浅谈铜矿采矿工艺技术改造

    郭　超

    摘 要：铜矿的开采实践表明，对于倾斜、缓倾斜中厚高硫矿床采矿方法的选择是至关重要的；根据其复杂多变的地质条件及国内外开采状况，提出选用爆力运搬分段空场嗣后一次充填采矿法较为适宜，该法可以达到降低损失贫化率，减少采准工程量，提高采场生产能力的预期目的。

    关键词：倾斜中厚矿体；高硫矿体；采矿方法选择；爆力运搬；嗣后充填

    1前言

    该铜矿于1959年建成投产，设计年产矿石30万t。由于该矿地质条件复杂，矿石含硫高，矿体开采技术条件复杂，曾先后经历了坑采、露采、坑采的艰难历程；坑采工艺也先后使用过崩落法、充填法等。随着矿山的老龄化，矿产资源减少，开采中段逐年下降，深部矿体变缓变薄，原采矿工艺已不再适用这部分矿体的开采，为此必须寻求新的采矿方法。

    2矿区地质及开采技术条件

    矿区矿体均为北东走向，倾向南东，由于成矿受火成岩等构造控制，将全矿区矿床分成三个矿段，即主矿段、前山矿段、前山南矿段。整个矿区矿体形状复杂，其大小矿体多达117个。主要矿体有4＃、5＃、15＃、30＃、29＃、79＃、84＃等。矿体沿走向长度为50～200m，水平厚度2～80m，倾角30°～60°。矿体除顶盘围岩小部分是稳固性差的燧石、黄铁矿带以外，其它矿体顶板均为大理岩，稳固性好，f=8；底盘围岩均为闪长岩，f=3～5，因节理裂隙发育，遇水风化潮解，稳固性差。矿体按矿石组分可分为铜硫型、铜铁型和单硫型3种。铜硫型矿石占铜矿储量的66.94%，平均含硫品位24.5%，最高达38%～44%。从矿石结构构造上看，分为含铜矽卡岩和含铜磁铁矿，结晶细粒呈致密块状产出，而黄铁矿除少量为致密块状外，大部分为结晶颗粒疏松状产出，矿石容易破碎呈粉状，易氧化。矿石含铜品位平均为1.62%，矿石体重3.75t/m3。目前矿山生产中段主要为-257 m中段，该中段分布有4＃、15＃、29＃、30＃矿体，其中15＃、29＃矿体在本中段尖灭；4＃和30＃矿体走向近东西，倾向南，倾角20°～55°，矿体厚度为10～25m，平均15m。在矿体倾斜方向，其厚度、倾角及形状均不稳定，往下具有变缓变薄的趋势，据地质资料统计，-257m中段C+D级储量共160万t，缓倾斜、倾斜矿体储量为64万t，占40%。-257m中段以下约412.2万t储量中，缓倾斜、倾斜矿体储量比重将显著增加。

    3矿山开采状况及存在的问题

    矿山投产初期，对前山4＃、5＃矿体采用无底柱分段崩落法开采，由于矿石含硫高，工作面温度一般为35℃，最高达50～60℃，炮孔温度一般为40～50℃，最高达120℃。由于矿石自燃、药包自爆、曾使+21.5m和+15.5m分段两度被迫停产。为降低损失贫化，改善作业环境，后改用有底柱小中段崩落法开采。但有底柱分段崩落法仍然没有解决矿体回采过程中矿石自燃、药包自爆、SO2毒气危害、残矿无法回采等问题，1965年矿山不得不改用露天开采。

    随着露天开采境界的最终形成，铜矿于1981年又转入地下开采。采矿工艺改用小中段空场嗣后一次充填法回采。先采矿柱，采后用混凝土充填；后采矿房，采后用尾砂充填。实践证明，采用充填法开采急倾斜矿体比用崩落法开采损失贫化率降低50%，作业环境明显改善，作业面温度由35℃降至20～26℃，中深孔温度由40～50℃降至30～40℃，SO2浓度也相应降低。因此，该铜矿从1981年开始一直沿用该法。但随着开采中段从-40m下降至-257m，缓倾斜、倾斜矿体比重逐步增加，单一采用分段空场嗣后一次充填法存在如下问题：

