潘 謹(jǐn)，易志清

(錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司， 湖南 冷水江市 417502)

水壓支柱護(hù)頂在礦柱回采中的應(yīng)用

潘 謹(jǐn)，易志清

(錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司， 湖南 冷水江市 417502)

錫礦山銻礦童家院礦床中的緩傾斜薄礦體下盤穩(wěn)固，而上盤不穩(wěn)固。淺部中段曾采用桿柱房柱采礦法回采，采場(chǎng)中殘留了15%～35%的規(guī)則礦柱，過去采用混凝土柱替換法回采。為降低回采成本，近年來試驗(yàn)應(yīng)用了水壓支柱護(hù)頂回采礦柱的工藝。實(shí)踐結(jié)果表明，應(yīng)用水壓支柱護(hù)頂回采礦柱，安全可靠、準(zhǔn)備工程量少，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

水壓支柱；緩傾斜薄礦體；礦柱；回采工藝

錫礦山銻礦童家院礦床為錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司采選廠的主要開采對(duì)象，設(shè)計(jì)采礦生產(chǎn)能力為500 t/d，實(shí)際采礦生產(chǎn)能力已超過600 t/d。該礦床礦體呈緩傾斜似層狀，開采技術(shù)條件比較簡(jiǎn)單。礦井開拓方式為上盤豎井、斜井聯(lián)合開拓，中段高度為30 m。目前，一至三中段礦體已結(jié)束回采，四中段礦體的回采也接近掃尾，五、六中段為主要生產(chǎn)中段，七、八中段處于開拓生探階段。該礦采用的采礦方法有普通房柱法、桿柱房柱法、膠結(jié)充填法(亦稱人工壁柱房柱法)、桿柱砂漿充填法。一至三中段的中厚以上礦體主要采用普通房柱法回采，薄礦體則采用桿柱房柱法回采，四、五、六中段的中厚以上礦體主要采用膠結(jié)充填法回采，薄礦體則采用桿柱砂漿充填法回采。

童家院礦床經(jīng)過近60 a的大規(guī)模開采，地質(zhì)儲(chǔ)量日趨減少，隨著開采向深部延伸，礦體逐漸呈現(xiàn)尖滅趨勢(shì)，品位下降，中段產(chǎn)量已達(dá)不到設(shè)計(jì)水平。為了達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)要求，滿足企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)需要，延長(zhǎng)礦山生產(chǎn)服務(wù)年限，開展淺部結(jié)束中段殘留礦柱的回采，實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的綜合利用是十分必要的。

1 開采技術(shù)條件

童家院礦床礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造為一復(fù)式背斜，礦床產(chǎn)于背斜軸兩端傾伏部位，賦存于上泥盆統(tǒng)佘田橋組(D3S2)灰?guī)r段、砂巖段和中泥盆統(tǒng)棋梓橋組(D2q)灰?guī)r段的硅化灰?guī)r中，呈多層的似層狀、側(cè)羽狀產(chǎn)出。礦體沿走向長(zhǎng)1200 m，延深260 m，從上至下有三個(gè)主要含礦層。第一層礦體平均厚度為2～3 m，平均傾角15°，品位5.7%，礦體與下盤穩(wěn)固，上盤為厚層頁巖，不穩(wěn)固。第二層礦體平均厚度為8 m，平均傾角15°，品位4.5%，礦體與下盤穩(wěn)固，上盤為薄層頁巖及斷裂帶頁巖，中等穩(wěn)固至不穩(wěn)固。第三層礦體平均厚度為2～3 m，平均傾角10°，品位3.5%，礦體與下盤穩(wěn)固，上盤為薄層頁巖，不穩(wěn)固。

采用普通房柱法和桿柱房柱法回采的采場(chǎng)，為了控制地壓和保護(hù)采場(chǎng)巷道，留下了各種礦柱。這些礦柱包括頂柱、底柱、間(壁)柱、房?jī)?nèi)礦柱，其量約占采場(chǎng)礦量的15%～35%。近年來應(yīng)用水壓支柱護(hù)頂工藝所回采的礦柱系采用桿柱房柱法回采薄礦體留下的礦柱。桿柱房柱法礦塊構(gòu)成要素如圖1所示。礦體沿走向劃分為盤區(qū)，其長(zhǎng)度為80～100 m，盤區(qū)之間留3 m寬的礦壁。盤區(qū)中又劃分為礦房和礦柱，礦房寬度8～10 m，礦柱為不連續(xù)的矩形，其規(guī)格為3 m×4 m，間距為5 m。頂?shù)字穸雀鳛? m，礦房斜長(zhǎng)40～60 m。

