竹峪金矿F5矿床浅部低品位矿石开采技术

张孝民，杨志强，习玉良，何海江，冯江伟，张金歌

(金源矿业有限责任公司，河南 灵宝 472500)

引言

竹峪金矿是金源矿业有限责任公司第二分公司下属的一个主采区。前身隶属于灵宝市灵湖金矿，始建于1976年，一直在F5金属矿床进行地下开采。通过近三十年的开采，探明的资源量已消耗殆尽，寻找接替资源已成为当前企业健康发展的首要任务。

本文结合当前黄金价格持续上涨的有利形势，提出采用露天采矿技术回收地下开采结束后的矿床浅部遗留低品位矿石。在分析该类矿床遗留采空区和采切巷道对回采工作影响的基础上，通过技术改进，正确处理采空区和边坡治理。该方法不仅提高了资源利用率，而且降低了生产成本的投入，提高了经济效益，仅供同行参考。

1 技术背景

1.1 矿床地质概况及储量保有情况

F5断裂破碎带为含金糜棱岩构造带，F5含金石英脉为东段一部分，东起夫夫峪，经过本矿区、大湖罗山，西延至周家峪与F6复合交汇，全长约7～8 km。近东西走向，倾向NNE，倾角30°，走向及倾向均具波状起伏特点，构造带厚20～50 m，构造带内糜棱岩、千糜岩、碎裂岩发育。构造带上盘为辉绿岩、条带状混合花岗岩，下盘为角闪斜长片麻岩，中等稳固。矿石为糜棱岩，稳定性差，矿石比重2.48 t/m3，松散系数1.75，自然安息角40°，湿度6.31%。F5断裂破碎带为本矿最主要的一条控矿断裂，含金石英脉成脉状和团块状产出，形成了金矿石的富集区。断裂为成矿提供通道和成矿空间的同时，断裂破碎带自身也不同程度矿化，形成了一个具有工业价值的低品位金矿床(见图1)。根据实地取样、边界圈定、矿量核查，结合1985年河南省地调一队提交的地质储量报告，在675 m标高以上7个矿段共圈定低品位矿石407.6128万t(见表1)，减去历年来我矿采出矿石量86.175万t和民采矿石量30万t，现实际保有矿石量291.4378万t，平均品位 0.7 g/t，金属量2 049 kg(见表2)。

图1 矿床剖面图(0勘探线)

表1低品位矿石量计算表

Table1Calculationtableoflow-gradeorequantity

中段标高矿体走向长度/m厚度/m倾角/°斜长/m体积/m3 体重/(t/m3)矿石量/万t备注7941505027372775002.4868.827841905027222090002.4851.832770210152730945002.4823.4367502601527441716002.4842.55687253201527552640002.4865.4727004001527553300002.4881.846753601527552970002.4873.656合计16436002.48407.6128

表2 低品位矿石保有量计算表

1.2 矿床开采现状

1976年建矿至今一直采用地下开采方法，平硐-盲斜井联合开拓，采矿方法为空场法，主要开采3.5 g/t以上金矿石资源。通过30余年的开采，2005年至今已在650 m标高以下进行探采作业。由于受历史开采的经济、技术等因素影响，650 m标高以上矿段矿体富集区开采结束后，大量的采空区未做处理，地压失衡导致采空区、部分开拓及采准工程已垮塌。

1.3 技术思路

从经济及安全因素考虑，已无法利用地下开采方法回收650 m标高以上矿段低品位矿石。为充分利用矿产资源，提高矿山企业经济效益，根据露天开采的实践经验，对该矿床650 m标高以上矿段的低品位矿石实施露天开采[1-4]。

2 技术方案

2.1 采矿方案的选择

如图1所示，本矿区山势北倾、矿脉北倾、侵蚀基准面在650 m水平，沿矿脉倾向形成自然山坡，地表道路畅通，上盘岩石厚度不大，不少地方(特别是上部)表土覆盖层厚度不大于5 m，而含矿层厚度较大，最厚达50 m(见表1)。露天开采虽然基建投资大，但该矿段初期剥离量很小，矿山也有部分设备可以投入使用，基建投资比较小，故选用露天开采。该矿段采用露天开采还有以下优点：

