铜陵有色金属矿山资源状况及其开采方法

陈 佳，方志甫，雷文杰

(1.安徽省铜陵有色金属集团公司技术中心， 安徽 铜陵市 244000；2.河南理工大学安全科学与工程学院， 河南 焦作市 454000)

铜陵有色金属集团公司(以下简称公司)作为全国八大有色金属工业基地之一，部分矿山是新中国成立后第一批恢复开采的，为新中国发展做出了巨大的贡献；早期一直沿用“高开采、低利用、高排放”的粗放式经济模式，导致资源回采率不高，低品位矿、共伴生矿及尾矿、冶炼渣(熔炼渣)的利用率较低。公司目前生产矿山有冬瓜山铜矿、安庆铜矿、天马山硫金矿、凤凰山铜矿、铜山铜矿、金口岭铜矿、仙人桥铜矿、黄狮涝金矿、月山铜矿、黄山岭铅锌矿。目前公司正在建设安徽省铜陵有色金属资源综合利用示范基地，示范推行深井开采和全尾砂充填开采技术，冬瓜山和安庆铜矿成为全国绿色矿山。

本文统计目前主要生产矿井储量、元素量和品位，分析各矿井矿体开采方法采准布置、回采工艺，评价各种开采技术经济指标，为同类矿井、矿体开采设计提供借鉴。

1 主要生产矿井资源状况

公司主要生产矿山有冬瓜山铜矿、安庆铜矿、天马山硫金矿、黄狮涝金矿、金口岭铜矿、凤凰山铜矿、铜山铜矿，主要为多金属矿床，主要金属元素包括铜、金、银、硫、铁、砷，矿石量合计21873万t，其中铜元素金属量166.3万t、金元素金属量66074 t、银元素金属量196507 t、硫元素金属量1680.3万t、铁元素金属量1632.45万t、砷元素金属量3.44万t。

凤凰山铜矿-440 m中段以上矿石量186.52万t；-440 m中段以下矿石量143.9万t，铜元素金属量1.62万t，铜的品位1.13%。

天马山硫金矿矿石量585.9万t，金元素金属量1.614万t，硫元素金属量171.7万t，砷金属量3.44万t，铜金属量1162 t；黄狮涝金矿矿石量83.1万t，金元素金属量4783 t，硫元素金属量20.0万t。金口岭铜矿矿石量754.1万t，金元素金属量2790 t，铜元素金属量3.41万t。

冬瓜山铜矿矿石量11620.42万t，铜金属量117.4 t，品位1.009%；硫元素量1345.9万t，品位14.723%；金元素金属量38683千克，Au品位0.332 g/t；银金属量988.38 t，Ag品位为8.499 g/t。

安庆铜矿1号矿体矿石量4282.33万t，铜金属量344782 t，铜品位0.805%，伴生铁品位31.14%；伴生硫矿石量3967.29万t，元素量142.74万t，品位3.60%；伴生金元素金属量3678 kg，品位0.126 g/t；伴生银矿石量4172.03万t，金属量195519 kg，品位4.69g/t。东马鞍山矿体矿石量1487.60万t。其中单铜矿石量837.54万t，金属量71494.61t，铜品位0.854%；铁铜矿石量117.23万t，铜金属量10719.50 t，铜品位0.914%，铁品位43.51%；单铁矿石量532.83万t，品位46.53%。

铜山铜矿深部开采范围内查明矿产资源储量(122b+332+333) 2265.80 万t，其中前山南矿段-388 m以下(122b+332+333)为1942.77万t，岩山吴矿段-345 m以下(122b+333)为323.03 万t。

2 采矿方法及其工艺

公司生产矿井目前主要采矿方法有充填法、浅孔留矿法、无底柱小分段崩落法，其中充填法是主流采矿方法。

2.1 充填采矿法

充填法包括上向分层尾砂充填、扇形中深孔空场嗣后充填、水平分层碎石胶结充填、大直径深孔阶段空场嗣后充填、扇形中深孔阶段空场嗣后充填、房柱空场嗣后充填等，高效采矿方法为大直径深孔阶段空场嗣后充填、扇形中深孔阶段空场嗣后充填法。

2.1.1 大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法

20 m以上厚大矿体适合这种开采方法，目前具备开采条件的主要是冬瓜山铜矿和安庆铜矿。其采场以盘区形式布置，平面尺寸依据矿体厚度布置，采场垂直走向布置。冬瓜山铜矿采场尺寸为100 m×180 m，采场按矿房、矿柱两步骤回采(见图1)。每个盘区内布置10个采场，采场沿矿体走向布置。采场长度100 m(包含两侧各约10 m矿柱，后期回收)，宽18 m，采场高度为矿体厚度，盘区间不留间柱。采准工程有出矿穿脉、出矿巷道、出矿溜井、凿岩硐室、凿岩硐室联络道；切割工程有切割天井、拉底巷道、堑沟。出矿水平的出矿巷道布置在矿体下盘的岩石中，从出矿巷道向两侧掘进出矿穿脉、凿岩硐室和拉底巷道；拉底巷道位于采场中间。各个水平之间用辅助斜坡道连通，通过辅助斜坡道掘进凿岩水平的凿岩硐室。凿岩硐室以4.2 m高度扩帮后全面拉开，中间每隔9 m左右留岩柱。回采中段高一般情况下为60 m，当矿石和围岩稳固性好，充填体有足够强度时，可采用120 m中段回采。即凿岩中段高为60 m，出矿中段高为120 m。

