中国岩金矿床地下采矿技术现状与展望.pdf

黄金 GoL D 2 0 1 4年第 1期／ 第 3 5卷 中国岩 金矿床地 下采矿技术现 状与展 望 胡建军 ， 解联库 1 ． 北京矿冶研究总院； 2 ． 北京科技大学土木与环境工程学院 摘要 讨论 了中国岩金矿床地下开采主要采矿方法 空场采矿 法、 充填采矿法、 崩落采矿法 的 特点、 应用现状及前景， 针对现有采矿技术基础及 中国经济发展 对金矿资源的需求趋势， 对未来岩 金矿 山地下采矿技术发展进行 了展望 ， 重点提 出了智能信息化 、 深部开采、 无废开采、 机械化开采等 发展 方 向。 关键词 岩金矿床 ； 地下开采； 采矿技术 ； 深部开采 ； 无废开采 中图分 类号 T D 8 5 3 文章 编号 1 0 0 11 2 7 7 2 0 1 4 0 1 0 0 3 0 0 4 文献标志码 A d o i 1 0 ． 1 1 7 9 2 ／ h i 2 0 1 4 O 1 0 8 中国黄金矿床开采目前仍以岩金开采为主， 伴生 金和砂 金开 采为 辅 J 。岩 金矿 床一 般赋存 形 态复 杂， 矿体厚度、 品位变化较大 ， 分 布不均匀 ， 开采条件 复杂 ， 岩金矿床的赋存及分布特点决定 了采矿方法的 多样性 。 在 中国岩金矿 山生产中， 以地下开采为主 ， 露天 开采为辅。岩金矿山地下开采技术经过多年发展 ， 采 矿方法种类较为齐全， 出现了部分组合式方案。目 前 ， 中国三大类采矿方法在岩金矿 山使用 比例 空场 采矿法 充填采矿法 崩落采矿法 约为 6 3 1 。由于 矿体赋存条件、 矿山规模、 企业管理、 技术水平、 生产 现状等因素 ， 以浅孔 留矿采矿法为主的空场采矿法仍 然是岩金矿山地下开采 的主要采矿方法 J 。其次黄 金是贵金属 ， 国家一直提倡采用贫化损失指标均较低 的充填采矿法 ； 随着黄金价格提高和开采 品位降低 ， 崩落采矿法的使用也有所增加。 1 中国黄金资源特点 中国岩金矿床种类繁多， 工业类型有 1 0余种 ， 且以石英脉型为主， 破碎带蚀变岩型与其他类 型为 辅 。中国黄金资源分 布广泛 ， 但是 由于各地 区成 矿地质条件不同及地 质程度差异较大 ， 地区分布很 不均匀 ， 已探明的金矿资源储量相对集 中于 中国的 东部和中部地区， 其储量约占总储量的7 5％以上 ， 集 中分布 于 山东 、 河南 、 吉林 、 河北 、 陕 西 、 江西 ， 内 蒙古等9个省区 J 。 收稿 日期 2 0 1 31 11 9 基金项 目 “ 十二五 ” 国家科技支撑计 划项 目 2 0 1 2 B A B 0 8 B 0 6 ， 2 0 1 2 B AB 0 1 B 0 1 作者简介 胡建军 1 9 8 1 一 ， 男 ， 内蒙古四子王旗人， 工程师， 博士研究生， 从事金属矿山采矿工艺与岩石力学研究工作 ； 北京市丰台区南四环西 路 1 8 8号总部基地十八区 2 3号楼 ， 北京矿冶研究 总院矿 山工程研究所 ， 1 0 0 1 6 0 切。工业类型属微细浸染型。矿区及外围具备同类 2 0 0 4 ，2 5 3 ；8 1 2 ． 型金矿床的成矿条件 ， 资源前景 良好。 [ ] 张复新 南秦岭微细粒浸染型金矿床地质与找矿[ M ] 西安 西 [ 参 考 文 献] 北大学出版社， [ 1 ] 马光， 刘继顺， 宫丽． 秦岭地区卡林型金矿地质特征[ J ] ． 黄金， G e o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c s a n d o r e - c o n t r o l l i n g f a c t o r s i n X i a o j i n t a n g o l d d e p o s i t ， Ga n s u P r o v i n c e Zh a ng Yi n d o u N o ． 