1)矿段地面无建筑物、农田、森林等，基建条件好；

2)供电、供水、运输等系统容易形成，排土排碴场、工业场地便于布置；

3)露天开采使用大型设备，劳动生产率高，采矿成本低；

4)矿岩界限清楚，易于分采分装，贫化损失小。

2.2 露天开采各项参数的选择

2.2.1 开采范围

该开采矿段地表没有建筑物、农田、森林、河流或其它难以迁移的设施，矿岩稳固性较好，水文地质条件简单。根据矿床的地质赋存特点和开采技术条件，保证盈利的情况下，开采范围确定为3线以东、4线以西、725 m标高以上的矿段(走向长240～320 m，垂高100 m)。

2.2.2 经济合理剥采比

经济合理剥采比是露天境界确定的重要指标。本开采矿段由于矿石品位较低，不存在地下开采的可能，无法利用比较法来确定。因此采用收支平衡法来计算经济合理剥采比，计算公式为：

式中：NJ—经济合理剥采比，t/t；b—每吨废石的剥离和运输费，元/g；a—每吨矿石的开采和加工费用(不包括剥离)，元/g；C—其它未摊入a、b的费用，元/t；E—每吨矿石盈利的期望值，元/t；P—每克金价，元/g；A—矿石平均品位， g/t；R—堆浸回收率， %。

取值：b=8.20元，a+C=29.5元，E=5元，P=120元/g，A=0.70 g/t，R=75%，计算得出NJ=3.48。当收支平衡时(即E=0)，NJ=4.09。我国露天矿的经济合理剥采比一般为8～10(如表3所示)，而本矿段的经济合理剥采比为3.48，大大低于我国矿山的一般水平，这主要是由于该矿段遗留矿石品位低造成的。

表3 部分露天矿设计的剥采比值

2.2.3 露天采场最终边帮构成要素

1)阶段高度和阶段坡面角

该矿段矿岩f=6～12，矿石稳固性中等，上盘岩石稳固性更好。对于需穿爆的硬岩，一般不超过挖掘机最大挖掘高度的1.2倍。我矿选用灵活爬坡能力强的2 m3反铲式挖掘机(最大挖掘高度为7.7 m)，因此阶段高度选用8 m，阶段坡面角50°，达到了安全规范要求。

2)最终平台宽度

由于本开采矿段为山坡露天和深凹露天的混合型，深凹露天部分可以从山坡露天部分进入，因此不用考虑设置运输平台。加之深凹露天部分开采深度最大仅100 m左右，也未考虑清扫平台。安全平台宽度选4 m。

3)最终帮坡角

根据矿床开采条件、阶段坡面角及开采深度，最终帮坡角选定为55°。

4)境界剥采比及露天境界的确定

图2 最终境界剖面图(0勘探线)

5)露天开采底宽及位置

露天采矿场底最小宽度不应小于开段沟宽度，并按采装和运输设备的规格确定。我矿选用2 m3液压铲和20 t自卸汽车，确定采矿场底最小宽度为20 m。

2.3 露天开采生产能力的选择

该剥采区矿体走向长200余米，开采深度约100 m，低品位矿石186万t左右。结合国内同类露天矿延伸纬度和场地筹建及配套设备选购等情况，选择年产量为50万t。

2.4 露天开采的运输方式和设备选择

由于该开采矿段与排碴场和堆浸场的地面公路已经形成，且开采区域内简易公路使用挖掘机修建简单方便，因此选用公路开拓运输方式。结合现有实际设备情况，选择2 m3斗容的挖掘机、20 t自卸汽车。

2.5 采剥方法

采剥方法是露天开采全部过程中的中心环节。我矿采用Ф105 mm风动潜孔钻机凿岩，垂直钻孔，多排(2～3排)、三角形布孔方式，孔深8～10 m，孔距4～4.5 m，排距3.5～4 m，炮孔堵塞长度大于4 m，炸药单耗0.3～0.5 kg/m3。采用电雷管引爆，排间孔外微差爆破的方法进行预先松散，然后用挖掘机进行铲装，矿岩分别装车。对于松散破碎矿岩，一般不需要凿岩爆破，可直接用挖掘机铲装。工作线布置和推进方向：根据我矿露天开采设计能力，以及该矿段地质赋存条件，采用工作线沿矿体走向布置，垂直矿体走向推进，剥离工作线沿上盘推进，采矿工作线沿下盘推进，减小矿石的损失和贫化。

