柿竹園多金屬礦高階段礦柱連續(xù)回采工藝研究*

陳 功,劉子強(qiáng)，歐任澤

(1.湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司， 湖南 郴州市 423037；2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

0 引 言

柿竹園多金屬礦開采對(duì)象為Ⅲ礦帶中心315 m×313 m范圍富礦段。現(xiàn)采用平窿-斜坡道-溜井開拓。有558， 490， 380三個(gè)中段，1條由490 m通往610 m水平的斜坡道，4條由380 m中段通向490 m中段的主溜井(1#～4#主溜井)。其558 m為回風(fēng)中段，490 m為回采中段，380 m為主運(yùn)輸中段，回采中段以上設(shè)有514， 536， 586， 610四個(gè)分段，各分段間又設(shè)525， 547， 570， 603四個(gè)鑿巖腰分段。490 m中段南面，有2個(gè)通地表的出口，490中段主平硐口位于礦區(qū)南東，硐口外設(shè)有井口工業(yè)場(chǎng)地。

礦山最初采用分段鑿巖階段落礦有底柱階段礦房法，只采礦房，礦柱未采，490 m中段Ⅲ礦帶的315 m×313 m范圍內(nèi)，按礦房長(zhǎng)64 m，寬20 m，礦柱寬15 m，階段高68 m，分段高11～14 m，劃分為36個(gè)礦房，加上3、4盤區(qū)向北擴(kuò)的2個(gè)礦房共38個(gè)。至今，已采36個(gè)礦房，回采高度為514分段～558中段，490中段做底部結(jié)構(gòu)出礦，558中段-610中段對(duì)應(yīng)礦房遺留有大量礦柱沒有回采，為了回采此部分礦體，進(jìn)行了高階段頂柱回采工藝研究。

1 回采方案選擇

558～610段礦體回采有2種方案可選：一是布置階段采場(chǎng)，采用階段礦房法回采此段礦體；二是將此段礦體作為頂柱進(jìn)行回采。2種方案進(jìn)行比較,選擇方案2進(jìn)行回采，方案2將此段礦體按490～558段對(duì)應(yīng)礦塊劃分出間柱及頂柱(礦房)，頂柱用潛孔鉆布置水平扇形深孔，一次性進(jìn)行大爆破連續(xù)回采，回采高度為整個(gè)頂柱厚度52 m。與方案1相比優(yōu)點(diǎn)有：采切工程量小，回采效率高，不需要在490～558段采場(chǎng)頂板作業(yè)，安全得到保證，不留底柱降低損失率。

1.1 采切工程布置

由于礦山一直采用階段礦房法采礦，區(qū)內(nèi)中段、分段、底部結(jié)構(gòu)均已形成，4個(gè)分段及558， 490兩個(gè)中段與斜坡道相通，4個(gè)腰分段通過天井與各分段及中段相連通。底柱位于490中段，高14 m，底部結(jié)構(gòu)為鏟運(yùn)機(jī)出礦的塹溝底部結(jié)構(gòu)。

為充分利用現(xiàn)有工程和設(shè)施，本工藝?yán)矛F(xiàn)有中段、分段和底柱布置采準(zhǔn)切割工程。出礦利用原礦房底部結(jié)構(gòu)，礦柱內(nèi)不再布置底部結(jié)構(gòu)。出礦方式采用鏟運(yùn)機(jī)出礦。

該工藝的采切工程主要有盤間礦柱內(nèi)的腰分段聯(lián)絡(luò)平巷、房間礦柱內(nèi)的鑿巖聯(lián)絡(luò)道及鑿巖平巷、為回采頂柱的分段鑿巖天井及鑿巖硐室、586分段平巷以及各進(jìn)回風(fēng)聯(lián)絡(luò)道、610分段回風(fēng)道(兼作強(qiáng)制放頂區(qū)的鑿巖爆破)及有關(guān)硐室工程等。558 m水平以上礦體和490中段間柱同時(shí)進(jìn)行采準(zhǔn)工作。558 m水平以上頂柱礦體回采采用似水平深孔落礦時(shí)，鑿巖硐室于鑿巖天井間每上下相隔5 m布置于整條鑿巖天井中，人員、設(shè)備在間柱鑿巖硐室內(nèi)作業(yè)。

圖1 采切工程布置剖面圖

1.2 鑿巖布孔

鑿巖布孔采用BQ100型潛孔鉆機(jī)鉆鑿似水平扇形中深孔(見圖2、圖3)，布孔參數(shù)為：孔底距3.2～3.6 m、排距2.5 m,最小抵抗線2.5 m,每個(gè)硐室的第一排孔傾角≤5°，最后一排孔傾角≤45°；每個(gè)硐室布孔排數(shù)不超過5排。

1.3 回采爆破

由于礦柱是階段礦房法回采礦房后留下來用于支撐采空區(qū)頂板的。它經(jīng)歷了爆破損害和應(yīng)力重新分布的過程，且兩面臨空，在長(zhǎng)時(shí)間的開采擾動(dòng)中，出現(xiàn)了新節(jié)理裂隙，有不同程度的片幫垮塌和變形。因而其鑿巖爆破條件與礦房不同，與礦房回采相比，有以下特點(diǎn)：

(1) 礦房回采后，受礦房爆破的影響，礦柱兩側(cè)已產(chǎn)生大量微裂紋，由于礦柱在空?qǐng)鲋斜┞稌r(shí)間長(zhǎng)，在應(yīng)力變化和集中下產(chǎn)生裂紋、裂隙。而裂紋、裂隙在爆破能量傳播過程中有泄能和阻斷作用，使爆破能量在兩側(cè)臨空面處利用率降低，能量分布不均勻。對(duì)礦柱爆破不利，使礦柱爆破更易產(chǎn)生大塊。

