对于黄金矿山深部开采技术的综合研究

2021-11-29闫利军

中国金属通报 2021年9期

关键词：岩爆分段矿床

闫利军

（海南山金矿业有限公司，海南乐东 572543）

黄金是比较稀有的贵重金属之一，在对黄金矿山进行开采的过程中，由于常常需要进行深部开采，从而增大了开采难度。因此，需要选用合理可行的开采技术，在保证高效、安全的前提下，提高开采质量。基于此下面就黄金矿山深部开采技术展开综合研究。

1 国内外黄金矿山深部开采技术的研究情况

1.1 深部开采

目前，业内对深部开采并无统一的定义，可将达到一定深度的矿床开采称之为深部开采。开采深度增大后，岩体突发破坏现象的几率会随之增加，也就是通常所说的岩爆频率增加，这种情况可定义为深部开采。需要指出的一点是，受到构造和地质等诸多因素的影响，部分浅部开采也会出现岩爆，故此该定义并不准确。各国按照矿井的深度对深部开采进行具体分类，如美国的深部开采下限标准为1550m，南非为1500m，英国为750m，中国为700m。近年来，随着开采技术水平的不断提升，加之专家学者对深部开采研究力度的逐步增大，使得深部开采的界定标准发生一定变化，即软岩深部开采的界定标准为800m~1500m之间，硬岩深部开采为1000m~2000m。黄金归属于重金属的范畴，是金属矿，为硬岩。故此，其深部开采的标准为矿井深度1000m~2000m。

1.2 国内外的研究现状

1.2.1 国外

从深部开采的研究时间上看，国外相对较早，从某国金矿发生岩爆后，深部开采的研究便随之开始。当时研究的重点主要集中在以下几个方面：深井岩爆问题、超深井开采问题（井深超过1600m的矿井）、矿压模拟试验、深部岩石力学、深井开采（井深1650m）[1]。通过对国外成果进行总结分析后发现，发达国家在深部开采方面取得一些成果，探索出深井高应力问题的解决途径，即降低区域应力，防止岩爆发生，可采用的技术措施有井下回采顺序优化、矿柱预留分区开采、回采作业面应力释放等等。国外的专家学者经过大量研究和试验后得出，深部开采中作为有效的方法为充填法，应用该方法进行深部开采的过程中，能够在回采时，使局部应力维持在可控范围内。

1.2.2 国内

与国外发达国家相比，我国在深部开采方面的研究起步较晚，探索性研究始于上个世纪90年代，当时研究的主要方向如下：深部开采技术试验研究、井下巷道矿压及布置、岩体力学及灾害探测与防治、深部开采关键技术等等。我国的矿产资源极为丰富，很多矿产都埋藏在较深的地层当中，所以研究深部开采技术意义重大。国家在这方面投入了大量的经费，该领域的专家也纷纷加大研究力度，研究的重点包括以下方面：深部矿产资源勘探、深部岩石力学、深部矿井建设、深部开采关键技术等等[2]。近年来，国家愈发重视深部开采，对研究方面的支持力度也逐步增大，从而使我国的深部开采取得一定的成就，尤其是在高效、安全采矿方法和深部井下降温技术措施等方面。这些研究成果，都为黄金矿山深部开采工作的有序开展提供了有利条件。

2 深部高效安全开采的主要技术方法

地下矿藏的开采离不开采矿工艺的支撑，通过对采矿工业的发展历程进行全面系统地分析后得知，在不同的阶段运用的采矿方法存在着非常大的区别。如，早期以人工手动开采为主，因当时无机械设备辅助，所以开采效率不高，危险性较大；随着采矿机械设备的出现及其在矿山中应用，使机械化开采取代了人为手动开采，该阶段的开采基本上都在浅层；现如今，矿井逐步向纵深方向发展，采矿技术也随之日趋完善，智能化、自动化设备在深部采矿中的应用越来越广泛，采矿效率显著提升，安全性得到可靠保障。无人与遥控采矿等先进的开采技术也都在实现当中，相信不久的将来，这些技术都会在深部开采中得到应用[3]。

目前，在对地下埋藏的金属矿床进行开采的过程中，较为常用的开采技术有以下几类：充填法、崩落法以及空场法等。不同的开采方法适用条件有所差别。比如，空场法在应力较高的开采环境中不适用；崩落法在地压的控制方面虽然具有一定的效果，但当矿井的深度增加到某个数值后，便无法对地压进行有效控制，这样一来可能会引起底部结构破坏，造成放矿的难度增大，贫损相对较高，这种开采方法在贵金属深部采矿中已经不太适用。与上述两种开采方法相比，充填法的缺陷较少，尤其是在膏体和胶结充填等技术的出现，使得充填法在贵金属矿床深部开采中的应用效果得到进一步提升，成为现阶段各国普遍采用的一种开采方法[4]。通过充填工艺的合理运用，除了能够使深部矿床回采过程中的应力分布环境得到改善之外，还能使岩爆的发生被有效控制，尾砂、废石造成的水土污染问题得以消除。大量的实践表明，充填法在深部开采中具有非常明显的优势，如控制岩爆等，在这一前提下，以充填法为基础的新型深部采矿工艺随之出现，并在金属矿床的开采中得到应用。比如，凿岩充填法，被应用于某铅锌矿；分段充填法，在某金矿中得到应用；两步开采充填法，在某铜矿中得到应用；联合充填法，在某金矿中得到应用等等。

3 深部开采技术在黄金矿山采矿中的具体应用

3.1 矿山概况

某黄金矿山位于XX省西南部的A市当中，矿区总面积约为4.67km2。该矿区从发现至今已经有超过30年的时间，开采量从最初的每天100t左右，到现在的每天4000t左右，矿区的数量也从1个增加至3个。黄金矿床的类型为破碎带蚀变岩型，成因为中低温岩浆热液，矿体的产出情况为脉状，走向长度为1260m，倾角在36°~50°之间。矿体的单样品金品位平均在3.36×10-6，为均匀型矿体。

