南京栖霞山铅锌矿取样工作改进措施

王晓飞

(南京银茂铅锌矿业有限公司)

某矿为铅锌银金锰多金属矿山，大型矿床，矿体走向长800 m以上，平均厚10～50 m，主要矿种为方铅矿、闪锌矿、硫铁矿、菱锰矿等。矿山已开采60多a，现为全地下开采，开采深度位于-525～-725 m 水平。探矿深度已达-1 000 m。

矿山现有取样工作包括采场顶板取样、钻孔取样、巷道刻槽取样、井口矿车抓样等几种。长久以来各取样工作一直延续固有的流程，取样方式多年没有改变，加上井下作业环境的限制，取样整体速度很慢。矿山精细化工作要求掌握每旬各采场的出矿点及出矿点的原矿品位情况，只靠原有的取样布置和样品结果无法满足矿山需要。为此，矿山必须进行取样改进，分析现取样工作的各个方面，提出合理、实用的改进方法和途径，使矿山取样工作跨上新的台阶。

1 矿山原取样工作及存在问题

1.1 采场取样

采场取样包括采场顶板取样、在采场内落下的矿堆上取样以及放矿漏斗取样3种。

采场顶板取样是一个分层回采结束后，在其顶板进行地质取样工作，目的是进一步精确圈定矿体边界，确定开采矿石的质量和数量，并为下一步开采提供可靠依据。由于采场顶板取样特殊性而不易刻槽作业，只能采取打点法。样线按垂直矿体走向布置，5～8 m/条，一般2 m样长，最多不超过3 m。

矿堆取样是采场落矿后，由于特殊需要，临时在矿堆上进行地质取样工作。

漏斗取样是当漏斗放矿至一定车数或一定时间后，在放矿漏斗处取样一次，按规定车数或时间内所取试样合并成一个样品。

采场取样问题：①间隔时间很长，一般在半年左右；②一般间隔一分层取样，样品品位对本分层无指导作用，对后面的2个分层也只能作为参考；③取样安全性差，现在采场顶板高3～5.5 m，站矿堆上取样存在安全隐患，在日常工作中一般尽可能不去触碰采场顶板。

1.2 巷道刻槽取样

在矿体或岩石上按一定间距和规格刻凿长槽，收集凿下的全部碎块作为样品。刻槽断面为矩形，一般规格为5 cm×2 cm(宽×深)；对局部矿化极不均匀、有用矿物颗粒过大、矿物脆性不一或矿石过于疏松地段要求规格为10 cm×3 cm(宽×深)。取样一般为人工刻槽，有特殊要求的用手提式岩石切割机切槽后，用凿岩机取样。

穿脉巷道、采准巷道样长一般为1 m，最多不超过2 m；脉内沿脉巷道样长一般为2 m，最多不超过3 m;具体样长视矿化均匀程度而定。

刻槽取样的主要问题是样品相对集中，短时间取得大量样品，工作强度和化验压力都很大。

1.3 钻机取样

现矿山使用的钻孔设备为KY-100型老式坑道钻机，钻孔深度为100 m,机械传动，人工绳索取芯起拔钻杆，后期每班进尺4 m左右，整体效率很低。现市场中各种钻机发展非常快，各种型号层出不穷，有绳索取芯、全液压、履带。绳索取芯钻机对钻进效率提升非常大；全液压钻机则能借高压变量油泵和变量油马达实现无级变速,简化传动机构,去掉齿轮变速箱,既减轻了钻机质量,又充分利用动力；履带钻机大幅度提高钻机的移动效率。

钻机取样的问题：①人工起钻下钻，施工费事费力，进尺基本为8 m/d左右；②人工加压，平孔钻进效率差；③设备倒运困难，安拆设备耗费时间很长。

1.4 井口矿车取样

井口矿车抓样是矿山采矿生产中很重要的一个环节，其检测各采场当日的采出矿石品位。由于取样数量和人工取样的限制，矿车抓样得到的各采场原矿品位与原预计品位差距较大。以往井口样一般作为参考数据，检测哪些采场出现贫化或者品位变化很大。

一般采用拣块法，每一矿车用三点法或五点法采取矿样，3个小班合并为一个样品。三点法是沿矿车一条对角线取2个角和中点，一般适用于矿化较均匀的矿石；五点法是取矿车4个角和一个中点，一般适用于矿化不均匀的矿石；每一点上拣取的矿块大小视具体情况而定。

