分段空场采矿法在黄山东17号铜镍矿的应用

张洋（新疆亚克斯资源开发股份有限公司 哈密 839000）

分段空场采矿法在黄山东17号铜镍矿的应用

张洋
（新疆亚克斯资源开发股份有限公司 哈密 839000）

早期开采运用浅孔留矿法回采工艺，对矿体赋存条件认识不足，可回采资源利用率差，生产能力达不到设计要求，损失率过高。通过技改，黄山东17号铜镍矿利用阶段回采分段出矿解决了倾斜、缓倾斜鸡窝矿回采难度大以及前期遗留的诸多问题。回采过程中，矿石损失率较高的问题，得到了有效改善，同时最大程度的利用机械化设备，提高生产效率。

浅孔留矿采矿法 坑内辅助斜坡 阶段回采分段出矿 采准 回采

1　概况

黄山东17号铜镍矿原为民营企业，在早期民营开采过程中，对矿体赋存条件认识不足，运用浅孔留矿法回采工艺，对铜镍矿资源的开采、规划和管理上存在问题，可回采资源利用率低，生产能力达不到设计要求，损失率过高。自新疆有色集团收购后，于2010年委托乌鲁木齐有色冶金设计研究院进行改扩建设计，设计采用竖井开拓，设计生产规模由原来500 t/（15万t/a）提高到900 t/d（27万t/a）。设计采用浅孔留矿法进行回采，主要回采17#矿体。实际上在17#矿体的上盘还有15#、16#两条矿体，因含硅酸镍较高选矿回收率低，因此基本未予回采。后经公司选厂通过改善选矿工艺技术，提高资源回收，延长矿区服务年限，于2012年黄山东17号铜镍矿着手技术攻关，针对倾斜不稳固中厚及薄矿体开展开采工艺技术研究，为矿山生产提供技术支撑。

1.1地质条件

黄山东17号铜镍矿岩浆岩，以中基性为主，次为超基性岩及酸性岩。

主要组成岩石：角闪辉长岩、橄榄辉长岩、辉长闪长岩、辉长苏长岩、浅色辉长岩等岩石类型。岩体侵位受区域性黄山断裂构造（F9）控制，断裂为岩浆上升提供了深部通道。矿体呈似层状，其形态随五号超基性岩体形态变化而变化，空间形态近似船形，纵剖面呈弧形凹斗，横剖面近似U字形。矿区内有15、16、17、48号等数个矿体，矿岩属中等稳固。矿体在12号勘探线埋深最大（834m），倾角33°～62°，随走向向东、西两端，矿体埋深变浅，矿体倾角随之变缓，分别是10°和39°。矿体品位随厚度变大、变缓而变富，在矿体下盘和产状由陡变缓之处，是岩浆熔离-贯入型富矿富集有利部位。其中17号矿体是矿床内最大矿体，最大厚度33m，最小厚度2m，但矿体连续性较差、矿化不均匀属典型鸡窝矿。镍最高品位5.15%，矿体平均含镍0.56%。

1.2原开采状况

原民企回采工艺，采用浅孔留矿采矿法开采。矿块参数：矿块沿矿体走向布置，矿块长40～50m，矿体厚度为采场宽度，阶段高度为50m。矿块分矿房、矿柱，间柱6m，漏斗间距6m，矿房两端布置人行通风天井。阶段高度50m，实际回采高度达到22m采场下盘被爆堆压死，采场基本报废，资源损失极大。

图1　贫损率高原因分析

（1）黄山东铜镍矿的矿体倾角在33°～62°之间，矿体厚度2m～30m矿体赋存形态属于倾斜中厚矿体，采用50m阶段浅孔留矿法实施空场条件下放矿时，底盘残留矿量无法放出。因而大量的采场底盘损失是造成矿石回收率低的主要原因。

