阿爾哈達(dá)尾砂膠結(jié)體下回采頂柱研究與應(yīng)用

吳維成，吳寶林，高松濤

（1.錫林郭勒盟山金阿爾哈達(dá)礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 錫林郭勒 026300；2.華恒能源有限公司，山東 煙臺 265700；3.山東黃金礦業(yè)股份有限公司新城金礦，山東 煙臺 261438）

錫林郭勒盟山金阿爾哈達(dá)礦業(yè)有限公司（下稱阿爾哈達(dá)鉛鋅礦）位于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟東烏珠穆沁旗滿都鎮(zhèn)轄區(qū)內(nèi)，東烏旗的北東方向，距離東烏旗約225km。礦區(qū)地處內(nèi)蒙古高原，地表植被發(fā)育的丘陵區(qū),海拔高度一般在920m～1060m之間，該區(qū)屬典型的大陸性季風(fēng)氣候?，F(xiàn)有采選能力3000t/d,地下開采。

1 地質(zhì)概況

礦區(qū)位于東烏旗褶皺束額仁高畢復(fù)式向斜的東南翼，受多期構(gòu)造運動影響，區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂以及節(jié)理、劈理構(gòu)造發(fā)育，后期構(gòu)造對早期斷裂構(gòu)造的疊加改造作用強烈。礦區(qū)內(nèi)有三條大的含礦脈帶，Ⅰ號礦脈帶是礦區(qū)主要的含礦脈帶，該帶由沿北西向斷裂中一系列規(guī)模不等的斷層充填礦化形成[1]。

2 采礦基本情況及存在的問題

2.1 采礦基本情況

2015年以前，阿爾哈達(dá)鉛鋅礦采用空場法采礦，采場多為無底柱底部結(jié)構(gòu)，受鉛鋅金屬市場價格低迷及空場法采礦損失貧化兩率指標(biāo)影響，礦山生產(chǎn)經(jīng)營一度遇到困難。2015年4月，礦山從768m中段開始對Ⅰ號礦脈帶主礦體進行采礦方法改造，上向水平分層尾砂充填法和上向水平分層膠結(jié)充填法成為礦山主要應(yīng)用的采礦方法。

2.2 采礦存在的問題

礦山經(jīng)過多年開采，空場法和充填法采礦遺留的礦柱礦量占地質(zhì)儲量很大比重，僅768m～688m三個充填法采礦改造中段保留的頂柱礦量已接近20萬噸,這部分礦石品位相對高、價值大。隨著礦山生產(chǎn)能力不斷提升，開采向深部伸展和生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，為保證礦山穩(wěn)產(chǎn)和持續(xù)發(fā)展，上部中段遺留的礦柱需要盡快回收。如何安全高效回收這部分資源，提高資源利用率是采礦過程急需解決的問題。

3 采取的措施

2019年3月，礦山開展充填法采場礦柱回采研究，并首選728m中段7219采場頂柱做為試驗對象。

3.1 研究對象地質(zhì)概況及周圍采場情況

7219采場位于728m中段19線～23線，采用上向水平分層尾砂充填采礦法開采，采場沿礦體走向布置，走向長度70m,賦礦原巖多為凝灰?guī)r，局部夾有板巖，礦體呈脈狀，走向西北、傾向南西，傾角48°，礦體上盤構(gòu)造明顯穩(wěn)固性一般，礦體及下盤較穩(wěn)固。頂柱礦體實測高度6.2m（原設(shè)計采場預(yù)留5m頂柱）,水平厚度5.5m,品位Pb+Zn=5.18%，地質(zhì)儲量7232t，金屬量374.6t；7219采場周圍全部為充填法采場，均結(jié)束回采，采場頂柱上部對應(yīng)768m中段7617采場，7617采場原為無底柱淺孔留礦法采場，改造為上向水平分層尾砂充填法采場后，已于2018年10月回采結(jié)束。7617采場改造時，采場底部施工了2m厚的無鋼筋分級尾砂膠結(jié)體人工假底，人工假底由灰砂比1∶4和1∶10的分級尾砂膠結(jié)體兩部分組成，膠結(jié)體上下部分厚度各1m。

