锦丰金矿优化采矿技术提升能力及效益的浅析

翟雷 吴岩佩

摘要：锦丰金矿由于特殊的地质条件特征，目前主要采用上向进路式胶结充填采矿方法，并不断探索中深孔等高效采矿技术。根据长期的生产实际来看存在生产能力低下，中段最后分层回采不安全，中深孔实验效果不理想等问题，据此提出预控顶小分段空场嗣后充填采矿法、大断面进路式采矿方法、假顶下挑顶回采方法及引进手持式矿石品位分析仪等技术方案，进一步提高锦丰金矿井下采矿能力及效益。

关键词：锦丰金矿；中深孔采矿；进路式采矿；品位分析

1工程概况

1.1工程地质

锦丰金矿矿床成因类型属沉积～构造低温热液型金矿床，属“卡林型”金矿。矿山地下矿区地层岩性较复杂，主要为细砂岩、粉砂岩、杂砂岩和粘土岩、灰岩等，矿体岩性以薄至中厚层状、厚层状细砂岩、粉砂岩、杂砂岩为主，夹薄至中厚层状粘土岩，矿区地质构造发育，其中F3为矿区主要的控矿断裂，该断裂带为一个强构造应变带及强矿化蚀变带，该断裂带也是目前锦丰地下矿体的主要赋存区域，带内岩石强烈变形，各种性质的构造岩并存，有张性角砾岩、压扭性碎裂岩、碎斑岩和局部糜棱岩化，风化作用强烈[1]。

1.2工程背景

锦丰金矿按照露天井下联系开采规模规划和建设，生产能力为120×104t/a。露天开采于 2015年4月结束。锦丰金矿205m以上地下采矿设计规模75×104 t/a（实际生产能力约70×104 t/a）[1]，为尽快改变因露天结束导致矿山采矿能力下降的局面，维持矿山120×104 t/a 生产规模持续稳定生产，2017年8月确定205m以下地下采矿设计方案，并开始施工。

2现有开采技术及存在问题

2.1现有采矿技术

2.1.1上向进路式胶结充填采矿法

锦丰公司由于特殊的地质条件，主要采用上向进路式胶结充填采矿法，巷道进行全断面支护。

结构参数与采切工程：矿块一般沿走向布置，长100m；矿体厚度小于5～6m，布置一条进路；超过该范围的根据实际情况增加进路。采场分层高度5m，每4个分层作为一个分段，分段高度20m，每个中段分三个分段。进路断面一般为宽4.5～5m，高5m。采准切割工程包括分段联络道、分段巷道、分层进路和切割巷道等，除切割巷道布置在矿体中外，其他井巷一般布置在矿体下盘。自分段巷道沿垂直矿体走向先向下掘进分层进路通达矿体，并逐层挑顶垫底而形成新的分层进路，以适应每分层回采的要求。脉内在矿块中部从下盘向上盘掘进切割巷道，通过切割巷道向矿块两翼回采。

开采顺序采用多中段同时作业，总体要求为：垂深方向先上中段后下中段；相邻两个中段同时回采时，上、下两个作业面在垂直方向距离应大于 60m；同一中段内先采下分段后采上分段；矿块回采顺序为“隔一采一”，由上盘到下盘由中间向两端前进式（上向分层进路充填法）或后退式（分段充填法）回采。

2.1.2中深孔采矿方法

锦丰公司目前绝大多数矿石量（>90%）采用上向进路式胶结充填采矿法回采，少数矿石量（<10%）利用中深孔采矿法回采。

现有中深孔采矿工艺，设计参数：长：15～20米；宽：5米；高：21米（含上、下部巷道）；切割井尺寸：2.2m*2.2m；正排面间距：1.5～2m；孔型：下向扇形孔（采用T100中深孔钻机钻进）。

作业流程：首先上、下部巷道掘进完成；切割井钻孔（外加1～2排正排面）；第一次爆破，形成长6～8m的空区，遥控铲运机集中出矿；正排面钻孔3～4排，第二次爆破，形成总长12～16m的空区，遥控铲运机集中出矿；正排面钻孔3～4排，第三次爆破，形成总长18～20m的空区，遥控铲运机集中出矿；回采完成后立即充填，采空区总的暴露时间不宜超过10～15天。

