董凱程,吳春平,馮盼學(xué)

(北京礦冶研究總院,北京 100070)

井下殘留礦柱的開采技術(shù)條件極為復(fù)雜，是當(dāng)今采礦技術(shù)的一大難題[1-3]。目前，許多礦山在回收殘礦資源時，常常因為遇到技術(shù)或經(jīng)濟(jì)上的困難，而達(dá)不到預(yù)期的效果。國內(nèi)外礦山針對充填體下水平礦柱開采開展了一系列研究工作，在實際生產(chǎn)中取得了一定的效果。鳳凰山銅礦、金川二礦區(qū)采用多種手段從對水平礦柱穩(wěn)定性進(jìn)行分析、監(jiān)測入手，研究合理的采礦方法回采水平礦柱[4-6]。國外金屬礦山應(yīng)用房柱法回采比較多，在礦柱回采方面，前蘇聯(lián)、加拿大、美國、墨西哥、日本等國采礦科技工作者開展了很多有益的工作，也取得了許多寶貴經(jīng)驗。加拿大哈德孫灣礦冶公司的羅德礦采用高應(yīng)力錨索支撐的圓木假頂護(hù)頂，回收頂柱，且作業(yè)環(huán)境十分安全[7]；因此，開展充填體下水平礦柱開采技術(shù)研究，解決水平礦柱開采過程中的關(guān)鍵技術(shù)問題，對于充分回收有用資源、保證經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展以及提高礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)、社會效益均具有十分重要的意義。

1 工程概況

某銅礦1#礦體水平礦柱頂板標(biāo)高為-384m，底板標(biāo)高為-392m，現(xiàn)未進(jìn)行開采。水平礦柱回采范圍從9#P至12#R，礦量約64萬t，礦石平均體重3.47t/m3，礦石含銅平均品位1.148%，含鐵平均品位41.127%。水平礦柱-384m以上礦體已開采完畢并進(jìn)行充填，礦柱直接頂板為膠結(jié)充填體，灰砂比為1∶4，厚度6～10m不等，部分為上部采場遺留塹溝底部結(jié)構(gòu)。-392m以下采場采用自下而上的回采順序，現(xiàn)礦房已回采到-392m并進(jìn)行尾砂膠結(jié)充填。礦柱回采工作正在進(jìn)行，其中9#P采場已上采到-396m水平，4#P至12#P已上采到-392m。

2 開采順序研究

采場穩(wěn)定與礦山整體穩(wěn)定性是密切相關(guān)的，開采順序是保障水平礦柱及礦山穩(wěn)定的關(guān)鍵因素[8-9]。水平礦柱上部礦體已開采完畢并已進(jìn)行充填，下部一步驟采場已上采至水平礦柱底板。由于水平礦柱下部一步驟采場充填難以保證充分接頂，且充填體力學(xué)性質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于礦體，因此隨著下部礦體的上采，水平礦柱應(yīng)力集中現(xiàn)象愈加明顯[10]，開采過程中水平礦柱應(yīng)力集中帶來的安全問題需要高度重視。因此水平礦柱開采過要與礦柱采取協(xié)同開采的方式，避免開采過程中由于應(yīng)力集中帶來的安全隱患。

9#P到4#R水平礦柱由兩翼向中間后退式開采，礦柱采用自下而上、自兩翼向中間后退式開采的方式。先回采礦房采場上部水平礦柱，空區(qū)采用尾砂膠結(jié)充填；其次回采水平礦柱以下礦柱采場，空區(qū)采用廢石或尾砂非膠結(jié)充填；最后回采礦柱采場上部水平礦柱，也可以采取深孔—中深孔聯(lián)合采礦方式同時回采礦柱與水平礦柱。6#P到12#R礦房礦柱均已上采至水平礦柱底板，水平礦柱采取由6#P向12#R依次順序開采的方式，采空區(qū)均采用尾砂膠結(jié)充填。采用該回采順序水平礦柱與后續(xù)回采礦柱在空間上始終保持形成一個原巖實體框架結(jié)構(gòu)，不留孤立水平礦柱單獨(dú)回采，有效解決水平礦柱下部充填體未充分接頂帶來的應(yīng)力集中問題，有利于水平礦柱及礦區(qū)的整體穩(wěn)定性。

