底柱

山東黃金礦業股份有限公司新城金礦地處膠東半島,位於萊州市金城鎮境內,是一座具有采礦、選礦、冶煉綜合生產能力的國家大型黃金礦山企業,設計生產能力1 250t/ d ,實際生產能力1 600t/ d。採用主豎井與斜坡道聯合開拓,年產黃金達2. 8t 。隨着生產的進行,頂底柱礦量不斷增加,頂底柱殘採礦量佔全礦儲量的8 % ,且礦石品位較高。充分開發和利用這部分礦產資源,對維持礦山持續穩定發展,延長服務年限具有十分重要的意義。

新城金礦是採用充填採礦法回採的地下巖金礦山,現已開拓- 10～ - 530m 等16 箇中段, - 10m 以上為保安礦柱; - 30m、- 50m、- 70m、- 95m、- 120m 已閉段; - 145m 中段正在回採頂底柱; - 175m、- 205m、- 245m、- 330m、- 380m、- 430m、- 480m 為主要生產中段; - 530m 中段正在開拓。- 145m 中段以上採用有底柱上向水平分層尾砂(膠結) 充填採礦法,預留底柱5m ,頂柱2m; - 145m 中段以下采用無底柱機械化盤區上向水平分層尾砂(膠結) 充填採礦法,留頂柱3m。如果採用以往頂底柱回採方法回採,頂底柱的損失率最高達30. 8 % ,平均25 %。為此開展頂底柱回採試驗研究顯得很有必要 ^[1]  。

1 　地質賦存條件

選擇- 120m 底柱、- 145m 頂柱,181 線～184 線北7m 之間作為試驗礦塊。該礦塊位於- 115m～- 122m之間;在走向上位於181 線至184 線北7m 之間,共52m; 由- 120m 中段1231、1232、1233、1234、1235、1236、1237 採場的底柱和- 145m 中段1452、1453、1454、1461、1462、1463、1464 採場的頂柱組成,礦塊走向NE55°,傾向NW,傾角29°。賦存於焦家主裂面的下盤,礦體形態完整, f = 8～9 ,礦化較好,蝕變以黃鐵礦化、絹雲母化、硅化為主,次為綠泥石化、碳酸鹽化,鉀化等。礦石工業類型為貧硫銀金礦石。

上盤圍巖主要為構造角礫岩和碎裂花崗岩,岩石破碎, f = 4～6 ,抗剪切強度低,穩定性極差。下盤圍巖主要為黃鐵絹英巖化花崗閃長巖,f = 10 ,比上盤圍巖抗剪切強度大,穩定性好,礦塊上盤的焦家主斷裂面有厚10～20cm 的斷層泥,具有隔水作用,但遇水極易軟化,較易冒落,很不穩固。

礦塊長52m ,平均水平厚度60m ,平均高度7. 1m ,平均品位9. 53g/ t ,礦量24 182t ,金屬量230. 334kg。

2 　開採技術條件

- 120m、- 145m 2 箇中段採場應用有底柱上向水平分層尾砂(膠結) 充填採礦法回採。為保證頂底柱採場的順利回採,皆已施工厚0. 5m 的鋼筋混凝土假底。試驗礦塊內部在走向上有4 條穿脈通過,在垂直方向上有21 條天井通過,礦塊上盤有迴風巷通過,下盤有運輸巷通過,礦塊上部和下部採場均已開採完畢,已膠結充填接頂,但充填體強度不大(1～2MPa) 。

該礦塊頂柱是- 145m 中段回採時預留下來的,頂柱厚一般在2. 0m 左右,沿走向每15m 有2 條充填迴風天井;底柱是- 120m 回採時預留的,厚度5. 0m。內有多條上下盤泄水井,放礦漏斗,每15m 有1 條探礦穿脈及- 120m 中段運輸大巷。

這些工程在頂底柱採場內錯綜複雜,加之上下部採場先行回採大大破壞了頂底柱礦體的完整性,給頂底柱回採帶來很大的困難。

新城金礦以往的頂底柱回採應用點柱式上向水平分層尾砂充填採礦法,將底柱所在中段運輸大巷起底,或自運輸大巷施工採場下坡聯絡巷實行頂底合採,這種方法的缺點是為維護頂板人工假底需留厚1. 5m 的護頂礦及保安礦柱,損失率最高達30. 8 % ,一般25 %左右。高品位礦段181 線～184 線北7m 間的頂底柱回採再採用這種採礦方法顯然是不合適的。

試驗區段採用垂直走向劃分採區、沿走向佈置進路的膠結充填採礦法。進路推進方向同人工假底的方向垂直,不留護頂礦及礦石點柱,自上盤向下盤後退式回採。每個採區長26m ,每條進路長26m ,採幅3. 0m(根據礦巖條件,採幅可以適當放寬到5. 0m) ,分層採高3. 5m。利用木支柱和充填體預先共同支撐頂板,為相鄰採場回採時頂板管理創造有利條件,兩分層回採的,第一分層回採完畢,將聯絡巷壓頂、充填後繼續回採第二分層。第二分層揭露人工假底。

