塞尔维亚Timok铜金矿采矿方法优选及回采工艺研究

陈庆坤

(1.紫金(厦门)工程设计有限公司， 福建 厦门市 361016； 2.紫金矿业集团股份有限公司， 福建 厦门市 361016)

0 引言

采矿方法是指从矿块或采区中采出矿石的方法，主要包括矿块的采准、切割和回采3个步骤[1-2]。在长期的生产实践中，根据矿产资源的赋存条件和工艺技术及采矿设备发展情况，形成了种类繁多的采矿方法及相应的回采工艺[3-4]。选择合理的采矿方法不仅要保证采矿生产的安全性，还要满足合理的开采强度和最大经济效益的要求[5-7]。实际生产中应该根据矿床埋藏条件以及主要技术经济指标，选择技术可行、经济相对合理的采矿方法。

Timok铜金矿床位于阿尔卑斯-喜马拉雅岩浆弧造山带的塞尔维亚段，储量规模巨大，铜、金品位高，潜在经济价值极高。为了充分利用有限的矿石资源，提高矿石回采率，有效降低损失贫化率，本着“先进、实用、高效、低成本、环保”的原则，本文针对性地开展采矿方法以及回采工艺研究，总结和利用验证性工程的经验与数据，以期为Timok铜金矿上部矿体的开采提供一种安全、经济、高效的采矿方案。

1 开采技术条件

1.1 工程地质条件

矿区岩石以半坚硬、坚硬块状岩类为主，局部破碎带岩石质量较差。

上部矿带矿体赋存于地表以下430～865 m，岩性为安山质杂岩，主要包括安山岩、安山角砾岩和热液角砾岩等。岩体质量总体较好，RMR值为40～60，局部破碎带RMR值小于40；矿化部位的完整岩石强度（IRS）为109 MPa，上盘IRS值为97 MPa，下盘为75 MPa。矿体单轴抗压强度为95～117 MPa，围岩主要为安山岩，单轴抗压强度一般为64～82 MPa，局部地段含砂岩、粉砂岩和砾岩，单轴抗压强度小于20 MPa。

矿区断裂构造带岩体裂隙发育，岩石较破碎，局部夹软弱构造夹层，受地下水活动影响，易发生崩落、垮塌或滑移，工程地质条件较差。除软弱夹层及构造破碎带等地段需支护外，其余地段岩体稳固性较好。

矿区工程地质条件中等偏差。

1.2 水文地质条件

矿区属塞尔维亚阿普塞尼山系中低山地形，矿区范围内无大的地表水体，主要发育2条长年流水溪流。矿体埋藏标高-20～-460 m，均位于矿区最低侵蚀基准面（海拔175 m）之下，大气降水是地下水的主要补给来源。矿坑直接充水水源是安山岩基岩构造裂隙水，主要的充水含水层上部安山岩层富水性弱-极弱。矿区主要发育压扭性断裂，断裂构造导水性极弱，主要的断裂构造破碎带富水性极弱。矿床水文地质条件属以基岩构造裂隙为主、顶板直接充水的简单类型矿床。

1.3 环境地质条件

矿区地势较平缓，海拔220～420 m，相对高差一般在100～150 m，区内地势总体上北高南低。矿区属温带大陆性气候，气候温和多雨，年平均气温11℃，极端最高气温36.5℃，极端最低气温-23.2℃，冰冻期为11月至翌年2月；每年5—6月降雨量较大，冬季相对较长且降雪频繁。最大冻土深度为 1.2 m。

矿区附近地表植被发育，以灌木为主，森林较少，林木主要为橡木和山毛榉。矿区原生状态下不易产生滑坡、泥石流等不良环境地质现象。采矿活动可能产生局部地表变形，但对地质环境破坏很小，大面积地下开采造成开采周围地下水位大幅下降，对生态环境有一定破坏。综合得出矿区环境地质条件中等。

1.4 矿体赋存条件

Timok铜金矿床上部矿带为高硫浅成热液型铜金矿床。矿体在空间上呈近直立的不规则椭球状，向下部规模变小并呈分支状，矿体倾角80°～90°，走向长约300 m，宽约260 m，垂向延伸约440 m。矿体自上而下厚度、品位均呈降低趋势。

矿体赋存于下部安山岩中，为隐伏矿床。矿体及其顶底板岩性基本相同，主要为上部安山岩和下部安山岩，属中等坚硬—坚硬岩石。矿体内断裂构造发育，3组断层不同程度切穿矿体。其中-140 m标高以上矿体受3组断层及层间构造影响，岩性破碎，以角砾岩、碎裂岩为主，岩性总体较差；-140 m标高以下矿体以下部安山岩为主，岩性较好。整体来说，矿床开采技术条件较复杂。