3.2 黄金矿床的开采条件

通过对该矿区深部岩石进行取样试验后得知井下1000m处的岩石力学性质，岩石的整体质量较好，相对稳固，水文、地质条件简单，为裂隙充水矿床。具体的开采条件如下：在该矿床当中矿体位于断裂带下，从稳固性来看，矿岩更加稳固，而局部破碎带存在不稳固的情况，且围岩与矿体将发育泥化现象比较严重的断层泥，暴露后容易出现塌落的现象[5]。

3.3 选择深部开采方法的原则

该黄金矿床的矿体赋存在井下1000m左右，是典型的深部开采，因井下的应力较高，所以必须选择适宜的开采技术，确保开采的高效性和安全性。可遵循如下原则，对开采技术进行合理选择：所选的开采技术应当能够对井下的应力分布状态进行改变，防止应力集中，不留永久矿柱，并对深部岩体的稳定性进行有效控制，尤其是要控制岩爆的出现，减少并避免动力地质灾害的发生，井下巷道的布置适应高应力的作业环境；选择的开采技术工艺应当简单，易于掌握，实施过程越简单越好，对井下深矿体具有良好的适应性，能够实现机械化连续不间断地高强度开采作业，保证日产量在4000t以上；所选的开采技术应当能够对废石和尾砂加以充分利用进行充填，以此来减少矿石的损失率，降低贫化的发生几率，进一步提升原矿的品位[6]；为节约成本，提高矿山的经济效益，应当确保选用的开采工艺能够对现有的机械设备进行充分利用；矿体上的断层泥可能会在钻进时造成卡钻的情况，所以不能采用锚杆及锚网等方法进行支护；为避免对矿山造成严重的破坏，应选用环境友好型的开采技术，为可持续发展目标的实现奠定基础。

3.4 采矿技术的选择与运用

按照上述深部开采技术的选择原则，结合本矿区黄金矿床的开采条件，通过对现阶段可用于井下深部开采的技术方法进行分析，拟定以下备选方案：分段充填、水平分层充填、嗣后充填等。以上方案全部都是以开采单元作为盘区进行建立，选用铲运机作为出矿设备。经过研究后，决定采用分段充填的方法对深部矿体进行开采，具体要点如下。

（1）依据该矿区深部矿床当前采用的开拓方式，将中段细分为4个分段，每个分段的高度相同，均为10m，利用斜坡道，使中段与分段形成联接，具体的长度为沿着走向100m。单个盘曲内设两个长度为50m的采场，并在相邻盘区间设置永久损失的间柱，不设顶柱和底柱，宽度与矿体的水平厚度相同。

（2）采切工程的具体布置情况如下：装矿及分段装矿的进路，充填管线、回风井、平巷、横巷、切割天井等等。在贯通的运输平巷和斜坡道掘进分段平巷，共3条，规格全部相同，均为3m×3m，当平巷掘进完毕后，可对天井钻机加以利用，对下盘溜矿井进行钻凿，并在每个盘区内布设一条规格为2m×2m的平巷，使倾斜角度与矿体保持一致，溜矿井与运输巷道的外侧紧靠，联络道的长度为5.0m；在采场的右侧布设规格为3m×3m的装矿及分段装矿进路，分段布设2条，间距控制在50m。整个盘区内的平巷共计8条，总长度为15m。布置充填管线、回风井等设施，可将装矿平巷与联络道相连的下部作为泄水井，上部作为回风井，每个采场内布设1条，并在矿脉的每个分段内布设1条规格为3m×3m的凿岩平巷。上述布设全部完成后，便可对天井和横巷进行切割施工，二者全部布设在采场的左侧，贯通后作为通风系统的一部分，并采用扩槽的方法，形成切割槽，给后续的回采提供充足的补偿空间。

（3）回采的顺序为从下向上，使用的机械设备为液压凿岩台车，按排距和孔底距，对炮孔进行施工。为使岩体能够达到预期中的破碎效果，采用交叉的方法，对前后排炮孔进行布设，各分段上的炮孔均为一次性施工，确认合格后，便可进行装药爆破。每次爆破完毕，应在通风后立即进行充填，实际操作中，应预留出一定宽度的回采补偿空间，以3.0m为宜。分段回踩且充填完毕后，待充填体达到稳定状态时，便可对下一个分段的矿体进行开叉。为在原本的基础上，进一步提升采场的生产效率，可通过交替的方式进行作业，这样可以有充足的时间使充填体达到稳定。切割为单独巷道的掘进，遇到厚度较大的矿体时，因通风困难，所以需要利用局部风扇帮助通风，当采切系统布设完毕后，井下作业面的通风条件得到显著改善，为爆破凿岩提供了有利条件。由于矿体上盘破碎带的断层泥化严重，钻进过程中容易出现卡钻的现象，加之长期暴露无法采用锚杆和锚网的方式进行支护，所以分段充填开采是在无支护的情况下进行。

（4）爆破铲运完后，应当立即进行充填，以人工的方式在分段上构筑起一个厚度为1.5m的假底，采用高强钢混结构，底板处需要设置防渗布，避免浆液渗入软弱的结构面内，当假底形成后，便可进行胶结充填。在假底上部充填的过程中，可以分两层进行充填。为避免浆料任意流动，应当设置隔离砂袋或是挡板。由于前一个分段需要在下个分段的充填体上进行回采作业，所以应当采用分层的方法进行充填，具体分为两步：先用浓度较低的浆液对下部6.5m进行充填，待稳定后，再对上部2.0m用高浓度浆液进行充填。