2 1 3 N u c l e a r G e o l o g i c a l P 0 o f G a n s u P r o v i n c e A b s t r a c t X i a o j i n t a n g o l d d e p o s i t s i t s i n T a n j i a z h u a n g G u a n g j i n b a I n d o s i n i a n Y a n s h a n i a n A u S b H g s u b z o n e o f S o u t h Q i n l i n g p o l y m e t a l l i c m e t a l l o g e n i c b e h ． T h e p a p e r a n a l y z e d o r e f o r m i n g b a c k g r o u n d ， s u m ma r i z e d g e o l o g i c a l c h a r - a c t e r i s t i c s o f t h e d e p o s i t a n d d i s c u s s e d t h e o r e c o n t r o l l i n g f a c t o r s ． Re s e a r c h s h o ws t h a t t h e g o l d d e p o s i t i s c o n t r o l l e d b y a s p e c i fic p a r t i n t h e ma i n s t r u c t u r e o f t h e f r a c t u r e be l t a n d i t s s e c o nd a r y s t r u c t u r e， a n d i s c l o s e l y r e l a t e d t o t h e e r u p t i o n o f v o l c a n o e s， i n t r u s i o n o f me d i um a c i d i c ma g ma s a n d a d d i c t i v e e f f e c t o f v a r i o u s h y d r o t h e r ma l a l t e r a t i o n c a u s e d b y t he mu l t i - p h a s e a c t i v i t i e s o f d e e p me t a l l o g e ni c fl ui ds ． Ke y w o r d s o r e f o r m i n g b a c k g r o u n d ； g e o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c s ； o r e c o n t r o l l i n g f a c t o r s ； X i a o j i n t a n g o l d d e p o s i t ； G a n s u P r o v i n c e 编辑 宿晓静 2 0 1 4 年 第l 期 ／ 第 3 5 卷 受叵 ] 田 中国岩金矿床多为不规则脉状 、 扁豆状 、 透镜状 、 网脉状、 团块状等， 厚度变化范围大， 绝大部分为 3 m 以下的薄矿体与极薄矿体； 矿体倾角以倾斜和急倾斜 为主， 矿岩稳 固性一般较差。矿床规模上 ， 大型、 特大 型金矿床少， 中小型金矿床多。岩金特大型矿床数量 占2％、 大型矿床数量 占 l 0％、 中型矿床数量 占 1 7％、 小型矿床数量占7 l ％。矿床品位上， 富矿少， 中等品位多 ， 品位变化大 ， 贫富悬殊 J 。 2 岩金地下空场主要采矿技术 空场采矿法主要借助于上下盘围岩或预留矿柱 来支撑顶板， 实现控制或管理空区地压的目的。主要 包括全面采矿法、 留矿采矿法以及 由此演变而来的留 矿全面法等。 全面采矿法是黄金矿山开采缓倾斜薄矿体和极 薄矿体 的一种重要 的采矿方法 J 。黄金矿山在应用 全 面采矿法时 ， 利用该法 回采时方便灵 活、 可以分采 分运的特点 ， 一般都在采场 内留有不规则矿柱 ， 或 留 有低品位矿柱、 废石夹层等， 以支撑顶板和降低矿石 贫化率 。