留礦法采后間柱回采方法優(yōu)化研究

董憲久

(廣西中金嶺南礦業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 武宣 545900)

留礦法采后間柱回采方法優(yōu)化研究

董憲久

(廣西中金嶺南礦業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 武宣 545900)

摘要：為解決留礦法采后形成的采空區(qū)處理和間柱回收問題，保障后續(xù)生產(chǎn)的安全和間柱資源的回收，本文結(jié)合盤龍鉛鋅礦采空區(qū)和礦柱的賦存條件，確定了現(xiàn)有空區(qū)的處理方式必須采用充填法處理，僅在獨(dú)立的小采空區(qū)采用封閉空區(qū)的處理方法。同時(shí)對(duì)比分析了三種不同的間柱回采方法，通過優(yōu)缺點(diǎn)比較最終選擇上向水平分層充填采礦法作為間柱回采的主要方法。

關(guān)鍵詞：采空區(qū)；充填；間柱；采礦方法

1工程概況

盤龍鉛鋅礦位于廣西省武宣縣境內(nèi)，礦區(qū)主要礦體長(zhǎng)約1080m，礦體最大厚度51.94m，最小厚度3.74m，平均厚度22.28m。礦體傾角為79～88°，平均傾角83.5°。礦體平均品位Pb為0.90%，Zn為2.91%。礦體及圍巖穩(wěn)定性好，f系數(shù)8～12。

上部中段主要采用淺孔留礦法，采場(chǎng)采下的礦石每次只出掉松散系數(shù)，剩余礦石作為后續(xù)回采的工作平臺(tái)。淺孔留礦法主要是靠留設(shè)的頂柱、間柱來支撐采空區(qū)，且留有底柱作為采場(chǎng)出礦的底部結(jié)構(gòu)。該采礦法需留設(shè)礦柱支撐頂板，礦柱礦量損失大，一般情況下，間柱回收難度大，造成部分間柱永久損失[1-2]。由于礦山前期未建設(shè)充填站，使得回采結(jié)束的采空區(qū)遲遲未充填，造成井下采空區(qū)大量敞空存在。如果不處理空區(qū)，隨著時(shí)間的延續(xù)及下部中段礦體的回采，礦柱勢(shì)必會(huì)遭到破壞，造成間柱垮塌、頂板冒落等，甚至影響上部含水層，造成井下安全事故，因此必須及時(shí)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行處理，同時(shí)綜合考慮間柱的回收問題。

要回收間柱，需對(duì)間柱兩側(cè)的采空區(qū)進(jìn)行充填。盤龍鉛鋅礦前期生產(chǎn)形成的空區(qū)主要分布在-20中段 ～ -120中段，其中形成的間柱主要有-120中段間柱，-70中段間柱、邊柱等。根據(jù)開采技術(shù)條件，以及空區(qū)處理方式，由于采用空?qǐng)龇ú荒芙鉀Q空區(qū)處理及礦柱回收的問題，崩落法勢(shì)必進(jìn)一步加劇采空區(qū)的冒落、上覆巖層的塌陷問題，因此針對(duì)盤龍鉛鋅礦井下現(xiàn)存的礦柱，其回收方法主要為充填采礦法。

2采空區(qū)處理方案

采空區(qū)處理的目的是控制由于空區(qū)引起的地壓顯現(xiàn)的強(qiáng)度。采空區(qū)處理的實(shí)質(zhì)是：緩和巖體應(yīng)力集中的程度，轉(zhuǎn)移應(yīng)力集中的部位，或使應(yīng)力達(dá)到新的相對(duì)平衡，以達(dá)到控制和管理地壓。采礦生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)空區(qū)的范圍超過一定界限之后，常常引發(fā)強(qiáng)烈的地壓顯現(xiàn)，其后果極為嚴(yán)重。