（2）采场顶柱（3m～5m）难以回收，是造成矿石回收率低的原因之一。

（3）通过试验测得，黄山东铜镍矿矿石自然安息角为42°～46°。

根据该矿历史平均数据，采场可采工业矿石回收率，最好水平只能达到50%～60%，显然小于国内同行业矿山多年来生产指标（回采率）。而在实际放矿过程中，放矿后形成漏斗的坡面斜率一般大于矿石自然安息角斜率。但在矿山实际生产过程中，常常因松散矿石的湿度、块度、密度等属性的不稳定，下盘的矿石也并不一定能全部放出，根据现场调查，采场采高只能回采22m～25m致使个别采场的回采率在40%左右。鉴于上述原因，必须降低回采落矿高度，缓解下盘矿石在放矿条件困难情况下的最小放出量的临界值。

2　分段空场法

黄山东17号铜镍矿是岩浆熔离-贯入型，多为鸡窝矿，矿体分支复合歼灭再现，且夹石较多，矿体赋存条件极为复杂。为更好的控制采出矿石贫化率，决定仍然采用空场法，设计贫化率12%，损失率14%。

2.1结构参数

考虑到减少开拓采准工程费用投入，最大程度利用原有开拓工程进行改造，同时利用采场在22m～25m范围内可以正常落矿的经验，在阶段高50m基础上，新增加一个25m出矿分段。施工坑内辅助斜坡道与上下中段联通，采用阶段回采分段出矿，为提高采场矿石综合回收率，分段间不留顶柱（图3）。为提高采场出矿机械化效率，设计采用2m3柴油铲运机。出矿底部结构采用平底结构（图2）

图2　铲运机出矿平底部结构图

矿体厚度小于15m，矿块沿走矿体向布置长度为40～50m，间柱宽为6～8m，阶段高50m分段高25m，中段间预留顶柱，分段间不留顶柱；矿体厚度大于15m，矿块垂直矿体走向布置宽度为25m，矿体宽度即为矿块长度，间柱宽为6～8m，阶段高50m分段高25m，中段间（50m）预留顶柱，分段间（25m）不留顶柱（图3）。

2.2采准切割工作

参考选型最大设备为2m3油铲的外形尺寸，设计阶段运输巷在原有2.5m×2.7m规格的基础上，刷扩至3m×3m净断面以保证人员及设备通行安全。

新增的坑内辅助斜坡道，其主要功能为人员材料通行、铲运设备转层，设计规格3.2m×3m净断面，坡度为15%考虑到长材的通过能力，转弯半径设为15m，工程转弯处，巷道内侧加宽100mm外侧加宽至200mm，斜坡道内每间隔30m左右设置躲避硐室。

图3　采场回采示意图

图4　

新增分段水平运输巷、铲运机进路设计断面规格为3m×3m净断面，水平运输巷调坡为5‰以内（无轨运输），以利于坑内积水流入集水窝。参考矿区水文资料及历年生产情况，井下无涌水，生产用水基本为地表汽运下放入坑内水仓，为节约工程投资，所有巷道内均不设排水沟，只在巷道调坡段最低点设置多个集水窝，使用污水泵排至中段水仓循环利用。

在阶段运输巷与新增分段水平运输巷中，掘下盘铲运机运输巷（沿走向布置采场中）或穿脉铲运机运输巷（垂直矿体向布置采场中），在铲运机运输巷中每隔8m，掘铲运机出矿进路与脉内堑沟巷连通（图2）。在矿房的两侧端部掘行人通风井，天井联络道高度间隔5m；如遇局部矿体赋存发生变化，矿体倾角小于45°则在下盘运输巷外侧或出矿进路内上掘长颈漏斗，规格3m×3m但高度不能超过8m（图4）。采切工程主要有人行通风天井、铲运机巷（进路）、堑沟集矿巷、上盘运输巷、长颈漏斗等。此区段的采准工程除人行通风天井和斗井外大部分属于脉内采准，掘进时大部分是副产矿石、少量是废石。

其工程布置如下：

（1）人行通风天井：矿块间共布置2条天井，作为矿房的人行、通风天井。首先在天井设计位置，开掘天井施工硐室；待完成后，使用YT-28型气腿式打眼机用普通法施工天井。第一层人行通风联络道自天井施工硐室底板中心线高度8m处开，以后每间隔5m开联络道，联络道沿垂直矿体方向布置；相邻两条天井构成进出风系统及安全通路。

