无底柱分段崩落法在四方金矿的放矿规律研究

潘 健 孙国权 罗才严 王 靖 陆玉根1

（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）

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：

（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（i=1或2）时，认为是坏点直接剔除，则取另外一个值；当 αi＜2α（i=1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（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。