呷村銀多金屬礦礦柱回收方案優(yōu)選

高鵬舉，周 禮

(1. 西部礦業(yè)集團有限公司, 西寧 810000；2. 長沙礦山研究院有限責任公司, 長沙 410012)

為進行地壓控制和頂板管理，空場法回采時將留設大量礦柱[1-3]。礦柱回收是采用空場法回采的礦山在整個回采周期內面臨的重大技術問題及難題之一，國內外礦山工程技術人員在礦柱回收方面開展了大量的基礎研究及工程實踐。龐奇志[4]礦柱回收過程充填體與圍巖穩(wěn)定性及安全監(jiān)測監(jiān)控進行了研究， 采用數值模擬對礦柱體在動力擾動下的響應特征及應力場變化規(guī)律進行了分析；張飛等[5]通過現場和室內試驗研究，對礦柱回收時的空區(qū)圍巖穩(wěn)定性進行模擬分析，對空區(qū)圍巖可能冒落的范圍進行預測；趙迎貴等[6]運用數值模擬軟件反演分析了礦柱回收作業(yè)流程，運用得到的應力、應變和塑性區(qū)指標對空區(qū)的穩(wěn)定性進行了評估；董憲久等[7]介紹了充填采礦法在盤龍鉛鋅礦礦柱回收中的應用實踐；柯波等[8]將無底柱分段崩落法運用到礦柱回收中，并取得了不錯的工程效果；歐志成等[9]介紹了分層崩落法在呷村礦4160中段的運用情況。

呷村銀多金屬礦位于四川省甘孜州境內，建礦以來地采部分一直采用淺孔留礦法回采，近年來經采礦方法優(yōu)化已逐步采用充填法回采，但4 100 m中段以上殘留了大量空場法回采留設的“三柱”(間柱、頂柱、底柱)，該部分礦柱礦量可觀，品位較高，具有很好的回收價值。為此該礦聯合長沙礦山研究院有限責任公司開展了“三柱”回收方面的研究，本文詳細介紹了4 100 m中段1線至4線Pz3礦體的“三柱”回收方案。

1 礦柱開采技術條件

1.1 礦柱賦存現狀

呷村銀多金屬礦4 100 m中段1線至4線Pz3礦體采用淺孔留礦法進行回采，自南向北依次劃分為4208、4207、4206三個采場。采場沿礦體走向布置，中段高度60 m，采場沿走向長50 m，寬為礦體厚度。采場間留設8～10 m間柱，上部留設6 m左右頂柱，采場下部采用電耙出礦漏斗底部結構，電耙道在中段運輸水平抬高6 m，漏斗底部結構高6 m，合計12 m。目前，4208、4207、4206三個采場均已回采結束，空區(qū)敞空，已具備三柱回收條件。各采場三柱現狀如下：

4208采場：采場底柱、0線間柱和頂柱均完好。

4207采場：采場底柱、2線間柱完好，采場頂柱透至上部4 160 m中段的3207采場并一直透至地表。

4206采場：采場底柱、4線間柱和頂柱均完好。

1.2 礦柱礦量

經圈定計算，4 100 m中段4206、4207、4208采場間柱、頂柱礦量及品位見表1。該范圍內間柱及頂柱礦量合計14.08萬t，平均品位Cu0.04%，Pb2.94%，Zn4.44%，Ag19.98 g/t。

表1 礦柱礦量及品位Table 1 Ore quantity and grade of pillars

2 礦柱回收方案初選

上述間柱兩側空區(qū)均敞空，可選擇的三柱回收方案有中深孔直接崩落法和上向水平分層充填法。

2.1 中深孔直接崩落法

中深孔直接崩落法是在脈外布置一條人行天井，作為人員、設備進出和通風的通道，在下盤施工分段鑿巖巷和鑿巖硐室，然后施工上向扇形中深孔和水平中深孔，以兩側空區(qū)為自由面崩落間柱和頂柱，其典型方案見圖1。

1)主要結構參數

在間柱的下盤脈外設分段鑿巖巷，分段高度10～15 m；頂柱內設鑿巖硐室，鑿巖硐室高度3 m。

2)采準工程布置

在間柱下盤脈外布置人行通風井連通上、下中段巷道，斷面尺寸為Φ1.8 m，也可利用現有的下盤脈外人行井；在間柱的下盤脈外布置分段鑿巖巷，鑿巖巷尺寸為2.6 m×2.6 m；在間柱內的底部施工漏斗、出礦巷、溜礦口，間柱兩側空區(qū)的出礦底部結構利用原有的底部結構。

