薩熱克銅礦北礦段礦柱回采研究及實(shí)踐

高 進(jìn)，朱先艷，陳仁敏

薩熱克銅礦北礦段礦柱回采研究及實(shí)踐

高 進(jìn)1，朱先艷1，陳仁敏2

(1.大冶有色金屬有限責(zé)任公司，湖北 黃石市 435005；2.新疆匯祥永金礦業(yè)有限公司薩熱克銅礦，新疆 烏恰縣 845450)

薩熱克銅礦體傾角從緩到陡、礦體厚度從薄到中等、礦巖穩(wěn)固性好,但遇水力學(xué)性質(zhì)大為下降,主要采用分段空場嗣后充填法采礦。在分段空場嗣后充填法回采過程中,采用塹溝式底部結(jié)構(gòu),在采場底部留有大量的桃形礦柱,礦柱礦量所占比重較大,采切設(shè)計(jì)礦柱損失率為15%左右。為安全有效地回采礦柱資源,對部分礦柱分別采用有底部結(jié)構(gòu)的留礦法或無底部結(jié)構(gòu)的留礦法進(jìn)行回采,礦柱回采率50%以上,取得了一定經(jīng)濟(jì)效益,可以在類似礦山推廣。

緩傾斜礦體;中厚礦體;礦柱回采;分段空場嗣后充填法

薩熱克銅礦位于新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰縣烏魯克恰提鄉(xiāng)北東30 km處，行政區(qū)劃隸屬于烏恰縣管轄。薩熱克銅礦始建于 2010年，于 2014 年中期建成投產(chǎn)。礦山設(shè)計(jì)規(guī)模為年采選礦石115.5 萬t，日采選礦石3500 t。礦山主要采用上向水平分層充填法和分段空場嗣后充填法，其中分段空場嗣后充填法占比80%。當(dāng)前同時(shí)開采中段為 2670 m和2730 m中段。主要分段巷道水平為2670，2730 m和 2790 m。礦石分別從 2670，2730 m分段采場用鏟運(yùn)機(jī)裝運(yùn)至各溜井，經(jīng)溜井利用振動放礦機(jī)向卡車裝礦，由28 t卡車經(jīng)斜坡道運(yùn)往地表破碎站。

經(jīng)過幾年高效采礦，礦山前期對富礦的開采也形成了一定數(shù)量的桃形礦柱。為了多回采高品位礦石，需要盡可能多回采礦柱，因此，在對每個(gè)中段礦柱在保證安全及不影響下中段礦體開采情況下，通過全局考慮，開展礦柱回采工作[1-3]。

1 礦柱床開采技術(shù)條件及資源量

礦區(qū)位于西南天山西段,海拔2500～4600 m，山坡坡度40°～60°。礦區(qū)南北兩側(cè)為區(qū)域性逆沖推覆斷裂，主要發(fā)育兩組節(jié)理：北東向和北西向相互切割同期形成，賦礦地層為下白堊統(tǒng)克孜勒蘇群、上白堊統(tǒng)英吉沙群，陸相礫巖、砂巖建造。礦石的結(jié)構(gòu)主要有細(xì)～粗粒狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)、他形粒狀結(jié)構(gòu)，交代結(jié)構(gòu)等，礦石構(gòu)造有星點(diǎn)/斑點(diǎn)浸染狀、細(xì)脈浸染狀、層紋狀和帶狀構(gòu)造等，金屬礦物有輝銅礦、藍(lán)輝銅礦、銅蘭、藍(lán)銅礦、孔雀石等。礦石系數(shù)為8～10、體重為2.68 t/m3、安息角為36.5°、松散系數(shù)為1.78。圍巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度為33.4～112 MPa、抗拉強(qiáng)度為2.75～8.99 MPa、抗剪強(qiáng)度為0.5～3.0 MPa，軟化系數(shù)為0.35～0.79，礦石單軸抗壓強(qiáng)度為87.7～169.9 MPa，平均為124.3 MPa。礦體上、下盤圍巖特別是近礦部位硅化強(qiáng)烈，巖石堅(jiān)硬，穩(wěn)固性好，不需支護(hù)。部分頂板圍巖—白堊系上統(tǒng)鈣質(zhì)雜砂巖、粉砂巖及底板圍巖（含礫砂巖）局部巖石破碎地段穩(wěn)固性差。

