浅析影响铜绿山矿井下矿石贫化损失的因素及控制措施

赵雄文 ，尹东升，蔡世祥，邵显，熊国雄

(大冶有色金属有限责任公司铜绿山矿，湖北 黄石 435101)

1 背景介绍

铜绿山矿中色大冶下属集采、选于一体的露天地下联合开采大型主力矿山，1965年上马建设，1971年正式投产。矿山原设计采选生产规模为4000t/d，露天和井下各为2000t/d。2005年，露天开采结束，转为地下开采，2015年，选矿扩能系统建成投产，设计生产规模4500t/d，年处理矿石量132万t。

经过几十年的开采，目前露天开采已结束，主要为地下开采，分新、老两套生产系统，随着开采中段的向下延深，各中段可采资源量变少，可采资源量逐渐变少，矿石品位降低，尤其是-425米及以上中段资源面临枯竭，可供开采的矿源越来越少，生产任务越来越重，为满足矿山生产的持续稳定,缓解生产中段消失过快，延长中段服务年限，充分回收不可再生资源，矿石贫化损失管理工作愈加重要。

2 矿山现状介绍

2.1 矿床特征

铜绿山矿床属于典型的热液交代夕卡岩成矿类型，整体连续性不强，矿体沿走向断续出现，表现出一定的规律变化特点，受侵入岩控制明显，矿体形态复杂，品位变化较大，矿化蚀变现象明显。

2.2 矿体特征

铜绿山矿区内已发现13个铜铁矿体（群）（I～XIII号），其中II、V分别位于I、IV、矿体上方，属于浅部矿体，已基本采空；VI、VIII、IX、X矿体普遍遭受民采破坏，Ⅶ矿体被划定为古采矿遗址保护，Ⅻ号矿体处于大冶湖附近，水文条件复杂，暂无法开发利用。目前已得到开采利用的有I、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅺ、ⅩⅢ号矿体。

2.3 矿石特征

铜绿山铜铁矿床为大型矽卡岩矿床。矿石比重3.0t/m3，硬度f=8-12。矿石自然类型为原生矿石，工业类型以铜铁矿石为主，占3/4以上，其次为单铜矿石，单铜矿石按含矿围岩性质不同可分为含铜矽卡岩、含铜大理岩和含铜花岗闪长岩，其中含铜矽卡岩为单铜矿的最主要类型。

（1）矿石物质组成

金属硫化物以黄铜矿为主，其次是黄铁矿、斑铜矿、辉铜矿。金属氧化物主要是磁铁矿、赤铁矿。脉石矿物主要有方解石、白云石、石英等。

（2）矿石结构、构造

矿石结构：矿石结构主要有：①半自形—自形粒状结构；②固溶体分解结构；③胶状再结晶结构；④熔蚀交代结构；⑤压力结构。

矿石构造：矿石中常见的主要构造类型有致密块状构造、浸染状构造、脉状构造、角砾状构造及粉末状—砂状构造。

（3）主要矿物嵌布特征

黄铜矿：矿床最主要的铜矿物以浸染状及少数细脉状交代充填于磁铁矿矿石中，构成铜铁矿石。黄铁矿还以交代金云母～透辉石矽卡岩、大理岩、斜长石岩及角砾岩构成单铜矿体。

2.4 井下主要工艺

铜绿山矿根据矿体的赋存情况，选择的是立井-盲井-斜坡道联合开拓的方法，采准采用脉外布置的方式，中段高度60m，-665m、-725m中段不留顶底柱，中段分三个分段，每个分段段高15m。其余中段预留底柱8m，中段分四个分段，每个分段段高13m。井下生产流程主要包括掘进、采矿、运输、提升和充填等工艺。

（1）掘进凿岩采用CMJ1-14Y液压掘进台车或YT—28和S82气腿式凿岩机，采场联络道断面3.0m＊2.8m（宽＊高），凿岩巷道断面4.5m＊3.5m（宽＊高）；

（2）采矿工艺主要有普通上向水平分层充填采矿法和分段空场嗣后充填采矿法，其中普通法占比70%，分段空场法占比30%，上向水平充填法采矿采用YT—28凿岩机或采用S82气腿式凿岩机，分层采高3m，中深孔采矿采用K41、DL331、ZY41D凿岩台车；

（3）矿石运输采用轨道运输，矿石运输列车由10t架线式电机车双机牵引4m3底侧卸式矿车组成。坑内废石运输列车由7t架线式电机车单机牵引0.75m3翻转式矿车组成；

