付秋波 苗文學(xué) 付殿武 張 慶 劉曉光 閆苓鵬3
(1.山東黃金礦業(yè)股份有限公司新城金礦;2.東北大學(xué))
新城金礦具有40多年的開(kāi)采歷史,在以往的開(kāi)采過(guò)程中,由于采礦技術(shù)限制,礦山淺部充填體(典型的軟破介質(zhì))內(nèi)散布多個(gè)礦石殘柱,殘柱品位高,儲(chǔ)量多。上盤靠近主斷層區(qū)段亦存留大量高品位礦體。據(jù)地測(cè)資料顯示,-530 m中段以上殘留礦石量為34萬(wàn)t左右,平均品位在10.0 g/t以上,折合金金屬量達(dá)3 500 kg,潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值達(dá)8.8億元以上。
殘礦往往存在礦量較少、規(guī)模形態(tài)變化較大、賦存情況復(fù)雜、回采采切比高、出礦效益低等劣勢(shì),導(dǎo)致殘礦的回收成本高,回采安全性差[1-2]。然而,由于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶動(dòng)了對(duì)礦產(chǎn)資源的需求,這就使得殘礦的回收有了經(jīng)濟(jì)價(jià)值。任鳳玉等[3]采用崩落與誘導(dǎo)冒落相結(jié)合的采礦方法,設(shè)計(jì)了某鐵礦礦柱的殘采方案,使得礦柱順利回采,為相似條件下的礦柱回采提供參考;劉慧等[4]對(duì)小廠壩礦區(qū)殘礦賦存條件進(jìn)行分析,提出了下盤脈外深孔鑿巖分層爆破的回采方案,并評(píng)判其安全性,認(rèn)為進(jìn)行殘礦回收是安全可靠的,經(jīng)濟(jì)效益良好;蔡漢玉等[5]根據(jù)礦體賦存特征,采用3GSM結(jié)構(gòu)面測(cè)量軟件進(jìn)行了巖體質(zhì)量分級(jí),確定了采用上向進(jìn)路充填法的殘礦回收方案,并給出了采礦方法指標(biāo)設(shè)計(jì)和回收過(guò)程的安全措施;邱海濤等[6]基于拱形冒落的原理,分析了頂板圍巖的受力狀態(tài),采用靈活的誘導(dǎo)冒落法兩步驟回采方案,既節(jié)省了成本,又能保證安全高效地回收礦石;劉志義等[7]為保證三山島金殘礦在軟破介質(zhì)中的安全回采,建立力學(xué)理論模型,運(yùn)用ANSYS對(duì)散體下頂柱和底柱的回采過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬,計(jì)算出了回采進(jìn)路的安全經(jīng)濟(jì)采高和預(yù)留原巖的最小安全厚度,為實(shí)際施工提供了科學(xué)指導(dǎo)。
了解殘礦的賦存形式與可采量是礦山進(jìn)行殘礦回收的先決條件。本研究在對(duì)新城金礦已有探礦資料整理分析和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的基礎(chǔ)上,采用SURPAC軟件對(duì)礦體進(jìn)行精確圈定與資源動(dòng)態(tài)評(píng)估,摸清殘礦的賦存狀況與可采礦量,為新城金礦殘礦的有序回收提供技術(shù)保障。
新城金礦床主要由Ⅰ#、Ⅴ#礦體組成,礦體位于147~191線,標(biāo)高為26~-600 m,受-10~-580 m等17層坑道工程控制,賦存于黃鐵絹英巖化碎裂巖中。礦體地表出露長(zhǎng)120 m(177~185線),最寬處為25 m。平均走向37°,傾向北西,傾角為26°~30°,局部大于35°,平均29°。礦體總體呈層狀或似層狀,局部有膨脹、狹縮、分支復(fù)合等現(xiàn)象,控制走向長(zhǎng)295 m,最大控制斜深為1 120 m。
從宏觀上看,礦體形態(tài)單一,連續(xù)性好,大致呈似層狀向SW方向呈45°的傾角側(cè)伏。從礦化強(qiáng)度看,地表及深部礦化強(qiáng)度較弱,品位相對(duì)較低,而礦體中部礦化強(qiáng)度高、厚度大。從中段平面上看,礦體沿走向長(zhǎng)度、厚度變化較大,分支復(fù)合現(xiàn)象明顯,在191線礦體已封閉,在147線未封閉。部分礦體緊靠主斷裂面產(chǎn)出,部分礦體則離開(kāi)主斷裂面一段距離,受焦家斷裂次級(jí)構(gòu)造控制,但均未受構(gòu)造破壞。
根據(jù)基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)、鉆孔數(shù)據(jù)等資料,建立三維地質(zhì)模型,對(duì)礦體進(jìn)行全方位的研究,同時(shí)可實(shí)現(xiàn)礦量計(jì)算、剖面查看、三維設(shè)計(jì)、采場(chǎng)優(yōu)化及排產(chǎn)等功能。目前國(guó)外很多先進(jìn)礦山都通過(guò)應(yīng)用各類三維建模軟件,實(shí)現(xiàn)了礦山企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的動(dòng)態(tài)管理,提高了設(shè)計(jì)精度和進(jìn)度管控,降低了企業(yè)生產(chǎn)成本,有效地提高了企業(yè)營(yíng)業(yè)利潤(rùn)。本研究利用達(dá)索公司旗下的三維建模軟件——SURPAC,建立該金礦的三維礦體模型,并對(duì)礦體進(jìn)行了精確圈定,對(duì)礦區(qū)范圍內(nèi)的資源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。建模效果及礦石品位空間分布如圖1、圖2所示。
