无底柱分段崩落法在四方金矿的放矿规律研究_潘健.pdf

收稿日期2019-10-08 作者简介潘健 （1992） 男， 助理工程师， 硕士研究生。 无底柱分段崩落法在四方金矿的放矿规律研究 潘健 1， 2 孙国权 1， 2 罗才严 3 王靖 1， 2 陆玉根 1， 21 （1. 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司， 安徽 马鞍山 243000； 2. 金属矿山安全与健康国家重点实验室， 安徽 马鞍山 243000； 3. 陕西凤县四方金矿有限责任公司， 陕西 宝鸡 721000） 摘要由于四方金矿品位分布不均匀、 矿岩界限不明显及矿岩性质的特殊性， 其放矿规律较为复杂。主要 采用现场工业试验和理论数据分析的方法， 探讨无底柱分段崩落法在四方金矿的放矿规律问题。结果显示纯矿石 回收阶段出矿量为设计崩矿量的40左右； 覆盖岩层混入阶段出矿品位波动性较大， 这与金矿品位分布不均、 泥矿 到达采场、 上部残留崩落矿石较多有很大关系。同时重点分析了泥矿的形成原因和品位分布特征， 认为水和千枚 岩相互作用导致进路出现泥矿； 下分段泥矿品位高于上分段泥矿品位。该研究成果对四方金矿的放矿管理起到了 至关重要的作用。 关键词金矿无底柱分段崩落法放矿规律泥矿品位 中图分类号TD853文献标志码A文章编号1001-1250 （2020） -02-154-04 DOI10.19614/ki.jsks.202002026 Research on Ore Drawing Regularity of Pillarless Sublevel Caving in Sifang Gold Mines Pan Jian1， 2Sun Guoquan1， 2Luo Caiyan3Wang Jing1， 2Lu Yugen1， 22 （1. Sinosteel Maanshan Institute of Mining Research Co .， Ltd.， Maanshan 243000， China； 2. State Key Laboratory of Safety and Health for Metal Mines， Maanshan 243000， China； 3. Shaanxi Fengxian Sifang Gold Mine Co.， Ltd.， Baoji 721000， China） AbstractDue to the uneven grade distribution， the indistinct boundary of ore and rock and the particularity of ore and rock properties，there exists the complex ore drawing regularity of Sifang Gold Mine. In this study，the field industrial tests and theoretical data analysis are carried out discuss the ore drawing regularity of Sifang Gold Mine with pillarless sublevel cav- ing . The results show that the ore yield at the recovery stage of pure ore is about 40 of the designing blasting ore yield. The ore grade fluctuates greatly at the mixing stage of overburden，which is closely related to the uneven distribution of gold grade， the arrival of slime ore to the stope and the large amount of residual caving ore in the upper part. At the same time， the reason for generating slime and the grade distribution characteristics are analyzed emphatically. It is considered that the in- teraction of water and phyllite results in the occurrence of slime in the route；The slime grade at the lower section is higher than that at the upper section. The research results play an important role in the ore drawing management of Sifang Gold Mine. KeywordsGold mine， Pillarless sublevel caving ， Ore-drawing regularity， Slime grade 我国地下金属矿山广泛采用无底柱分段崩落 法， 该采矿方法的特点是崩落的矿石和废石覆盖层 直接接触， 矿石在覆盖层废石的包围下放出， 因而矿 石回采贫化率和损失率较大 ［1-2］。