1 　採場劃分

頂底柱進路採場方向沿礦體走向,長度也因礦體形態而異,一般在26m 左右,各進路採幅3. 0m ,每層採高3. 5m。根據- 120m 中段底柱實際情況,將礦塊分為一區、二區兩個採區:183 線南4m 至184 線北7m為一區;181 線至182 線北11m 為二區。

2 　採準工程佈置

自下盤運輸巷向採區施工採場聯絡巷,或直接對原穿脈巷道進行起底,作為採區聯絡巷,待第一分層回採結束後,利用尾砂充填第一分層聯絡巷,然後對第一分層採準巷道進行壓頂或重新掘進,以此繼續作為第二分層運輸巷和分層聯絡巷,其規格為2. 0m ×2. 0m ,在分層聯絡巷內鋪設輕軌(12kg) ,作為礦車運輸通道。採場主要採準工程全部為脈內工程。

3 　回採順序

(1) 從礦體最上盤第1 條進路開始,以採場分層聯絡道為起點,沿礦體走向方向回採。

(2) 第1 條回採進路為傾角30°的破碎帶直接接觸的礦體。為保障回採安全,降低損失,先沿礦體走向掘小導巷(2. 0m ×2. 0m) ,至礦體邊界後,後退式回採上盤小三角礦塊。靠上盤每隔3m 留長約1. 0～1. 5m的礦石點柱,將點柱之間礦石採出。視頂板穩固情況決定點柱是否用木柱+ 混凝土人工點柱取代採出。

(3) 普通進路回採分二步進行。第一步小斷面向前掘進至礦體邊界(2. 0m ×2. 0m) ;第二步採用後退式淺採擴至設計斷面。

(4) 進路採完後,在分層聯絡巷位置架設木製隔離牆,掛接好充填管和排氣管,進行充填並接頂。充填結束後,便開始相鄰進路的回採。因小斷面掘進,不揭露充填體,故充填體無需養護,即可開始相鄰進路的回採。

(5) 採場進路依同樣方式逐條從上盤向下盤推進,直至分層殘礦回採結束。然後掘進或支護分層聯絡道,轉入第二分層回採,直至整個頂底柱回採結束。

4 　回採工藝

(1) 鑿巖爆破

採場鑿巖採用7655 型氣腿鑿岩機,水平落礦。爆破採用2 # 岩石炸藥,火雷管引爆,非電導爆雷管微差爆破。

(2) 通風

採場通風利用全礦主風壓形成的貫穿風流通風。新鮮風流由中段運輸大巷、分層聯絡巷擴散進入採場,清洗工作面後回往上盤迴風巷或擴散到- 145m 中段運輸大巷再經迴風巷排出,必要時安裝3. 5kW的局扇輔助通風。

(3) 出礦

採場採用人工出礦,爆下的礦石裝入0. 75m3 固定式礦車,然後推運至分層聯絡巷,藉助於在分層聯絡道處礦體下盤佈置的JJk - 2 型電動絞車,將礦石運至中段主溜井並倒入該溜井中。然後用電機車運到井下礦倉,再由礦山主豎井提升至地表。

5 　採場支護

頂底柱進路採場回採最大的隱患就在於不安全因素多,為此採用了提前支護方式來維護進路頂板。

（1） 　一分層支護方式

對於不揭露假底的分層(一分層) ,進路在回採期間主要使用錨杆支護頂板,錨杆長1. 8m ,網度1. 0m ×1. 0m ,根據現場實際情況,及時支護。出礦過程視頂板安全情況決定木支護,若頂板不安全,則用直徑15～20m 圓木支撐頂板岩石,每10m 需2～3 根,並且木支柱要“穿鞋戴帽”以增加木支柱與採場頂底板的受力面積。回採結束後不回收木支柱直接封堵板牆進行充填。利用木支柱和充填體共同支撐頂板,為相鄰採場回採創造有利條件。

（2） 　二分層支護方式

對於揭露假底的分層(二分層) ,由於在採礦時揭露假底,出礦過程視假底安全情況決定是否木支護,若需要支護,則用直徑15～20m 圓木支撐假底,並且木支柱要“穿鞋戴帽”以增加木支柱與採場頂底板的受力面積。回採結束後不回收木支柱直接封堵板牆進行充填。利用木支柱和充填體共同支撐頂板,為相鄰採場回採創造有利條件。