根據(jù)盤龍鉛鋅礦井下開采技術(shù)條件及采空區(qū)賦存現(xiàn)狀，由于地表不允許塌陷，空區(qū)離地表較近，且現(xiàn)在-20中段的202采空區(qū)上部地表已出現(xiàn)塌陷，如進(jìn)一步采用崩落法處理空區(qū)，勢(shì)必加劇采空區(qū)的冒落，導(dǎo)致地表進(jìn)一步出現(xiàn)塌陷、下沉等災(zāi)害，因此不宜采用崩落法處理空區(qū)。對(duì)于獨(dú)立的小采空區(qū)，其周邊沒有需回收的礦柱時(shí)，可采用封閉的方法處理，對(duì)于-70中段、-120中段的采空區(qū)，一方面要考慮回收現(xiàn)在存留在空區(qū)內(nèi)的大量間柱、邊柱，另一方面井下采空區(qū)體積較大，單純的封閉處理不能消除采空區(qū)對(duì)井下生產(chǎn)安全的潛在威脅，采空區(qū)的長(zhǎng)期存在勢(shì)必成為重大的安全隱患，因此對(duì)于盤龍鉛鋅礦井下現(xiàn)有空區(qū)的處理方式，必須采用充填法處理，僅在獨(dú)立的小采空區(qū)采用封閉空區(qū)的處理方法[3-5]。

3采空區(qū)充填體強(qiáng)度

根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)礦山采礦經(jīng)驗(yàn)，不同采礦方法對(duì)充填體的強(qiáng)度要求見表1[6]。

由表1可知，要保證在分層采場(chǎng)回采結(jié)束前，充填體能自立，充填體強(qiáng)度需達(dá)到1MPa且充填體完整性較好。要保證在分段采場(chǎng)回采結(jié)束前，充填體能自立，充填體強(qiáng)度需達(dá)到2MPa且充填體完整性較好。

表1　不同采礦方法充填體強(qiáng)度選取表

4間柱回采采礦方法優(yōu)化

兩側(cè)是充填體的間柱，其采礦方法與充填體的強(qiáng)度相關(guān)，主要的回采方法有上向水平分層進(jìn)路充填采礦法、上向水平分層充填采礦法、分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法[7-8]。

4.1上向水平分層進(jìn)路充填采礦法

上向水平分層進(jìn)路充填采礦法是以進(jìn)路的方式回采礦體，將礦體劃分為若干進(jìn)路，隔一采一或連續(xù)回采。待分層內(nèi)的進(jìn)路采場(chǎng)均回采、充填后再回采上分層的進(jìn)路采場(chǎng)，具體見圖1。

礦塊布置和構(gòu)成參數(shù)：每個(gè)分層內(nèi)只能布置2條進(jìn)路，進(jìn)路寬度3～5m，高為分層高度3～4m。

采切工程布置：利用現(xiàn)有的開拓采準(zhǔn)工程，需新增加的工程有脈內(nèi)順路人行井和順路溜井，也可將溜井、人行井布置在礦體圍巖中。

鑿巖爆破：鑿巖采用YT-28氣腿子鑿巖機(jī)40mm“一”字型鉆頭，鑿水平孔，孔深2.1～2.3m，孔距1.0～1.2m。

采場(chǎng)通風(fēng)：新鮮風(fēng)流經(jīng)人行井進(jìn)入采場(chǎng)，回采作業(yè)均為獨(dú)頭，需采用局扇強(qiáng)制通風(fēng)，清洗工作面后的污風(fēng)由人行天井排至上中段回風(fēng)巷。

頂板管理：爆破后，對(duì)采場(chǎng)頂板和兩幫松石進(jìn)行處理，確認(rèn)采場(chǎng)安全后，再進(jìn)入采場(chǎng)進(jìn)行作業(yè)。

采場(chǎng)出礦：采用人工搬運(yùn)或電耙將礦石運(yùn)搬至采場(chǎng)順路溜井。

采場(chǎng)充填：每個(gè)進(jìn)路采場(chǎng)采完后，進(jìn)行采場(chǎng)充填。一步驟進(jìn)路采場(chǎng)充填體強(qiáng)度要求>1MPa，二步驟采場(chǎng)可采用低標(biāo)號(hào)膠結(jié)充填或分級(jí)尾砂充填。

技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：損失率15%，貧化率8%，采礦成本123.1元/t，采場(chǎng)生產(chǎn)能力：60～80t/d。

