礦柱回收技術(shù)在貓場(chǎng)地下鋁土礦開采中的工業(yè)試驗(yàn)

楊遠(yuǎn)軍 劉建龍

（中國(guó)鋁業(yè)貴州分公司）

貓場(chǎng)礦區(qū)位于貴州省中部清鎮(zhèn)市犁倭鎮(zhèn)境內(nèi)，貓場(chǎng)礦區(qū)隸屬于中國(guó)鋁業(yè)貴州分公司，也是貴州華錦鋁業(yè)公司最重要的鋁土礦礦石原料供應(yīng)基地［1］。礦區(qū)自2016年6月投產(chǎn)，采礦方法主要采用留礦壁護(hù)頂房柱法開采，采場(chǎng)內(nèi)留設(shè)了大量礦柱用于支撐頂板，造成了資源的損失，達(dá)不到我國(guó)《鋁行業(yè)準(zhǔn)入條件》（2007年第64號(hào)）的相關(guān)要求［2］。因此，開展礦柱回收技術(shù)研究是非常必要且有意義的。

1 開采技術(shù)條件

貓場(chǎng)鋁土礦為特大型沉積型鋁土礦床，含礦巖系為下石炭統(tǒng)大塘組（C1d）。含礦巖系厚度受其下伏地層古喀斯特侵蝕程度制約，凹處厚度大，凸處厚度小。含鋁巖系厚度為0.30～25.09 m，由黏土巖、硫鐵礦、鋁土礦及鋁土巖等組成，具工業(yè)價(jià)值的鋁土礦礦體產(chǎn)于含鋁巖系中。

礦床間接頂?shù)装逵商妓猁}巖組成，直接頂?shù)装逵绅ね翈r類組成，厚為0.27～25.09 m，平均為9.81 m，其中直接頂板厚為0.00～15.62 m，平均為1.77 m；直接底板厚為0.00～112.97 m，平均為3.22 m；礦體直接頂?shù)装迤骄鵕QD值為12.50%，屬軟質(zhì)巖石塊狀結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定巖體。

礦床間接頂板擺佐組（C1b）大部分為堅(jiān)硬巖石，屬塊狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定巖體。礦床間接底板婁山關(guān)群（?2-3ls）巖溶發(fā)育相對(duì)較弱，裂隙多呈閉合性，巖體較完整，除主要斷裂帶及其影響帶之外，為堅(jiān)硬巖石塊狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定巖體。

對(duì)于鋁土礦層，土狀鋁土礦屬軟質(zhì)巖石塊狀結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定巖體礦體，致密狀鋁土礦屬硬質(zhì)巖石、塊狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定巖體，總體屬硬質(zhì)巖石與軟質(zhì)巖石互層的層狀結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定巖體。

2 礦柱回收工業(yè)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)采場(chǎng)概況

試驗(yàn)采場(chǎng)位于南部1 160 m中段南西巷與1 180 m中段之間，該采場(chǎng)由鉆孔ZK418、ZK425、ZK1180-Z21控制，礦體平均厚度3.64 m，礦體平均傾角7°，直接頂板厚度約1.2 m。

2.2 試驗(yàn)采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)

工業(yè)試驗(yàn)采場(chǎng)沿走向布置，礦房走向?qū)挾燃s55 m，傾向長(zhǎng)度約56 m，礦房高度即為礦體的平均厚度，為3.64 m，采場(chǎng)頂?shù)字綄挾葹? m。置換礦柱選用混凝土礦柱，混凝土標(biāo)號(hào)為C20。置換礦柱尺寸為4 m×4 m，礦柱邊對(duì)邊間距為6 m，高度為礦體厚度，約3.0 m（考慮護(hù)頂?shù)V壁厚度0.6 m）。采用人工礦柱置換原生礦柱時(shí)，必須確保人工礦柱的尺寸能滿足穩(wěn)定性要求［3-4］。

2.3 采準(zhǔn)切割工程布置

（1）采準(zhǔn)工程。采準(zhǔn)工程有鏟運(yùn)機(jī)平巷、人行回風(fēng)天井。鏟運(yùn)機(jī)平巷沿礦體底板掘進(jìn)，實(shí)際掘進(jìn)過程中根據(jù)礦體變化而調(diào)整，人行回風(fēng)天井從中段運(yùn)輸巷掘進(jìn)到鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)輸平巷。

（2）切割工程。切割工程有切割上山和切割平巷。試驗(yàn)采場(chǎng)施工2條切割上山和5條切割平巷。切割工程在礦體內(nèi)沿礦體底板布置，根據(jù)礦體底板變化情況及時(shí)對(duì)切割工程坡度進(jìn)行調(diào)整，如圖1所示。

