金矿采矿工程中采矿技术的应用研究论文

2025-08-14 17:03:40 来源: 作者:xuling
摘要:随着高品位金矿资源的持续开发,金矿开采已成为现代经济体系中的重要产业。特别是在国际金价持续走涨的市场环境下,如何提升金矿开采的安全性和效率,已然成为推动行业可持续发展的核心课题。
摘要:随着高品位金矿资源的持续开发,金矿开采已成为现代经济体系中的重要产业。特别是在国际金价持续走涨的市场环境下,如何提升金矿开采的安全性和效率,已然成为推动行业可持续发展的核心课题。基于金矿采矿技术的研究现状,文章展开分析了常见的金矿采矿方法,并根据金矿的实际矿山资源分布情况以及开采需求,通过对多种采矿技术的对比,确定不同采矿方法的应用优势,以此为金矿开采技术的选择和优化提供参考。
关键词:金矿开采;采矿技术;应用效益
中国的矿产资源极为丰富,相应的矿区管理体系以及采矿技术也较为成熟,金矿作为矿产资源中的重要组成部分,其开采的标准和要求较高,为了进一步提升金矿开采的效率和质量,应结合实际需求对金矿采矿技术的选择和应用进行调整。在实际操作过程中,采矿技术的选择要考虑金属矿山自身的实际情况和具体的开采需求,坚持因地制宜的原则,才能增强采矿技术的应用价值,同时推动一系列新型技术的应用和创新。
1金矿采矿技术的类型和应用现状
金属矿山往往存在埋藏深、矿区复杂程度高、损失贫化要求高的特点,为了进一步提高开采的质量,同时针对不同的矿区资源,制定针对性的开采方案,金矿开采的技术种类较多,应用方向也有所不同,从宏观角度可以将其分为露天开采和井下开采。露天开采是直接地通过露天开挖的方式进行矿产资源的开采,井下开采是指通过在地表以下开凿矿井、巷道等地下工程,对埋藏较深的矿产资源进行开采的方法。与露天开采不同,井下开采需要深入地下作业,适用于矿体埋藏较深、地表条件复杂或露天开采不经济的情况。文章的研究重点主要是针对井下开采技术的选择与分析[1]。
1.1崩落采矿法
崩落采矿法是目前普适性较高的采矿技术,其工艺较为简单且作业成本较低,在常规金矿开采中泛用性较强,尤其随着矿山管理体系的不断发展和优化,在实践的过程中,总结了一系列丰富的经验,都可以为该项技术的调整和优化提供参考。最初的崩落采矿法源于80年代初期的西方国家,彼时主要以自然崩落为主,后续逐渐在开采领域广泛应用,并结合实际情况进行了针对性调整。目前国内广泛应用的崩落采矿法可以分为有底柱自然崩落法和无底柱自然崩落法,这两种方法有着极为广泛的应用前景。最初被应用在硫铁矿中,后续逐渐应用在不同规模的金矿开采过程中。发展至20世纪90年代,崩落采矿法逐渐成熟,金矿的实际情况进行了细节上的调整,能够有效增强出矿率。
1.2空场采矿法
空场采矿法是国内金属矿山开采最先应用的方法,相对技术较为成熟,其核心优势在于生产能力大、成本较低、劳动生产率较高,容易在短时间内快速达到较高的生产效率。
从技术原理来看,该种采矿技术通过支撑以及回填技术,维持了黄金矿山的整体稳定性,能够有效减少冒顶、片帮等安全问题的发生,对于维持矿山的长期稳定生产有一定促进作用。此外对于不同类型的地质条件和矿体形态也有较高的适应度,通常会应用在复杂地质结构的黄金矿山中。在开采的过程中还可以减少废石处理量,对于提高资源回收率、提高开采效率有明显的作用。除此之外,空场采矿法与黄金矿山机械化作业理念之间有着紧密的关联,有助于大型机械设备和自动化设备投入矿山开采中,是目前经济效益和环境效益较高的采矿方式。
1.3充填采矿法
充填采矿法在黄金矿山中的应用类型较多,泛用性较强,其核心逻辑在于通过爆破开采之后,将采空区进行完全充填,用以增强结构的安全性和稳定性,每一个采空区充填结束之后,再进行下一个相邻区域的爆破开采,此种方式的安全性和稳定性更高,相较于传统的空场采矿法,能够有效减少结构塌陷、地表沉降等问题的发生,对于达成绿色矿山建设的目标有一定促进作用。另外无论是硬岩还是软岩,都可以通过调整充填材料和相应的充填工艺来保障开采的安全性。对其类型进行划分的主要标准在于充填材料,例如,目前应用较为广泛的水泥充填、尾砂充填膏体充填以及沙质充填法,不同的充填材料所起到的效果有一定差异,尾砂充填能够解决开展期间的尾砂处理问题,膏体充填主要应用在复杂地质条件的矿山中,沙质充填适用于中大型矿山,整体强度较高[2]。在实际应用的过程中,需要根据实际矿山开采的需求和特点来调整充填材料和相应的技术体系,以达成可持续发展的目的。
