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改擴建工程設計
1.礦山生產能力
白云礦業公司擬定礦山總體規模為2000t/d，即66萬t/a。其中一采區承擔500t/d的生產能力，二采區承擔500t/d的生產能力，三采區承擔1000t/d的生產能力。產品為合質金。計算礦山服務年限為6．7a。由于三采區主要開采對象60#脈帶屬深部尚未封閉礦體，資源前景較好，服務年限延續的可靠性較大，考慮企業的未來發展，根據設計委托方要求，設計主豎井礦石提升能力3000t/d。
2.地質資源簡介
根據礦體賦存位置自西向東分為3個礦區:西部一采區位于12～35勘探線，主要分布有1號、2號、2－1號等金礦體以及銀1、銀2、銀3、銀4礦體;中部二采區位于16～56勘探線，主要分布有10號脈帶、11號脈、117號脈及44號脈金礦體等;東部三采區位于60～76勘探線，主要分布有60號脈帶及15號金礦體等，由于44號脈與三采區處于同一開拓系統內，因此，把44號脈歸入三采區。以2號脈帶為例介紹其礦體主要特征:2號脈帶走向延長650m，傾斜延伸達900m。走向80°～90°，傾向南，傾角25°～30°。金平均品位3．45×10－6，脈厚0．96～11．53m。金礦化類型為含金硅化蝕變巖型—含金硅鉀蝕變巖。礦體形態為似層狀－層狀。金屬礦物以黃鐵礦為主;非金屬礦物主要為長石、石英、云母。礦體圍巖為黑云母變粒巖及矽線石云母片巖。賦存標高為180～470m。
3.推薦采礦方法
本次設計開采的主要礦體傾角20°～40°，礦體厚度一般在1．0～5．0m，上盤圍巖易于崩落，礦石有可能貧化。根據白云礦區礦體賦存條件及開采技術條件，依據充分利用礦產資源和保證采區地表安全的原則，本次可行性研究選擇三采區44號、15號、60號礦脈主要采礦方法為上向水平分層尾砂充填采礦法，占總量的50%;對一采區、二采區傾角小于30°，礦石及圍巖穩固的礦體，選用全面采礦法，占總量的50%。其要求每一個采場的生產能力達到40t/d，另有10%的副產礦石，每一個采區同時作業中段為1～2個，同時作業采場為10～20個?？紤]到地表不允許塌陷，全面采礦法開采形成的空區，采用尾砂或廢石嗣后充填的方法處理［2］。
留礦全面采礦法及試驗采礦方法
1.開采簡況及試驗采礦方法
目前，白云金礦有3個采區，其中一采區是主要生產礦區，采用豎井開拓，豎井井筒斷面4．5m×2．2m，井口標高560m，井底標高245m，井深315m，下設500m、470m、440m、410m、380m、350m、320m、290m、260m共9個中段;采用對角式通風系統;采礦方法主要為全面采礦法。其他2個采區，一個采用平硐—盲豎井與盲斜井聯合開拓，另一個正在進行豎井開拓;采礦方法也是全面采礦法或房柱采礦法。白云金礦現生產能力為430t/d，由于采礦工藝和出礦設備相對落后等原因，全面采礦法礦塊生產能力僅為25～35t/d，與設計要求的礦塊生產能力達到40～50t/d有較大的差距。因此，急需進行安全、高效、經濟的采礦方法試驗研究，以提高礦山生產能力和企業經濟效益。根據白云金礦生產實際情況，通過現場考察與資料分析，確定在一采區380m中段25～29勘探線的礦塊進行采礦方法試驗研究，即25～27勘探線、27～29勘探線2條穿脈之間，可以設置2個采場。在該處進行采礦方法試驗研究的好處主要有以下幾點:一是該礦塊位于一采區西部末端，試驗不會影響到其他采場的正常生產;二是礦量級別達到采礦方法試驗施工設計要求。礦體傾角為35°～40°，真厚度3．0～5．0m，應用普通全面采礦法因傾角大，工人作業困難，從而影響作業效率及安全性，但是礦體傾角又接近自然安息角，應用普通留礦采礦法礦石不能借自重出礦，所以選用留礦全面采礦法。留礦全面采礦法既具有留礦法采場布置和回采方式等特點，又具有全面法采場回采、礦石運搬和頂板管理等特點，是兩種采礦法組合而成的一種復合式采礦工藝(見圖1)。
2.留礦全面采礦法施工