4.2上向水平分層充填采礦法

上向水平分層充填采礦法是將礦柱劃分為分層，采用上行式逐層回采、充填，在兩幫充填體支撐的頂板下作業(yè)，以充填體作為工作底板，具體采礦方案見圖2。

圖1上向水平分層進(jìn)路充填采礦法方案圖

圖2上向水平分層充填采礦法方案圖

礦塊布置和構(gòu)成參數(shù)：間柱寬度約為5～10m，兩側(cè)均為充填體，可布置一個(gè)上向水平分層采場(chǎng)，采場(chǎng)分層高度3～4m，每次充填后留1.5～2m的作業(yè)空間，作為上分層采礦的作業(yè)面和落礦空間。

采準(zhǔn)切割工程：利用現(xiàn)有的開拓采準(zhǔn)工程，需新增加的工程有脈內(nèi)順路人行井和順路溜井，也可將溜井、人行井布置在礦體圍巖中。

鑿巖爆破：鑿巖采用YT-28氣腿子鑿巖機(jī)40mm“一”字型鉆頭，鑿水平孔，孔深2.1～2.3m，孔距1.0～1.2m。鑿巖、裝藥結(jié)束后，采用導(dǎo)爆管雷管引爆炸藥。壓頂采用控制爆破，保證頂板平整與穩(wěn)定。

采場(chǎng)通風(fēng)：新鮮風(fēng)流經(jīng)順路人行井進(jìn)入采場(chǎng)，清洗工作面后，污風(fēng)由原采場(chǎng)的人行井排至上中段回風(fēng)巷。

頂板管理：爆破后，對(duì)采場(chǎng)頂板和兩幫松石進(jìn)行處理，確認(rèn)采場(chǎng)安全后，再進(jìn)入采場(chǎng)進(jìn)行作業(yè)。

出礦：采用人工或電耙將礦石運(yùn)搬至采場(chǎng)溜井。

采場(chǎng)充填：分層采場(chǎng)回采出礦完成后，進(jìn)行充填前的準(zhǔn)備工作，充填時(shí)，可采用非膠結(jié)充填。

技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：損失率20%，貧化率10%，采礦成本101.5元/t，采場(chǎng)生產(chǎn)能力：90～110t/d。

4.3分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法

分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法，是將間柱按照一定的分段高度劃分為幾個(gè)分段，分段高度8～10m，采用淺孔落礦，人員在礦堆上進(jìn)行鑿巖爆破工作，達(dá)到控頂高度時(shí)集中出礦，下分段礦石出完、采空區(qū)充填后再行回采上分段礦體，回采間柱前需對(duì)兩側(cè)的采空區(qū)進(jìn)行膠結(jié)充填?；夭蛇^程中，視采場(chǎng)暴露面積及礦巖穩(wěn)固性不同，在采場(chǎng)內(nèi)留設(shè)點(diǎn)柱支撐頂板。

與上向水平分層充填采礦法相比，主要區(qū)別是將分層高度3m增加至分段高度8～10m，但由于出礦后暴露高度大，要求兩側(cè)充填體強(qiáng)度至少>2.0MPa。

采準(zhǔn)切割工程：采用分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法，其采準(zhǔn)切割工程仍能利用現(xiàn)有工程，需增加的工程主要有采場(chǎng)內(nèi)架設(shè)順路人行天井和順路溜井，或在圍巖或低品位不回采的礦體中新增人行天井和溜礦井。

回采工藝：根據(jù)礦巖穩(wěn)固性和鑿巖設(shè)備，同時(shí)考慮安全因素，第一層回采3m高度并進(jìn)行出礦，第二層及以上分層在爆堆上鑿巖、爆破，控頂至分段高度8～10m，并進(jìn)行頂板支護(hù)后再大量出礦。出礦結(jié)束后進(jìn)行非膠結(jié)充填，留設(shè)1.5～2m的空間作為上一分段的爆破補(bǔ)償和作業(yè)空間。

鑿巖爆破：采用手持氣腿式鑿巖機(jī)鑿巖，似水平孔，孔深為2.2～2.5m，孔距為1.0～1.2m。鑿巖結(jié)束后，人工裝填2#巖石乳化炸藥，導(dǎo)爆管雷管起爆。

采場(chǎng)通風(fēng)：新鮮風(fēng)流經(jīng)順路人行井進(jìn)入采場(chǎng)，清洗工作面后，污風(fēng)由原采場(chǎng)的人行井排至上中段回風(fēng)巷。