3.2 采礦方法的選擇及采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

3.2.1 采礦方法選擇

頂?shù)字祹r體應(yīng)力集中區(qū)，穩(wěn)定性差，采場直接頂板為人工假頂（上中段采場人工假底），采場的穩(wěn)定性主要依靠人工假頂?shù)某休d強度，假頂在水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力作用下發(fā)生彎曲，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到強度臨界值時發(fā)生斷裂破壞[2]，結(jié)合類似礦山的開采技術(shù)經(jīng)驗和有關(guān)研究，頂柱回采試驗選用上向小進路充填采礦法[3，4]。

3.2.2 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

（1）進路幾何尺寸。根據(jù)進路法回采頂柱其頂板安全厚度的相關(guān)研究數(shù)據(jù)[5]，頂板安全厚度（頂柱保護層厚度）達(dá)到3m時，沿走向布置進路長度宜控制在35m以內(nèi)，進路寬度宜在(2～3.5m)取值，綜合考慮試驗采場頂柱礦體厚度、產(chǎn)狀及損失貧化等因素，確定進路寬度2.6m，高度2.6m。

（2）頂柱安全保護層厚度。頂柱采場預(yù)留1m原巖礦柱，原巖礦柱與7617采場2m厚的無鋼筋分級尾砂膠結(jié)體人工假底構(gòu)成頂柱回采安全保護層，保護層總厚度3m。

（3）回采高度及進路布置。頂柱采場回采高度5.2m,由兩個分層回采，分層高度2.6m,各分層劃分兩條進路，進路沿礦體走向布置，單側(cè)進路回采長度35m。

3.2.3 采準(zhǔn)切割工程

主要有脈外斜坡道、分層聯(lián)巷、切割巷、脈外溜井、溜井聯(lián)巷、充填小井等，頂柱采場脈外溜井仍利用原采場的脈外順路溜井，脈外斜坡道沿頂柱采場中心線垂直礦體走向布置，連接768m中段21線穿脈巷和頂柱分層聯(lián)巷，斜坡道坡度17.63%，下坡施工，充填小井布置在采場兩翼?；夭煞桨敢妶D1。

圖1 上向小進路充填法回采頂柱方案

3.2.4 回采前準(zhǔn)備及施工順序

（1）回采前的準(zhǔn)備：①7219采場最后一分層結(jié)束后，在采場內(nèi)礦體兩翼分別施工一個充填小井，貫通768m中段穿脈巷，封閉原采場內(nèi)的順路人行泄水井，對原采場的脈外溜井聯(lián)巷、溜井硐室進行挑頂，順路架設(shè)脈外溜井至頂柱底板水平。②接頂充填采場空區(qū)，先進行分級尾砂充填，后采用分級尾砂膠結(jié)充填0.8m，要求膠結(jié)體充分接頂，膠結(jié)體灰砂比1∶4。③采空區(qū)接頂充填后，下掘脈外斜坡道至頂柱底板水平，施工分層聯(lián)巷、切割巷控制礦體，施工溜井聯(lián)巷貫通脈外順路溜井，完成頂柱回采前的準(zhǔn)備工作。

3.2.5 施工順序

（1）頂柱采場分層間自下而上逐層回采，同一分層內(nèi)進路由上盤向下盤逐條回采。

（2）一分層（下面分層）回采，由切割巷向礦體兩翼前進式進行。

（3）二分層（上面分層）采用短進路回采，以減小頂柱安全保護層的暴露面積和縮短空頂時間。先由切割巷向礦體一翼推進，一翼進路結(jié)束回采并接頂充填后，再由切割巷向礦體另一翼推進。

（4）進路由切割巷向礦體兩翼控制3‰上坡回采，并與充填小井施工貫通，使充填小井底板略高于進路頂板，便于充填充分接頂。然后后退式擴采進路上下盤的三角礦體，直至設(shè)計回采邊界。