3 采礦方法研究

3.1 上向中深孔空場嗣后充填采礦法

采場垂直礦體走向布置，寬度為15m，厚度為12m，長度為礦體厚度。采場中間布置一條鑿巖巷道，位于-392m標(biāo)高。相鄰采場布置出礦聯(lián)絡(luò)道，在出礦聯(lián)絡(luò)道內(nèi)布置出礦進(jìn)路至回采采場。切割槽位于采場端部(或中部)，在鑿巖巷道內(nèi)利用YGZ90鉆機(jī)打上向扇形中深孔，孔徑Φ60m，孔底距1.8m，排距1.4m。新鮮風(fēng)流由下盤運(yùn)輸巷進(jìn)入鑿巖巷道，洗刷工作面后，污風(fēng)經(jīng)上盤回風(fēng)巷排至回風(fēng)井。礦石采用鏟運(yùn)機(jī)由出礦進(jìn)路、出礦聯(lián)絡(luò)道運(yùn)至礦石溜井，爆破全部結(jié)束后利用遙控鏟運(yùn)機(jī)回收采場內(nèi)殘留礦石。采空區(qū)采用全尾砂膠結(jié)充填，灰砂比為1∶4。(圖1)

圖1 上向中深孔空場嗣后充填采礦法

3.2 下向深孔空場嗣后充填采礦法

采場垂直礦體走向布置，寬度為15m，厚度為8m，長度為礦體厚度。相鄰采場內(nèi)布置單側(cè)出礦聯(lián)絡(luò)道，出礦聯(lián)絡(luò)道內(nèi)施工出礦進(jìn)路至采場。在水平礦柱上部充填體(或塹溝礦柱)內(nèi)打鑿巖巷道，切割槽位于采場端部(或中部)，在鑿巖巷道內(nèi)打下向扇形深孔，孔徑Φ100m，孔底距2.2m，排距2.0m。通風(fēng)及出礦方式與上向中深孔空場嗣后充填采礦方法相同(圖2)。

圖2 下向深孔空場嗣后充填采礦法

3.3 上向進(jìn)路充填采礦法

采場寬度為5m，分層高度為4m。回采時先回采中間進(jìn)路，然后再回采兩邊進(jìn)路。采場兩端各施工一條脈外混合井，高度約12m。井底標(biāo)高-396m，井口標(biāo)高-384m。混合井從-384m安裝人梯向下到達(dá)各個分層，回采時混合井上部作行人通風(fēng)用，下部做溜礦用。作業(yè)人員從混合井進(jìn)入到第一分層作業(yè)，采用手持式淺孔鑿巖機(jī)打孔，孔徑Φ36mm。爆破礦石通過電耙耙至混合井溜至-396m，由汽車運(yùn)至脈外溜井。第一分層采完后進(jìn)行膠結(jié)充填，充填體灰砂比為1∶4。首采分層從礦體上盤向下盤傾斜，坡度為5%左右。第二分層回采結(jié)束采用尾砂膠結(jié)充填，灰砂比為1∶4，充填體要與頂板充分接頂。采場通風(fēng)主要借助壓抽結(jié)合的局部通風(fēng)方式，爆破過后進(jìn)入作業(yè)面前要對炮煙濃度進(jìn)行檢測，防止炮煙中毒事故發(fā)生(圖3)。

4 采礦方法選擇

研究制定的三種采礦方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，上向中深孔控場嗣后充填采礦法和下向深孔空場嗣后充填采礦法均是利用鑿巖巷道打中深孔或者深孔落礦，鏟運(yùn)機(jī)出礦采礦效率很高。缺點(diǎn)是：充填體表面強(qiáng)度相對較低鏟運(yùn)機(jī)行走困難；采場尺寸較大頂板相對較難控制，頂板充填體易垮落造成貧化。采用上向進(jìn)路充填法開采，采場端部施工混合井作為作業(yè)人員進(jìn)入采場的通道以及溜礦井，采切工程量小，作業(yè)靈活。采場進(jìn)路尺寸較小，不會發(fā)生較大的地壓活動。采用淺孔落礦，能夠很好的控制采場邊界，貧損率低。缺點(diǎn)是：難以應(yīng)用大規(guī)模機(jī)械設(shè)備，采礦效率較低。

圖3 上向進(jìn)路充填采礦法

綜合對比分析三種采礦方法的優(yōu)缺點(diǎn)，建議水平礦柱采用上向進(jìn)路充填法回采?；夭蛇^程中要合理控制采場尺寸，必要時對頂板和邊幫進(jìn)行支護(hù)。采場爆破后要加強(qiáng)通風(fēng)，防止炮煙中毒事故的發(fā)生。

5 結(jié)論與建議

通過對國內(nèi)外水平礦柱開采技術(shù)研究現(xiàn)狀調(diào)研，對水平礦柱回采順序、采礦方法進(jìn)行研究，得出的結(jié)論與建議如下：

1)水平礦柱在回采順序上與下部礦柱協(xié)同開采，水平礦柱由兩翼向中間后退式開采，礦柱采用自下而上、自兩翼向中間后退式開采的方式。

2)綜合比較三種采礦方法優(yōu)缺點(diǎn)，建議水平礦柱采用上向進(jìn)路充填采礦法回采。

3)水平礦柱開采要加強(qiáng)穩(wěn)定性分析及地壓災(zāi)害監(jiān)測，掌握水平礦柱地壓活動規(guī)律，保障回采安全。

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