三鑫金铜矿深部缓倾斜薄矿体回采工艺的优化选择

2023-02-10崔晓林

黄金 2023年1期

崔晓林

(湖北三鑫金铜股份有限公司)

引言

湖北三鑫金铜股份有限公司(下称“三鑫金铜矿”)于1999年成立，是中金黄金股份有限公司重要的生产基地，其位于湖北省大冶市城区西南3.5 km处，距江城武汉市90多km,是以采选为主的矿山企业。

缓倾斜薄矿体在中国金属矿山中占有较大的比重，常见的开采方法有全面采矿法、房柱采矿法、壁式崩落采矿法、壁式充填采矿法等[1-3]。采矿方法的选择直接关系到矿山的安全管理、生产能力及经济效益[4]。三鑫金铜矿目前浅部主要采用阶段空场嗣后充填采矿法开采，该方法适用于急倾斜中厚—厚矿体[5-6]。由于矿体延伸至深部后，倾角变缓，矿脉变薄，已不适用该种采矿方法。针对三鑫金铜矿鸡冠咀矿区深部矿体的赋存条件，结合国内外类似赋存情况矿体的回采现状，对缓倾斜薄矿体的开采方式进行优化选择。旨在研究深部矿体安全、高效、经济、合理的采矿方法及其开采工艺，最大限度回收地下矿产资源，延长矿山服务年限。

1 地质概况

三鑫金铜矿有鸡冠咀、桃花嘴2大矿床，开拓方式为竖井延伸开拓，主要产品为金铜精矿、铁精矿和硫精矿等。鸡冠咀矿区Ⅶ2号矿体长约600 m，倾向延伸80～597.78 m，埋藏标高-630～-1 372.49 m，呈薄板状、脉状，倾角2°～32°，北西部倾角较陡，南西平缓。矿体厚度较稳定，最厚26.06 m，最薄1.31 m，平均厚7.36 m，厚度变化系数107.17 %。

鸡冠咀铜金矿床和桃花嘴铜铁金矿床的特征相似，是与中酸性侵入岩有关的岩浆演化系列矿床。鸡冠咀铜金矿床主矿体赋存于三叠系中下统嘉陵江组白云质大理岩与石英二长闪长玢岩的接触带、大理岩的层间破碎带内，矽卡岩并不十分发育，矿体以脉状、薄板状为主，受断裂-接触带构造、大理岩内的雁状裂隙控制，矿石矿物主要为高—中温黄铁矿、黄铜矿，磁铁矿较少，包裹体测试资料、硫同位素资料证明，成矿作用与燕山期的侵入岩在时间上、空间上和成因上有密切的联系，属岩浆期后高—中温气液型铜金矿床。

2 可行性方案分析

针对三鑫金铜矿鸡冠咀矿区Ⅶ2号矿体的赋存条件，本着安全、高效、经济、合理的原则对缓倾斜薄矿体的开采方式进行优选，通过对比分析初步确定采用两步回采嗣后充填采矿法对缓倾斜薄矿体进行综合开采，根据采场布置形式选定采场垂直矿体走向布置(方案一)、采场垂直于矿体走向伪倾斜布置(方案二)和采场平行矿体走向布置(方案三)3种采场布置方式。

2.1 采场垂直矿体走向布置

该方案适用于矿体厚度1.5～6.0 m，倾角10°以下矿体，且最大主应力方向垂直于矿体走向，该标准方案按2.5 m厚进行设计，采用盘区综合布置方式如图1所示。

图1 采场垂直矿体走向盘区布置形式示意图

1)矿块结构参数。矿块沿矿体走向，矿块长度120 m，分段高度20 m，每个矿块划分4个采场，每个采场之间预留10 m矿柱。矿房和矿柱分别进行回采，矿柱待矿房回采结束充填后再予以回采，采用平底结构铲运机出矿。

2)采切工程。以矿块为单元进行划分，矿块的采切工程主要有采准斜坡道、分段巷道、上山、溜井等。

每个矿块布置1条溜井，在矿体下盘掘进采准斜坡道，与各分段巷道相连，在各矿块间柱对应部位自分段巷道掘进进路通达矿体。采场采切工程量如表1所示。

表1 采场垂直矿体走向布置采切工程量

矿块地质矿量约45 120 t，无设计采矿损失贫化，采场二次损失按3 %计算、二次贫化按2 %计算，采场实际采出矿量约44 659 t，则采切比为12.8 m/kt。