（3） 　聯絡巷支護

聯絡巷有時位於兩採場人工假底的連接處,採用大盤錨杆(500mm ×500mm ×40mm) 、木支柱和隔離板牆支護聯絡巷頂板。

6 　充　填

利用立式砂倉自流管道輸送尾砂膠結充填系統。其基本流程為來自選廠的全尾砂漿,經砂倉頂部的旋流器分級脱泥後,大於37μm 粒級的尾砂進入2 個容積為1 000m3 的立式砂倉。利用國內首傢俱有發明專利的壓氣造漿技術在砂倉中進行充填造漿。充填造漿完畢後,將高濃度充填尾砂放入攪拌桶(電動機功率37kW,<2 000 ×2 000) 中,與一定配比的水泥攪拌均勻,由泵送或自流,通過<10116mm(4 英寸) 充填鋼管,經小充填斜井進入主充填斜井,再由水平管道輸送至- 145m 中段運輸大巷,改用<7612mm(3 英寸)充填增強塑料管,通過採場分層聯絡巷引入採場。

從地表充填製備站至採場,充填倍線為4～5 ,充填系統料漿輸送濃度62 %～74 % ,管道輸送流量約70～75m3/ h。

充填過程主要充填技術參數,如料漿濃度、流量、下灰量、液位、料位等均實現了儀表顯示、自動控制 ^[2]  。

1 　試驗區段經濟效益

試驗區段回採結束,消耗地質礦量24 182t ,出礦量23 220t ,平均地質品位9. 53g/ t ,綜合採礦損失率8. 7 % ,綜合礦石貧化率4. 5 % ,與以往頂底柱回採方法相比,採礦損失率下降16. 3 個百分點,貧化率下降11. 8 個百分點,多回收礦石4 183t ,多回收黃金39.86kg ,創直接經濟效益536 萬元。

採礦作業直接成本以2003 年1 月～10 月平均作業成本計算。採礦35. 00 元/ t ,掘進600. 00 元/ m ,充填49. 18 元/ m3 ,通風2. 94 元/ t ,提升4. 38 元/ t ,運輸2. 43 元/ t ,排水1. 73 元/ t ;坑口製造費用10. 00 元/ t ;選冶成本71. 54 元/ t ;財務費用0. 99 元/ t ;噸礦總成本(原礦) 148. 61 元/ t 。

將此採礦法應用在整個- 120m 頂底柱回採過程中,共回採進路190 條,地質儲量244 108t ,平均品位6. 4g/ t ,採出礦量232 862t ,與以往回採方法(採礦損失率25 % , 礦石貧化率16. 3 %) 相比多回收礦石39 301t ,多回收黃金251. 526kg ,創直接經濟效益2 615萬元(噸礦成本按350 元計) 。

全礦殘採礦量約佔全礦儲量的8 % ,為維持礦山礦量平衡及開採速度均勻下降,則要求殘柱回採量為108t/ d ,年產量約35 640t 。用分區進路式採礦法回採,平均回採率提高16. 3 % ,貧化率降低11. 8 %。黃金價格按每克100 元計算,頂底柱礦石平均地質品位7. 9g/ t ,原礦成本148. 61 元/ t ,年經濟效益648 萬元。

從上面的計算結果可見,若採用分區進路式採礦法回採頂底柱,降低礦石的貧化、損失指標,可獲得極為可觀的經濟效益。此外,礦山還可節約大量的資源勘探費、固定資產折舊費等。

2 　社會效益

(1) 採用分區進路式採礦法回採頂底柱,新城金礦最終將回收和利用殘礦資源4～6t ,礦山將延長服務年限3 年以上。

(2) 針對頂底柱極破碎,安全條件差等特徵,選用窄進路回採、木支護及噴錨支護等方法,可以增加回採安全性,減少或避免安全事故的發生,有較明顯的社會效益。

隨着礦山生產年限的增長,主要生產採區逐步下移。頂底柱採場所佔礦量增大,而且相對下區段品位較高,所以選擇安全高效的採礦法回採頂底柱顯得尤為重要。

(1) 改以往的垂直礦體走向回採頂底柱為沿走向佈置採場回採頂底柱,進路推進方向同人工假底的方向正交或斜交,改善了頂板受力條件,增加了採場的安全性。

(2) 採用充填接頂技術和預置圓木支撐頂板,為進路採場順利回採創造了很好的安全作業條件。

(3) 特製混凝土隔離牆,既起到封堵充填漿作用又起到支護採區聯絡巷頂板的作用。

(4) 每條進路最長達30m ,採幅3. 0m ,採高3. 5m ,礦巖條件好的,可適當增加採幅。

(5) 採用強採、強出、強充生產組織形式,加快作業循環,提高回採速度,減少頂板暴露時間,提高安全係數。

(6) 垂直走向分區沿走向佈置進路回採頂底柱的方法,全部揭露人工假底,不留護頂礦及礦石點柱,大大降低了進路採場的損失率。

(7) 垂直走向分區沿走向分佈進路,回採頂底柱的缺點是:靠近斷層泥的個別進路採場,回採難度大,頂板支護難度大,靠近礦體下盤的進路貧化率較高;木材消耗量大;人工出渣,勞動強度大 ^[3]  。