白云金礦正在進行采切工程施工的試驗采場正是上述的試驗地點，留礦全面采礦法施工設計［3］采切工程包括如下一些內容:1)行人通風上山。行人通風上山的規格為2．0m×2．0m。上山盡量貼近礦體下盤掘進，角度與礦體傾角一致。2)切割(拉底)平巷。按照所選采礦方法設計，在回采過程中需沿采場底部掘進切割平巷，平巷規格為2．0m×2．0m，坡度為3‰。3)聯絡道。在采場上山中每隔5．0m高差掘進1層聯絡道，規格為2．0m×2．0m。4)末端行人通風天井。由于410m中段主巷布置在礦體中，為維護主巷安全與保證通風，采場末端需設計末端行人通風天井，可作為采場安全出口，規格為1．8m×1．6m(目前白云金礦正在上部中段進行運輸巷道改造工程施工)。所有工程不足200m，不到3個月可以施工完畢。
試驗研究主要內容及效果
所有采場在完成所有采切工程之后于2012年10月便進行回采工作:沿底部切割層擴幫至礦體邊界，出凈全部礦石，然后在采場溜礦井(上覆隔篩)處沿礦體下盤掘進傾斜上山，即作為出礦溜槽，按照設計此處使用厚度3．0～4．0mm、長度2．0m的鋼板彎折成為高度0．5m、長度1．5m的溜槽，鋼板高度0．5m的一側靠近采場用錨桿固定與礦石接觸，另一側與上山巷道接觸，以便于礦石自然溜下來。上山一直與上一個聯絡道貫通，然后，以此工作面進行采場分層壓頂作業，每一層高度約2．0m，從采場正面一直向后面推進。此時需要注意:一是保證其頂板完整不被破壞，增強安全性;二是采場下盤還需要開幫，要不造成礦石損失;三是采場水平長度約37m，按照白云金礦過去的采礦經驗需要設置1個至2個礦柱，以保證作業安全。
1.采場頂板錨桿支護
為了保證采礦作業安全，以往應用留礦全面采礦法的生產礦山大都采用錨桿支護這一技術，如河南文峪金礦、浙江遂昌金礦。尤其是浙江遂昌金礦礦體厚度1．5～7．0m，沿礦體頂板常發育一組行礦體的節理裂隙，易冒落，厚度1．5～3．5m，是造成采礦損失及一次與二次貧化的主要原因，并且礦體頂板有節理面，隨采場暴露面積增大，壓力過大常引發大規模冒頂，安全性差并影響生產。為此，浙江遂昌金礦采用了可接桿的漲殼式錨桿支護。當節理厚度在1．5m以下時，采用?20mm、長2．0m的短錨桿，網度1．0m×1．0m;當節理厚度達3．5m以上時，采用MS－16型或MS－20型接桿錨桿，長度4．0～5．0m，網度1．0m×1．0m。采場錨桿眼使用YT－27型鑿巖機鉆鑿，?36mm波形螺紋接桿套管，B22硅錳鉬輕型釬桿，?42mm柱齒釬頭鉆鑿錨桿眼。經過拉拔試驗，?16mm錨桿拉力達60kN，?20mm錨桿拉力達80kN［4］。白云金礦試驗采場根據礦山生產實際而采用了金屬摩擦錨桿支護，錨桿直徑43mm，長度2．0m，設計網度為1．2m×1．2m。在礦山實際生產中，根據采場頂板實際暴露狀況進行支護:當采場直接頂板為石英斑巖巖脈，不予支護;否則，按照設計自下而上進行支護。#p#分頁標題#e#
2.采場預留礦柱方法
正如上述，一般的留礦全面采礦法采場內大都留有不同規格、不同形狀、不同類型的礦柱。因為大多數巖金礦山的金礦體都經歷過多次地質運動，尤其是后期的構造作用往往使礦體變的不穩固:例如山東蘇家店金礦、河南文峪金礦都留有自然礦柱或人工礦柱。其中山東蘇家店金礦回采含金石英脈型金礦床，礦體傾角35°～45°，礦石品位5×10－6，礦體上盤圍巖中等穩固，礦體和下盤圍巖穩固。礦塊沿走向布置長度6．0～8．0m，間柱寬度2．0m，用人工柱置換。其方法如下:利用中段水平探礦平巷作為階段運輸平巷，每隔8．0～10m由該平巷掘進穿脈巷道通達礦體上盤，由此穿脈巷道向上掘進溜礦井至拉底水平，在溜井口附近的上盤圍巖中開掘電耙絞車硐室。該天井沿礦體走向尺寸為3．0m，礦體厚度方向為1．8～2．0m，通到上中段水平。第二步進行挑頂至礦體全厚，形成寬3m的全斷面天井，靠一側砌筑寬2．0m的人工間柱，另一側(寬1．0m)作為行人、通風并兼作礦房回采時的切割井。采準天井中的人工間柱寬度2．0m，其中兩邊各砌0．4m塊石，內澆灌1．2m碎石，沿傾斜長3．0m，厚度等于礦體厚度，沿傾斜的間隔為2．0m而形成人工礦柱［5］。山東蘇家店金礦的人工礦柱置換工作雖然非常麻煩，但是又非常實用，保證了安全生產。白云金礦在試驗采場中留下礦石礦柱。