2.4 混凝土人工礦柱施工工藝

混凝土人工礦柱施工工藝如下。

第一步：施工混凝土人工礦柱槽。

第二步：底板處理。先清理底板上的礦巖碎石并整平，錨桿端部要打入底板穩(wěn)固巖體不小于0.5 m，錨桿網(wǎng)度為1 m×1 m，錨桿直徑大于20 mm。如圖2所示。

第三步：立模。混凝土人工礦柱有三面為礦體邊界，只需立一面金屬模板即可。

第四步：澆筑混凝土人工礦柱?；炷恋V柱分2次澆筑，每次澆筑厚度不宜超過1.5 m，每澆筑30～50 cm時(shí)使用振動(dòng)棒振動(dòng)，2次澆筑間隔時(shí)間應(yīng)控制在3～5 d，混凝土金屬模板在3 d后拆除。為增加抗剪強(qiáng)度，1 m3混凝土添加30 kg鋼纖維。

第五步：接頂處理。澆筑混凝土人工礦柱與礦體頂板接近時(shí)，采用噴射混凝土方法將混凝土人工礦柱與礦體頂板進(jìn)行密實(shí)接頂。

2.5 礦房回采工藝

試驗(yàn)采場(chǎng)礦體采用沿礦體傾向由上而下的退采回采順序進(jìn)行開采，回采工藝為常規(guī)的采礦工藝，包括鑿巖、爆破、通風(fēng)、頂板處理、出礦。

（1）落礦。鑿巖及鏟裝設(shè)備：采場(chǎng)落礦作業(yè)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用YT-2870型氣腿式鑿巖機(jī)進(jìn)行鑿巖，釬桿直徑為38 mm，炮孔直徑為40 mm，釬桿長(zhǎng)度為2.5 m；采用鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行鏟裝。爆破孔網(wǎng)參數(shù)：擴(kuò)幫和壓頂炮孔排距b=0.8 m、炮孔間距a=1.0 m，擴(kuò)幫炸藥單耗q=0.5 kg/t，壓頂時(shí)為保證礦石大塊產(chǎn)生率，單位炸藥單耗按近似松動(dòng)爆破取值，壓頂炸藥單耗q=0.35 kg/t。

（2）出礦。鏟運(yùn)機(jī)由各切割平巷，經(jīng)切割上山將礦石運(yùn)至1 180 m中段南西巷。出礦設(shè)備為L(zhǎng)H-204型鏟運(yùn)機(jī)，嚴(yán)格按照礦石質(zhì)量的分運(yùn)、分裝工作。裝入U(xiǎn)Q-5型自卸汽車后，通過運(yùn)輸巷道運(yùn)至礦石溜井，再由膠帶斜井運(yùn)出地表。

（3）地壓管理。對(duì)采場(chǎng)頂板不安全區(qū)域進(jìn)行采取錨桿（網(wǎng)）支護(hù)措施，以確保采場(chǎng)頂板的回采安全，采場(chǎng)地壓由澆筑的混凝土人工礦柱來支撐上覆巖層壓力。

（4）采場(chǎng)通風(fēng)。新鮮風(fēng)流由1 160 m中段南主巷進(jìn)入，經(jīng)切割上山清洗切割平巷，最終經(jīng)1 180 m中段南主巷回風(fēng)巷排出。

2.6 現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)要求

刷幫和壓頂時(shí)，靠近混凝土人工礦柱附近礦體爆破時(shí)，炮孔底部距混凝土人工礦柱間距不小于30 cm。

靠近混凝土人工礦柱的炮孔，要采用YT-2870型氣腿式鑿巖機(jī)鑿巖，本著多打孔、少裝藥原則，以減小對(duì)混凝土人工礦柱的爆破影響，炮孔底部與混凝土人工礦柱間的距離不少于50 cm。

為確保混凝土人工礦柱施工人員以及設(shè)備的安全，需提前做好采場(chǎng)頂板安全防護(hù)［5］。

對(duì)混凝土人工礦柱進(jìn)行噴射混凝土接頂時(shí)，要將噴射混凝土噴射管道盡可能插入頂板最里面，才能保證混凝土人工礦柱完全接頂。

在礦體回采過程中，若出現(xiàn)混凝土人工礦柱未完全接頂時(shí)，可采用圓木填塞進(jìn)行接頂。

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。

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4 結(jié) 語

以貴州貓場(chǎng)鋁土礦為例，開展礦柱回收技術(shù)工業(yè)試驗(yàn)，用混凝土礦柱替代礦石礦柱。工業(yè)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)采用C20混凝土人工礦柱，自始至終未出現(xiàn)壓裂破壞，說明工業(yè)試驗(yàn)混凝土人工礦柱尺寸、跨度是合理且安全可靠的，能夠?qū)Σ蓤?chǎng)頂板起到有效支撐作用，明顯增加了單采場(chǎng)礦石資源的回收率，可以為類似礦山提供借鑒和參考，有利于提高鋁土礦地下開采回收率。