普朗铜矿自然崩落法贫化控制研究

洪超，石峰 ，冯兴隆，崔晓东，王启新，刘明武

(1.云南迪庆有色金属有限责任公司， 云南 香格里拉市 674400；2.矿冶科技集团有限公司， 北京 100160；3.金属矿山智能开采技术北京市重点实验室， 北京 102628)

1 概述

普朗铜矿位于云南省迪庆藏族自治州香格里拉市，海拔平均为3350 m～3600 m。矿体呈筒状，北西向展布，南部较宽，达360 m～600 m，北部变窄为120 m～300 m。东侧倾向北东，倾角25°～57°，西侧倾向南西，倾角 35°～83°，为超大型斑岩铜矿[1-2]。该矿品位低、节理构造较为发育，有5条较大断层穿过，且矿区地处环保敏感地带，地表无法进行表土剥离。基于上述特点，采用自然崩落法进行开采。

自然崩落法采矿是一种高效率、低成本的采矿方法，通过在矿体底部进行充分拉底，矿岩内部节理裂隙得到发育，矿岩自然碎裂后崩落[1-4]。其主要特征就是在覆盖岩层下放矿，一旦发生崩落影响后，崩落岩体受断层、物理性质及块度的不同影响随机流动。随着出矿的持续，矿体内部的夹石及上部的覆盖岩层混入，矿石贫化将无法避免。因此，对于采用自然崩落法采矿的矿山，贫化率的控制将直接对矿山的生产制造成本造成较大影响。本文基于普朗铜矿实际生产情况，对自然崩落法贫化控制进行研究，可为采用自然崩落法的其他矿山提供矿石贫化控制依据。

2 贫化原因及影响因素分析

目前，普朗铜矿地表已出现面积约为 500 m2的塌陷坑。井下出矿口也陆续出现冰碛物混入，造成矿石贫化。同时，对选矿指标也会造成较大影响。基于目前普朗铜矿开采现状，对普朗铜矿贫化原因及影响因素进行分析。

2.1 地表塌陷形成通道

普朗铜矿于2017年3月中旬开始进行出矿，于 7月中旬在地表先后出现 2个不同规模的塌陷坑。受断层影响，为保证拉底爆破效果，根据崩落矿量将上一次拉底后的松散矿量放出30%左右，以保证爆破补偿空间，但实际出矿过程远超崩落矿量的30%，拉底过度松动出矿是此次出现塌陷坑的主要成因。

出现塌陷坑后，对塌陷坑位置进行标记。随着出矿的持续，在井下出矿口发现该标记物。但发现标记物位置与地表放置标记物位置在空间上并不是上下对应。分析原因，主要是该位置处于3条断层交汇处，形成一个破碎带，表明该位置形成塌陷后，受断层及大规模出矿等因素影响在矿体的空间位置上形成一个上下通道，矿体上部的地表冰碛物随着出矿过程，不断从通道内混入矿石中，这是造成贫化的主要原因。

2.2 拉底方式

为保证矿山经济效益，普朗铜矿采取富矿部位先开刀的方式。选择矿岩比较破碎的地段为中心，以菱形方式逐步向四周开始推进，拉底示意图见图1。随着崩落前锋的推进，会对矿体内原有的构造

特征产生影响。放矿过程中受断层及矿岩自身的节理裂隙影响，崩落矿岩的块度不均衡，出现矿岩崩落后的块度大于地表覆盖岩层块度。随着出矿持续，崩落矿岩的随机流动，覆盖岩层的废石将不断混入矿石内，在出矿过程中无法剔除，造成矿石贫化。

图1 拉底示意图

同时，拉底速度与崩落速度直接关系的不匹配会使得废石过早混入，造成贫化，或使贫化时间提前，不利于矿山生产[3]。

2.3 拉底巷道支护材料的混入

自然崩落法需在矿体底部设置拉底层，在基建过程中拉底巷道已完成掘进支护。拉底巷道处于矿体下部，同时又位于出矿巷道上部，受矿体断层及岩石稳定性的影响，地质条件较为复杂。在拉底掘进过程中为保证施工安全，往往要进行较大强度的支护。普朗铜矿在基建期开挖拉底巷道时，岩石较为破碎，为了保证施工的安全及质量，采用了钢拱架混凝土浇筑、锚网喷、喷射钢纤维混凝土等强度较高的支护形式。

拉底爆破后，该部分支护材料很难得以回收，大部分将随着出矿混入矿石内造成贫化。但该部分支护材料是为了保证施工的安全，无法避免。该部分支护材料混入量较小，造成贫化的影响也较小。

2.4 出矿不均衡

拉底开挖以后，会引起上部矿体内应力集中，产生破坏区，当破坏区内的拉破坏占主体时，上部破坏矿体就会崩落[5]。自然崩落法理想的出矿状态为倒锅形，各出矿口必须均衡出矿，使地表能够均匀下降，以减少地表冰碛物混入。但在生产过程中往往难于控制，主要影响因素为出矿受交叉断层及拉底影响，拉底边界往往应力较为集中，出矿示意图见图2。如不及时出矿释放，将对出矿水平底部造成较大破坏，这是不均衡出矿的主要原因。此外，受其他生产系统不稳定因素影响，出矿的地点、运输系统、破碎系统等无法正常运行，调整出矿位置或调整该位置的出矿量，也是不均衡出矿的主要原因。

图2 出矿状态三维示意

由于不能做到均衡出矿，产生应力集中，使得地表沉降高度不可控，地表冰碛物提前混入矿石中，是造成提前贫化的主要原因。

2.5 矿体内夹石

自然崩落法往往适应于较厚大矿体，多采用单中段回采的方式，矿体内部所含夹石也是不可避免的，普朗铜矿设计达产后年处理原矿1250万t，日均处理原矿约3.8万t，出矿量较大。在日常出矿过程中废石剔除难度大，往往直接混入矿石中进入生产系统造成贫化。

2.6 放矿椭球体参数影响

放矿椭球体参数是合理确定出矿进路及出矿点间距的重要依据，各出矿口上部所对应的放矿椭球体之间相互重叠面积的大小对矿山开采过程中的贫化及损失控制尤为重要。相交面积过大，正常出矿后相交区域内矿石流动较快，易于矿体与地表快速形成通道，造成提前贫化。如果椭圆形影响区域不能在穿脉相交，即可在出矿穿脉上部形成放矿残余脊柱，造成矿石损失，同时还会形成长期的脊柱压力，不利于底部结构保持稳定，如图3所示。

放矿椭球体的参数主要是由矿石的物理力学性质所确定，而反映一个放矿椭球体大小的主要指标为椭球体的偏心率，偏心率的计算公式为：式中，ε为放出椭球体偏心率；aN为放出椭球体长半轴长度，m；bN为放出椭球体短半轴长度，m。

图3 放矿椭球体

一般而言，偏心率随矿石平均块度变小、湿度增加、硬度降低和放矿速度增加而变大。因此，椭球体的偏心率主要由矿石崩落块度、湿度和硬度决定，人为很难主导。而根据放矿椭球体参数合理布置出矿进路及出矿点间距，将对自然崩落法贫化控制至关重要。

3 结论

本文对普朗铜矿自然崩落法开采过程中贫化原因进行分析，得出影响矿石贫化因素主要有地表塌陷、拉底方式、支护材料混入、出矿不均匀、矿体内夹石和放矿椭球体参数。基于上述因素，合理确定出矿进路及出矿点间距、均衡出矿、选择相对合适的拉底方式及拉底速度可大大降低矿山贫化率，可为采用类似自然崩落法采矿的矿山提供相关贫化原因及控制参考。