而对金矿山大多偏 向采用充填法， 只有少量低品位大型矿床采用崩落 法开采， 例如四方金矿、 祁雨沟金矿、 那林金矿和夏 甸金矿， 这些矿山金矿品位分布不均匀， 围岩含有品 位， 且矿岩界限不明显， 但目前很少有相关文献研究 崩落法在金矿山的放矿规律。本次研究以陕西凤县 四方金矿为例， 探讨无底柱分段崩落法在四方金矿 的放矿规律问题。 1矿山背景介绍 四方金矿有限责任公司 （以下简称四方金矿） 位于陕西省凤县东部， 是一座特大型低品位金矿床。 矿体主要赋存在受韧性剪切带控制的蚀变带范围 内， 含矿地层为中泥盆统星红铺组斑点状铁白云质 粉砂质千枚岩， 细晶石英云母大理岩、 条纹条带状石 英细晶大理岩。平均地质品位为2.46 g/t。矿体围岩 总第 524 期 2020 年第 2 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 524 February 2020 154 ChaoXing 亦为蚀变岩体， 岩性相同。围岩受构造蚀变控制， 多 含金， 品位一般在0.1～0.5 g/t； 矿岩界线不清， 呈渐变 过渡关系。岩石硬度中等、 稳固性好。 矿山开拓方式为平硐盲竖井， 1 340 m中段以 上曾采用浅孔留矿法开采， 目前已转变为无底柱分 段崩落法开采多年， 主要生产中段在1 240 m、 1 290 m中段。分段高度12.5 m， 进路间距12.5 m， 排距1.7 m， 崩矿步距 3.4 m， 采用 YGZ-90凿岩机凿岩。在浅 孔留矿法过渡为无底柱分段崩落法时， 将浅孔留矿 法残留矿柱和顶底板崩落作为覆盖岩层， 目前塌陷 区已陷落至地表。 2现场试验 2. 1试验方案 为了掌握四方金矿进路放矿规律， 即出矿品位 与出矿量之间的非线性关系， 在出矿进路进行了现 场试验。一般情况下， 出矿初期矿石无贫化， 随着废 石混入， 出矿矿石贫化率逐渐增大， 直到最后放出的 全部为废石。通过矿石贫化矿量曲线， 可以反推 出采用截止品位出矿时， 总的出矿量大小， 作为截至 品位的控制矿量。 实施现场试验出矿时， 首先要进行刻槽取样， 计 算出进路中设计崩矿量与地质品位； 放矿时， 每20斗 取1个样进行品位化验， 并记录下当次实际出矿量， 当进路最后放出的全部为废石时出矿结束。本次现 场试验区域位于1 265 m水平2进路、 3进路、 4进路， 区域内无大型地质构造。67线剖面见图1。 2. 2试验过程 在确定好试验区域之后， 在做现场试验的崩矿 步距内进行刻槽取样， 各进路刻槽品位及矿量如表1 所示。试验过程可简单描述为刻槽钻凿中深孔 装药爆破出矿每20铲斗取样化验记录。爆 破前技术人员在现场全程跟踪装药连线， 最后正常 起爆， 出矿时取样样品重量均不小于1 kg。 2. 3试验结果 现场试验的 3 条进路， 有 2 条进路 （3、 4） 爆破 效果不好， 样品较少， 只有 2进路爆破效果良好。 在出矿时每隔 20 铲进行了取样， 共取样 200 多个。 得到了2进路和4进路出矿量和出矿品位变化曲线 （如图2、 图3所示） ， 2进路设计崩矿量是1 351.08 t， 综合地质品位1.24 g/t， 此步距内无夹石， 地质金属量 1 672 g。 由于金矿床品位分布不均， 不能简单地按照算 数平均值来表示当次品位。每次取样均为2个， 假设 α1、α2表示2个取样品位，α表示地质品位， 则取样数 据处理办法如下 潘健等 无底柱分段崩落法在四方金矿的放矿规律研究2020年第2期 155 ChaoXing （1） 若α1、 α2均大于地质品位α， 当两者之比小于 2， 按平均值处理； 当两者之比大于2， 取小值。 （2） 若α1、 α2均小于地质品位α， 取两者平均值。 （3） 若 α1、 α2一个大于地质品位 α， 一个小于地 质品位 α， 当 αi＞2α （i1 或 2） 时， 认为是坏点直接剔 除， 则取另外一个值； 当 αi＜2α （i1 和 2） 时， 取两者 平均值。 2进路试验共出矿3 788 t， 累计品位1.64 g/t。图 2中虚线表示当次品位随出矿量增加的变化情况， 实 线表示随着出矿量的增加累计品位变化情况。10月 5日在取样的过程中发现有泥混入， 说明此时覆盖岩 层到达工作面， 这时的出矿量为512 t， 占设计崩矿量 的38， 这部分矿石是纯矿石， 没有覆盖岩层混入， 故 当次出矿品位变化较小。可以从图2中虚线看出， 当 有覆盖岩层混入后 （出矿量大于512 t） ， 出矿当次品 位波动较大， 高的可以达到4.5 g/t， 低的品位为0 g/t， 截止出矿时累计出矿品位高于综合地质品位。 3进路爆破效果很差， 只出矿60铲， 即150 t， 样 品不具有代表性， 此次不作分析。 4进路爆破范围内的地质矿量是 1 351 t， 地 质品位 1.12 g/t， 步距平均品位0.99 g/t， 地质金属量 1 121 g。 4进路由于爆破效果不好， 试验共出矿768 t， 累 计品位0.9 g/t。图3中虚线表示当次品位随出矿量增 加的变化情况， 实线表示随着出矿量的增加累计品 位变化情况。 3试验结果分析 3. 