香爐山鎢礦東部采區(qū)點柱回采方案探討

萬林海

(江西省修水香爐山鎢業(yè)有限責任公司，江西 九江 332400)

0 引言

香爐山鎢礦為我國大型白鎢礦山，鎢礦床具有儲量大、傾角緩、礦體厚度大、鎢品位高、礦體及頂?shù)装鍑鷰r穩(wěn)固、連續(xù)性好、礦巖含水率低、工程及水文地質條件比較簡單、開采技術條件較好等特點。

香爐山鎢礦采用地下開采，按照勘探線劃分采區(qū)，0～16勘探線劃分為東部采區(qū)，16～24線劃分為西部采區(qū)[1]。關于香爐山鎢礦東部采區(qū)點柱的安全回采問題，由于前期采用非正規(guī)的全面房柱法回采礦體，采后空區(qū)未及時充填，造成大多點柱回收難度大，礦石損失大。東部采空區(qū)情況十分復雜，多個單獨采空區(qū)面積達數(shù)千至數(shù)萬余平方米，空間高一般達8～10 m，甚至余10～20 m，極個別空區(qū)高達30 m，為國內罕見的復雜多臨空面空區(qū)群，治理難度大，采空區(qū)相互存在重疊和貫通情況，分布復雜，相互之間開采擾動大。地表存在當?shù)仫L俗信仰場所道觀和居民建筑，需要保護。東部采空區(qū)存在局部地壓活動的危險，局部地壓活動將會帶動整個東部空區(qū)，產生大的地壓活動，危害后果無法想象。

1 開采技術條件及現(xiàn)狀

香爐山鎢礦礦石穩(wěn)固性較好，裂隙斷層一般不發(fā)育，f≥12，體重3.17 t/m3，平均松散系數(shù)1.6，不結塊，不自燃。頂?shù)装鍑鷰r多屬于未風化的鈣硅角巖和細?；◢弾r，節(jié)理不發(fā)育，巖石較完整穩(wěn)固，f≥8～12，體重2.8 t/m3，平均松散系數(shù)1.6，圍巖與礦體界面清楚。地表有民舍及廟宇，需要保護，地表不允許陷落。東部采區(qū)0～16線間礦體平緩，傾角100°～150°，厚度起伏不大，多小于20 m。香爐山鎢礦東部采區(qū)采用平硐開拓，鏟運機裝載，汽車運輸，所用的采礦方法基本上為留不規(guī)則點柱、條柱的全面法，采空區(qū)跨度10～30 m不等，井下礦柱分布不均，部分頂板暴露面積過大。

香爐山鎢礦東部采區(qū)開采歷史悠久，開采順序凌亂無序，導致采空區(qū)規(guī)模宏大，并且極其復雜。東區(qū)采空區(qū)累計體積超過300 萬m3，總暴露面積超過25 萬m2，采空區(qū)形態(tài)非常不規(guī)則，采空區(qū)相互貫通、重疊，形成了復雜的井下開采環(huán)境[2]?？諈^(qū)內礦柱不規(guī)則林立，大多以不規(guī)則的點柱、底板礦、頂板礦、條柱、樓板礦和邊角礦體的形式存在，其回收難度非常大。東區(qū)殘礦資源量巨大，初步統(tǒng)計東區(qū)的保有礦量600 萬t左右，其中點柱礦量達320萬t，且點柱的品位高，是礦山下一步生產的重點，能夠有效延長礦山開采年限，是礦山可持續(xù)發(fā)展的關鍵，極具回收價值。

東部采區(qū)的礦體主要以點柱礦、樓板礦和頂板礦的形式存在，其中儲量巨大、品位高的點柱礦體是東部生產的主力，直接關系到礦山穩(wěn)定生產和可持續(xù)生產。針對點柱礦體的開采，建議采用圍堰式袋裝充填采礦法，核心是圍空區(qū)采礦柱[3-5]，用圍堰式袋裝充填采礦法回采礦柱。第一步：充填空區(qū)。采用袋裝充填技術對空區(qū)進行充填，圍空區(qū)時保證礦柱有一個面不在充填封閉區(qū)內，以該面作為作業(yè)自由面和出礦運輸通道進行礦柱回收，作業(yè)運輸通道兩側形成條帶狀的充填區(qū)域。第二步：回收礦柱。根據(jù)空區(qū)結構力學關系以礦柱作為拐點劃分采場，回采其礦柱。采場的劃分在保證兩側空區(qū)充填完畢并充分結頂?shù)那疤嵯?，充填體對頂板的支撐力必須大于待采礦柱對頂板的支撐力，有選擇性的回收部分礦柱；礦柱回采后空區(qū)的暴露面積和跨度小于礦柱回采前的暴露面積和跨度。

2 點柱回采的方法選擇

2.1 高度不大、頂板安全性較好的點柱

針對采空區(qū)高度不大，頂板穩(wěn)定性好的點柱的回收，根據(jù)點柱開采技術條件，一般可采用淺孔法和中深孔一次回采。采用袋裝充填技術對空區(qū)進行充填，圍空區(qū)時保證礦柱有一個面不在充填封閉區(qū)內，以該面作為作業(yè)自由面和出礦運輸通道。礦柱回采前，確認礦柱兩側采空區(qū)均已充填形成大面積條帶狀的充填區(qū)域，并充分結頂之后，通過力學計算和數(shù)值模擬，結合礦柱現(xiàn)場情況，有選擇性的回收充填體兩側的礦柱。選擇回采對象的原則：一是礦柱回采完畢，剩余礦柱和充填體能夠有效支撐頂板，強度滿足要求；二是礦柱回采后空區(qū)的暴露面積和跨度小于礦柱回采前的暴露面積和跨度。