2金矿开采技术的选择和效益分析
文章从具体案例出发,结合矿山资源的分布情况和实际采矿条件,对比了不同采矿技术的应用效益,以期为技术体系的科学选择提供依据。
2.1基础工程案例分析
某金矿位于地质构造蚀变带中,并严格受到构造破碎带的控制,矿体呈现出典型的脉状产出,经过前期的地质环境勘查和相关资料收集,确定该矿区是分支复合产出的工业矿体,最大厚度达到了23.13m,最小厚度为0.49m,平均厚度为6.54m,厚度的变化系数达到了94.1%。属于较为典型的不稳定矿区。
通过对该矿区的矿产进行检测分析后确定,矿体内样线的金品位为1.41~17.49g/t,平均品位为4.31g/t,变化系数达到了55.4%,整体金矿分布均匀,对开采产生影响的主要因素为矿区的地质结构和周边环境。
2.2金矿开采技术体系的选择
正确选择采矿方法,对于矿山的安全生产建设有积极促进作用,也决定了矿山后续的生产规划和社会效益,采矿方法一经选择,由于生产周期较长,事后的影响面积也较广,一旦选择不当会造成大规模的浪费甚至安全事故。本矿区经过前期勘查之后,确定采用地下开采方式,最高生产能力需要达到每天600t。由于矿脉位于地质条件较为复杂的破碎带中,在选择采矿技术的过程中,需要坚持安全生产原则、高效生产原则。结合目前多种类型的金矿开采技术,进行应用优势的对比,整合了以下典型的开采方案,确定实际可行性。
2.2.1上向水平分层填充开采方法
此种开采方式的应用范围较广,在目前绝大部分复杂的矿脉中都可以使用,尤其能够大大降低金矿的损失贫化率,分层开采也适用于本工程的周边环境和实际需求。例如,本项目的周边环境破碎程度较高,矿体周边的围岩稳定性较差,在开采的过程中要严格控制地表泄漏以及结构塌陷等问题,因此上向水平分层充填法的应用可行性较高。
若选用该种方案,需要确定回采方法。结合前期勘差的实际情况来看,若选用上向水平分层充填法,矿房的参数11m×40m,顶柱、底柱以及间柱分别为5m、4m、6m,额外设置3m的保安矿柱,每一层的高度为3m。由于整体矿区的厚度分布不够均匀,该种技术的主要适用范围为高度15m以下、倾角45。以上的区域,确保最大的暴露面积达到200m2以上。整体的回采方式为水平浅孔落矿法,一个分层的落矿操作要分两次进行,从矿房的中间向两侧分别进行施工,最后采空区域要通过尾砂充填方式进行作业。通过对实际效益进行分析后可知:生产能力达到了每天190t,采矿工效为每个工班25t,损失率达17.5%,每米的崩矿量为3.1t,贫化率8%。
2.2.2二步矿房法
此种开采技术主要将采矿阶段划分为两个不同的环节,第一环节为一步矿房,先对其进行开采,然后采用交接充填方式,进行充填操作,当所有的充填材料强度满足标准之后,进入第2个环节,进行二步矿房的开采,二步矿房的采空区填充材料为松散物质。在第1个环节开采时,二步矿房将发挥支撑的作用,能够保障开采区域的安全性和稳定性。而在二步矿房开采时,一步矿房中的填充物质又可以发挥支撑的作用,保障整体结构的安全性和稳定性[3]。
由于本矿区的整体结构稳定性较差,围岩破碎程度较高,此种方式能够确保安全回采。同时该项技术的工艺较为简单,整体效率较高,成本可以得到控制。
若采用此种方式,制定的回采方案如下。矿房的参数设计为20m×11m,顶柱、底柱分别为4m和6m,阶段性高度设定为40m。矿房沿着矿脉走向进行设计,选择了间隔性回采方式。并参考上向水平分层充填法,每一个分层分为两个步骤进行落矿作业。在所有矿石开采结束之后,填入尾砂进行采空区充填,并结合实际情况,利用爆破废石作为充填物。通过对实际效益进行分析后可知:生产能力达到每天105t,采矿工效为每个工班22t,损失率6.25%,每米的崩矿量为3.1t,贫化率6%。
2.2.3阶段矿房嗣后充填采矿法
阶段性矿房嗣后充填技术主要应用在倾斜度较大的矿区中,具备生产率高、成本可控以及回采强度大的优势,也能够保障开采的安全性和稳定性。本工程的矿床结构和围岩结构破碎程度较高,在开采期间需要进行稳定管理,选用此种方式也具备可行性。
若选用此种方式所制定的回采方案如下:矿房的长度为20m,宽度以矿体的实际厚度为准,高度控制在40m。顶柱、底柱的高度分别为6m和8m。在开采的过程中,先从中间向两侧出发,完成阶段性开采,然后自上向下进行纵向结构的开采。每一个矿房内部上下分段同时进行操作,上分段需要超前于下分段,以保障结构的安全性。通过对实际效益分析后可知,生产能力达到每天233t,采矿工效为每个工班50t,损失率16.9%,贫化率8.5%,额外需要消耗0.47kg/t的炸药量。