3)矿房回采顺序。对于顶板稳固性好的矿体，采场顶板最大允许暴露面积超过1 050 m2，可采用如图2所示的回采顺序：先回采④→以④为自由面，崩落③、⑤→充填③、④、⑤采空区→回采①、⑦→以①、⑦为自由面，分别回采②、⑥→充填采空区，完成矿房的回采。这种回采顺序充分利用先采部分为自由面，有利于提高落矿效率。

图2 采场连续回采顺序

对于矿岩顶板稳固性较差的矿体，可采用隔一采一的形式进行回采，尽量减小顶板暴露面积，回采顺序如图3所示：先回采①、③、⑤、⑦→充填①、⑤采空区→以③、⑦为自由面，回采②、⑥→充填②、③与⑥、⑦采空区→回采并充填④，完成矿房的回采。

图3 采场隔一采一回采顺序

采场采用进路式回采时，每天2个循环，循环进尺3 m，生产能力为336 t/d。

2.2 采场垂直于矿体走向伪倾斜布置

对于矿体厚度1.5～6.0 m，倾角大于10°而小于45°的矿体，采场采用伪倾斜布置，角度要求能够满足各种设备的运行，该标准方案按2.5 m厚进行设计，采用盘区综合布置方式如图4所示。

图4 采场垂直于矿体走向伪倾斜布置示意图

2)采切工程。以矿块为单元进行划分，矿块的采切工程主要有采准斜坡道、分段巷道、上山、溜井等。

每个矿块布置1条溜井，在矿体下盘掘进采准斜坡道，与各分段巷道相连，在各矿块间柱对应部位自分段巷道掘进进路通达矿体。采场采切工程量如表2所示。

表2 采场垂直于矿体走向伪倾斜布置采切工程量

矿块地质矿量约45 120 t，无设计损失，设计贫化主要在于采用伪倾斜进路回采时底板需要保持平整而多采的废石，约3.4 %，采场二次损失按3 %计算、二次贫化按2 %计算，采场实际采出矿量约46 265 t，则采切比为12.9 m/kt。

回采顺序与方案一相同。采场采用进路式回采时，每天2个循环，循环进尺3 m，生产能力为370 t/d。

2.3 采场平行矿体走向布置

该方式适用于矿体厚度1.5～6.0 m，最大主应力方向平行于矿体走向。矿房平行于矿体走向布置，为了保护分段巷道，留3 m厚的分段矿柱。该标准方案按2.5 m厚进行设计，采用盘区综合布置方式如图5所示。

图5 采场平行矿体走向布置示意图

采场结构参数、采切工程等与方案一相同。矿块地质矿量约45 120 t，矿柱如永久保留则设计采矿损失率约7 %，设计贫化主要在于采用水平进路回采时底板需要保持水平而多采的废石，约16.8 %，采场二次损失按3 %计算、二次贫化按2 %计算，采场实际采出矿量约50 010 t，则采切比为11.43 m/kt。

采场回采顺序如图6所示：先回采②、④→以②、④为自由面，崩落①、⑤→充填①、②和④、⑤采空区→回采③并充填采空区，完成矿房的回采和充填。

图6 采场平行矿体走向布置回采顺序

采场采用进路式回采时，每天2个循环，循环进尺3 m，生产能力为430 t/d。

3 采矿方案比选

三鑫金铜矿选用的两步回采嗣后充填采矿法开采方式，对所选定采场垂直矿体走向布置、采场垂直于矿体走向伪倾斜布置和采场平行矿体走向布置3种采场布置方案进行主要技术经济指标、优缺点综合对比分析，优选出适合三鑫金铜矿鸡冠咀矿区Ⅶ2号矿体开采技术条件的两步回采嗣后充填采矿法采场布置形式及回采顺序。主要技术经济指标对比如表3所示，3种方案优缺点对比如表4所示。