2 采矿方法选择

上部矿体埋深较大，不具备露天开采的条件，推荐该矿山采用地下开采。根据矿体的赋存条件和开采技术条件，适合Timok铜金矿上部矿体开采的采矿方法有充填采矿法和崩落采矿法。

2.1 充填法

Timok铜金矿上部矿带矿体连续性好、厚大、垂直方向延伸大，适合采用安全可靠、贫化损失低、可多采区、多中段生产的充填采矿法进行开采。选用充填采矿法开采，前期可以“择优首采、贫富兼采”，提高企业前期效益，这对矿山的发展非常有利。上向进路充填采矿法适用于开采矿、岩不稳固或仅矿石不稳固的矿体，目的是减小顶板暴露面积，提高回采作业的安全性。其特点是自下而上分层进路回采，每一分层的回采是在掘进分层联络道后，以分层全高沿走向或垂直走向布置进路。采用充填采矿法开采时，采矿贫化率、损失率低，可较好地回采矿体中有价金属；同时选厂的尾矿约有一半可以回填到采空区，可减少尾矿库的投资和安全隐患。

由于矿区内断层发育，矿体内至少发育有3组断层。其中东断层厚度为16.5 m；西断层厚度为6.9～8.5 m；南断层厚度为2.9～4.6 m。3组断层均不同程度切穿矿体，对采矿方法的选取影响较大。在充填法方案中，以-140 m标高为界，-140 m标高以上受3组断层及层间构造影响，岩性破碎，拟全部采用上向进路充填采矿法；-140 m标高以下以岩性较好的下部安山岩为主，根据各断层赋存特征及对矿体的影响程度，在中段内以西断层为界，将矿体分为两个区域，断层以西区域品位高、距离断层近，拟采用上向进路充填采矿法回采；断层以东区域开采技术条件较好，采用效率更高的分段空场嗣后充填采矿法。

充填采矿法方案稳产期间需三采区、多中段同时生产：-140 m以上为一采区，一期基建时间为2.5 a，服务年限为13 a，采出矿量为36.99 Mt；-260～-200 m为二采区，投产后，一、二采区同时生产并达产；-440～-320 m为三采区，三采区接续一采区，以保证生产持续稳定。上向进路充填法的采场生产能力为500 t/d，采矿损失率为6%，贫化率为6%；分段空场嗣后充填法的采场生产能力为800 t/d，采矿损失率为8%，贫化率为10%。

2.2 崩落法

崩落法适用于各种开采技术条件，采矿方法简单、工艺成熟，生产效率高，单中段生产即可实现大规模开采；崩落法回采顺序自上而下，回采顺序与矿体品位上富下贫的赋存特点相符合，即前期优先开采上部高品位矿体，有利于提高企业前期效益。但由于崩落法初期需要建设井下溜破系统，基建时间较长，投产慢，投资回收期相对较长，且贫化、损失大，上部高品位资源浪费较多；另外地表会形成塌陷区，对环境破坏严重，尾矿全部堆存在地表，尾矿库投资较大。在崩落法方案中，井下工程以-220 m为界分为两期建设，-220 m以上为一期开采范围，-220 m以下为二期开采范围。一期基建期3 a，服务年限为14 a，采出矿量为38.34 Mt；稳产期间需单中段、双分段同时生产。崩落法采场生产能力1800 t/d，采矿损失率为18%，贫化率为22%。

2.3 综合分析

两种采矿方法的技术经济比较详见表1。综合比较两种采矿方法的经济效益和优缺点可知，崩落 法因需要待破碎系统建设完成后才能投产，投产时间晚一年，同时其贫化损失较高，对开采上部高品位矿尤为不利；充填采矿法前期采用浅孔落矿，不需等待破碎系统建设，可提前一年投产，能优先开采富矿，且采矿贫化损失较低，经济效益更好。因此，应优先选用贫化率更低、损失率更小的充填法。

表1 采矿方法技术经济比较表

3 回采工艺

由于矿体自上而下厚度、品位均呈降低趋势，其中-200 m标高以上矿石量占整个矿床的49%，铜金属量占整个矿床的75%，金金属量占整个矿床的81%。为提高前期经济效益，设计对-140 m以上矿体进行强化开采，通过增设-50 m、-110 m两个分段，增加进路法回采作业面，尽可能提高投产期高品位矿体的产能，首采地段定为-50 m、-80 m、-110 m、-140 m。全矿上向进路充填采矿法使用比例为36%，分段空场嗣后充填采矿法使用比例为64%。

