇，是1980年代发现探明的大型金矿，累计探明黄金储量约50 t。该矿于1989年1月建成投产，目前采选年生产规模24.75 万 t，年自产黄金约1.5 t，精练提纯能力达30 t，为华南地区最大的采选冶联合黄金生产企业。

河台金矿包括高村矿床和云西矿床。目前高村矿床已开采至－230 m水平，－230 m水平以上保有金矿储量约38万t;云西矿床已开采至－140 m水平，－140 m水平以上保有金矿储量约50万t。按照目前河台金矿750 t/d生产能力，上部保有储量的服务年限为5～6 a。为补充新的矿产资源，河台金矿加大勘探力度，通过“探边摸底”在高村矿床深部新探明资源储量约140万t。为保证矿山的持续生产，应加快对高村矿床深部矿体开采设计研究和建设。

1 矿山概况

1.1 矿体地质条件

河台金矿高村矿床、云西矿床均为蚀变糜棱岩型金矿床。高村矿床位于矿区北部中段，其南西与云西矿床毗邻，北东与后迳矿床相接。高村深部矿体是11号主矿体由浅部沿倾向向深部的延伸，分布在36～112号勘探线之间，赋存标高－230～－580 m，矿体边界形状规整。矿体产状稳定，走向北东70°，倾向北西，倾角 75°～90°，向北东侧伏，侧伏角50°左右。矿体厚度 0.55 ～2.59 m，平均 2.56 m。矿体呈透镜体状分布，整体连续性差，局部有分支复合现象，以不规则脉状产出为主。矿岩稳固，f=10～14，但个别地段因断裂构造而节理发育，矿体下盘伴随着1条与之平行的滑动构造带。

1.2 地质资源储量

为了维持矿山的持续发展，从2001年开始，河台金矿投入勘查资金500多万元，对高村矿床深部开展详查地质工作，并于2009年6月提交了高村矿床深部详查地质报告(32线～96线;－207～－460 m)。本次高村矿床深部详查共探获(332+333)金矿资源储量387676 t，金金属量2990.70 kg，平均品位7.71×10－6。另有潜在矿产资源(334)矿石量1042903 t，金金属量 6841.06 kg，平均品位 6.56 ×10－6。

1.3 开采现状

目前，河台金矿开采高村、云西2个矿床，由160 m平硐将2个矿床连接为1个生产系统。云西矿床矿石经160 m平硐运往高村矿床，然后统一运往选矿厂。高村矿床采用平硐+竖井开拓方式，云西矿床采用平硐+盲竖井开拓方式。

高村矿床分二期建设，一期工程建设规模为250 t/d，开采160 m标高以上矿体，采用平硐+溜井开拓。二期工程建设规模为500 t/d，开采160～－230 m标高之间矿体，采用明竖井开拓。自投产以来，高村矿床共开拓了 240，200，160，120，80，40，0，－40，－90，－140，－190，－230 m 等12个中段。目前，高村矿床已基本开采完了－40 m中段以上的矿量，现阶段回采工作主要集中在－90，－140，－190，－230 m 中段。

2 深部开拓方案

2.1 现有开拓系统概况

河台金矿高村矿床建矿至今，经过2次改扩建，由原来的平硐开拓变为现在的明竖井开拓。40 m标高以上中段高度为40 m，以下中段高度为50 m。

现有明竖井位于高村矿床上盘8线附近，井深全长430 m，井筒净直径5 m，内置3号双层双罐，型钢罐道，内设梯子间及管缆间。提升设备为2JK－2.5 m单绳提升机，电机功率320 kW。明竖井与120，80，40，0，－40，－90，－140，－190，－230 m 中段相通，担负各中段的矿石、废石、人员、材料及设备的提升下放任务。井下矿废石用3 t电机车牵引0.7 m3翻转式矿车运到明竖井车场，由明竖井提升系统提升出地表。

2.2 深部开拓方案的选择

2.2.1 拟选开拓方案简述

根据高村矿床深部矿体赋存条件，可供选择的开拓方案有3个:盲竖井开拓方案;盲斜井+盲竖井开拓方案;现有明竖井延深开拓方案。

(1)盲竖井开拓方案。盲竖井位于矿体下盘22线附近，井筒净径4 m，井深240 m(－190～－430 m)。采用单一罐笼井配2#非标罐笼带平衡锤多绳提升，负责井下－280～－430 m中段的矿石、人员、材料、设备及废石的提升任务，与现有明竖井形成明、盲竖井联合开拓方式。

(2)盲斜井+盲竖井开拓方案。主井为箕斗盲斜井，斜井断面9 m2，内置3 m3箕斗;副井为盲竖井，内置双层单罐带平衡锤单绳提升。盲斜井负责井下－280～－430 m中段的矿石提升，盲竖井负责人员、材料、设备及废石的提升任务。总体上形成明竖井与盲斜井联合开拓方式。