图1 大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法

采场采用堑沟底部结构。回采凿岩采用Simba261潜孔凿岩台车在凿岩硐室内以(3.0-3.5) m×(3.0-3.5) m的网度凿下向平行炮孔，炮孔直径Φ165 mm。凿岩机一次钻凿完一个采场的全部炮孔，分次装药爆破，爆破采用普通乳化油炸药，侧向崩矿。崩落下的矿石用ST-5C铲运机装卸入溜井，采场残留矿石采用遥控铲运机回收。

2.1.2 扇形中深孔阶段空场嗣后充填采矿法

采场沿矿体走向布置，矿块走向长度60 m，宽度为矿体厚度。中段高度60 m，分段高度15 m。矿块划分矿房、矿柱，矿房长度20 m，矿柱长度40 m，矿房矿柱间无矿壁，分两步回采，一步回采矿房，胶结充填结束后，进行二步回采矿柱(见图2)。

图2 扇形中深孔空场嗣后充填采矿法

对于厚度大于20 m的矿块，回采时在下盘凿岩上部的矿块内新掘一条凿岩巷道，形成分段凿岩，其余与厚度小于20 m的矿块布置相同。每个盘区设一个矿石溜井。采用脉外采准，在矿体的下盘布置分段巷道和矿、废石溜井。采切工程有分段巷道、采准斜坡道、分段联络道、凿岩巷道、出矿进路、溜井联络道、矿废石溜井、充填回风井、切割槽等。分段巷道布置在下盘脉外，分段之间通过采准斜坡道联通。

凿岩采用SimbaH1354中深孔凿岩台车在分段凿岩巷道内凿上向扇形炮孔，排距为1.6～2.0 m，孔底距为2.0～2.5 m，钻孔直径为Φ76 mm。采用粒状铵油炸药和非电导爆系统起爆。以盘区矿房切割天井为自由面，采用上向中深孔凿岩爆破形成切割槽。以切割槽为自由面侧向崩矿。崩落下的矿石以下盘堑沟底部结构集矿后，采用922铲运机装卸入溜井，铲运机出矿效率为600～800 t /台班。

2.1.3 上向水平分层尾砂充填法

矿块沿走向布置，长度为50 m，宽度为矿体水平厚度，间柱宽4～5 m，顶柱高3～5 m，底柱高7 m，采场高60 m。矿块回采时，每个分层沿走向划分两个梯段工作面。以利于不同工序平行作业和减少充填料的储备。

采准工作包括运输平巷、充填井、人行天井及放矿溜井的掘进和构筑。靠近底盘布置脉内运输巷道，充填井布置在矿房中央，一个矿房内设两个(见图3)。人行泄水井和溜矿井分别布置于穿脉巷道的左右侧，自下向上开凿至切割水平，其距离以每个分层至少保持有一个泄水井和一个溜矿井为限。人行天井和溜井都采用顺路架设，天井兼作滤水井。在底柱的顶部水平进行切割工作。自切割层溜矿井口向顶盘、底盘开凿切割平巷，分别从切割平巷的两帮以分层高度拉开切割层。

分层高度为2.5～3 m。用YSP-45顶钻打上向炮眼，孔径35～40 mm，炮眼倾角85°，眼距0.7～0.8 m，排距0.6～0.7 m，眼深1.8～2 m。爆破后，再在爆堆上用YT-24平钻打水平炮眼，分次压顶，直至达到分层高度为2.5～3 m。事先在爆堆上撬顶，必要时用锚杆加固顶板，然后采用T4G开始出矿作业。

采场分层矿石出完，形成5～6 m高的空间后做充填前准备工作，即架设充填管路，两作业面交界处堆砌砂袋，顺路架设加高溜矿井和人行泄水井。然后开始水(尾)砂充填，采场充填以充填井为中心，采用前进式充填，直到充填至设计高度。再用灰砂重量比为1∶5～1∶8的水泥砂浆浇筑出矿底板，厚0.3～0.5 m。

图3 上向分层尾砂充填采矿法

2.1.4 扇形中深孔分段空场嗣后充填法

对于厚度>6 m 的矿体采用扇形中深孔分段空场嗣后充填法，主要用于天马山深部矿体和宝山矿段Ⅰ号矿体的开采。

沿矿体走向布置矿房、矿柱(见图4)，矿块长度50 m(矿房长度44 m、矿柱6 m)，中段高度60 m，平底装矿、电耙出矿，底柱高度4～6 m计，顶柱高度3～5 m计，分成4个分段，分段高度12 m左右。采场天井布置在矿柱中，矿柱矿量小，设计考虑矿柱不予回采，作永久损失处理。

