改进采矿工艺降低损失贫化

张绍周 陈玉明 张鲲华

(昆明理工大学国土资源工程学院，云南昆明650093)

矿产资源是国家的宝贵财富，是矿山生产和发展的物质基础。矿石开采过程中产生的矿石损失率和贫化率的大小，不仅反映了一个矿山生产管理水平和技术水平的高低，而且对矿山的经济效益有很大的影响。降低矿石开采过程中的损失和贫化，对充分利用矿产资源，延长矿山服务年限，控制生产成本，提高企业经济效益有着重要的意义。

1 狮子山铜矿概况

易门矿务局狮子山铜矿矿区地处云贵高原，位于绿汁江东岸，云南省易门县坝子北西部，属中山地貌。区内山脉多呈北西走向，沟谷深切，地势陡峻，地形坡度一般在30°～40°，山脊部位较平缓，一般10°～20°，山坡及山顶呈半园形。地势总体呈鞍状，中间高东西两侧低，最高点狮子山2 103.632 m，最低点六中段坑口1 720 m，相对高差最大达383 m。外围工作区山脉多呈南北走向，沟谷深切，地势陡峻，地形坡度一般在 40°～60°，山脊部位较平缓，一般 10°～20°。地势总体东高西低，最高点水井坡头2 254 m，最低点绿汁江面1 300 m，相对高差最大达954 m。

狮子山铜矿为一中型矿山，矿床中铜矿体众多，规模大小不一。主要有①、④、⑧号3个矿体群，总矿体数56个，共67层，总厚约270 m。①、④号矿体群属硅质白云岩类型铜矿体，赋存在背斜鞍部落雪组青灰色白云岩中，④号矿体群位于①号矿体群的上盘。①号矿体群从地表延伸至1 103 m标高，向长度不足200 m，倾向延深大于800 m，陡倾，呈直立柱状，矿体边缘多呈锯齿状、港湾状。矿体沿走向厚度变化较大，具有南北两端厚而中间薄的特点。走向长度128～167 m，倾向延深215～234 m，平均厚度16.62 m;平均品位0.96%。④号矿体群从地表延伸至730 m标高之下未封口。走向长不足150 m，倾向延伸长大于1 200 m，陡倾，呈直立柱状，平均厚度4.88 m;平均品位0.78%。⑧号矿体群属飘带矿体，赋存在落雪组过渡层的泥砂质白云岩与灰白色白云岩中，地表至787 m标高之下。矿体沿层分布，受褶皱应力作用而褶曲，平面形态形似飘带，空间形态呈褶曲板状;矿体沿走向向东膨大，向西收缩。走向长度523～553 m，倾向延深100～445 m，平均厚度13.11 m;平均品位0.83%。

2 狮子山铜矿开采损失贫化现状

狮子山铜矿从1977年10月到2011年的34 a间，累计回收资源矿石量1 700万t，品位0.681%，金属115 733 t(其中，回收供矿采场残矿量1 332.28万t，品位0.516%，金属6 879 t;地表弃矿弃渣19.65万t，品位0.229%，金属450 t)，累计平均损失率12%，累计平均贫化率21.24%，平均回采率88%。2005—2011年，累计损失率3.51%，累计贫化率16.05%。

可见，矿山加强采矿质量管理，挖掘降低损失和贫化的经济内涵，实施矿山增产增收，是延长矿山服务年限的重要途径。如何降低采场出矿损失和贫化，提高原矿质量，增加综合经济效益已经迫在眉睫。

3 矿山损失率、贫化率计算方法

根据矿山生产实际要求，矿山最终损失率计算采用最终损失金属和原矿品位对应的损失矿量的比值，其公式为

式中，Sk为最终损失率，%:PD为最终计算的金属量，t;PC为实际供矿供出金属量，t;CD为最终地质品位，%;QD为最终地质矿量，t。

最终贫化率计算采用最终地质品位和出矿品位差值与最终品位的比值，其公式为

式中，P为最终贫化率，%;CC为实际供矿品位，%。

特别说明，最终地质矿量为工业矿体与低品位矿体的矿量和。

4 降低损失贫化的措施

为了降低采矿中矿石的损失率与贫化率，提高供矿质量，节约矿石资源，确保矿山取得较好的经济效益和社会效益，矿山成立了攻关课题组，针对复杂矿体开采过程中矿石损失与贫化难以控制的课题，主要从优化采矿方法进行攻关。狮子山铜矿一期采矿工艺为有底柱分段浅孔留矿法，采用电耙出矿方式，随着持续下深部开采，矿山意识到采矿方法不适应采矿生产的需要，为了扩大生产能力，降低采矿两率(损失率与贫化率)指标，优化安全生产环境，先后进行了较大的技术改造。

4.1 早期采矿工艺

一期采矿工艺为有底柱分段浅孔留矿法，如图1，均采用电耙出矿方式，损失率和贫化率较大，平均损失率和贫化率分别为13.36%和25.1%。

图1 有底柱分段崩落采矿方法Fig.1 Pillar sublevel caving mining method sketch

4.2 改进的采矿工艺

根据矿体赋存条件，因矿生法，将以往的分段回采改为阶段回采，并采用振动出矿工艺技术，提高了采矿效率，降低了劳动强度，改善了作业环境，实现了准确的计量均衡放矿。目前，采用有底柱浅孔留矿法和有底柱振动出矿阶段崩落法2种采矿方法。