礦山2730 m分段桃形礦柱分布在1～2線之間，各采場礦柱礦量總計(jì)約20071 t，2730 m分段1～2線礦體為單層礦體，水平厚度為6～48 m，平均為20 m，厚度變化較大，且礦體內(nèi)含有夾石。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2670～2730 m桃形礦柱的資源量合計(jì)為16.4萬t，銅金屬量約2350.4 t，平均品位為1.43%，回采率能達(dá)到 80%左右，按現(xiàn)時(shí)銅礦石價(jià)格424.2元/t計(jì)算，能為礦山帶來約5565.5萬元的生產(chǎn)總值，在充分利用資源的同時(shí)，能有效延長礦山服務(wù)年限[4-6]。

2 桃形礦柱回采方案

根據(jù)國內(nèi)外同類礦山礦柱回采的生產(chǎn)實(shí) 踐[7-9]，可選擇的礦柱回采方法包括：分段空場嗣后充填法、進(jìn)路充填法、房柱法、點(diǎn)柱式上向分層充填法等。結(jié)合薩熱克銅礦北礦段桃形礦柱的開采技術(shù)條件，推薦采用兩步驟上向進(jìn)路充填法、側(cè)向點(diǎn)柱式房柱法、中深孔扇形空場嗣后充填法。

其中，針對桃形礦柱較連續(xù)、厚薄變化不大的礦柱，可采用兩步驟上向進(jìn)路充填法或中深孔扇形空場嗣后充填法；針對連續(xù)性較差、礦柱尺寸變化較大的礦柱可采用側(cè)向點(diǎn)柱式房柱法。

2.1 上向分層進(jìn)路充填法

首先將桃形礦柱沿走向方向每隔50 m劃分一個(gè)礦塊，礦塊之間留有5 m間柱；然后在桃形礦柱內(nèi)分上、下兩層，采用進(jìn)路布置（見圖1），先采下層，標(biāo)準(zhǔn)的11.2 m寬礦柱可布置3 條進(jìn)路，進(jìn)路尺寸為3.5 m×3 m（寬×高），先采中間進(jìn)路，待回采結(jié)束后及時(shí)采用灰砂比1:6或1:8的充填體進(jìn)行充填，充填養(yǎng)護(hù)后再回采兩側(cè)進(jìn)路；為了避免充填體冒落，上層布置1 條進(jìn)路，進(jìn)路尺寸縮小為3 m×3 m（寬×高），進(jìn)路兩側(cè)可適當(dāng)刷幫，刷幫范圍不超過礦體與充填體界線，開采結(jié)束后進(jìn)行上層充填。

圖1 上向分層進(jìn)路充填法

配置設(shè)備包括YT-28型淺孔鉆機(jī)2臺和1.5～2 m3遙控柴油鏟運(yùn)機(jī)1臺。

主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：生產(chǎn)能力約150～200 t/d，貧化率為6%，損失率為12.6%，采礦直接成本約為60～75 元/t?礦。

2.2 中深孔進(jìn)路式充填法

首先將桃形礦柱沿走向方向每隔50 m劃分一個(gè)礦塊，礦塊之間留有5 m間柱；然后在桃形礦柱內(nèi)布置鑿巖巷道，鑿巖巷道尺寸為3.5 m×3.2 m（寬×高），在鑿巖巷道內(nèi)采用YGZ90鉆機(jī)鉆鑿Φ76 mm的上向扇形中深孔，孔深約5 m，孔底距約1.2～1.5 m，排距約1.2 m。由于YGZ90鉆機(jī)1.2 m的中心高度無法施工負(fù)角度的炮孔，為了避免造成礦石損失，故將鑿巖巷道布置在礦柱水平以下3 m左右（見圖2）；另外，借鑒國內(nèi)同類礦山的經(jīng)驗(yàn)，避免由于礦柱采場邊界不明導(dǎo)致中深孔設(shè)計(jì)不精確而導(dǎo)致貧化率增高，可先在鑿巖巷道內(nèi)每隔 8.4 m（7 排炮孔）施工一排探孔，以便記錄礦體與充填體邊界，從而控制礦石貧化率。

回采時(shí)，用遙控鏟運(yùn)機(jī)在鑿巖巷道內(nèi)后退式出礦，待礦塊回采結(jié)束后一次性充填，充填采用灰砂比1:8或1:10的漿料進(jìn)行充填。

圖2 中深孔進(jìn)路式充填法

配置設(shè)備包括YGZ-90型中深孔鉆機(jī)2臺和 2～3 m3遙控柴油鏟運(yùn)機(jī)1臺。

主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：生產(chǎn)能力約200～300 t/d，貧化率為9.5%，損失率為14%，采礦直接成本約為50～65 元/t?礦。