其主要特点是 ， 机械化水平低 ， 矿块生产能 力较小； 工人体力劳动繁重， 劳动生产率较低； 在矿房 间柱及顶底柱不能有效 回收时， 采矿损失率较高。 由于黄金矿山采矿技术不断进步 ， 留矿采矿法在 采场结构参数 、 采准布置 、 回采工艺 以及使用范 围等 方面 ， 不断改进和完善 ， 形成不少 留矿采矿法 的变形 方案， 大幅度地降低采矿损失与贫化， 扩大该采矿法 的使用范围。留矿采矿法主要缺点是在矿房回采时 期， 撬顶、 二次破碎和平场量大， 劳动强度高， 作业安 全性差 。这些作业对于中小型黄金矿山， 在现阶段几 乎不可能实现机械化作业； 回采厚度较大的薄矿脉 2～ 5 m 时 ， 矿柱需用大爆破方法 回采 ， 采矿损失与 矿石贫化很大 ； 岩金矿 山应用留矿采矿法 回采后 ， 在 地下残留大量的采空区， 存在较大安全隐患 l 。 中国的岩金矿床 中， 倾角为 3 O 。～ 3 5 。 的倾斜薄 矿体占相当大的比重。在开采这类矿床时， 应用普通 留矿采矿法矿石不能借重力全部放 出， 应用普通全面 采矿法因底板倾角大工人作业 困难 。因而一些矿 山 在生产实践 中， 把留矿采矿法暂留崩落矿石的回采工 艺 ， 全面采矿法的顶板管理技术和矿石运搬方法有机 结合起来， 形成了留矿全面采矿法 j 。 留矿全面采矿法 的主要工艺特点 是 为了减少 矿柱中的矿石损失 ， 采用人工混凝土柱代替矿柱。从 回采工艺上看， 均为浅眼落矿、 电耙出矿。对于顶板 的维护， 除矿柱和人工混凝土柱外 ， 在矿房 内一般 留 有不规则矿柱 ， 或用锚杆加 固、 立柱支护等。该方法 主要问题是， 出矿工艺较复杂， 出矿过程较长， 矿房内 电耙绞车要 多次移动 ， 分段耙矿 或拐角耙 矿效率 较 低 ； 工人在顶板暴露面下作业 ， 安全性差； 矿柱矿量较 多 ， 回采较 困难 ， 采后遗 留的空 区需要处理 。矿体较 厚时需分层回采 ， 工艺较复杂。 房柱采矿法在黄金矿山主要用于薄和极 薄矿体 中， 因而 回采工 艺 以浅眼落 矿 的单层 回采 为主 9 J 。 该法在黄金矿山生产实践和试验研究 中的一个 重要 趋势是 ， 采用锚杆护顶以维护作业安全和降低损失贫 化。在顶板管理技术上， 除应用各种形式的锚杆之 外 ， 一般还采用 留不规则矿柱 、 木立柱支护 等措施。 由于岩金矿体品位分布不均 ， 变化很大 ， 为了充分 回 收资源 ， 不丢弃较富矿段 ， 因而应用房柱采矿法 时所 留矿柱一般都不规则 ， 尽可能把贫矿或无矿段留作矿 柱 ， 这是岩金矿山应用房柱采矿法时的一个特点 。房 柱采矿法的主要缺点是采矿损失率和矿石贫化率较 高 分别为 1 5％ ～ 2 0％和 5％ ～3 5％ ， 特别是当 矿柱矿量 比例较高且不能 充分 回收时 ， 矿石损失更 高。因而如何进一步降低采矿损失和矿石贫化 ， 仍是 今后房柱采矿法应用和研究中的重要课题。 阶段矿房采矿法分为 2种基本方法 分段凿岩和 阶段凿岩 。长期以来 ， 岩金矿 山应用的是分段凿岩方 案⋯j ， 开采矿岩 中等稳 固以上、 矿石 品位不高 、 中厚 以上的急倾斜矿体 。阶段矿房采矿法存在的主要 问 题是 ， 矿柱矿量所 占比例大和采 空区必须处理 ， 且二 者又有联系 ； 在采空 区充填条件下 ， 对回收矿柱有利 ； 若空区不充填 ， 大爆破 回采矿柱矿石损失贫化大 。这 些问题对于中厚以上矿体来说， 尤为突出。 3 岩金地下充填主要采矿技术 充填采矿法主要是利用尾砂等矿山废弃 物回填 采空区 ， 既减少地表废弃物排放 ， 又达到或实现管理 采矿地压活动的 目的。主要包括上 向分层尾砂充填 采矿法 、 削壁充填采矿法等。 上向分层干式充填采 矿法用 于开采矿体厚度大 于 0 ． 8 m， 矿石较稳 固， 围岩欠稳 固的倾斜 、 急倾斜薄 矿脉 ， 是一种较早使用 、 行之有效 的采矿方法 。在 中国， 最初使用的上向分层干式充填采矿法的回采作 业机械化程度低 ， 采矿强度不高 ， 采场生产能 力一般 在 2 0 t ／ d左右 ， 在矿山年产量一定的前提下， 采场生 产能力低， 使回采周期加长， 这对采场地压管理及损 失贫化管理均不利。 