回采凿岩选用YGZ-90导轨式风动凿岩机钻凿上向扇形中深孔，炮孔直径Φ65 mm，孔底距1.6～1.8 m，排间距为1.3～1.5 m 。凿岩机一次钻完一个采场的全部炮孔，分次装药爆破，爆破采用粒状铵油炸药。凿岩效率40 m/台班。采场出矿为55 kW电耙。

图4 扇形中深孔分段嗣后充填采矿法

2.2 浅孔留矿法

对于厚度≤6 m 的矿体采用浅孔留矿法，主要用于宝山矿段Ⅱ号矿体及金口岭Ⅱ号矿体的开采。

浅孔留矿法的采切工程主要有沿脉平巷、采准天井、采场联络巷、电耙巷、拉底巷、漏斗、放矿溜井以及采场通风天井(兼作充填)等(见图5)。采场沿走向布置，矿块长度为50 m，中段高度为60 m；采场宽度为矿体厚度。采场留间柱，间柱宽4～6 m，底柱高5 m,留3 m 顶柱。采场天井布置在矿柱中，作永久损失处理。如遇不连续的矿体，间柱应尽可能布置在围岩或品位低的地段，这样可以减少矿石损失，尽可能提高资源利用率。采场平均生产能力为80～100 t/d。

回采凿岩选用YT-24或YSP-45凿岩机凿岩，分层高度控制在2.0 m左右。矿房回采是逆矿体倾斜方向向上依次推进，采用乳化炸药，人工装药，非电导爆系统起爆，一次微差爆破。使用电耙出矿，出矿效率60 t/台班。

2.3 无底柱小分段崩落采矿法

浅孔留矿法由沿脉平巷、采准天井、采场联络巷、电耙巷、拉底巷、漏斗、放矿溜井以及采场通风天井(兼作充填)等采切工程组成(见图6)。该采矿方法适合于厚度≤6 m 的矿体，采场沿走向布置，长度为50 m，中段高度为60 m；宽度为矿体厚度。采场留间柱，间柱宽4～6 m，底柱高5 m，顶柱3 m，其间布置天井。若矿体不连续，间柱布置在围岩或品位低的地段，以减少矿石损失，提高资源利用率。采场平均生产能力80～100 t/d。

图5 浅孔留矿采矿法

凿岩选用YT-24或YSP-45凿岩机，分层高度2.0 m左右。矿房回采是自下向上依次推进，炸药选用乳化炸药，人工装药，非电导爆系统起爆、一次微差爆破。使用电耙出矿，出矿效率60 t/台班。

图6 无底柱小分段崩落采矿法

3 各种采矿方法技术经济分析

凤凰山铜矿采用上向水平分层尾砂充填法，其采场生产能力为100～150 t/d，采矿工效为42 t/工班，炸药单耗为0.2 kg/t，采切比为4.02 m/kt，损失率为15%，贫化率为10%。

金口岭、天马山和黄狮涝矿采用分段空场嗣后充填采矿法、浅孔留矿法、下向水平分层碎石胶结充填法、无底柱小分段崩落采矿法。分段空场嗣后充填法采场平均生产能力为100～120 t/d，凿岩效率为40 m/台班；浅孔留矿法采场平均生产能力为80～100 t/d，出矿效率为60 t/台班。

冬瓜山铜矿采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法、扇形中深孔阶段空场嗣后充填法。大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法采场生产能力为1800 t/d，凿岩效率为40 m/台班，出矿工效为600～800 t/台班，炸药单耗为0.43 kg/t，采切比为80 m3/kt，损失率为13%，贫化率为8%。扇形中深孔阶段空场嗣后充填法采场生产能力为1800 t/d，凿岩效率为90 m/台班，采矿工效为600～800 t/工班，炸药单耗为0.43 kg/t，采切比为61 m3/kt，损失率为18%，贫化率为13%。

安庆铜矿采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法、分段空场嗣后充填采矿法。大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法采场生产能力为900 t/d，凿岩效率为30 m /台班，出矿工效为300 t/台班，炸药单耗为0.43 kg/t，采切比为80 m3/kt，损失率为15%，贫化率为15%。分段空场嗣后充填采矿法采场生产能力为500～600 t/d，凿岩效率为200 t/台班，铲运机生产能力为150 t/台班，采矿工效为40 t/工班，损失率为15%，贫化率为10%。

铜山铜矿采用分段采矿嗣后充填法和房柱空场嗣后充填法。分段采矿嗣后充填法采场综合生产能力为300 t/d，凿岩效率为30 m/台班，采切比为23 m/kt，铲运机出矿能力为250 t/台班，损失率为8%，贫化率为10%。房柱空场嗣后充填法采场生产能力为100～120 t/d，凿岩效率为30 m/台班，采切比为12.5 m/kt，电耙出矿效率为80 t/台班，损失率为13.5%，贫化率为10%。

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