(3)现有明竖井延深开拓方案。现有明竖井位于矿体上盘8线附近，井深430 m，延深后井深630 m。将原双层双罐单绳提升改为单罐双层配平衡锤多绳提升，负责井下全部中段的矿石、人员、材料、设备及废石的提升任务。此方案为单一明竖井开拓方式。

2.2.2 拟选开拓方案比较

从当前国内矿山的实际情况分析，上述3个开拓方案在技术和实用性方面都是成熟的、可行的，但3个方案相比较各有优缺点。

(1)盲竖井开拓方案。明竖井与盲竖井形成接力提升系统，2条竖井之间要增加1条运输巷道，开采－230 m以下矿体需要转运1次，增加了矿石运输、通风、排水等费用;明、盲竖井均采用单一罐笼井提升，全部提升任务都要通过罐笼井提升，受罐笼井提升能力限制，扩大生产能力的可能性不大;若－430 m中段以下发现新矿体，则需要再次延深盲竖井，矿山生产将受到影响，矿井提升能力也受到限制。

(2)盲斜井+盲竖井开拓方案。盲斜井开拓－230～－430 m矿体比较合适，采用箕斗斜井提升时需要多1条盲竖井作为副井辅助提升。采用矿车组斜井提升虽可减少1条盲竖井，但提升能力受到限制;盲斜井石门短，初期投资小，施工简单方便，但维修较困难，安全要求较严格，且矿石存在反向运输，每年的经营费用较大;受斜井提升高度的限制，若今后延深盲斜井开拓－430 m以下矿体则比较困难。

(3)现有明竖井延深开拓方案。现有提升设备不能满足提升要求，需要新配置提升设备，上部的井筒装备需要进行改造。井塔、卷扬机房均需新建，地表工业场地受到限制;竖井延深、设备安装与调试需要停产半年以上，对矿山生产影响大;明竖井为上盘开拓，下部矿体在走向上往东移，致使下部中段石门长、投资大且不利于管理;延深后的竖井井筒深度达630 m，由于井筒较深，单一罐笼井提升能力受到限制，再次延深竖井和扩大生产能力的可能性不大。

综上所述，方案(1)与方案(2)、方案(3)相比较，具有盲竖井下盘开拓石门短、盲竖井建设不影响上部矿体开采、不受地表工业场地限制、工程地质条件较好、盲竖井延深对矿山生产影响小等优势。从技术经济方面进行比较，方案(1)具有工程投资省、建设时间短、年经营费用少的优点，故推荐高村矿床深部矿体开采采用下盘盲竖井开拓方案。

2.3 推荐的深部开拓运输方案简述

盲竖井位于矿体下盘22线附近，在－230 m水平施工1条运输巷道联系明、盲2个井底车场。井深240 m，井筒净径4 m，井筒内置2200 mm×1250 mm 2#非标双层双罐带1300 mm×300 mm×80 mm平衡锤，型钢罐道，内设梯子间及管缆间。提升设备为2JK－2.5m单绳提升机，电机功率320 kW。盲竖井与－230，－280，－330，－380，－430 m 中段相通，担负各中段的矿石、废石、人员、材料及设备的提升下放任务。井下运输采用3 t电机车牵引0.7 m3翻转式矿车，深部开采矿废石先经盲竖井提升到－230 m中段盲竖井车场，用3 t电机车牵引至明竖井车场，再由现有的明竖井接力提升出地表，完成由深部至地表的运输提升过程。高村矿床深部矿体开拓通风系统如图1所示。

图1 河台金矿高村矿床深部矿体开拓通风系统

3 矿井通风系统

3.1 高村矿床通风系统现状

高村矿床原设计采用中央对角式通风系统。由于西部矿体开采基本结束，目前明竖井以西采用局部通风方式，明竖井以东采用竖井进风、上盘东风井抽风的侧翼对角通风方式。东风井位于88～96线之间上盘移动线外，井口标高+250 m，井筒净直径3 m，内设梯子间作为安全出口。风井口安装1台K40(A)－NOB4离心式通风机，风量为32 m3/s，风压为1500 Pa，电机功率55 kW。现有通风系统基本能满足－230 m以上中段的生产要求。

3.2 高村矿床深部通风系统选择

高村矿床深部矿体在走向上往东移，向北东侧伏，可采用明竖井进风、东风井出风的单翼对角式通风方式。但随着开采向深部推进，现有东风井在岩石移动范围内，不能再作为主要通风井和安全出口，应设计选择新的东风井位置。根据已探明的深部矿体赋存条件、地形地貌条件，以及矿山开采和通风系统现状，可供选择的方案有3个:留保安矿柱东风井方案;新建上盘东风井方案;新建下盘东风井方案。