2.2现有开采技术存在的问题

随着开采的深入及矿权的变更，资源禀赋、开采条件、生产要求也发生了变化，锦丰金矿现有开采技术存在的问题日益突出，为进一步提高采矿能力及效益，需进行深入研究、持续改进。

2.2.1上向进路式胶结充填采矿方法存在的问题

根据多年的实际生产来看，目前锦丰金矿采用的主要采矿方法，存在以下几个方面的不足：

（1）同一分层内采用自上盘向下盘逐条开采方式，可同时作业的进路数量偏少；

（2）巷道掘进式回采，爆破效率和爆破质量较差，回采强度较低；

（3）相邻采场必须在胶结充填7天后方可进行回采，采充循环时间长，生产能力较低；

（4）采用全断面支护方式，支护成本较高；

（5）全部采用胶结充填，充填成本较高。

2.2.2目前中深孔采矿方法存在的问题

现采用的中深孔采矿方法通过现场工业试验来看，效果并不理想，主要存在如下问题：

（1）生产过程中，采场两帮出现坍塌，引起井下生产安全问题；

（2）中深孔凿岩钻机钻头尺寸过大，导致整体装药量偏高；

（3）井下实际装药完全无法满足设计要求，如雷管段位及数量经常无法保证，使单段爆破炸药量偏高、爆破系统可靠性下降。另外凿岩质量需要加强，残孔、水孔数量较多，导致无法装药。设计边孔采用乳化炸药装药，但每次乳化炸药量均无法满足设计需求量。

（4）中深孔T100凿岩钻机故障率较高，据统计目前设备故障时间占总运行时间的40%以上，导致凿岩效率相对较低。

2.2.3其他影响采矿能力及效益的问题

（1）每中段第一分层进路回采后，需施工钢筋混凝土假底，但由于采矿进路限制，假顶成条状独立存在，无法连成整体，且由于施工时料浆配比误差等原因，强度很难达到设计要求，在下一中段最上一分层施工时，常出现假顶垮塌现象，对施工造成严重影响。

（2）锦丰金矿现场所有样品都送至沙坪试验室进行化验，样品数据最快也要隔天返回，导致每个作业面平均耽误2～3个班组甚至更长时间。在工作面有限，且供矿任务重的情况下，直接影响供矿量及生产效率，目前虽然自建一实验室，但新员工培训上岗后，因操作熟练度及操作手法等人为因素，样品数据的准确性也有待校核；且因实验流程固定，化验时间长，每个作业面也会耽误2个班组左右的工作时间。在实际生产中为加快施工进度，作業面爆破后先将渣料倒运到转运硐室，等化验结果返回后再进行调配，增加了二次倒运费用，对施工也造成很大影响。

3针对以上问题改进开采技术的措施及效果

针对锦丰金矿上向进路式胶结充填采矿方法综合生产能力不足、成本高，且中深孔采矿方法效果不理想及作业流程不完善等问题，对前期生产及实验进行分析总结，针对性的提出新的采矿技术及措施。

3.1预控顶小分段空场嗣后充填采矿法

3.1.1方案概述

为增加单个采场的生产能力，保证采场安全稳定，采用预控顶小分段空场嗣后充填采矿法，通过预先施工砂浆锚索进行护顶及护帮，在“再造环境”下进行小分段空场落矿，嗣后进行充填。该方案的特点是：从下向上小分段回采，小分段采场高度为10m或12.5m，宽7.5m，长为矿体厚度，边施工拉底硐室，边施工上向锚索孔，锚索长度兼顾两个小分段开采，锚索孔孔径?60mm，孔网参数2.0m×2.0m，上向注浆。再施工上部凿岩硐室，硐室预留点柱，点柱规格2.0m×2.0m，凿下向炮孔，考虑到矿体破碎，中间孔孔径?90mm，孔网参数2.6m×2.5m，柱状连续装药结构；边孔孔径?80mm，孔网参数2.0m×1.6m，间隔不耦合装药结构。出矿采用遥控铲运机作业，从上下盘穿脉巷道进入。采用两步骤回采顺序，矿房采场开采宽度为5.7～6.0m，采用分级尾砂高强度胶结充填体充填；矿柱采场开采宽度为9.0～9.3m，采用废石或分级尾砂低强度胶结充填体充填。