有底柱浅孔留矿法:用于回采矿体倾角50°～65°，厚度5 m以下的低品位边角薄小矿体。采场沿矿体走向布置，底柱高度5 m，采长10～20 m，采宽为矿体厚度，采高20～30 m，如图2。

图2 有底柱浅孔留矿法Fig.2 Short hole shrinkage method with sill pillar diagram

有底柱振动出矿阶段崩落法:用于回采矿体倾角65°以上，厚度5 m以上的矿体。采场沿矿体走向布置，底柱高度8 m，采长26 m，采宽为矿体厚度，采高50 m，如图3。

通过改进采矿工艺，平均损失率和贫化率分别为7.56% 和17.01%，与原采矿方法相比较损失率降低5.8个百分点，贫化率降低8.09个百分点，取得了较好的效果。

5 采矿方法现场应用

5.1 采场结构参数

狮子山铜矿以“阶段强制崩落采矿工艺”为主，分段崩落法、浅孔留矿法为辅。经过多年研究实验，“阶段强制崩落采矿工艺”演变为“小矿房补偿空间分次爆破阶段崩落振动出矿工艺”，以振机大巷为标准，将矿体划分为矿房、矿柱，矿房尺寸一般为宽(6～12)m×长(25～40)m×高16.5 m，矿柱采宽为单元边界、采高为50 m(含上底柱)。

(1)底部结构参数。大巷间距13 m，底柱高8 m，漏斗交错布置，斗间距6.5 m。

(2)振机安装参数。台板全长为3.0 m，眉线高度为0.8 m，振机安装角为18°±1°，振机台板埋设深度为0.75 m，眉线角为38.4°，振机功率为4～5.5 kW。

图3 有底柱振动出矿阶段崩落法Fig.3 Sill Pillars Sublevel Caving Vibration Drawing Sketch Map

(3)孔网参数。①大密集参数:最小抵抗线W=1.5 m，最大孔底距B=5.0～5.5 m，深孔密集系数n=3.3～4.0。普通密集参数:最小抵抗线W=2.5 m、最大孔底距B=3～3.5 m、密集系数n=1.2～1.4。

5.2 采准切割工作

(1)采准。当采用阶段崩落采矿工艺时，采用上下盘沿脉运输巷道和穿脉装矿巷道构成环形运输系统。确定穿脉运输巷道长度时，应在装车时整个列车都在穿脉运输巷道内，尽量做到不妨碍沿脉运输巷道中其他车辆的通行。在穿脉装矿巷道上布置漏斗(包括斗穿、斗颈)，其底部结构参数:大巷间距13 m、底柱高8 m、漏斗交错布置、斗间距6.5 m。每个矿块还须布置用于行人、通风和运送材料设备的天井工程，用联络巷道与一二分层贯通。

(2)切割。在底部结构上部布置拉底工程、凿岩天井工程及其他切割工程。凿岩天井的布置以中深孔10～12 m为宜。凿岩巷道与硐室的位置和数量主要取决于落矿方式、凿岩设备性能和矿石可凿性、地质构造等，应结合具体条件，根据工程量最小，凿岩效率最优，爆破质量最好的原则选取。

5.3 回采工作

(1)凿岩。采用YT－28型气腿式凿岩机对切割平巷施工，切割天井掘进采用YSP－45型上向式气腿式凿岩机;采用ZCZ－26型风动后翻式装岩机以及电耙进行装岩。

(2)落矿。采用反修－100型潜孔钻机、YQ－100A型潜孔钻机钻凿水平扇形深孔进行水平落矿。

装药、爆破:水平扇形深孔落矿联合使用柱状炸药和粉状炸药(孔深≥8 m、角度≤30°时)，粉状炸药采用BQ～100型装药器装药、柱状炸药采用炮棍和母棍进行装药。爆破方式采用补偿空间≥18%自由空间爆破(为减小大块产出率和对底柱的破坏性，一般不采用挤压爆破)。

(3)出矿。崩落法采矿属于覆盖岩下放矿，至少有1个废石接触面，允许地表陷落;出矿方式采用振动放矿机放矿穿脉装矿巷道装矿与上下盘沿脉运输巷道形成环形运输系统。

(4)地压管理。采用崩落法采矿，合理的开采顺序对确保采矿工作的安全和地压控制具有很重要的意义。狮子山铜矿采用由中央向两翼的开采方式，使上盘围岩随阶段下降顺利崩落，并在崩落区边缘没有应力集中，避免了开采中间矿体时产生的最大应力。对崩落区的地压管理主要采用崩落上盘围岩和顶部废石，随着矿石下降而充填空区进行地压控制。

6 结语

采矿方法选择是否妥当，是矿石损失与贫化产生的根本原因，特别是在复杂的地质赋存条件与开采技术条件下，正确选择采矿方法就显得更为重要。合理选择采矿方法，可以极大地降低矿石损失与贫化。选择了合适的采矿方法后，更重要的是加强对矿石损失与贫化的管理，在实际开采过程中，要打破常规，随着矿体赋存条件与开采技术条件的改变，要随时修正采矿方法，正确选择合理的采矿方法和结构参数，做到“因矿生法”，降低矿石损失与贫化，以取得最佳的经济效益。

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