鲤泥湖铜铁矿1号矿体开采方案研究

各 方，程治华

(1.大冶有色设计研究院有限公司，湖北 黄石 435005；2.大冶有色金属股份有限公司 丰山铜矿，湖北 阳新 435232)

引言

鲤泥湖铜铁矿位于湖北大冶市城西约2.9 km，为一隐伏中型铜铁矿床。地质储量442.18 万 t，采用下盘竖井开拓，中段高40 m，矿山服务年限12年。至2002年5月止，完成了竖井开拓261 m，形成了-165 m和-205 m井底车场和石门以及其它井巷工程；地面相应完成了供配电线路、卷扬机和压风站等工程。2002年5月在-165 m中段101采场进行试采，在回采中，局部破坏了上盘大理岩，遇溶洞突然涌水，出现淹井，使原主井不能使用，首采的Ⅲ号矿体难以继续开采，被迫中断了试采。2002年7月进行了竖井强排水、井巷清泥、-165 m中段筑砌堵水墙等大量工作，于2003年5月恢复了-205 m中段201采场的试采和出矿工作；由于未采取主动的防治水措施，矿山井下一直未能转入正常生产。

鲤泥湖铜铁矿现采用侧翼竖井开拓，并重新布设了通风井；主井直径3.5 m，井深约330.6 m，采用罐笼提升；风井已施工到底。

矿山现已开拓有-165 m、-205 m两个中段，由于出现突水而停采。为充分利用现有工程，最大限度地回收资源，亟待寻找一种采矿方法，能够安全、有效地开采1号矿体-205 m以上几个中段的矿石。

1 地质概况

矿体主要产在石英正长闪长玢岩与大理岩接触带，次为接触带外侧附近的大理岩层之间及岩浆岩超覆的石英正长闪长玢岩中，这三种控矿构造是本矿床(矿体)连接对比的主要依据。

组成矿体的矿石类型较复杂，一般胶结性较好，但局部含有矽卡岩、透辉石、绿泥石等，使矿体软硬不均，稳固性中等。矿体顶板围岩由软弱块状结构的透辉石矽卡岩、石榴石矽卡岩、矽卡岩组成。顶板围岩裂隙、溶洞发育，使矿体围岩抗压强度大大降低，稳固性差，在开采过程中易产生突水、突泥灾害。矿体底板围岩由于矿体下接触带在成矿前和成矿期破碎严重，因此结构松散，岩石力学强度降低，稳固性差。尤其在南部下接触带属陡倾斜接触，倾角60°～80°，在矿体开采过程中易产生片帮和冒顶灾害。

矿体分布与赋存严格受NW向接触带的产状及形态制约，倾向NE，倾角0°～80°，一般45°～70°。由7个主矿体(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ)和11个大小不等的小矿体组成，其中Ⅲ号矿体规模最大，次为Ⅱ号矿体及Ⅴ、Ⅵ号矿体。Ⅰ号矿体位于矿区东端15线，为本次研究对象。Ⅰ号矿体顶、底板围岩随各矿体赋存部位不同而变化。矿体主要赋存于石英正长闪长玢岩中的矽卡岩化斜长石岩内，其顶板则为石英正长闪长玢岩，底板为矽卡岩化斜长石岩。

鲤泥湖铜铁矿矿区本次开采范围内Ⅰ号矿体总储量为85 109 t，钼金属量132 t，钼矿石平均品位0.155 %。本次回采-125～-205 m之间矿石，而Ⅰ号矿体赋存标高为-125～-235 m之间，其中-165 m以上钼矿石333类型资源量为12 425 t，-165～-205 m钼矿石333类型资源量为60 559 t，因此本次回采矿石总量为72 984 t，钼金属量113.19 t，钼矿石平均品位0.155 %。

2 开采方案研究

2.1 开拓方式[1]

由于本次Ⅰ号矿体开采方案是在现有矿山工程基础上进行的，为了充分利用现有主井、风井等井筒，因此继续沿用原来的竖井开拓方案。

中段高度为40 m，分别为-125 m、-165 m、-205 m等3个中段开采。

2.2 采矿方法

2.2.1 采矿方法选择[2]