（2）铲运机巷（进路）：在各矿块矿块设计位置施工，规格3m×3m（宽×高）。

（3）堑沟集矿巷：堑沟巷道沿矿体长轴方向布置于一条脉内巷之间。再垂直向上挑顶3m，达到设计高度后即到达留矿法拉底层采矿水平，回采宽度控制在以集矿堑沟为中心两侧不大于5m范围内即可。当拉底完成，采场顶板高度达到7m后（以堑沟底板中心线为基准）第一分层开采时，与人行天井第一层联络道贯通。同时将3～6m高度范围内堑沟顶板到拉底层底板间短槽修成与水平夹角不小于55°的边坡，最终形成”V”字的堑沟集矿巷。

（4）上盘运输巷：在各矿块上盘布置一条运输巷以方便出矿，巷道规格为3.2×3m（宽×高）。

（5）长颈漏斗：长颈漏斗一般布置在矿体下盘运输巷附近，使用YT-28型气腿式凿岩机用普通法施工斗井，待长颈漏斗施工至见矿位置后再往上挑2m纰漏形成受矿漏斗。

2.3回采工作

采场拉底工程完成、联通拉底与人行通风的第一分层联络道后，沿采场长轴方向在采场中适当位置开始拉槽回采，自下而上分层回采，在拉底层中用挑顶落矿，爆下矿石放出1/3，2/3矿石用作下分层回采工作台，放矿后保持2.0～2.2m空间进行下一分层回采。当矿房回采至上分段与之联通，局部放矿即从上分段开始直至回采结束，上下分段即同时大放矿，矿石从出矿进路用铲运机，运至分段、中段运输平巷最近的溜井，溜至下一阶段运输巷装车运出（图4）。

2.4凿岩爆破

采用YT-28型凿岩机，垂直矿体顶板打上向倾斜炮孔，以采场拉底作为爆破补偿空间，逐段、逐排回采爆破。分层孔深1.5～3m（孔距、排距W=0.8～1.0m），崩矿方向为拉底空间。爆破采用2号岩石硝铵炸药，使用非电导爆管雷管起爆。

其崩矿参数如下所示：

最小抵抗线（孔距和排距）：W=0.8～1.0m

每次爆破崩落矿岩量：200 t炮孔数：20个

每次爆破总孔深：50m装药系数：80%

每次爆破总装药量：70kg导爆管雷管：21发

炸药单耗：0.35 kg/t雷管单耗：0.1发/t

空气冲击波安全距离：110m地震波安全距离：10m。

2.5经济技术指标

矿区使用阶段回采分段出矿法其经济技术指标见表1。

表1　采矿法技术经济指标

从表1的数据对比可以看出，采用阶段回采分段出矿法（分段空场）后，采场的损失率得到了明显降低，而随着采场内的均衡出矿，上盘垮落现象得到了有效遏制，贫化率也相对降低。同时在回采过程中也极大的降低了平场工作量。

3　结束语

通过几年的生产与实践，矿区利用阶段回采分段出矿很好的解决了倾斜、缓倾斜鸡窝矿回采难度大以及前期因规划、设计遗留的诸多问题。回采过程中，矿石损失率较高的问题，得到了有效改善，同时最大程度的利用机械化设备，提高矿区生产效率。通过技术经济指标对比，阶段回采分段出矿的回采工艺，是一种经济、高效、安全的采矿方法，在黄山东17号铜镍矿的成功运用，有利于该方法在同类型矿山的推广。

［1］解世俊.金属矿山地下开采〔M〕.北京:冶金工业出版社，2006.

［2］采矿设计手册编委会.采矿设计手册〔M〕.北京:中国建筑工业出版社，1992.

［3］杨建国，郭建平.分段凿岩阶段矿房法在遂昌金矿难采厚脉金矿段的应用〔J〕.江西有色金属，2003（3）:24～26

［4］黄山东17号铜镍矿改扩建初步设计.乌鲁木齐有色冶金设计研究院.

收稿：2016-03-23

10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.04.006