本次研究的殘礦體賦存在I號(hào)礦體內(nèi),利用三維軟件SURPAC對(duì)I號(hào)礦體的資源量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果見(jiàn)表1。
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從表1中可以看出,I號(hào)礦體資源總量為545.47萬(wàn)t,平均品位為1.81 g/t,金屬量為9 864 kg。其中-480 m以上中段資源儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的63.83%,平均品位2.05 g/t,金屬量7 863.2 kg,占總儲(chǔ)量的79.86%??傮w來(lái)看,I號(hào)礦體資源主要位于-480 m中段以上,礦體品位相對(duì)下部較高。按照目前開(kāi)采技術(shù)條件及黃金市場(chǎng)行情,具有很好的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。
新城金礦I號(hào)礦體采礦方法曾經(jīng)以機(jī)械化盤區(qū)上向水平分層充填法為主,少量礦巖破碎地段采用上向水平分層進(jìn)路充填法。之后,改為盤區(qū)上向高分層連續(xù)回采充填采礦法,一步驟充填采場(chǎng)采用高灰砂比膠結(jié)充填,二步驟充填采用分級(jí)尾砂充填。其中采場(chǎng)充填骨料為含泥量(粒徑小于0.037 mm)少于15%的分級(jí)尾砂,膠結(jié)材料為325#普通硅酸鹽散裝水泥,充填料灰砂比為1∶10,一、二步采場(chǎng)的澆面層灰砂比均為l∶4。上下階段間砌筑鋼筋混凝土人工假底,鋼筋混凝土假底厚0.5 m以上,混凝土標(biāo)號(hào)為C15或C20。設(shè)一層鋼筋,主筋采用直徑14~16 mm的A型圓鋼,垂直采場(chǎng)布置,主筋間距l(xiāng) m。副筋采用直徑10~12 mm的A型圓鋼,沿采場(chǎng)長(zhǎng)度方向鋪設(shè),同時(shí)在2根主筋之間鋪設(shè)2根副筋,形成0.33 m×0.33 m的鋼筋網(wǎng)度。
礦柱賦存在已開(kāi)采完的I號(hào)礦體中,主要分布在-10~-120 m中段、長(zhǎng)380 m范圍內(nèi),礦石平均品位為7.0g/t以上。根據(jù)礦山所采用的采礦方法可知,殘礦其周圍充滿充填料,其中一部分為膠結(jié)充填料,強(qiáng)度為1~3 MPa,對(duì)開(kāi)采礦柱有一定的支護(hù)作用。一部 分為尾砂充填,幾乎不存在強(qiáng)度,在礦柱開(kāi)采中需要 進(jìn)行支護(hù),以保持其穩(wěn)定;而水平礦柱其上部存在著 人工假頂,強(qiáng)度大,可以提供一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的開(kāi)采頂 板。
基于三維模型,對(duì)回采后留下的礦量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果見(jiàn)表2,殘礦體形態(tài)特征和位置分布見(jiàn)圖3~圖7(深色區(qū)域)。
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從表2對(duì)殘礦的統(tǒng)計(jì)可得,在礦房中的點(diǎn)柱以及未能開(kāi)采的礦石占了52.4%,而頂?shù)字鶆t占了總量的47.6%。從圖3~圖7可以發(fā)現(xiàn),殘礦在同一平面形態(tài)和尺寸差異很大,而且多為不規(guī)則,殘礦分布的位置不存在規(guī)律。對(duì)礦柱的礦量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),得出間柱和上下盤礦柱礦量占總殘礦礦量的比例,見(jiàn)表3。
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綜上對(duì)殘礦體的分析,該金礦殘礦形成原因主要分為以下3種情況:①由于以往開(kāi)采技術(shù)限制,礦山淺部充填體(典型的軟破介質(zhì))內(nèi)散布多個(gè)礦石殘柱,上盤靠近主斷層區(qū)段亦存留大量高品位礦體;②礦山主要采用上向水平膠結(jié)充填采礦法,開(kāi)采完畢后遺留一些高品位頂?shù)字鶚O破碎難采礦體;③充填體下盤存在大量礦體。
隨著黃金銷售價(jià)格高漲,殘礦回收具有誘人的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和廣闊的二次開(kāi)采前景。由此,礦柱和上下盤礦體中的殘礦是本次的主要回采對(duì)象。
(1)礦房中的點(diǎn)柱以及未能開(kāi)采的礦石占了52.4%,而頂?shù)字鶆t占了總量的47.6%。
(2)礦山淺部充填體內(nèi)散布多個(gè)礦石殘柱,上盤靠近主斷層區(qū)段存留大量高品位礦體。
(3)后續(xù)殘礦的主要回采對(duì)象為礦柱和上下盤礦體。