（4）矿石破碎采用在井下主要中段破碎硐室使用颚式破碎机内进行破碎，然后通过提升系统至地表进行中碎和细碎，最后进入选厂。

（5）提升采取8m3底卸式箕斗带平衡锤的方式担负主井-365m以上中段矿石和废石的提升任务，盲主井采取8m3底卸式箕斗带平衡锤的方式担负-425m-605m中段矿石和废石的提升任务，混合井主提升系统采用12m3底卸式箕斗与罐笼互为平衡的提升方式主要担负-605m以下中段体的矿、废石提升及人员、材料、设备提升任务；

（6）充填主要采用的全尾砂深锥浓密加絮凝沉降固结剂胶结充填，主要设计强度要求铺面作业要求3天龄期强度大于等于0.8Mpa，井下采场充填主要参数：矿房采场铺面灰砂比1∶7，普通胶结灰砂比1∶13；矿柱采场铺面灰砂比1∶7，普通胶结灰砂比1∶22。

2.5 井下贫化损失管理现状

铜绿山矿矿体呈鸡窝状、星点状分布，采矿贫化、损失较大。收集铜绿山矿2016-2020年矿石贫化率、采矿损失率数据，指标情况见表1：

表1 铜绿山矿2016-2020年矿石贫化率、采矿损失率统计

通过上述表格可以发现，铜绿山矿采场贫化率由2016年的5.83%逐年上升到2020年的6.43%，上升10.29%；损失率由2016年的6.59%逐年上升到2020年的7.33t/d，上升10.10%。

目前采矿工艺中，矿石损失主要包括无法回收的顶底柱、矿柱回采过程中留下的护壁、安全技术管理的开采损失、上向水平分层充填采矿工艺里的点柱以及分段嗣后充填采矿法的出矿进路矿柱。

3 影响矿石贫化损失的因素

3.1 自然因素

(1)矿体形态对贫化损失的影响

铜绿山矿主要矿体的分布受极其复杂的接触断裂复合构造控制，矿体形态为似层状、大透镜状，内部有夹石，有分枝复合现象，具尖灭再现现象，形态、产状随接触带及断裂裂隙的变化而改变。这给采矿工作带来很大的难度，上采过程中常受矿体形态复杂而损失上下盘的支脉矿体，或为更多地回收上下盘矿石而局部连带废石采下造成贫化。

(2)品位变化对贫化损失的影响

矿体分为致密型和浸染型两种，品位变化较大的区域主要集中在浸染型矿体与致密型矿体或围岩的接触部位，两者间往往呈品位过渡渐变状态。采场上采过程中，由于对矿体品位变化分布情况了解不确切，或因生产原因无法及时检验矿石品位，仅凭经验肉眼判断，造成矿体与部分废石一同采下，或将矿体当作废石抛弃，引起采场的贫化损失。

(3)矿体中脉岩对贫化损失的影响

矿区晚期岩脉较为发育，主要有钠长斑岩脉、细晶岩脉、煌斑岩脉及少量闪长玢岩脉。其中钠长斑岩的延伸、延深及厚度变化较大，并常具平列、局部分枝及尖灭再现的特点。采场回采过程中由于岩脉穿插矿体的复杂性，致使部分岩脉混入矿石中，造成采场贫化，或受厚大脉岩影响而造成上下盘部分矿石的损失。

(4)构造与围岩蚀变对贫化损失的影响

采场中的断层、褶皱构造及围岩蚀变给采矿生产带来诸多不便，给采场带来安全隐患和矿石贫化损失。采场的上下盘围岩极易沿断层面或断层周围的破碎带冒落混入矿石中。另外围岩接触蚀变带岩石往往较为松散会因矿体开采暴露而脱落，如-545m中段南沿Ⅲ号矿体上盘的蚀变带，这些因素都会引起采场矿石的贫化损失。

3.2 人为因素

（1）设计中的贫化损失

研究结果表明，以小檗碱和生物总碱为指标，兴隆小檗药材质量最好，其次是野鸡河，再次是足纳。小坝产小檗药材无论是根、根皮及茎皮，小檗碱和生物总碱的含量均最低，具体原因尚需进一步研究。小檗药材在毕节市分布广，数量大，具有很高的开发利用价值。兴隆是小檗栽培的最适宜种植区，小坝不适合小檗的栽培。