3)鑿巖爆破

間柱的回采在分段鑿巖巷內采用YGZ90施工上向扇形中深孔，炮孔直徑為60 mm或65 mm。鑿巖設備YGZ90采用吊葫蘆或其他機械吊裝至各分段鑿巖巷內。間柱先于頂柱微差一次爆破，其組合形式有兩種，一是中間向兩側推進時的前期的一個間柱+兩側頂柱，后期的一個間柱+未采一側的頂柱；二是由一側向另一側推進時的一個間柱+一個頂柱。

4)通風

新鮮風流自人行井、采空區(qū)進入作業(yè)面，污風經人行井上部排至上中段回風巷道。

5)地壓管理

作業(yè)面周邊圍巖不穩(wěn)時需要進行支護；大爆破前，需要保障出礦的底部結構上部覆蓋不低于5 m的覆蓋層，同時在周邊設置防空氣沖擊波的阻波墻等。

6)出礦

崩落后，在中段內的底部采用鏟運機或電耙進行出礦。要求底部結構的各出礦口做好出礦管理，各出礦口均勻放礦，確保礦石面平整下降，降低礦石貧化與損失。

7)空區(qū)處理

間柱直接崩落后，周邊巖體一般會出現冒落，空區(qū)被崩落圍巖處理。當間柱回收后周邊圍巖不會出現垮冒的時候，需要在間柱回收時再用誘導崩落的方式崩落周邊圍巖，使其垮落充滿采空區(qū)。

8)主要技術經濟指標

中深孔直接崩落法主要技術經濟指標見表2。

2.2 上向水平分層充填法

采用該方法回采三柱首先需采用較高強度的膠結充填體將兩側空區(qū)充填并接頂，然后采用上向水平分層充填法回收三柱。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。其典型方案見圖2。

表2 中深孔直接崩落法主要技術經濟指標Table 2 Main econo-technical indicators of mid-deep hole caving method

圖1 中深孔直接崩落法典型方案圖Fig.1 Typical scheme diagram of mid-deep hole caving method1-中段運輸巷；2-穿脈巷；3-人行井；4-分段鑿巖巷；5-廢巖；6-炮孔

1)結構參數

間柱寬度一般為8～10 m，空場充填后兩側均為充填體，可布置一個上向水平分層采場，采場分層高度3～4 m，每次充填后留1.5 m的作業(yè)空間，作為上分層采礦的作業(yè)面和落礦空間。

2)工程布置

利用現有的開拓采準工程，需新增加的工程有脈內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。當原人行井無法使用時，需要新增人行回風井。

3)鑿巖爆破

鑿巖采用YT-28氣腿子鑿巖機40 mm“一”字型鉆頭，鑿水平孔，孔深2.1～2.3 m，孔距1.0～1.2 m。鑿巖結束后，清潔炮孔，采用人工裝藥，導爆管雷管引爆炸藥。

4)通風

新鮮風流經順路人行井進入采場，清洗工作面后，污風由原采場的人行井排至上中段回風巷。

5)頂板管理

落礦后，對于爆破作業(yè)面區(qū)域頂板和兩幫不平整部分以及倒掛部分采用撬頂等安全措施。由于礦巖穩(wěn)固性較好，采場一般不需支護，但在礦巖破碎時，可對采場中不平整區(qū)域采用噴漿支護，確認安全后方可進行下一步驟作業(yè)。

6)出礦

采用人工或電耙將礦石運搬至采場溜井。分層回采結束后，清理采場遺留礦石，降低礦石損失。

7)充填

間柱回采前需要對兩側的采空區(qū)進行膠結充填，要求充填體28 d抗壓強度不低于1 MPa。分層采場回采出礦完成后，進行充填前的準備工作，包括采場清理、砌筑充填擋墻、鋪設充填管道等，準備工作完成后，連接充填管路進行充填。充填時，分層內下部的2.5 m可采用分級尾砂非膠結充填或低配比的全尾砂膠結充填，但上部的0.5 m需要充填3 d強度不低于0.5 MPa的膠結充填體。

8)主要技術經濟指標

上向水平分層充填采礦法主要技術經濟指標見表3。

3 礦柱回收方案優(yōu)選

3.1 技術比較

1)作業(yè)安全性。中深孔直接崩落法人員在巷道中作業(yè)，安全性好；而上向水平分層充填采礦法人員需暴露在采場頂板下作業(yè)，作業(yè)安全性較中深孔直接崩落法要差。