矿车取样的问题是主要在矿车矿石表面取样，取样整体数量少，品位数据与采场样误差大。

2 取样工作改进措施

2.1 采场取样改进措施

2.1.1 进路巷道取样

采场顶板取样变更进路巷道取样主要是把取样时间改在采场正式生产前进行。取样时间早、样品间距、样品位置准确使采场生产前就能有足够的数据支持，采场回采布置能够尽可能合理。

现采场作业为下向充填采矿法，倒运矿石已经全面使用WJD-1.00型铲运机。铲运机作业都要布置施工作业巷道，规格为2.4 m×2.5 m，且垂直于矿体走向。每个采场一般至少有4条巷道，间距为12.5～20 m；矿体端部采场因为矿体较窄，故沿矿体走向布置1条主施工作业巷，垂向上按现场情况布置。总体来说，以施工作业巷为探矿巷是完全可行的，且腰线取样的难度远小于顶板取样。

取样布置紧随采矿进路设计进行，尽可能每条进路都能完整取样。当采场位于主矿体中部时，矿体连续性很好，所以探矿主要是探明上下盘的边界；当采场位于主矿体端部时，矿体延伸方向和矿体厚度变化大，所以常依靠下盘沿脉巷道探矿。

刻槽取样方法依据巷道刻槽取样的办法实施。刻槽规格为5 cm×2 cm(宽×深)，样长2～3 m,尽可能在采场正式出矿前取样和获得样品结果。

分层取样布置不再是以往要求的隔一分层取一次，变为每分层都取。铅锌矿的矿体厚度是不断改变的，前一分层的矿体边界往往只有参考的价值，所以在生产前获得本分层矿体品位对采场生产意义很大。

2.1.2 采场作业现场矿堆抓样

采场作业现场矿堆抓样一般是为了掌握采场即时的矿体情况。过去只有出矿品位波动很大或者矿体氧化率较高时取样，取样数量相对较少。采场作业现场矿堆抓样的结果是判断异常情况的重要依据。

临时取样改变为日常取样，保证每天每个采场都有取样数据，有效控制采场的日常品位。

取样与生产紧密衔接，每天跟踪取样。现矿山主要放炮时间为白班和小夜班2个班，每班3～4个采场，每次1炮(放小炮不计)，故上午、下午各安排1～2人即可。样品数量单点每天一样，一天8～10个样。 取样一般安排在放炮后，不影响采场工人的正常作业。送样尽可能每日一次，以保证快速获得取样结果。采场出现特高品位或者贫矿时，现场及时查明情况，并向领导汇报，及时处理。采场回采后期上盘常常出现冒落，很多地方进不去。采场顶板在作业前期一般相对较好，如果顶板差,在刚压顶结束后也容易判断，所以越早取样安全系数越大。

2.1.3 放矿漏斗取样

放矿漏斗取样准确性较差，一般只作为参考，不作优化。

2.2 钻机取样改进措施

钻机取样改进主要是加快钻探速度，提高取芯率，减少作业时间和人员设备消耗。钻探设备更新是矿山一直在做的工作。老式的KY-100型钻机性能虽然满足现在矿山生产的需要，但是无法绳索取芯使其钻探效率低很多，市面上新型的钻机种类层出不穷，对比外部施工队的钻探效率，矿山自身效率相差甚远。

根据矿山坑道、罐笼、施工现场条件及井下日常钻孔要求，可选钻机型号及参数对比见表1。

表1 钻机型号及参数对比

注：K表示坑道;Y表示液压操纵机械传动;D表示全液压动力头;Z表示自动。

矿山现普遍为全液压系统钻机，液压缸直接给进与起拔钻具，能力大，既可调节给进压力，又可调节给进速度，以适应各不同地层钻进需要。KY-100型全液压坑道钻机采用全液压操作，结构更合理，功能更加完备，采用变量马达，调速范围广，适用于金刚石高速钻探和硬质合金低速钻进，并适用于坑道内任意倾角钻探或地表钻探；KD-150型钻机是一种具有油压给进的坑道钻机，适用于金属矿、非金属矿、煤矿的勘探以及水电站廊道内的灌浆、排水、观测孔的钻进；KD300型钻机具有较高转速和合理的转速范围，能满足小口径金刚石钻进、绳索取芯钻进、大口径硬质合钻进和各工程孔钻进；ZDY4000L型钻机是一种低转速、大转矩适用于大直径中深孔钻进的履带自行全液压动力头式坑道钻机，具有技术性能先进、工艺适应性强、安全可靠、移动搬迁方便等优点，主要适用于煤矿井下大直径中深孔瓦斯抽放及其他工程钻孔的施工。