在矿石开采过程中，根据矿体形态分布情况及生产需要采用不同的采矿方法，而任何采矿方法因安全等原因在设计上都会存在矿石的贫化损失，这是不可避免的。特别是随着生产压力的加重，中深孔采矿方法比重的增加，贫化损失也随之增大。

（2）采矿工艺上的贫化损失

铜绿山矿采场回采基本都是充填法，主要是向上水平分层充填采矿法和分段空场嗣后充填采矿法。采场出矿过程中，因充填体强度不足而使接触充填体表面的部分矿石陷入充填体中，造成出矿损失，或因为挖出陷入充填体部分矿石而连带铲出混杂的尾砂而造成贫化。

（3）出矿管理上的贫化损失

一是在出矿过程中受机械设备、复杂场地、人员状态等因数的影响，会不同程度的造成矿石的贫化损失；二是由于设备结构的局限性以及采场不规则形状的影响，采场边角局部矿石无法回收或难度大耗时不回收而造成损失；三是现场施工人员责任心不强，未严格按照图纸要求、技术参数规格和指令进行现场作业，造成开采、铲装和运输过程中出现采场掘进探矿、切割不到位、超挖欠挖，残矿回收预留点条柱过大等问题；四是基建废石和场联络道废石未指定堆放或分装分运不严等现象，造成矿石贫化损失增大。

（4）技术管理上的贫化损失

一是技术管理不到位。井下生产中段较多，技术人员不足，造成地测资料更新不及时，设计与实际存在偏差，现场技术交底不清晰，造成不必要的贫化损失，现场施工过程中技术规范执行不严造成的矿石贫化损失；二是制度考核执行不严。针对设计和施工过程中出现的问题项，造成矿石贫化损失的，未及时、严格按照相关考核标准对责任单位进行考核兑现。

3.3 其他因素

一是随着近几年铜绿山矿上部主矿体的消失，顶底柱和边端部回采量的增加，加上中深孔采矿比例的不断提升，矿石贫化损失率指标逐年升高；二是随着矿体延伸，矿石品位下降明显，深部单铁采场占比较大，矿废边界不明显。加上工业技术的进步和矿产品价格的波动，矿石工业品位也会有所变化，肉眼无法及时有效判别，也会造成出现一定程度的矿石损失贫化；三是因充填管网和备线问题，充填料浆下放浓度距设计目标有一定差距，采场充填质量无法有效保证，容易造成二步骤回采过程中的矿石损失。

4 贫化损失控制措施

4.1 提高地质资料的准确性

（1）完善基础资料

为矿山的开采提供详细、准确的地质资料是进行贫化损失管理工作的保障，也是整个开采过程中贫化损失管理工作的基础。而要达到这个目的，得不断研究并熟悉矿床的成矿地质条件和矿化富集规律，建立矿床成矿模式，并以此为依据提高矿区的控制程度，对矿体赋存形态复杂、支脉发育以及为探明的边端部区域加密勘探网度，加强探采结合工作，必要时设计巷道探矿，详细掌握采矿区的矿体形态、品位、夹石等地质情况，圈定准确的矿废界线，做好编录取样等地质工作，尽可能地收集汇总完善的地质资料，减少因对自然因素的不熟悉而造成的矿石的贫化损失。

（2）开展矿山数字化建设

通过开展矿山数字化建设，一方面重新圈定矿体和计算储量，另一方面为降低采矿成本提供有效的途径。矿山实现数字化建设后，可根据不同产品的厂家对原料的要求，通过有目的、有计划地采矿，富矿石与中低品位矿石按一定比例配矿成为商品矿石，也增加了中贫矿石的利用率。还可以合理开发资源，充分利用中低品位矿石，综合利用多组分矿物资源，优化品位指标。同时，通过建立矿物模型，查明三维空间各矿物定量分布规律，通过定点采矿和按比例配矿，减少资源浪费。

4.2 加强技术管理工作

（1）设计管理

严格按照相关技术规范设计相关施工图纸，熟悉掌握准确的地质资料及现场情况，优化技术图纸设计，减少矿石的贫化损失。①做好矿体剖面，复合上下分层矿体对应关系，摸清矿体形态，减少上下盘的贫化损失；②根据断层、构造以及脉岩穿插情况，合理设计保安矿柱，减少永久矿柱的损失；③优化采矿方法，减少工艺上的贫化损失。