1纯矿石回收阶段 2进路和4进路的综合地质品位分别为1.24 g/t 和0.99 g/t， 当有覆盖岩层混入时， 出矿量达到了设计 崩矿量的 40左右， 分别为 512 t和 542 t， 该部分矿 石为纯矿石， 此时累计品位分别为1.08 g/t和0.97 g/t。 对比发现， 虽然取样的当次品位变化较大， 但累计品 位 （纯矿石品位） 和综合地质品位相差不大。故认为 该阶段为纯矿石回收阶段。 3. 2覆盖岩层混入阶段 按照无底柱分段崩落法的放矿规律， 当有覆盖 岩层混入时， 出矿的当次品位逐渐降低， 累计品位也 逐渐降低 ［3-4］； 但四方金矿出现很大的反差， 即当有覆 盖岩层混入时， 出矿品位震荡性较大， 当次品位变化 较大， 此次试验累计品位呈现稳步提高最后趋于稳 定。2进路出矿量已经达到了设计崩矿量的280， 累计品位为1.64 g/t， 累计平均品位要高于地质品位。 造成上述结果的主要原因有以下几点 一是金 矿品位分布特别不均匀； 二是塌陷区已经和地表连 通， 泥质矿体到达采场； 三是覆盖岩层含有浅孔留矿 法的矿柱， 具有一定品位； 四是1 290 m中段 （如图1 所示） 曾采用多排少爆的方式出矿 （即每次爆破 12 排） ， 但在进路口最多只能出3～4排矿， 其他原矿残留 在塌陷区。 所以要想得到合理的放矿管理模式， 必须对泥 质覆盖岩层品位较高做出合理解释。 3. 3泥矿形成原因分析 四方金矿含矿地层为中泥盆统星红铺组斑点状 铁白云质粉砂质千枚岩， 矿体围岩亦为蚀变岩体， 岩 性相同。千枚岩是具有千枚状构造的低级变质岩 石， 原岩通常为泥质岩石 （或含硅质、 钙质、 炭质的泥 质岩） 、 粉砂岩及中、 酸性凝灰岩等， 经区域低温动力 变质作用或区域动力热流变质作用的底绿片岩相阶 段形成 ［5-6］。千枚岩岩性松软， 遇水易泥化、 软化， 有 涨缩性， 抗风化能力差， 易风化形成岩屑， 产生碎落 现象 ［7］。目前采矿引起的塌陷区已经塌落至地表， 平 时塌陷区汇水面积内的雨水会流入塌陷区。由于水 和千枚岩的相互作用导致井下出矿进路出现泥矿。 3. 4泥矿品位分布特征推断 矿体主要赋存在受韧性剪切带控制的蚀变带范 围内， 金矿化主要呈微细粒自然金 （粒间金、 包裹金 和裂隙金） 产出， 上部覆盖岩层的低品位矿和损失在 塌陷区里矿石中的粒间金、 裂隙金随着矿石的破碎 首先沿着矿物间的节理面脱落， 由于其体积小 （粉矿 居多） ， 重量大， 故其随着覆盖岩层的缝隙滑落至工 作面 ［8］。由于塌陷坑范围较大， 雨水也都顺着塌陷坑 的缝隙流动至井下各出矿工作面， 所以雨水和粉矿 的混合形成了井下各工作面的泥矿。 根据泥矿的形成推断， 认为上部矿石中的粒间 金、 裂隙金沿着矿物间的节理面脱落， 然后流动至工 作面。因此可以大胆地推断， 在垂直方向上， 下部中 段的泥矿品位高于上部中段； 在同一水平上， 离塌陷 区中心近的泥矿品位高于离塌陷区远的。如图4所 示， 梯形外灰色代表矿体， 白色代表围岩， 梯形代表塌 陷区， 梯形内颜色越黑表示塌陷区内泥矿品位越高。 为了验证上述推断是否正确， 在井下目前回采 的几个分段分别取了泥矿进行化验， 取样时间均为 爆破后出矿量达到设计崩矿量的时刻， 得到的结果 如表2所示。1 340 m中段目前处于残矿回收阶段， 泥矿平均品位0.25g/t， 1 290 m中段 （包含1 298、 1 307 和1 320分段） 泥矿平均品位0.45g/t， 1 240 m中段泥 矿平均品位 0.88g/t。从表 2可以看出， 1 240 m中段 金属矿山2020年第2期总第524期 156 ChaoXing ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ ［8］ （包含1 240、 1 248、 1 265和1 277分段） 的泥矿品位整 体要高于1 290 m中段， 因此验证了上述推测， 可以得 出 每一分段的泥矿取样品位变化较大， 但平均品位 呈现规律性变化； 下分段泥矿品位高于上分段泥矿 品位， 越接近塌陷区底部泥矿品位越高。 4结论 （1） 四方金矿采用无底柱分段崩落法开采时， 出 矿量达到设计崩矿量的40时开始进入废石贫化； 当有覆盖岩层混入时， 出矿品位震荡性较大， 2进路 出矿量已经达到了设计崩矿量的280， 累计品位为 1.64 g/t， 平均品位要高于地质品位。 （2） 造成覆盖岩层混入阶段放矿异常的主要原 因有以下几点 一是金矿品位分布特别不均匀； 二是 塌陷区已经和地表连通， 泥质矿体到达采场； 三是覆 盖岩层含有残留矿石。 （3） 千枚岩的原岩通常为泥质岩石， 岩性松软， 遇水易泥化， 易风化形成岩屑， 塌陷区内水和千枚岩 的相互作用形成泥矿。 （4） 覆盖岩层中的粒间金、 裂隙金随着矿石的破 碎首先沿着矿物间的节理面脱落， 由于其体积小， 重 量大， 故其随着覆盖岩层的缝隙滑落至工作面， 虽然 每一分段的泥矿取样品位变化较大， 但平均品位呈 现规律性变化， 即下分段泥矿品位高于上分段泥矿 品位。 参 考 文 献 胡杏保， 潘健， 麻雪严， 等.无底柱分段崩落法不同回采顺序 的损失贫化研究 ［J］ .金属矿山， 2016 （2） 26-29. 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