2.3 側(cè)向點(diǎn)柱式房柱法

為防止采場回采過程中頂板暴露面積過大，將桃形礦柱沿走向方向依次劃分成若干個(gè)礦房和礦柱，礦房尺寸為12 m×11.2 m×7.05 m，礦柱尺寸為 4 m（或5 m）×11.2 m×7.05 m，礦柱不回采（見圖3）。礦房內(nèi)采用側(cè)向臺階式淺孔落礦，具體步驟為：利用原分段空場嗣后充填開采結(jié)束未充填的出礦巷道，垂直礦柱走向方向，采用YT-28淺孔鑿巖機(jī)鉆鑿深度為1.6~1.8 m，排距為0.6~0.7 m的炮孔，落礦形成階梯型工作面，階梯工作面長度為 4~6 m，階梯高度為1.5~2.0 m，在回采過程中后退式回采，采用1.5~2 m3柴油鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行出礦，出礦過程中要使回采工作面保持1.8 m左右的作業(yè)空間，待礦房回采全部結(jié)束后進(jìn)行大量出礦，此時(shí)需要采用遙控鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行出礦。待整條桃形礦柱回采結(jié)束后，形成的采空區(qū)和旁側(cè)的出礦巷道一次性采用1:10的充填料漿進(jìn)行充填。

圖3 側(cè)向點(diǎn)柱式房柱法

配置設(shè)備包括YT-28型淺孔鉆機(jī)2臺和1.5～2 m3柴油鏟運(yùn)機(jī)（或遙控）1臺。主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：生產(chǎn)能力約150～200 t/d，貧化率為4.3%，損失率為28.2%，采礦直接成本約為40～55元/t。

3 結(jié)論與建議

（1）礦柱回采應(yīng)遵循先探后采、統(tǒng)籌規(guī)劃、分區(qū)分類，保證安全可靠、經(jīng)濟(jì)可行、切合實(shí)際、控制貧化損失、多回采礦量的原則。

（2）井下礦柱賦存形態(tài)、礦巖穩(wěn)固性、礦石品位等變化很大，礦柱形狀多樣，周圍空區(qū)的形態(tài)各異，變數(shù)較大，因此，井下礦柱回采應(yīng)針對每個(gè)礦柱的回采技術(shù)條件（包括待采礦柱周邊充填體的質(zhì)量）選擇合理的采礦方法和采礦工藝。

（3）結(jié)合薩熱克銅礦礦柱的開采技術(shù)條件，對比分析不同回采方案，根據(jù)礦柱回采后二次應(yīng)力轉(zhuǎn)移特點(diǎn)以及充分利用原有井巷工程，確定合理、具體的礦柱回采順序。整體回采順序?yàn)椋悍侄伍g自下而上、分段內(nèi)自西向東、上盤至下盤V 型后退式回采。

（4）礦柱回采時(shí)，要加強(qiáng)對職工的技術(shù)培訓(xùn)工作，提高施工人員的操作技術(shù)水平，建立健全崗位責(zé)任制及操作技術(shù)規(guī)程規(guī)范要求，并進(jìn)一少加強(qiáng)質(zhì)量管理，杜絕人為因素造成的工程質(zhì)量事故和安全隱患。

[1] 歐陽化兵.河臺金礦礦柱回采方法的改進(jìn)[J].黃金,2002,23(2): 22-25.

[2] 宮國慧,金忠偉.淺孔留礦法礦柱回采方案探討[J].礦業(yè)工程,2008, 6(4):24-26.

[3] 郭生茂,劉 濤,陳小平,等.白山泉礦殘留礦柱回采技術(shù)及采空區(qū)處理[J].有色金屬,2014,66(6):18-20.

[4] 黃武勝,蔡嗣經(jīng),黃 剛,等.阿勒泰某金礦采礦方法優(yōu)化研究[J].有色金屬,2015,67(2):10-14.

[5] 秦劍偉.多采空區(qū)隱患礦體條件下空場法礦柱回采試驗(yàn)研究[J].甘肅冶金,2007,29(4):7-9.

[6] 孫水鋒,王友訓(xùn).西石門鐵礦殘礦及礦柱的回采技術(shù)[J].礦業(yè)快報(bào), 2008,471(7):103-105.

[7] 董 鑫,鄧紅衛(wèi).夏甸金礦無底柱分段崩落法采場參數(shù)優(yōu)化[J].采礦技術(shù),2009,9(3):4-6.

[8] 田顯高,高勝洲.桃花嘴金銅礦礦柱回采方法研究與實(shí)踐[J].黃金, 2007,28(4):23-28.

[9] 張春芳.膠結(jié)充填采礦法礦柱回采可行性論證[J].采礦技術(shù),2014, 14(1):9.

高 進(jìn)(1976—)，男，湖北武漢人，高級工程師，主要從事礦山采礦技術(shù)管理工作，Email: 476074705@qq. com。