上 向分层尾砂 充填采 矿法 包 括 3种 回采方 法 ①垂直分条式回采。它可分2步骤间隔回采和沿 走 向拉开呈梯段式连续 回采。这种 回采 方式主要适 用于矿、 岩均较稳固， 埋藏稍浅， 地表要求保护等级不 高， 矿石品位较高， 矿体厚度不大的矿床。②点柱式 黄金 回采。当地表保护等级要求很高 ， 矿体埋藏较浅 ， 矿 石品位较低以及采用两步 回采方案经济效益不佳时 ， 宜采用点柱式 回采 。③盘区式 回采 。将几个采场组 成一个盘区， 统一采准 、 回采 、 充填。采场问或盘区间 留下永久矿柱。出现不 同回采方案的基本 出发点是 根据矿岩的力学性质和构造特点 ， 矿体赋存条件和相 应 的采场结构参数 ， 采场 的布置形式和顶 板管理方 式 。首先要控制 回采单元的回采面积 ， 使顶板暴露面 积控制在允许的范围内。 上向水平分层胶结充填采矿法具有对矿体形态 变化适应性强 、 回采方案较多 、 灵 活性强 、 结构简单 、 采切工作简单 、 采切 比小 、 不容易形成超采或欠挖 ， 采 矿损失率小 、 采矿贫化率低等特点 ， 尤其适用 于开采 技术条件复杂 的贵金属矿 ， 目前 已被岩金矿 山广 泛应 用 。 上向进路充填采矿法 成功地解决 了矿山原来分 一 、二步矿房矿柱 回采的上向分层充填采矿法所存在 的采场顶板暴露面积大 、 采场生产效率低 、 采矿损失 贫化大“ 三大 ” 技术难题 ， 该法特别适用于破碎蚀 变 岩型金矿床 ， 据有关 资料统计 ， 破碎蚀变岩型这类 开 采技术 条件 复 杂矿 体 的储 量 ， 约 占岩金 总 储 量 的 4 0％左右， 因而该方法就必然 有着较广 阔的推广应 用前景 。应用上向进路充填采矿法 的岩金矿 山一 般均采用下盘脉外斜坡道 、 集 中溜矿井及脉内充填通 风井 的采准方式 ， 即将斜坡道 、 分段平巷 、 分段联 络 道、 分层联络道等主要无轨巷道和溜矿井均布置在稳 固的下盘 围岩中， 以便于这些巷道 的维护 ， 而只将充 填井、 通风井等布置在脉内。通过以上采准工程， 就 能使无轨采矿设备 自地表或阶段水平 自由地驶 向各 分段的各个采场。材料用铲运机运人采场 ， 人员走平 缓的斜坡道上下采场。 下向分层胶结充填采矿法在岩金矿山应用较晚， 但岩金矿 山有些高品位 的蚀变岩型矿岩破碎的矿床， 适合采用该采矿方法 ， 故发展速度较快 ， 并取得 了 许多的先进经验 ， 已在全国黄金及有色金属矿山中推 广 。 中国岩金地下矿床急倾斜 、 极 薄矿脉 的开采 ， 在 建矿初期多使用浅孑 L 留矿采矿法 回采 ， 该法适用于矿 岩中稳以上 、 矿脉规则 、 赋存变化不大的矿体。然而 ， 对矿岩稳 固性较差 、 赋存条件变化较大 的岩金矿脉 ， 使用留矿采矿法则突出的存在着上盘围岩片落导致 的废石混入率大 、 出矿时大块冒落造成堵斗和底板不 平造成二次损失高、 矿柱回采率低等问题。因而矿山 逐渐试验与应用削壁充填采矿法 ， 在开采矿岩 中稳 以 下的缓倾斜 、 倾斜极薄矿脉时， 中国岩金地下矿 山则 一 直沿用该法。 尽管削壁充填采矿法工艺复杂 、 劳动强度大 、 生 产效率低， 但由于矿、 岩分采， 废石就地充填， 采场帮 壁能及时得到维护 ， 使采场安全作业条件得 以改善 ， 特别是存在矿石 回采率 高、 废石混入率低 等突 出优 点 ， 故在极薄岩金矿脉 的开采 中获得了广泛 的应用 ， 其使用 的比重还有上升的趋势 。 4 岩金地下崩落采矿技术 崩落采矿法为一步骤回采， 是以崩落围岩实现采 场地压管理的采矿方法 ， 以达到控制地压之 目的 。 长期 以来 ， 地下开采岩金矿床应用分段 、 阶段崩落采 矿法， 一直不为人们所接受， 主要是由于崩落采矿法 具有损失贫化较高的特点 ， 对于贵重金属矿床的开采 是不经济 的。近年来 ， 岩金地下矿 山采矿方法的新方 案相继试验成功 ， 技术经济指标有 了较大的提 高， 其 中对于低 品位 、 厚大金矿体采用高效率 、 高强度的崩 落采矿法 ， 显著地提高 了企业的经济效益 。