(1)留保安矿柱东风井方案。充分利用76～88线“无矿天窗”有利条件和留保安矿柱的办法，保护现有东风井不受破坏，仍用现有东风井回风，这样可以不用新建东风井。但留保安矿柱仍会积压大量深部矿体，造成不必要的资源损失浪费，不利于节约和保护矿产资源。随着开采工作向96～130线东移，现东风井又将变为西风井，造成东部风流短路、污风串联、通风困难的局面。

(2)新建上盘东风井方案。在矿体上盘96～130线之间岩移线外新建东风井，其主要优点是便于通风管理，上盘地势较低，新建风井井筒较短，工程费用少，但上盘风井石门长、总回风平巷长、通风线路长、通风阻力大、通风费用高。

(3)新建下盘东风井方案。在矿体下盘96～130线岩移线外新建东风井，优点是不受深部矿体开采岩移的影响，通风石门和回风平巷短，通风线路短，通风阻力小，通风费用低。当开采工作面进一步向130线东移时，在东翼再新建一进风井，可与西翼的竖井进风井构成东西两翼进风、中央出风的通风方式。缺点是矿体下盘地势较高，管理不太方便。

上述3个方案相比较，方案(3)具有不压占资源、风路顺畅、通风费用少，且符合矿山长远发展规划等诸多优点，故推荐高村矿床深部矿体通风系统采用新建下盘东风井方案。

3.3 高村矿床深部通风系统简述

高村矿床深部矿体通风系统采用明竖井进风、新建下盘东风井出风的单翼对角式通风方式。新鲜风流自明竖井进入，经－230 m车场至盲竖井后进入井下各生产中段，再经中段石门、沿脉巷道、采场人行通风天井等进入需风工作面及回采工作面;污风经天井到上中段回风巷道，经回风平巷、中段回风天井到新建下盘东风井，由东风井主扇抽出地表。

4 采矿方法研究

目前，河台金矿根据矿体的品位、厚度不同而采用灵活的采矿方法，主要是以浅孔留矿法为主，上向分层干式充填法和矿段回采低贫损类框架式留矿法为辅。

上向分层干式充填法是河台金矿与长沙矿山研究院合作试验的采矿方法，一直有少量的应用。其优点是可以降低回采贫化率、损失率，尤其对品位高或特别破碎矿体回采效果好，对提高出矿品位有重要作用。用废石充填空区既处理了空区，又减少了废石提升费用。缺点是回采工艺复杂、回采周期长、生产能力低、采矿成本高。

矿段回采低贫损类框架式留矿法是一种采用人工假底和人工矿柱空场回采嗣后素混凝土充填空区的采矿方法。采用类框架式构筑对采矿、采空区及地压的管理和控制，不但有效地降低了贫化率、损失率，而且对空区进行预处理，控制了地压，为下部中段的回采提供更好的条件。缺点是矿柱素混凝土置换成本过高、强度偏低、养护周期长等。

对于河台金矿急倾斜、薄至中厚矿体而言，采用浅孔留矿法是比较适合的，也是该矿大量使用的一种采矿方法，具有工艺简单、便于管理、生产能力大、采矿效率高与生产成本低等优点。缺点是二步回采且安全性差，落矿后不能及时放出而积压资金等。另外，随着开采深度的不断增加，地应力增大，若形成的空区不及时处理，将造成严重后果。为了安全高效地回采深部矿体，应对深部采矿方法及工艺进行研究。

浅孔留矿法加采空区嗣后充填采矿法是浅孔留矿法的一种变形方案。该方法的主要特点是采用人工假底先置换底柱，根据矿柱品位的不同，品位较低的留成永久矿岩柱，品位较高的先采矿柱再砌隔墙，矿房采用浅孔留矿法回采，顶柱也一起回采。矿房回采结束后加强出矿，在最短时间内出空，再进行废碴充填，废碴充填时最好是充满接顶。此方法既保留浅孔留矿法的优点，同时又回收了矿柱，用废石充填空区达到了处理空区和控制地压的目的，也解决了废石不出窿问题。

随着深部开采地压不断增大，在采用废碴充填及类框架式嗣后充填满足不了要求时，应采用全尾砂胶结充填和高水固结尾砂充填采矿方法。全尾砂充填提高了尾砂的利用率，降低了充填料的水灰比，从而大大改善了充填体特性，充填强度提高，充填料沉缩率低等，这些对于充分发挥充填体的承载作用，提高矿石的回收率都有重要作用。高水固结充填是使用尾砂作充填骨料，高水速凝固化材料作胶凝材料，按一定配比混合后，形成高水固结充填料浆，进入采场后不用脱水便可以凝结为充填体。高水固结充填其充填体粘结力强、抗压强度高，可充分利用尾砂，而且无需分级，凝结时间短、适应强，充填回采工艺较简单，有一定的安全、经济性。