对比表1，选择KD-300型钻机，其钻进性能最好，孔径大，钻速快，扭矩大，自动给压，可绳索取芯。

2.3 巷道刻槽取样措施

巷道刻槽取样多靠人工，取样多为每样1 m，取样规格大小均要求很严格，取样结果相对准确。即使让工人手持切岩机切槽、凿岩机取样，但效率并不高，工人体力消耗很大。所以，现巷道刻槽还是以人工为主，整体变化不大。

2.4 井口矿车抓样改进措施

在采场日常生产中，井口的出矿矿石质量和选矿厂每天的入选品位2项生产数据是相对准确的。将二者结合起来分析矿山出矿情况，找出铅锌矿石的质量范围，实现对井口出矿情况的完全掌握。

计算井口采出矿石体积质量(矿石密度)；计算日入选矿石体积质量，计算2种体积质量的误差比率倍数；将同期的富铅锌矿采场1306和高硫矿采场1303-05的出矿量对比计算，得出矿石体积质量的平均值；计算铅+锌在4%以上的入选品位折算得到可能铅锌单车质量的平均值；以井口采出矿石单车矿石质量平均值为下限、选厂入选品位得到铅锌单车质量的平均值为上限(单车质量轻，贫化可能性大，单车质量重，硫矿体可能性大)，得到当前单车矿石质量中铅锌矿体的范围。

2.4.1 采出矿石体积质量计算

采出矿石体积质量计算公式为

(1)

式中，矿车容积为0.7，装载比例为0.9，矿石松散系数为1.5。

统计2016年3月份每日真实的矿石质量和对应的车数，计算出日平均真实矿石体积质量，得出实际出矿单日矿石体积质量最低为3.11 t/m3，最高为3.33 t/m3，平均为3.25 t/m3。

2.4.2 入选矿石体积质量计算

因现有原矿品位均为单元素品位，而实际生产中矿石为多矿种组成，主要包含方铅矿、闪锌矿、硫铁矿、脉石四部分。故计算中首先要将原矿品位折算为对应矿种所占百分比后再进行下步计算。另外，矿石中的脉石组成主要为方解石加下盘围岩贫化，为简化计算，脉石直接用现矿山废石常用体积质量2.69 t/m3计算。具体计算公式为

矿石体积质量=方铅矿品位×方铅矿体积质量+闪锌矿品位×闪锌矿体积质量

+硫铁矿品位×硫铁矿体积质量+脉石品位×脉石体积质量，

(2)

式中，方铅矿体积质量为7.4 t/m3，闪锌矿体积质量为3.9 t/m3，硫铁矿体积质量为4.9 t/m3，脉石体积质量为2.69 t/m3。

采用选厂品位推算矿体体积质量的结果见表2。

表2 用选厂原矿品位计算矿体体积质量

注：1.其中各矿种体积质量分别为PbS 7.4 t/m3，ZnS 3.9 t/m3，FeS24.9 t/m3，脉石 2.69 t/m3；2.单矿种中各元素所占百分比由分子量计算得出；3.矿石体积质量为各矿种体积质量与所占比例乘积之和。

对照表2各项数据可看出，矿石体积质量最大为4.33 t/m3,出现在2月29日；最小为3.86 t/m3，出现于3月25日。对比原矿品位和矿石体积质量可发现，高硫为影响原矿体积质量的最主要因素，反之当硫品位相对降低时，铅锌品位才能有所上升。

3月份采出矿石的平均体积质量为3.25t/m3，入选矿石平均体积质量为4.03 t/m3，二者对比可知,3月入选矿石体积质量为采出矿石的1.24倍，由此即可通过入选矿石体积质量反算采出矿石体积质量。

2.4.3 高硫采场和高铅锌采场矿石体积质量计算

单个元素变动时，铅和硫品位的提升都会导致矿石体积质量上升，锌品位提升则会导致体积质量下降。铅品位每提升1%，最高可提升采出矿石体积质量0.04 t/m3;硫品位提升1%，最高可提升采出矿石体积质量0.04 t/m3；锌品位每提升2%～4%，采出矿石体积质量下降0.01 t/m3。故元素变化对矿石质量的影响很明显。