该矿矿体产于接触带矽卡岩中，属矽卡岩矿床。目前开采设计的矿段为Ⅰ号矿体，标高-125～-205 m中段之间。矿体呈透镜状，岩石类型为钼矿石。

因地表不容许塌陷，该矿床不适合采用崩落法，可考虑采用充填法和空场法嗣后充填。根据矿山地质条件和开采技术条件，较适合该矿的采矿方法主要有“浅孔留矿法”和“上向分层充填采矿法”[3]。两种采矿方法的主要优缺点比较如下：

1)浅孔留矿法具有采矿结构和开采工艺简单、采准工程量较小、采矿生产成本低、工人劳动强度相对较小、管理方便等优点。但该方法适用条件为：围岩和矿石均稳固，即围岩无大的断层破碎带；在放矿过程中，围岩不会自行崩落；矿体厚度以薄和极薄为宜。

2)上向分层充填采矿法矿石损失贫化小，矿石和围岩稳固程度要求低，充填体维护两帮围岩，并作为上采的工作平台。缺点是采矿工艺比较复杂、劳动生产率低、劳动强度大、回采成本较高。

考虑到矿区地表不容许塌陷，开采区域上部地下水较复杂，为有效地控制地压活动，防止顶板大面积冒落，须进行采空区处理。因此，本开采方案推荐采用上向分层充填采矿法[4](如图1)。

图1 上向分层充填采矿法

2.2.2 上向水平分层充填采矿法

1)矿块布置及结构参数[5]

矿块沿矿体走向布置，矿块构成要素如下：矿块高度40 m；矿房长度40～50 m；矿房宽度为矿体厚度；间柱宽度 3～5 m；顶柱厚度 5 m；底柱高 5 m。

2)采准及切割工作

阶段运输平巷布置在矿体下盘。在每个矿房中至少布置两个溜矿井、一个顺路人行天井(兼设备井)和两个充填天井(矸石充填井和胶结充填井)。溜矿井用混凝土浇灌底座，壁厚300 mm，井筒采用立钢筒，钢筒厚度δ=100 mm。圆形内径为2.0 m。充填天井断面为1.5 m×1.5 m，内设充填管路和人行梯子等，是矿房的安全出口，其倾角为90°。矿房布置设备井(泄水井)，断面面积1.8 m2，同时装有人行梯子。人行天井和充填天井是矿房的两个安全出口。

在底柱上部掘进拉底巷道，并以此为自由面扩大至矿房边界，形成拉底空间。在拉底扩宽的过程中根据岩石稳定性留矿柱，再向上挑顶2.5～3 m，并将崩下的矿石经溜矿井放出。形成4.5～5 m高的拉底空间后，对溜井和人行设备井立钢筒，最后充填采空区。胶结充填铺面厚度为300～400 mm。

3)回采工作

用浅孔崩矿，回采分层高为2～3 m，采后空高不得大于5 m，用上向孔和水平孔两次崩矿。崩落的矿石用电耙出矿，矿石出完后，清理底板上的矿粉，然后进行充填。矿块之间留设的矿柱不予回收，作为永久损失。

2.2.3 充填

1)充填系统

为充分利用矿山现有场地及井口，拟利用回风井作为充填井使用。本矿充填系统采用集中布置方式 ，在其风井口布设简易充填设施，利用风井井口场地堆放尾矿砂，利用原风井施工时的临时房屋及工棚存放充填用水泥等有关材料。在风井中安设管径100 mm钢主管2根，一用一备。充填作业支管管径80 mm，采用钢管或硬塑胶管均可。

2)采场充填

以充填井为中心，利用压头自流方式由远而近地充填采场。当充填高度为4～6 m时，需分2次或3次完成。

接顶充填：因尾砂流动性好，一般接顶较好。必要时还需采取多次回充或加压的方式加强接顶。

充填井充填后，充填体表面上浇以0.3～0.4 m厚的水泥砂浆铺面，以便于设备运行和减少采下矿石的损失贫化，水泥耗量约200～300 kg/m3。1天后即可在其上部凿岩，2～3天后即可进行落矿。为了较好地保护地表和上覆岩层不移动，充填必须接顶，方法如下：采用砂浆加压接顶，使用液压泵将砂浆沿管路压入接顶空间，使接顶空间填满。在充填前必须做好接顶空间的密封，包括堵塞顶板和围岩中的裂缝，以防砂浆流失[6]。