如陕西太 白金矿 和山东玲珑金矿 。 。 分别用阶段崩落采矿 法和分层崩落采矿法进行了大胆 的尝试 ， 取得了很好 的技术效果和经济效益 。应该说 ， 因地制宜采用崩落 采矿法回采岩金矿床 ， 对 于采矿方法 向安全 、 结构简 单 、 强度高 、 组合式 的方 向发展起到了积极推进作用 。 5 岩金采矿技术未来发展方向展望 1 智能信息化技术。信息技术的发展将为岩金 矿山采矿工艺和技术的发展带来新的突破 ， 数字信息 技术在采矿工艺优化 、 采矿工程设计 、 生产调度 、 设备 智能化 、 灾害预报及无人采矿系统方面的应用将得到 长足的发展。岩金矿 山将逐步以矿山智能信息为平 台， 以高效、 自动化的数据采集及处理技术为手段， 实 现矿山的信息化 、 自动化 、 产业化“ 三化” 融合。 2 深部 开采技术 。随着浅部 资源 的逐 渐消耗 ， 中国岩金矿床开采正在向深部发展 ， 如湖南湘西金矿 开采深度超过 8 5 0 m， 吉林 夹皮沟金 矿开采 深度达 1 2 0 0 r n ， 山东金洲矿业有 限公 司金青顶矿 区深部开 拓工程主井 已达 1 2 6 3 m。由于深部开采存在着高地 应力 、 高温等问题 ， 矿山的提升 、 排水 、 支护等诸 多方 面的困难也随之增大 ， 要求采矿工艺与技术也能适应 这种变化 ， 安全高效的矿山深井开采技术将成为未来 岩金矿山开采发展的重点 。 3 无废开采技术 。资源开发利用引起的环境破 坏和资源浪费已经成为严峻问题 ， 由于末端治理存在 不彻底 、 不及时的弊端 ， 因而无废开采及其工艺技术 已成为岩金矿山采矿 的主要发展 方向。尾砂充填工 艺进行矿床 回采或空区处理可达到既废物利用 ， 又治 理环境的双重 目的 ， 也是无废开采 的总趋势。 2 0 1 4 年 第1 期 ／ 第3 5 卷 叠 圈 4 机械化开采技术 。中国中小型岩金矿 山作业 机械化与 自动化水平要比有色和黑色金属矿 山低许 多， 中国黄金行业 的劳动生产率仅是有色行业 的六分 之一 ， 这是其机械化程度不高而导致 。矿山作业机械 化是生产力 ， 人海战术 ， 手工作业 ， 虽然与中国人 口众 多 国情非常吻合 ， 但它严重制约着矿山的快速发展 ， 高效化 、 机械化是岩金矿山未来发展 的必然趋势。 6 结语 岩金地下开采技术发展的几十年来 ， 采矿方法应 用主要以空场采矿法和充填采矿法为主， 崩落采矿法 为辅 。今后中国岩金矿 山将逐 渐面临更多开采深度 大 、 品位低 、 赋存条件复杂 的矿床 ， 在 国家安 全 、 环保 政策越来越严厉 ， 以及 原材料 、 人工费用逐渐升高的 发展趋势下 ， 矿山开采应该依靠科技进步 ， 不断创新 ， 实现矿山安全 、 绿色 、 机械化 、 低成本开采。 [ 参 考 文 献] [ 1 ] 曹洪征 ， 聂胜陆． 岩金开 采浅 眼留矿设 计和施 工与应 用若 干技 术 问题探讨 [ J ] ． 有色金属 矿山部分 ， 2 0 1 0， 6 2 1 1 5 ． [ 2 ] 郭树林 ， 姚香． 中国岩金现代地下开 采技术综述 [ J ] ． 金 属矿山 ， 2 0 0 9 增 刊 1 1 5 51 6 1 ． [ 3 ] 姚香． 岩金薄 与极薄 矿脉 开采工 艺技术综 述 一 [ J ] ． 现代 矿 业 ， 2 0 1 0 5 1 6 ． [ 4 ] 姚香． 黄金矿 山采矿现状及发展 方 向[ R] ． 长 春 长春黄金 研究 院 ， 1 9 9 3 ． [ 5 ] 王科强 ， 李汉光 ， 王春宏 ． 中国黄金矿 产资源 特点 、 勘 查进 展与 可持续发展建议 [ J ] ． 资源与产业 ， 2 0 0 6， 8 4 1 7 2 1 ． [ 6 ] 王 素银 ， 张旭宇 ． 缓倾斜 薄矿体 采矿 方法探 讨 [ J ] ． 甘肃 冶金 ， [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 1 0] [ 1 2] [ 1 3 ] [ 1 4 ] [ 1 5 ] [ 1 6 ] [ 1 7 ] [ 1 8 ] [ 1 9 ] [ 2 O ] 2 0 0 7， 2 91 3 33 5 ． 