选择2个品位差距很大的采场出矿量做对比，可看出二者的差距。1303采场为井下高硫采场，平均硫品位为38%～40%，平均铅锌品位为1%～3%；1306采场为高铅锌采场，平均铅锌品位为6%～10%，局部达30%以上。两采场采出矿石体积质量对比见表3。

从表3可看出，1303采场平均矿石体积质量在3.29 t/m3，1306采场平均为3.16 t/m3，二者的差距很明显。1303采场矿石体积质量多在3.3 t/m3以上，而1306采场矿石体积质量多在2.97～3.24 t/m3。这说明高硫采场采出矿石的体积质量比铅锌矿石体积质量高很多，所以同体积情况下质量稍轻者可能为铅锌矿。这也正是实际生产中的真实情况，铅锌矿主要在矿体下盘，低硫加上下盘贫化影响，整体质量稍轻些，特富含铅矿石不在此列。

表3 高硫与高铅锌采场采出矿石体积质量对比

2.4.4 铅锌矿石单车质量范围

从表2选择铅+锌品位在4%以上的计算可能的坑口矿石体积质量和单车吨重，详见表4。

表4 采用选厂日入选矿石品位中高铅锌品位计算原矿体积质量的结果

注：1.采出矿石体积质量=入选矿石体积质量/1.24(选矿体积质量和采出体积质量比值)；2.单车矿石重量=采出矿石体积质量×矿车容积×装载系数/松散系数。

由表4可看出，3.23 t/m3应该为铅锌矿石的平均体积质量，结合表3铅锌矿石平均体积质量在3.16～3.23 t/m3，反算可得出当前铅+锌品位在4%附近单车铅锌矿石质量最可能为1.32～1.35 t。

3 应用效果

在-675 m中段1503采场顶板取样改为进路巷道腰线取样。1503采场4条进路共取样84件，每样长2 m，共取样168 m,平均每条进路取样21件。无论取样数量还是质量都远超以往采场。最终获得平均铅锌品位为Pb 7.43%，Zn 10.97%，S 27.64%，Ag 119 g/t,平均铅+锌品位为18.40%。1503采场现成为矿山的主力铅锌采场，日常预计出矿品位为Pb 8%，Zn 12%,实际生产品位与之差距不大。品位准确，采矿布置才会准确，才能保证富铅锌矿的回采。另外，1303-05采场也是巷道腰线取样。该采场多为高硫矿，矿石总量大，矿体变化大。巷道取样的主要作用是确定矿体上下盘边界和废石的范围，确保铅锌矿的回采。事先控制，采矿生产就调控有余地；事后发现，往往在处理前大量的废石已经全部进入矿车。

钻孔绳索取样已经是相对成熟的工法，加上液压自动提钻的辅助，钻进效率提升非常大。钻探大量应用于矿山深部勘查中。部分钻探成果见表5[1]。

表5 钻探工程成果

全液压绳索取芯钻进速度很快，进尺最快能到40～50 m/d,是过去8 m/d进尺的5倍以上，取芯率基本在90%以上(国家要求75%)。钻孔相对较深或者地质情况复杂、涌水大时，钻井速度会明显下降。 钻孔钻进时间越长，孔壁质量就越差，发生卡钻事故的可能性就越大 。钻速快、取芯容易、人手少、钻孔质量高都是全液压绳索取芯钻机的优势所在。

单车矿车质量数据主要是2016年3月份采场数据和当时的选厂入选品位数据，按当时数据推算出铅+锌品位在4%以上单车矿石质量范围为1.32～1.35t。硫矿体的质量范围和废石的质量范围也可通过计算获得，对比分析可知道各采场每天的出矿情况。

4 结 论

(1)采用探矿巷取样是可行的，虽然费用、人工有一定的增加，其最终效果远好于顶板取样。在采矿生产前提供完备矿体品位数据，效果很明显。采场生产现场抓样为可行性建议，具体实施看矿山需要。

(2)钻机升级很有必要，全自动液压钻机绳索取芯非常实用，取芯率、钻进速度提升非常大。

(3)井口矿车抓样变为单车矿石质量衡量矿石品质，得到了铅锌矿单车质量的范围，对日后井口矿石分析帮助很大。