3.1.2该方案需注意的问题

（1）由于矿体破碎，锚索孔和爆破炮孔成孔利用率需重点考虑，锚索孔钻孔完成后立即开始安装锚杆及注浆；炮孔钻孔完成后可提前装药，并用木塞等封堵孔口，缩短锚索孔和爆破炮孔成孔后的停留时间，提高成孔利用率。

（2）凿岩硐室预留点柱，采用锚索锚杆挂网喷浆加固顶板，帮壁采用锚索孔注浆击鼓方式，施工质量决定了加固效果和稳定性。

（3）在凿岩爆破过程中，边孔采用导爆索+药卷的间隔不耦合装药、增加微差爆破的段位以及排间增加预裂孔的方式保护两帮围岩的稳定性。

（4）应加强井下现场施工监管力度，确保试验采场实际施工按照设计执行。并建立重点原件的配件库，提高凿岩钻机施工效率。

3.1.3预控顶小分段空场嗣后充填采矿法效果

通过对比分析，该方案与上向进路式胶结充填采矿法在采场直接成本上基本持平，但生产能力提高约1.5倍，采场生产能力大；预先进行控顶及护帮，改善了采场整体环境，解决了原方案中采场两帮出现坍塌问题；采用小分段回采，易于控制损失贫化率。

在原中深孔施工方案现场经验的基础上总结优化后，实施该方案使现有采矿方法存在的问题均得以解决，效果良好。

3.2大断面进路式采矿方法

针对锦丰金矿生产面临的难题，根据锦丰金矿矿体的赋存条件，结合国内外进路式高效开采经验，确定锦丰金矿进路式充填采矿法采场结构参数，并通过数值模拟手段采场优化的结构参数进行稳定性分析，在提高生产效率，降低生产成本的同时，保证矿石的安全回采。

3.2.1方案概述

针对锦丰进路式充填采矿法生产能力较低、支护成本高的问题，提出优化采场结构参数的想法，即将分段高度为20m的采场由四个分层变为三个分层，即将进路断面尺寸调整为5m×6.5m。并通过数值模拟分析软件，验证大断面5×6.5m进路式采矿中采场地压活动相对稳定，并根据数值模拟相关结论，确定相应的安全防护措施，确保井下安全高效的生产。

3.2.2注意事项

通过前期实践，大断面试验采场支护施工难度大，存在一定安全隐患，将大断面试验采场第二分层将进路断面高度降低为6m，巷道参数为5×6m，其巷道支护设计如图1所示。确定锚杆长度为2.4m；树脂锚杆直径为25mm，间距为1.2m，排距1.5m。管缝式锚杆直径47.5mm，锚杆间距为1.2m，锚杆排距1.2m。

3.2.3大断面进路式采矿方法效果

通过现场实验来看，以及矿山提供的相应数据，进行经济对比分析，得出大断面进路式采矿法与常规进路采场法相比较，降低吨矿成本6.47元/t，提高生产能力约11.3%。在试验采场进路施工过程中，未发现进路顶板和侧帮发生冒落，该方法同时具有一定的安全性，效果良好，可在合适的矿体条件下进行推广应用。

3.3中段最后分层采用挑顶方法回采

3.3.1方案概述

根据锦丰金矿充填实际情况，在上向进路式胶结充填采矿方法中，一个中段内最后分段的第三分层采用进路式回采完成后，由掘进头向第四分层施工上向扇形孔，逐排爆破进行挑顶，后退式回采第四分层。施工参数为，排面倾角90°、排距1.5m；每排炮孔数3～4个，相邻两排炮孔交错布置；炮孔倾角根据矿体形状及每排炮孔数而定，一般为78～114°；炮孔直径120mm；孔深一般5m左右，根据矿体形态而定；填塞长度2.5m（根据L=d（20～25）求得，d为炮孔直径）；爆破采用逐孔起爆，如图2所示。