1)淺孔法回采點柱。淺孔法回采點柱基本特征為：以點柱暴露在空區(qū)內的一側為自由面和作業(yè)空間，將點柱底端全部拉開，布置水平炮孔，分次爆破，崩落礦石作為繼續(xù)上采的平臺，回采至頂端，處理好頂板，最后再大量出礦。點柱回收完畢，充填采空區(qū)。

該方法對礦柱的穩(wěn)定性要求高，由于采用淺孔作業(yè)，可及時檢撬處理作業(yè)面上浮石，處理安全隱患，人員不從礦柱正下方經過，如發(fā)現(xiàn)礦柱開裂破壞等危險，可及時撤出，方案靈活，成本低。但礦柱需要從底端全部切割開，逐漸往上回采，回采過程中礦柱的穩(wěn)定性已經受到破壞，并且多次爆破，安全風險大；并且回采全過程均在采空區(qū)下，安全性相對較差，見圖1。

1—待采礦柱；2—袋裝充填體圍堰；3—膠結充填體；4—已采礦柱；5—礦石堆；6—炮孔；7—回采礦柱；8—分層圍堰

2)中深孔回采點柱。中深孔一次回采點柱基本特征為：以點柱暴露在空區(qū)內的一側為自由面和作業(yè)空間，先往點柱內側施工一條鑿巖巷，然后在鑿巖巷內往上施工扇形中深孔，爆破時以采空區(qū)為自由面，分段一次爆破整個礦柱，最后出礦。點柱回收完畢，充填采空區(qū)。

采用中深孔落礦，不需要全部切割整個礦柱，僅在礦柱內施工一條鑿巖巷，一次爆破崩落整個礦柱。該方法礦柱回采周期短，效率高，一次爆破，減少了作業(yè)次數(shù)，相應的降低了安全風險；但中深孔爆破一次崩落量大，爆破危害相對較大，頂板處理難度大，見圖2。

1—待采礦柱；2—袋裝充填體圍堰；3—膠結充填體；4—已采礦柱；5—鑿巖巷；6—中深孔；7—回采礦柱；8—分層圍堰

2.2 高度較大，頂板安全情況較差的點柱

為了減少在采空區(qū)下作業(yè)，空區(qū)充填前，在空區(qū)內提前澆筑混凝土人工假巷，從人工假巷主巷往待采礦柱方向澆筑人工假巷支巷，作為回采和運輸通道，后進行空區(qū)充填，空區(qū)充填的要求和方式與普通圍空區(qū)充填方法一致。

點柱回收工藝：采空區(qū)充填完畢，并滿足礦柱回采要求，從人工假巷(支巷)施工一條穿過點柱的鑿巖巷，在鑿巖巷內施工上向扇形中深孔，以礦柱一側的采空區(qū)為自由面和補償空間，分次或一次后退式爆破，崩落整個點柱；崩落礦石采用遙控鏟運機出礦，操控人員站在假巷內，在假巷內轉礦車運輸，人員出入、運輸、通風均經過人工假巷，不進入采空區(qū)內。

該方法能夠有效解決采空區(qū)下采礦運輸?shù)膯栴}，人員不進入采空區(qū)下作業(yè)，安全性高，并且回采工藝簡單，效率高；但人工假巷需要在采空區(qū)下施工，且假巷施工工藝復雜，假巷施工成本高，見圖3。

1—待采礦柱；2—袋裝充填體圍堰；3—膠結充填體；4—已采礦柱；5—鑿巖巷；6—中深孔；7—回采礦柱；8—人工假巷(主巷)；9—人工假巷(支巷)；10—分層圍堰

3 結語

1)香爐山鎢礦東部采區(qū)高品質點柱資源量達到320萬t，是礦山主要的資源儲備形式，關系到礦山的服務年限和后續(xù)可持續(xù)生產。由于井下環(huán)境和地壓條件的復雜性，點柱資源的開采一直是一大難題，技術難度和安全風險極大。東部采區(qū)的空區(qū)處理采用袋裝充填技術，通過空區(qū)內的孤立點柱形成袋裝充填體擋墻，將大面積采空區(qū)分隔成小面積采空區(qū)，同時，為點柱礦體的開采預留回采的空間，空區(qū)圍堵時確保點柱至少有一側置于充填體之外，避免空區(qū)充填對點柱的掩埋而造成大量的資源損失。

2)為了解決“圍空區(qū)采礦柱”方案需要在采空區(qū)內作業(yè)的問題，提出了混凝土人工假巷技術。充填前在采空區(qū)內構筑混凝土人工假巷，通過人工假巷形成區(qū)域性的運輸通風通道，人工假巷的支巷抵達待采的礦柱，然后采用“圍空區(qū)采礦柱”方案，充填治理采空區(qū)。礦柱回采時，人員和運輸均在混凝土人工假巷內進行，采用中深孔落礦，一次或分次后退式爆破整個礦柱，最后操作人員站在人工假巷支巷內操控遙控鏟運機鏟裝崩落礦石，整個回采作業(yè)過程，避免了人員進入采空區(qū)內作業(yè)，作業(yè)的安全性得到極大的提高。