    随着矿体倾角变缓，厚度变薄，采切工程量随之增加，千吨采切比高达25m/kt；

    支护工程量增加。由于矿体底板为花岗闪长斑岩，揭露后易风化，遇水膨胀成泥，为保证采切工程的稳定性，不得不加大支护工作量，导致掘进成本高达650.3元/m。

    损失贫化增大。统计资料表明，矿石贫化率为18.5%，矿石损失率为17.04%。

    4采矿方法的选择与实施

    综观矿山开采史，倾斜、缓倾斜中厚矿体的开采主要采用分段空场法和房柱法，其次为充填法和崩落法，通常采用无轨化开采，实现高度机械化。结合铜矿的实际，在目前经济效益滑坡和资源减少的情况下，对此类矿体采矿方法的选择必须满足“三高三低二易一不变”的要求。“三高”即生产能力高、采矿工效高、安全程度高；“三低”即采切比低、损失贫化低、采矿成本低；“二易”即采矿工艺易于掌握、施工简易；“一不变”即充分利用矿山现有的中深孔凿岩设备及电耙、振动出矿机等出矿设备。通过对国内倾斜、缓倾斜中厚矿体矿山的实地考察，提出对倾斜、缓倾斜中厚矿体的开采，宜采用爆力运搬分段空场嗣后一次充填法，设计采场生产能力为150～200t/d，千吨采切比5～10m/kt，矿石损失率5%～8%，矿石贫化率5%～10%。该方法拟在30＃矿体中进行工业试验。

    4.1矿块布置和构成要素

    在试验过程中，沿矿体走向划分矿房矿柱，先采矿房两侧矿柱，后采矿房。采用中深孔凿岩，分段爆破，爆力运矿，空场下电耙(振动放矿机)出矿。矿柱回采后用尾砂胶结充填，矿房回采后用尾砂充填。

    其阶段高度为43m，中段高度分别为18m和25m；矿块长为中段斜长，为28m和38m，矿块宽为18～36m，其中矿房12～24m，矿柱6～12m。阶段不留顶、底柱，分段中留人工或矿石间柱。

    4.2采切工程布置

    采用电耙底部结构或振动放矿底部结构，前者构成接矿堑沟加电耙道，用电耙耙运矿石；后者构成接矿堑沟加振动放矿机硐室，振动放矿机出矿。切割槽的形成为首先在堑沟平巷矿房(柱)中央垂直矿体倾斜方向向上掘切割天井，然后以切割天井为自由面，采用中深孔凿岩，打平行或扇形深孔，向矿房(柱)两侧拉切割槽，拉槽与辟漏(堑沟)一并完成。

    4.3回采

    采用YGZ-90型钻机，配FJY27B型凿岩台架，在凿岩上山内钻凿中深孔，所有炮孔一次打完，分次装药爆破，每次爆破的矿石量以堑沟恰能容纳为准。爆后矿石经电耙(振动放矿机)放出。矿块回采时，先采矿房两侧矿柱，采后尾胶充填，再采矿房，采后尾砂充填。

    结语

    倾斜、缓倾斜中厚矿体因其采场矿石运搬和控顶比较困难，通常视为难采矿体，寻找安全可靠、经济合理的采矿方法是有待进一步研究的课题，而对于铜矿此类高硫矿体的采矿方法更值得深入研究。本文提出的爆力运矿分段空场嗣后一次充填法可否适应，还有待于在回采工业试验中得以证明。

    参考文献

    [1]张强.爆力运矿采矿方法使用现状与改进发展方向.第2届全国青年采矿学术会议论文集，1996.

    [2]采矿手册编委会.采矿手册第四卷.北京：冶金工业出版社，1991.