3.3.2该方案注意事项

边孔孔底距离边帮不宜大于0.8m（根据单孔作用范围确定，d=0.55*最小抵抗线）；挑顶爆破完成后，采用遥控铲运机后退式出矿，确保施工安全；回采完成后，及时封堵充填，减少暴露时间；中段内最后一分段的第三分层布置进路应与上一中段第一分段的第一分层进路相互垂直或成一定角度，避免平行布置。

3.3.3挑顶方法回采中段最后分层实施效果

挑顶回采通过在锦丰金矿实际应用来看，不仅增加了安全系数也提高了回采效率，实施效果良好。

3.4引进手持式矿石品位分析仪

手持式矿石品位分析仪可实现多元素现场快速分析，有效解决矿石化验数据不及时问题，控制损失贫化，达到精细化开采的目的。

3.4.1手持式矿石品位分析仪工作原理

手持式矿石分析仪工作原理采用的是物理光谱分析技术，通過产生射线激发样品对应元素原子内层电子，并利用探测器将其转变成电信号，来得到样品元素的特征信息。

3.4.2该设备使用优势

通过对工作面矿石品位进行随时检测，控制损失贫化，达到精细化管理的目的，使工作面连续作业，提高采矿效率；对沙坪实验室及自建实验室的样品化验数据进行校核，同时可减少自建化验室的人员数量；手持式矿石品位分析仪，分析一个样品约1分钟时间，分析样品速度快，将样品研磨后分析出的数据，更具有代表性。

3.4.3手持式矿石品位分析仪使用效果

目前开采逐渐向深部转移，矿体变窄，工作面逐渐变少，生产任务重时间紧，该设备能快速分析矿石品位数据，加快作业循环，减少损失贫化及矿石转运费用、选厂供矿不足导致的设备及人员窝工费用，为完成公司各项任务指标保驾护航；同时使用成熟后可代替或部分代替实验室化验，节约样品检测的运输费、分析费及化验人员工资费用等，潜在经济效益巨大（根据锦丰金矿目前实际情况，损失贫化提高一个百分点，可增加年效益近千萬；可节省年矿石转运费用几百万；如能代替实验室化验，可节省年化验费用近百万；其他人工费、产生误工及选厂矿石不足导致设备、人员窝工费用等也十分巨大），该设备在国内外矿山广泛应用，效果良好。

4结论

（1）对原中深孔施工方案及现场经验总结优化后，提出预控顶小分段空场嗣后充填采矿法，采场直接成本与上向进路式胶结采矿方法基本持平，但生产能力可提高约1.5倍，解决现有生产能力低下、中深孔采矿不理想问题。

（2）针对锦丰进路式充填采矿法生产能力较低、支护成本高的问题，提出大断面进路式采矿方法，通过实践来看，未发现进路顶板和侧帮发生冒落，具有一定的安全性，同时与常规进路采场法相比较，降低吨矿成本6.47元/t，提高生产能力约11.3%。

（3）针对假底强度不够问题，对中段最后分层采用挑顶回采方法，根据该方法的长期应用来看，不仅增加了安全系数也提高了回采效率。

（4）引进手持式矿石品位分析仪，实现多元素现场快速分析，简化送检程序、减少化验数据等待时间，对开采过程进行精确管理和控制，加快作业循环，减少损失贫化及矿石倒运、人员设备窝工等费用，经济效益巨大。

参考文献

[1]陈懋弘.基于成矿构造和成矿流体耦合条件下的贵州锦丰（烂泥沟）金矿成矿模式（D）. 中国地质科学院，2007：P578.

[2]宋鑫.争做战略性产业 在“一带一路”先行先导（J）. 企业文明，2016（12）：P35—P37.

作者简介：翟雷（1986-）男，汉族，辽宁省盘锦市盘山县人，本科学历，采矿工程师，从事采矿设计管理工作。

（作者单位：1.西藏华泰龙矿业开发有限公司；2.贵州锦丰矿业有限公司）