(2) 礦柱兩側(cè)為臨空面，為充分利用這些臨空區(qū)作爆破自由面，炮孔排面須平行于礦柱長(zhǎng)度方向，爆破方向盡量與自由面垂直。這可降低礦石大塊產(chǎn)出率，還可降低回采成本、降低爆破地震效應(yīng)，保護(hù)采場(chǎng)和底部結(jié)構(gòu)。

(3) 除開始回采的礦柱外，在隨后的礦柱回采中，其中一側(cè)已有崩落礦石，這一側(cè)可利用擠壓爆破技術(shù)降低大塊產(chǎn)出率。

據(jù)此，必須進(jìn)行爆破技術(shù)試驗(yàn)，確定合理的鑿巖孔徑、孔底距、排距、裝藥結(jié)構(gòu)等鑿巖爆破參數(shù)和爆破工藝以及合理的起爆方式和起爆順序，為在生產(chǎn)中取得良好的爆破效果創(chuàng)造條件。

圖2 炮孔布置

圖3 炮孔布置

一個(gè)礦房所屬的礦柱，包括房間柱和盤間柱及其對(duì)應(yīng)的頂柱(即房間柱和盤間柱上部塊段品位WO3≥0.35%的礦段)的礦量約48萬(wàn)t。其中房間柱(不含底柱)礦量約15.5萬(wàn)t，盤間柱(不含底柱)礦量約8.5萬(wàn)t，頂柱約24萬(wàn)t。在礦房已采未充的條件下，爆破也是一項(xiàng)技術(shù)難度大、要求高的工作[1-2]。為此，本工藝依照長(zhǎng)沙礦山研究院《多金屬礦床連續(xù)開采方案的研究》考慮如下4種爆破方案：

(1) 一個(gè)房柱連頂柱帶相應(yīng)盤柱，一次微差爆破落礦。這種方案可控制崩落礦巖的堆積效果，出礦的貧化損失易控制，爆破效率高，但一次爆破礦量約48萬(wàn)t，一次爆破炸藥量約260～312 t，爆破規(guī)模大。

(2) 一個(gè)房柱連頂柱帶相應(yīng)的盤間礦柱，分3～4次微差爆破。即將一個(gè)房柱連頂柱沿礦柱長(zhǎng)度方向分為2～3段，每段長(zhǎng)度21～32 m，每段進(jìn)行一次微差爆破。由于縮小了一次爆破量，技術(shù)要求和施工組織較簡(jiǎn)單，較易控制。但分次爆破的崩落礦石堆積時(shí)上部品位較低的礦石與下部品位較高的礦石互相參雜，使出礦時(shí)損失貧化難以控制。貧化損失較高。

(3) 先崩落490～558房間礦柱，再崩落相應(yīng)盤柱和558以上頂柱。該方案也縮小了一次爆破量，技術(shù)和管理較簡(jiǎn)單。由于從下向上順序爆破，礦石也順序堆積，不會(huì)有上部品位較低礦石參雜到下部品位較高礦石中，因而出礦貧化損失好控制；但回采558以上礦體時(shí)，因下部礦柱已爆破，而礦石又無(wú)法堆滿空區(qū)，造成在空區(qū)上面作業(yè)，回采安全性差。須用下向孔配合回采，類似于VCR法采礦。

(4) 先崩落558以上礦體，再崩落490～558房柱和盤柱。該法也減小了一次爆破量，但490～558房柱和盤柱高品位礦石，覆蓋于558以上較低品位礦石之上，貧化損失較大。該方案頂柱可采用水平扇形中深孔分次爆破，也可以采用上向扇形中深孔分次爆破。它可以將爆破規(guī)模控制在較小范圍，但爆破次數(shù)多，占用工作面的時(shí)間長(zhǎng)。

上述4種爆破方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，如若在技術(shù)上有突破，取得地下800 t級(jí)大爆破的經(jīng)驗(yàn)[5]，采用(1)方案為最佳。其次可采用(4)方案。本工藝按(1)方案設(shè)計(jì)一次性微差爆破崩落整個(gè)558～610段頂柱。

2 討 論

該采礦工藝流程復(fù)雜，采準(zhǔn)工程布置量較小，一次回采礦石量大，爆破裝藥量大，雷管段別數(shù)量多(達(dá)30多段)，雷管排布復(fù)雜，爆破施工難度大、時(shí)間長(zhǎng)，柿竹園公司經(jīng)過多次大爆破作業(yè)施工，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)形成了一套完善的大爆破施工組織方案，保證了該頂柱回采工藝采礦爆破成功實(shí)施[1-2,5]。

3 結(jié) 論

高階段礦柱連續(xù)回采工藝的成功實(shí)施，有效解決了柿竹園礦多金屬礦區(qū)大量間柱及頂柱的回采利用問題，延續(xù)了礦山壽命，降低了礦石回采成本，值得在類似礦山推廣應(yīng)用。如許多礦山存在礦石民采現(xiàn)象，民采技術(shù)及設(shè)備力量有限，其采礦方法多為全面空?qǐng)霾傻V，回采高度一般低于20 m，20 m以上的礦石則作為頂柱不能進(jìn)行回采利用，造成資源浪費(fèi)和礦石損失，若采用該頂柱回采工藝可有效解決高頂柱(頂柱高度10～50 m)的礦石回采問題。