頂板管理：回采過程中由于分段高度大，采場(chǎng)中需留設(shè)點(diǎn)柱支撐頂板。落礦至分段控頂高度后，視頂板穩(wěn)固情況，對(duì)采場(chǎng)中不穩(wěn)固區(qū)域進(jìn)行支護(hù)。

采場(chǎng)出礦：采用人工搬運(yùn)或電耙將礦石運(yùn)搬至采場(chǎng)順路溜井。

采場(chǎng)充填：由上一分段將充填管道下放至充填區(qū)域，每分段采場(chǎng)的底部采用分級(jí)尾砂非膠結(jié)充填，充填后需留設(shè)1.5～2m的爆破補(bǔ)償或作業(yè)空間。

技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：損失率24%，貧化率15%，采礦成本93.5元/t，采場(chǎng)生產(chǎn)能力：100～130t/d。

4.4間柱采礦方案優(yōu)化選擇

通過以上幾種采礦方法的對(duì)比，根據(jù)盤龍鉛鋅礦井下殘留間柱的開采技術(shù)條件及工程現(xiàn)狀，對(duì)上向水平分層進(jìn)路充填采礦法(方案Ⅰ)、上向水平分層充填采礦法(方案Ⅱ)、分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法(方案Ⅲ)進(jìn)行技術(shù)分析，各回采方案工藝及技術(shù)方面的主要優(yōu)缺點(diǎn)如下。

方案Ⅰ：上向水平分層進(jìn)路充填采礦法以巷道的方式，按一、二期進(jìn)路間隔回采，每條進(jìn)路回采后，都及時(shí)進(jìn)行了充填，有效地控制了頂板暴露面積與暴露時(shí)間；該采礦法對(duì)礦體的適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)形態(tài)復(fù)雜的間柱和穩(wěn)定性差的礦體，能有效進(jìn)行回采，且在采場(chǎng)內(nèi)不留點(diǎn)柱和間柱，損失率較低。但采場(chǎng)為獨(dú)頭巷道型通風(fēng)，通風(fēng)效果差；一期進(jìn)路充填體強(qiáng)度要求高，采礦成本高；一期進(jìn)路充填需進(jìn)行接頂，如不能充分接頂，二期采后頂板相當(dāng)于全部暴露，與方案Ⅱ相同，由此使得回采、充填工藝變得非常復(fù)雜。

方案Ⅱ：上向水平分層充填采礦法將間柱劃為分層逐層向上回采，由于盤龍鉛鋅礦間柱寬度不大，在兩側(cè)充填體達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)便可采用該方法，且在采場(chǎng)內(nèi)一般不需要留設(shè)點(diǎn)柱。上向水平分層充填采礦法具有回采時(shí)礦石損失、貧化率相對(duì)小，其回采工藝與分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法一樣，為壓頂爆破，生產(chǎn)能力大，回采成本低；采場(chǎng)充填不需要接頂，工藝簡(jiǎn)單，且可采用分級(jí)尾砂非膠結(jié)充填；在對(duì)生產(chǎn)能力沒要求時(shí)，采場(chǎng)內(nèi)充填也不需要澆面，充填成本低。

方案Ⅲ：分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法將間柱按照一定高度劃分為分段，在爆堆上作業(yè)，直至采下一個(gè)分段的礦石后再大量出礦，可以采用分級(jí)尾砂非膠結(jié)充填采后空區(qū)，生產(chǎn)成本低，能力大。但回采時(shí)由于兩側(cè)為充填體，由于回采控頂高度大，對(duì)兩側(cè)充填體的強(qiáng)度要求比方案Ⅱ高，且在暴露面積過大時(shí)，需在采場(chǎng)內(nèi)留設(shè)點(diǎn)柱支撐頂板，留設(shè)的點(diǎn)柱最后只能作為礦柱永久損失，同時(shí)即使留設(shè)點(diǎn)柱其安全性仍較差。

技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面，方案Ⅰ采礦成本最高、生產(chǎn)能力最??；而方案Ⅲ采礦成本較低、生產(chǎn)能力大，但其損失率、貧化率較大，且充填成本較高。方案Ⅱ的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)居中。