（2）二次圈定管理

二次圈定时要充分考虑矿体成矿规律、矿体产状及脉岩位置、断层、破碎带等影响矿体形态变化的有关地质特征，才能更准确地圈定地质界线，有效控制矿石的贫化损失。根据采场充填后的取样分析结果，整理计算，划分矿石与围岩废石的边界线，圈定采场的可采范围，在采场设计施工平面图上画出地质界线，并到采场用红油漆标注上下盘矿体边界线。

（3）加强现场管理

技术管理人员经常深入到井下现场进行实际技术指导，做好现场技术交底工作。检查掌子面、开帮面矿化程度，是否作矿石，做好出矿指令；加强对施工单位掘进、开帮上采的监督指导，避免过多开采上下盘围岩或开采不到位；并根据现场情况及时修改设计方案，减少矿石的贫化损失。

4.3 加强采矿和充填工艺优化。

一是针对深部矿体赋存现状，优化采矿工艺技术参数，合理控制矿石块度，减少铲运过程中的大块和粉矿损失；二是提高中深孔采矿比例，降低端部点柱式普通上向水平分层充填采矿法应用比例；三是开展井下复杂条件下残矿回采工艺优化。铜绿山矿边端部、顶底柱以及难采矿段等复杂地质条件下矿体开采占比大约占矿山全年作业量的20%作业，该部份矿石回采矿石贫化损失率较大，对铜绿山井下经济指标带来较大影响；四是通过开展合理支护与回采工艺技术和装备研究，实现安全高效回采，提高资源利用率；五是加强采场首层充填强度管理，提高顶底柱回采的顶板稳固性，回采过程中通过合理预留矿柱的方法后退式开采，提高顶底柱矿石回采力度，降低底柱矿石损失。

4.4 强化出矿管理工作

出矿管理是有效控制矿石贫化损失的关键，故为强化出矿管理采取了以下措施。一是现场指导出矿，对采场采下的矿岩及时用红喷漆圈定分界线；二是技术管理人员现场负责协调井下出矿与废石出渣、转运的实施；三是加强矿废石倒运跟踪，避免将废石、尾砂和泥浆倒入矿石斗井，或将矿石铺垫巷道路面、采场垫底；四是在物理方法无法判断矿石品位时，单独搁置到指定位置且进行地质取样化验，根据化验结果再转运处理；五是对于铲车结构所限无法铲的采场边角区域，必须组织人工辅助处理将残矿回收干净，避免损失。六是在中深孔采场出矿末期，技术人员现场红漆划分上下盘以及两帮脱落的围岩、充填体，指导施工人员分开转运，减少废石混装造成的贫化。

4.5 完善考核制度

制定完善细致的考核细则，并严格落实考核制度。一是严格按照技术图纸方案施工，严禁超采、不采矿石、多采废石；二是严格按照技术《出矿指令》与调度指令出矿与出渣、废石倒运；三是严禁出矿时将矿石和废石混装，矿石未出完就充填；四是严禁将文明生产、尾砂清理的废石、泥浆、杂物倒入矿石仓。

4.6 加强技术队伍建设

一是推行管理人员“一岗双责”，即只要是管理人员，就要积极参与矿山贫化损失管理工作之中，管理人员的绩效也要与贫损指标进行挂钩考核；二是加大力度推行科研课题项目责任制和项目制，针对矿山技术难题，借助专业委员会平台，有规划的安排矿山技术团队围绕采矿方法优化、资源综合回收利用等方面进行技术攻关；三是提取部分小额专项资金，通过制定矿山技术指标奖励办法，鼓励技术人员根据矿山现场实际，在井下安全高效开采、生产工艺流程管理等关键重难点问题上，开展自主小型化技术攻关，并对现场应用效果良好的给予一定奖励；四是定期召开技术经济指标分析会议，分析问题原因，总结经验教训，制定技术经济指标提升的措施。

5 结语

矿石的贫化损失管理是矿山生产中的一项常态化工作。而造成矿石的贫化和损失是多方面的因素，需对开采过程中的每一道工艺加强技术管理和现场监督管理，从而有效降低矿石的贫化损失。随着铜绿山矿资源储量的不断下降，近年来对贫化损失管理工作愈加重视，贫富兼采，对小而富大而贫的盲矿体进行充分回收，由于方法得当，措施有力，取得了明显的效果，矿山资源得到了充分回收，有效的延长了矿山的服务年限。