因為試驗采場是采用2臺電耙運搬礦石，其中1臺在采場的中部，另1臺在采場的最下面，即切割層(30kW電耙使用的是7．5kW電耙的耙頭)，沒有像河南文峪金礦那樣使用2臺電耙在采場中部作業，中間留礦柱問題不大。采場水平長度37m，傾斜長度約40m。根據白云金礦采場的電耙運輸方法，其留下的礦柱形狀，無論是圓形、方形或者不規則形狀都將采場分割成為兩部分，不可能把采場所有礦石運搬干凈。這樣只有在其礦柱形狀與長度上做文章:第一，在整個采場高度上設計3條長條形礦柱，每一條的長度5．0～7．0m，寬度即高度為2．0～2．5m，面積約10～18m2，并設置于采場中央，形成上中下3條連續礦柱與若干錨桿支護上盤圍巖。第二，在采場回采到第一個分層水平時，首先在礦柱的里邊沿著礦體傾角按照溜礦井的掘進方法而掘進一炮至兩炮，巷道高度在2．0m左右就可以了，然后，沿著這2．0m高度的采場水平壓頂，形成高度2．0m的采場空區，即里邊的礦體全部回采完畢;再在采場預留礦柱的外邊同樣按此施工，當外邊采場回采到這個高度時再繼續上采2．0m，至礦柱處則需要使用普通掘進巷道的方法掘進礦體，直到與里邊空場貫通后再進行壓頂而進行正?；夭勺鳂I;第一個礦柱形成之后，再到第三個分層形成第二個礦柱，再到第五個分層形成最后面一個礦柱。第三，自上而下采場大放礦時，放到礦柱處則礦柱外邊的礦石可以安全放出，而里邊的礦石則需要由礦柱里面的底部向上人工挖出一個洞，把電耙出礦的鋼絲繩和滑輪拉到采場里邊吊掛起來，再用電耙把礦石耙出來而把這一層礦石放凈，下面的礦柱出礦也一樣。
3.“三強”作業
試驗采場的礦巖穩固性與其接觸的圍巖有一定的關系。如果是石英斑巖巖脈或不夠工業品位的貧礦硅鉀化蝕變巖，即其穩固性是可以的，否則，需要采取措施以保證采場安全作業:一是加速采場采切時間，在短時間內完成采場采切工程;二是快速采礦，合理安排掘進、采礦、出礦工作，正常情況下1個采場可以使用2臺鑿巖機工作，每一天的采礦量可以達到100t以上;三是采場大放礦時，采區應該組織協調以保證這個中段的出礦量達到最大限度，3個班同時出礦每天可以達到150～180t。“三強”作業是中國礦山，尤其是崩落采礦法礦山發明與應用的一項實用技術，于礦巖不太穩固的采場應用可以縮短生產時間、提高效率、做到安全生產，其效果是明顯的［6］。
4.試驗效果
白云金礦采礦方法試驗研究開始于2012年6月，完成了采礦技術開發實施方案的論證以及試驗采場采切工程施工，并已正?；夭山?個月，經現場驗收與計算統計，共施工采切工程約453m3，采出礦石量約3200t。從試驗采場的實際生產情況和技術經濟指標分析結果來看，此次采礦方法試驗研究在提高礦塊生產能力、采場頂板圍巖和采礦損失貧化控制以及降低采礦成本等各方面均取得了令人滿意的階段性成果:采場生產能力達到60t/d，采礦損失率10．5%，礦石貧化率8．6%，炸藥單位消耗量(包括二次破碎)0．6kg/t。與設計單位提出的采場生產能力相比有較大提高。試驗采場的主要采礦技術經濟指標見表1（表略）。
結語
每一個礦山或每一個礦體其開采及賦存條件的不同，應用的采礦方法應該是不一樣的。對于白云金礦緩傾斜薄礦體其傾角在30°以下可以采用全面采礦法或房柱采礦法，而傾角大于30°還應用全面采礦法或房柱采礦法，工人在采場內作業安全將無法保證。所以，應用留礦全面采礦法是白云金礦的很好選擇。留礦全面采礦法在中國巖金礦山，尤其是秦嶺一帶的巖金礦山，如河南文峪金礦、河南秦嶺金礦、河南東闖金礦、陜西東桐峪金礦、陜西陳耳金礦以及新疆哈圖金礦、山東蘇家店金礦、浙江遂昌金礦等得到了大量的應用。應用中體現出的主要問題:一是采空區的安全性，大部分礦山都不同程度地發生過冒落，除了使用低品位礦石礦柱或人工礦柱支護之外，也使用過各種各樣的錨桿支護;二是采場出礦設備使用的較多，且移動麻煩，出礦難度大，有時需要拐彎耙礦，在空場下面作業具有一定安全隱患。盡管有這樣那樣的問題需要研究解決，但對于開采頂板中等穩固的緩傾斜礦床來說，留礦全面采礦法仍然是一種行之有效的采礦方法。
本文作者：袁永忠 王芳 王君 單位：長春黃金設計院 內蒙古包頭鑫達黃金礦業有限責任公司 長春黃金研究院