綜合上述分析，針對(duì)間柱回收，在間柱兩側(cè)充填體強(qiáng)度>1MPa且充填體整體性較好時(shí)，方案Ⅰ為布置小斷面的進(jìn)路，采場(chǎng)作業(yè)安全性好，但是回采需增加充填成本，增加充填接頂?shù)茸鳂I(yè)工序，導(dǎo)致回工藝復(fù)雜，成本增加。方案Ⅲ回采間柱時(shí)，分段高度大，頂板管理困難，且兩側(cè)采空區(qū)的充填體側(cè)面暴露面積大，對(duì)充填體強(qiáng)度要求高，回采時(shí)需根據(jù)頂板穩(wěn)定性狀況在采場(chǎng)內(nèi)留設(shè)點(diǎn)柱控制頂板，礦石損失率大。方案Ⅱ兼有方案Ⅰ采場(chǎng)穩(wěn)定性好、回采率高、對(duì)兩側(cè)采空區(qū)充填體強(qiáng)度要求低的特點(diǎn)又兼有方案Ⅲ生產(chǎn)能力大、工藝簡(jiǎn)單、回采時(shí)充填成本低的特點(diǎn)。

因此，針對(duì)盤龍鉛鋅礦井下現(xiàn)有間柱的回采，確定主要采用上向水平分層充填采礦法，僅在條件允許的情況下可以開展其它采礦法試驗(yàn)。而采場(chǎng)邊柱的回收需與采場(chǎng)間柱回收同時(shí)進(jìn)行，在邊柱厚度較小時(shí)，采用上向水平分層充填采礦法，當(dāng)邊柱厚度較大時(shí)，可在采場(chǎng)內(nèi)適當(dāng)留設(shè)點(diǎn)柱以支撐頂板。

5結(jié)論

1)根據(jù)盤龍鉛鋅礦礦體賦存條件、開采現(xiàn)狀及礦柱賦存現(xiàn)狀，確定井下現(xiàn)有空區(qū)的處理方式必須采用充填法處理，僅在獨(dú)立的小采空區(qū)采用封閉空區(qū)的處理方法，同時(shí)礦柱的回采方案主要為充填采礦法。

2)根據(jù)國(guó)內(nèi)外不同采礦方法對(duì)充填體強(qiáng)度的要求，確定了采用分層采礦法和分段采礦法回采間柱時(shí)，兩側(cè)采空區(qū)的充填體強(qiáng)度。即：分層采場(chǎng)回采結(jié)束前要充填體能自立，充填體強(qiáng)度需達(dá)到1MPa且充填體完整性較好；分段采場(chǎng)回采結(jié)束前充填體能自立，充填體強(qiáng)度需達(dá)到2MPa且充填體完整性較好。

3)對(duì)比分析了上向水平分層進(jìn)路充填采礦法、上向水平分層充填采礦法、分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法三種間柱回采方法，根據(jù)各采礦法的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合盤龍鉛鋅礦間柱的實(shí)際條件，確定了主要采用上向水平分層充填采礦法回收間柱，僅在條件允許的情況下可以開展其他采礦方法試驗(yàn)。

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Mining method optimization of pillar in shrinkage method

DONG Xian-jiu

(Guangxi Zhongjin Lingnan Mining Co.，Ltd.，Wuxuan 545900，China)

Abstract:In order to solve the problem of the treatment of the mined out area and the recycling problem of the pillar，to ensure the safety of the follow-up production and the recycle condition of the pillar，this paper based on the occurrence conditions of the PanLong lead-zinc mine goafs and pillar，filling method for treatment of mined out area was been selected，the treatment method of closed space is used only in the small goafs.At the same time，the analysis of three kinds of different pillar extraction methods shows the final selection of the horizontal slicing and filling mining method is the ultimate choice.

Key words：mined-out area；filling；pillar；mining method

收稿日期：2015-07-24

作者簡(jiǎn)介：董憲久(1966-)，男，遼寧凌海人，采礦高級(jí)工程師，主要從事礦山生產(chǎn)技術(shù)管理工作。E-mail:zjlnjh@sina.com。

中圖分類號(hào)：TD823.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4051(2016)05-0078-04