李明 ， 伍衡山 ， 李蒲姣． 浅孔 留矿法若干技术 问题 探 讨[ J ] ． 中国 矿业 ， 2 0 0 3 ， 1 2 1 0 3 73 9 ． 田波 ， 刘成 平 ， 李 江武． 留矿全 面法 在 中厚倾 斜 矿体 中 的应用 [ J ] ． 金属矿 山， 2 0 0 5 4 1 41 6 ． 余荣炳 ， 万国春． 金山金矿 房柱法开 采的矿 柱 回采 [ J ] ． 矿业研 究与开发 ， 2 0 0 3 ， 2 3 3 3 4 ． 邢万芳 ， 姚香． 岩金矿 山浅 眼留矿 采矿法 设计 原J lJ 及施 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a n j u n ． X i e L i a n k u 1 ． B e ij i n g G e n e r a l R e s e a r c h I n s t i t u t e o f Mi n i n g a n d Me t a l l u r g y ； 2 ． S c h o o l of C i v i l a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g ， B e q i n g U n i v e r s i t y of S c i e n C e a n d T e c h n o l o g y Ab s t r a c t T h e p a p e r d i s c u s s e d t h e f e a t u r e s o f m i n i n g m e t h o d s o p e n s t o p i n g me t h o d ， b a c k fi l l i n g m e t h o d a n d c a v i n g me t h o d p r e v a i l i n g i n r o c k g o l d d e p o s i t s o f C h i n a ， a n d t h e i r c u r r e n t a p p l i c a t i o n s i t u a t i o n s a s w e l l a s p r o s p e c t s ． Co ns i d e r i n g e x i s t i ng mi n i n g me t h o d s a nd d e ma n d t r e n d o f g o l d r e s o u r c e s i n t he p r o g r e s s o f e c o n o mi c d e v e l o pme n t i n Ch i n a， p r o s pe c t s o f t h e r e n o v a t i o n o f un d e r g r o un d mi n i ng t e c h no l o g y i n r o c k g o l d mi n e s a r e ma d e ． I t i s pu t f o r wa r d t h a t i n t e 1 1 i g e n t i z a t i o n a nd i n f o r ma t i z a t i o n， de e p mi n i n g， wa s t e f r e e mi n i n g a n d me c ha n i z e d mi n i n g a r e t h e ma i n d e v e l o p i n g t r e n ds ． Ke y wor ds r o c k g o l d d e po s i t ； u nd e r g r o u n d mi n i n g； mi n i n g t e c h n o l o g y； d e e p mi n i n g； wa s t e f r e e mi ni ng 编辑 邢万芳