3.2.6 主要回采工藝

（1）鑿巖爆破。YT28型氣腿式鑿巖機鑿巖，使用2#巖石粉狀乳化炸藥，非電毫秒延期起爆，延期間隔50～100毫秒，以降低爆破對頂柱安全保護層和相鄰進路膠結(jié)充填體的破壞。同時采用光面爆破技術(shù)，光爆炮孔孔間距0.6m,光爆層厚度0.8m,炮孔密集系數(shù)m=0.75,光爆層線裝藥密度q=0.1～0.2kg/m[6],以消除進路頂板應(yīng)力集中。

（2）通風(fēng)。采用混合式局部通風(fēng)，壓入式局扇將新鮮風(fēng)流經(jīng)采場下盤斜坡道送入工作面，污風(fēng)由抽出式局扇經(jīng)采場下盤斜坡道送入768m中段回風(fēng)系統(tǒng)。

（3）頂板管理。一分層回采進路主要采用管縫式錨桿聯(lián)合鋼帶支護，錨桿網(wǎng)度1.5m×1.5m。二分層回采過程，使用YT28型氣腿式鑿巖機施工超前探孔(孔徑∮38mm),控制頂柱安全保護層預(yù)留的原巖礦柱厚度，不得超采。同時考慮到上部人工假底膠結(jié)體厚度的不均勻性，及時跟進金屬支架支護，以增強頂柱安全保護層的承載荷能力，提高安全保護層的穩(wěn)定性。金屬支架與回采進路掌子面間空頂距不得超過2m,金屬支架現(xiàn)場加工制作，材料為16號礦用工字鋼，支架間距1.5m～2m,支架間采用金屬梁連接，支架頂部與巖體間充填圓木或背板接頂。

（4）出礦。WJD-1型電動鏟運機運搬礦石至采場脈外順路溜井，728m中段振動漏斗放礦后，電機車運輸至27線主溜井卸載。

（5）充填。進路回采結(jié)束立即清理散礦，架設(shè)充填管路、安設(shè)泄水籠、構(gòu)筑鋼網(wǎng)板墻封閉進路口，利用充填小井對進路及時接頂充填。為充分接頂，一次充填結(jié)束后，間隔24小時再進行補充充填；上盤進路采用分級尾砂膠結(jié)充填，膠結(jié)體灰砂比1∶4，下盤進路先分級尾砂充填,后采用分級尾砂膠結(jié)充填0.4m，膠結(jié)體灰砂比1∶4，既要保證接頂，又要保證轉(zhuǎn)層后設(shè)備在膠結(jié)體上安全運行。膠結(jié)充填體養(yǎng)護72小時后，相鄰進路才允許進行回采，二分層下盤進路結(jié)束后，采用分級尾砂接頂充填采空區(qū)。

（6）轉(zhuǎn)層。一分層下盤進路充填前，脈外溜井挑頂并順路架設(shè)至二分層礦體底板水平，將一分層下盤進路、切割巷、溜井聯(lián)巷、分層聯(lián)巷一并接頂充填，完成轉(zhuǎn)層工作。然后由脈外斜坡道施工二分層聯(lián)巷、切割巷控制礦體，施工溜井聯(lián)巷貫通脈外順路溜井，進入二分層回采。

4 取得的效果

經(jīng)過近半年的研究實踐，解決了無鋼筋水泥尾砂膠結(jié)體下頂柱回采安全問題，安全高效經(jīng)濟地回收了資源，實現(xiàn)利潤135.6萬元。

5 結(jié)語

阿爾哈達(dá)鉛鋅礦從空場法采礦到充填法采礦，多年開采遺留大量的高價值礦柱，在無鋼筋水泥尾砂膠結(jié)體下，通過控制頂柱回采安全保護層厚度，選用上向小進路充填采礦法回采工藝，采用非電毫秒延期起爆技術(shù)和光面爆破技術(shù)，應(yīng)用錨桿聯(lián)合鋼帶支護和金屬支架支護等技術(shù)手段和措施，有效地解決了資源回收安全問題，促進了礦山生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)調(diào)整和持續(xù)性發(fā)展，經(jīng)濟、社會效益雙贏，為本礦山殘礦回收提供了技術(shù)支持,也為同行業(yè)類似礦山提供技術(shù)借鑒。