3.1 上向进路充填法

（1）采场结构。沿矿体走向每100 m划分一个盘区，每个盘区4个矿块，矿块沿走向布置，长60 m，宽50 m；中段高度为60 m，分段高度为15 m，分层高度为5 m，每个分段设3个分层；进路规格为5 m×5 m。

（2）采切工程。矿块采切工程包括：穿脉运输巷、分段运输平巷、分层联络道、矿石溜井、人行通风充填井、回风井等。在下盘脉外施工溜井及通风充填井，溜井规格Φ3.0 m，通风充填井规格为3.0 m×3.0 m。下盘脉外斜坡道连通各分段平巷，分段平巷规格为4.5 m×4.0 m。从分段平巷掘进分层联络道进入矿体，然后掘进进路联络道穿过矿体，在矿体上盘脉沿矿体倾向施工回风井连通上中段穿脉巷道，采切比为57 m3/kt。上向进路充填采矿法如图1所示。

图1 上向进路充填法（单位：m）

（3）回采出矿。分层自下而上逐层开采，每 分层中进路隔三采一，每条进路回采完毕后及时作封挡墙、充填处理，待养护到一定强度时再回采旁边进路，本分层全部进路回采结束并充填完毕后，采用压顶废石形成上一分层联络道，开始上一分层进路的回采。崩落后矿石由铲运机直接铲至采场矿石溜井。因考虑转层对生产的影响，矿块生产能力设为500 t/d，采矿损失率为6%，贫化率为6%。

（4）采场通风。新鲜风流从斜坡道、人行通风天井进入分段运输平巷，然后由分层联络道进入采场，冲刷各个工作面后，污风由回风井排至上中段回风巷，而后由回风井排出地表。

（5）空区处理。一步骤进路充填灰砂比为1:6，二步骤进路充填灰砂比为1:25，为满足铲运机行走要求，二步骤进路最上面一层（厚度约30 cm）采用灰砂比1:6充填。当二步骤回采进路要作为下一分段的顶板时，也采用1:6灰砂比充填。

3.2 分段空场嗣后充填法

（1）矿块布置。矿块垂直矿体走向布置，长50 m，宽30 m，划分矿房和矿柱，宽度均为15 m；中段高度为60 m，分4个分段，分段高度为15 m。

（2）采准切割。采准工程有分段运输巷道、分段凿岩巷道、出矿巷道、出矿进路；切割工程有切割天井和切割槽。分段巷道布置在下盘脉外，通过斜坡道使其上下连通，从分段巷道向矿体内掘进分段凿岩巷道。采场为平底结构，不留顶底柱，采切比为54.1 m3/kt。分段空场嗣后充填采矿法如图2所示。

图2 分段空场嗣后充填法（单位：m）

（3）回采出矿。回采分两步骤进行，第一步回采矿房，充填养护完毕后再回采矿柱。为避免爆破影响相邻采场的稳定性，采用隔三采一的方式。中深孔爆破崩矿，爆下的矿石用铲运机集中在采场底部出矿，最后用遥控铲运机清理采场残矿。

（4）采场通风。新鲜风流由中段运输巷进入装矿巷道冲洗工作面，或经过斜坡道进入分段凿岩工作面，污风由采场空区经上中段回风巷道抽出到风井，最后排出地表。

（5）充填。一步骤顶底柱及二步骤顶底柱各10 m处进行充填，采用的灰砂比为1:6，一步骤其它位置采用灰砂比1:10充填，二步骤其它位置采用灰砂比1:25充填。

4 结论

针对Timok铜金矿的复杂矿体，通过对比分析，选用贫化率更低、损失率更小的上向进路充填采矿法和分段空场嗣后充填采矿法开采。根据矿体特征及工程地质条件，-140 m标高以上全部采用上向进 路充填采矿法，-140 m标高以下根据断层赋存状态，断层以西采用上向进路充填采矿法回采，断层以东采用效率更高的分段空场嗣后充填采矿法。上部矿带回采过程中上向进路充填采矿法使用比例为36%，分段空场嗣后充填采矿法使用比例为64%。该采矿方案有效降低了矿石损失贫化率，有利于上部高品位资源的回采利用，提高了矿山企业经济效益；同时将尾砂作为充填骨料不仅可以实现低废开采，减少尾砂对环境的污染，还可以控制地表塌陷，有效改善地下开采环境。