2.6 采空区处理

露天开采前，根据相关地质资料及露天开采设计的最终开挖境界，圈定出剥采区内采空区的赋存状况，并实地测量标定，设置警戒[5]。露天剥采与地下探采隔离带内各中段具有施工条件的采空区采取废碴充填、集中放顶等措施进行采空区治理，达到地压平衡，并封堵该区域内废弃坑道、采场，杜绝人员进入。钻机凿岩遇到采空区时，采用黄土充填固孔方法，提高凿岩质量和爆破效果。装运矿岩作业前，在工作平台对爆破充填处理过的采空区采用机械夯实，并加强该区域的安全监护管理。由于矿床中矿石富集区体积相对较小，相应遗留采空区空间较小，而露天爆破后矿岩自身松散垮落至采空区(我矿矿岩松散系数为1.75)，达到了安全处理采空区。

2.7 边坡管理及地质灾害防治

在露天开采过程及后期治理中，采取以下措施进行边坡管理及地质灾害防治：

1)确定露天开采区域相对应的725～650 m标高段为露天开采与地下开采隔离带，禁止在该区域采掘作业。由于该区域主构造倾角为27°，属倾斜矿体，有效控制了650 m标高以下采掘作业的工程扰动力对露天边坡的破坏和影响。

2)在露天开采区域北部(760～770 m水平)采用锚杆混凝土挡墙对边坡岩体进行加固处理。

3)在最终开挖境界外围沿边坡开挖排洪渠，并在露天开采底部(725 m水平)开挖排水沟，分别将地表水截流及泄洪，有效避免了地表降水流入露天采矿区域以及渗入井下。

4)刺丝封堵露天开采区域，悬挂警示标志，禁止人员进入。

5)露采边坡设置变形观测点，定期观测，绘制变形曲线，建立测量台帐，发现异常，及早报告，确保早发现、早治理。

3 综合比较

对浅部已开采矿床的低品位矿石回收技术，还未见有过全面报道。结合矿山实践经验，传统方法是在已开采的矿体上、下盘施工辅助工程(脉外运输巷道和采切工程)对原回采时损失的高品位矿石和矿床中储存的低品位矿石再控制或空区内施工浆砌矿柱、坑木支护、废石充填采空区后，对遗留原生矿柱和边角矿体进行局部残采。缺点为生产能力低、成本高、地压难以管理。尤其针对已开采矿床中低品位矿石因传统方法开采成本太高和安全等因素，根本无法回收利用。而采用露天开采技术对该类资源回收，不仅生产能力大、吨矿成本低(我矿露天开采26.6元/t，与坑采94元/t相比降低了67.4元/t)，且剥采“贫、损”两率小于坑采(剥采损失率为7%，贫化率为5.97%，而坑采正常矿块的回采“贫、损”两率均在10%左右，残采将更大)。

4 实施效果

采用露天采矿法对浅部已开采矿床的低品位矿石进行回收技术，我矿2005～2008年共剥采矿石173.07万t，平均品位0.63 g/t，金属量1090.35 kg，剥采成本26.60元/t，产值9472.04万元，利润1799.39万元(见表4)。

表4 露天采矿经济效益汇总表

备注：盘存解析炭38 549.672 kg，含金量6 560.229 g，以200元/g计价折金额：1 312 045.8 元。

5 结语

结合当前国内黄金企业的生产现状，浅部资源大多已开采殆尽。随着近几年黄金价格的持续上涨，浅部低品位矿石已具有工业开采价值。采用露天开采技术回收该类矿石资源，可以减少坑采过程中的不安全因素，减少资源浪费，降低生产成本的投入，提高经济效益。同时这一采矿方法符合国家提出的建设节约型社会的要求，为灵宝黄金生产的采矿技术填补了空白，并在小秦岭金矿区乃至全国都有良好的推广价值，为我国黄金产业的发展和低品位矿石资源回收利用提供了较好的回收办法。

[1] 陈国山. 露天采矿技术[M]. 北京：冶金工业出版社，2008.

[2] 采矿手册编辑委员会. 采矿手册[M]. 北京：冶金工业出版社，1999.

[3] 王运敏. 中国采矿设备手册[M]. 北京：北京科学出版社，2007.

[4] 金属非金属矿山安全编委会. 金属非金属矿山安全[M]. 武汉：湖北科学技术出版社，2003.

[5] 陈贤春.不稳固围岩缓倾斜中厚矿体的回采实践[J].有色金属：矿山部分，2008,60(2)：5-8.