3 投资估算

本概算投资范围包括由-125 m、-165 m、-205 m三个中段开拓，主井-125 m中段和-165 m中段新开马头门及新开马头门处井筒装备改装、清理原井底水仓。

表1 总投资估算表

项目总投资是固定资产投资与流动资金之和，共为1 069.7万元，详见表1。

4 经济评价

4.1 产品产量及销售收入

开采方案研究确定：该矿1号矿体年产钼矿石2.0万t，原矿品位按钼0.155 %，贫化率10 %，出矿品位钼0.14 %。经选矿浮选流程，选矿回收率钼60 %和钼精矿品位45 %。按钼精矿12万元/t计算，年销售总收入为448万元。

4.2 年生产成本计算

1)人员工资：矿山管理人员共5人，按平均工资2万元/(人·年)计算，年工资总额为10万元。矿山技术人员共5人，按平均工资1.2万元/(人·年)计算，年工资总额为6万元。共计人员工资16万元。

2)采矿单位成本按80元/t计算，则年采矿成本为160万元。

3)选矿单位成本按30元/t计算，则年选矿成本为60万元。

4)销售费用按销售收入的5%提取，年销售费用为22.4万元。

5)固定资产折旧：矿山基建成投资1 069.7万元，但其中除了各中段穿脉、联络道、溜井、充填井、设备井等只用于Ⅰ号矿体外，其余基建工程可以用于今后Ⅱ、Ⅲ号矿体的生产，因此将此部分工程按全矿生产年限进行折旧。Ⅰ号矿体专用工程基建投资为150.07万元，服务年限3.6年计算，年折旧额为41.69万元。Ⅱ、Ⅲ号矿体生产基建投资为919.63万元，服务年限15年计算，年折旧额为61.31万元。每年总折旧额为103万元。

以上年成本合计为361.4万元。

4.3 税费及附加

产品增值税：销售收入×13%=448×13%=58.24万元；资源税：处理量×1.05元/t=2.0×1.05=2.1万元；资源补偿费: 销售收入×2%=448×2%=8.96万元；城建税: 增值税×7%=58.24×7%=4.08万元；教育附加费: 增值税×3%=58.24×3%=1.75万元。

以上税费合计:75.13万元。

4.4 利润

根据以上计算分析，本项目新增投资1 069.7万元。该矿达产后，年销售收入为448万元，年总成本为361.4万元，交纳各种税费75.13万元，则年利润总额为11.47万元。

5 综合评价

1) 该矿外部的水、电、路、通讯等诸方面条件具备；矿山已在各井口均盖设有可满足下部开采的建筑构筑物设施。

2)Ⅰ号矿体矿石储量低、所需工程量大，还有经济效益，具备开采价值。该矿其它矿体矿石质量、价值较1号矿体较好，储量也较大，经济效益肯定也较1号矿体好，更具备开采价值。

3)鲤泥湖铜铁矿属大水型矿山，水文地质条件较复杂。本次设计的Ⅰ号矿体虽然在火成岩中，但运输巷道、回风巷道穿过大理岩含水地带，矿山必须对防水问题引起足够重视。建议在掘进施工中，要充分注意防水，做到“有疑必探，有水必防”，切实落实好本设计提出的防治水措施。

4)建议矿山继续做好水文地质工作，采取注浆止水等综合止水措施后，会取得更佳的效果。

综上所述，该开采方案技术上是可行的、安全上是可靠的、经济上是有效益的。还可提供多个就业岗位，有助于社会安定，社会效益明显。该开采方案研究可为本矿的其它矿体和条件类似矿山的开采提供借鉴。

[1]王 青,史维祥. 采矿学[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2006.

[2]于润仓. 采矿工程师手册(下)[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2009:1-20.

[3]《采矿手册》编委会. 采矿手册[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1990:203-220.

[4]崔茂金. 上向分层胶结充填采场顶板稳定性分析[J]. 有色金属(矿山部分), 2009, 61(6): 51-55.

[5]谢世俊. 金属矿床地下开采[M]. 北京: 冶金工业出版社,1979.

[6]刘效良. 岩金地下开采充填技术综述[J]. 现代矿业, 2009(7):5-10.