表3 上向水平分層充填采礦法主要技術經濟指標Table 3 Main econo-technical indicators of flat-back cut and fill method

2)采場回采周期和生產能力。中深孔直接崩落法以兩側空區(qū)為自由面崩礦，不需處理兩側空區(qū)，采場生產能力大，回采周期短，崩落回采的時間預計需要3～4個月；而上向水平分層充填采礦法需首先對兩側空區(qū)進行膠結充填和養(yǎng)護，然后才能進行回采，回采周期較長，其充填養(yǎng)護周期預計需要5～6個月，回采周期預計需要4～5個月，整體周期預計需要9～11個月，同時回采時采充交替作業(yè)，工序復雜，回采時間長，采場生產能力相對較小。由于目前4207采場正在作為地表礦石的放礦通道，暫時還不具備充填條件，因此采用充填法回收4206、4207、4208采場的三柱需要待4207采場不作為地表出礦通道后才能進行。

3)貧化損失率。中深孔直接崩落法由于在空場條件下直接崩落礦柱，因此礦石損失貧化均較大，礦石損失率達35%，貧化率25%。上向水平分層充填采礦法礦石綜合損失率為30%，貧化率15%。

4)回采成本。中深孔直接崩落法不需要充填空區(qū)，因此回采成本相對較低，為127.8元/t；上向水平分層充填采礦法在回采礦柱之間首先得充填兩側空區(qū)，回采過程中也得隨采隨充，因此回采成本較高，為195.5元/t。

由此可以看出，中深孔直接崩落法和上向水平分層充填采礦法在技術上各有優(yōu)勢，為選擇最優(yōu)方案，需進行經濟效益比較。

3.2 經濟效益比較

1)采空區(qū)充填費用

采用中深孔崩落法直接回收4206、4207、4208采場的間柱、頂柱，不需要消耗原采空區(qū)充填費用；采用上向水平分層充填采礦法回收4206、4207、4208采場的間柱、頂柱，需要將4207采場礦石出空后，采用28 d強度不低于1 MPa的膠結充填料對4206、4207、4208進行充填，其充填成本為186.43元/m3，三個采場的的采空區(qū)充填費用見表4。

表4 采空區(qū)充填費用Table 4 Cost of cavity backfilling

2)三柱回收經濟效益

中深孔直接崩落法和上向水平分層充填采礦法綜合經濟效益比較見表5。用中深孔直接崩落法可獲得銷售收入6 224.0萬元，凈利潤684.8萬元，折合噸礦凈利潤56.1元；采用充填后上向水平分層充填采礦法可獲得銷售收入6 702.7萬元，凈利潤581.1萬元，折合噸礦凈利潤50.1元。采用中深孔直接崩落法較充填后上向水平分層充填采礦法要多獲得凈利潤103.7萬元。

表5 經濟效益比較Table 5 Comparison of economic benefits

3.3 礦柱回收方案推薦

綜上所述，技術方面，中深孔直接崩落法在回采作業(yè)安全、回采周期、采場生產能力及采礦成本等方面優(yōu)于上向水平分層法，但其在控制礦石貧化、提高出礦品位方面比上向水平分層法要差，二者各有優(yōu)勢，但經濟效益方面中深孔直接崩落法要優(yōu)于上向分層充填法，故推薦采用中深孔直接崩落法回收4206、4207、4208采場的間柱、頂柱。

4 結論

1)呷村銀多金屬礦4 100 m中段4206、4207、4208采場礦柱礦量合計14.08萬t，平均品位Cu0.04%，Pb2.94%，Zn4.44%，Ag19.98 g/t，礦量大，品位高，具備較大回收價值。

2)經技術經濟比較，推薦采用中深孔直接崩落法回收4206、4207、4208采場礦柱。該法在礦柱下盤施工分段鑿巖巷和鑿巖硐室，然后施工上向扇形中深孔和水平中深孔，以兩側空區(qū)為自由面崩落礦柱。

3)中深孔直接崩落法采場生產能力250 t/d，礦石損失率35%，貧化率25%，噸礦回采成本為128.7元/t。回收該部分礦柱可獲得銷售收入6 224.0萬元，凈利潤684.8萬元，折合噸礦凈利潤56.1元。