2.2.4分段空场嗣后充填采矿法
选择该种方式的核心依据和阶段矿房嗣后充填采矿的依据有一定的相似性,都能够直接解决本矿区稳定性较差所产生的一系列问题,并满足单日最高生产能力。但分段空场嗣后充填采矿法的优势更为明显,成本低且工序简单,可以实施全过程的安全管控。除此之外,其独特的优势还在于能够为矿区提供开采、勘查相结合的作业体系[4]。针对一部分结构破碎程度较高且稳定性较差的区域,采用分层落矿方式开采;针对另一部分整体结构,经勘查之后确定可以实现自支撑的区域,利用自然应力平衡进行采矿区域的开采,这种方式可以最大限度地节约资金成本和开采时间,最大限度地保障安全性。
采用此种方式所制定的回采方案如下:矿房的长度为120m,宽度以不同阶段的抗体厚度为基准,高度设置为40m,顶柱高度为5m。自下向上分别划分出12m、12m、11m三个不同的分层,两侧留下5m的保安矿柱,按照从两侧向中间的顺序进行矿房回采。所有的矿石利用设备从分段凿岩巷道运到溜井,完成出矿。通过对实际效益进行分析后可知,生产能力达到每天667.4t,采矿工效为每个工班190t,损失率27.5%,每米的崩矿量为3.14t,贫化率14.5%。
结合本矿区的实际情况,上述四个技术体系的应用可行性最高,通过对企业优势进行分析之后,结合实际应用效益做出最优的选择。
2.3采矿方法的最终确定
通过对上述技术体系的应用进行分析后,可以结合本工程的地质环境和矿脉的实际情况,确定选择分段空场嗣后充填采矿法。其核心优势在于,针对稳定性较差的区域,能够实现连续高效的生产作业,提升了周边环境的安全性和稳定性;考虑到开采期间不允许出现地表下落、结构坍塌等问题,该项技术的应用能够达到单日产量要求。经过多方对比之后,确定使用此种方式作为本金矿的开采技术,核心开采区域的布置结构,如图1所示。
3金矿开采期间的安全管理辅助手段
通过方案对比确定了本金矿主要采用分段空场嗣后充填采矿法进行作业,技术体系的选择能够有效针对本工程中部分稳定性较差的区域,进一步提升生产作业的效果。在此基础上还需采取一系列安全管控手段,进一步增强施工期间的安全性和稳定性。
首先,通过对工程+220m和+260m的区域进行地质调查和岩石取样,明确了岩石的节理状态,来确定开采期间存在的常见风险;采用不接触的立体检测技术对整体结构面进行数字识别,确立了矿区的三维立体模拟图;通过室内岩石力学实验,确定了矿岩的物理力学参数,针对物理力学参数进行等级划分,明确开采期间的稳定阶段以及不稳定阶段,岩体质量较差的区域额外采用动态监测和过程管控方式,提升开采安全性。
其次,选用FLAC3D数值分析软件对整体矿区的地质模型进行采集和模拟,确定开展期间岩石结构面对的应力变化,通过应力变化规律来推断可能存在的安全风险,并提前制定预估方案,在财产开采结束之后,对整体结构的稳定性进行检验。确定本次所选的施工方法具备可行性。
最后,建立健全全过程动态监测体系,针对稳定性较差的区域,落实全时段监控,由于按照稳定性分级方法确定了不同采场结构以及支护方式,不同区域的安全管控手段存在一定差异,为了提升开采安全性,在作业过程中进行动态性的技术交底以及信息共享。确保相关班组在不同区域进行开采时,能选择与实际情况相符的稳定性管理方案,确保开采工作可以顺利完成。
4结束语
综上所述,随着矿区生产体系的不断完善,金矿开采技术的类型较多,不同技术的应用优势和经济效益有一定差异,在选择金矿开采技术的过程中,需要严格按照矿区自身的实际情况进行详细勘查,做好周边环境以及安全风险的监测与定位,综合实际需求对比,不同开采技术的应用优势和综合效益,最终确定实际的开采方案。文章所论述的金矿位于破碎程度较高的地区,结构的稳定性较差,同时受到实际开采期间的施工组织和成本控制的要求,经过技术对比之后,选用分段空场嗣后充填采矿法作为主要的开采方式,能够满足工程安全开采以及可持续发展的需求。
参考文献
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[3]南二刚.精细化采矿技术在金矿中的具体应用分析[J].冶金与材料,2024,44(7):163-165.
[4]吴鸿飞,赵虎刚,马超,等.浅谈金矿低成本充填开采技术[J].世界有色金属,2024(14):61-63.