圖1 桿柱房柱采礦法

一至三中段薄礦體采場(chǎng)留下的礦柱，當(dāng)時(shí)為了控制采空區(qū)地壓活動(dòng)，大部分已被尾礦充填體所掩埋，礦柱保存完好，采場(chǎng)頂板沒有出現(xiàn)大的沉降和冒落，部分采場(chǎng)的錨桿支護(hù)完好。但老采空區(qū)因?yàn)闀r(shí)間久遠(yuǎn)，巷道於塞，采區(qū)運(yùn)輸、通風(fēng)、充填等系統(tǒng)均遭受破壞。

2 礦柱回采工藝

(1) 回采工藝方案。曾于1995年開始組織專業(yè)技術(shù)人員對(duì)結(jié)束中段的采場(chǎng)地質(zhì)測(cè)量資料進(jìn)行整理，并進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，組成專門的礦柱回采隊(duì)回采礦柱。礦柱回采的主要方法是替換法，即在礦房中砌筑塊石混凝土或搗制鋼筋混凝土墩腳替換礦柱。采用混凝土柱替換法回采礦柱，安全上、技術(shù)上是切實(shí)可行的，但該法成本高、準(zhǔn)備工程量大，經(jīng)濟(jì)上不合算。為了達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)地回采礦柱的目的，針對(duì)薄礦體采場(chǎng)中的礦柱，采用水壓支柱護(hù)頂工藝回采，可顯著降低回采成本，減少準(zhǔn)備工程量。該工藝方案的程序是：回采礦壁和房?jī)?nèi)礦柱前，在原電耙硐室安裝電耙絞車，先把礦壁和房?jī)?nèi)礦柱兩側(cè)的充填料各耙空約3 m寬，礦房中軸線上留2～3 m寬的充填料不耙空(采場(chǎng)充填體已硬結(jié)，具有支撐能力)，直至貫通采場(chǎng)上端回風(fēng)巷，恢復(fù)采場(chǎng)通風(fēng)系統(tǒng)和充填系統(tǒng)，開辟礦柱回采自由面。在充填料耙運(yùn)過程中，處理空區(qū)松石，并用錨桿加固暴露的采場(chǎng)頂板?；夭蓽?zhǔn)備工作完成后，進(jìn)行回采作業(yè)?；夭蛇^程中，用錨桿加固新暴露的頂板，及時(shí)安裝水壓支柱。結(jié)束回采作業(yè)后，進(jìn)行大出礦，然后撤除水壓支柱，對(duì)空區(qū)進(jìn)行充填處理。

(2) 回采準(zhǔn)備工程。用房柱法回采的采場(chǎng)，所留的永久礦柱也會(huì)因地壓活動(dòng)使頂板變形，礦柱破壞，甚至產(chǎn)生大規(guī)模的頂板冒落而難以達(dá)到用永久礦柱支撐采空區(qū)的目的。因此，采選廠吸取了南礦過去因采空區(qū)大面積累積而發(fā)生劇烈地壓活動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，礦體回采后，及時(shí)充填處理了采空區(qū)。采空區(qū)充填造成了老采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)破壞，運(yùn)輸系統(tǒng)堵塞。若老采區(qū)頂板塌落嚴(yán)重，原有放礦溜井，通路與切巷亦遭受破壞，還需從適當(dāng)位置重掘溜井和通路以貫通采場(chǎng)。礦柱回采前，必須恢復(fù)運(yùn)輸、通風(fēng)、充填、供風(fēng)、供水、供電系統(tǒng)，恢復(fù)上下通路，耙出采場(chǎng)充填料。

(3) 回采作業(yè)。在一個(gè)盤區(qū)之內(nèi)，一般按前進(jìn)式進(jìn)行回采，采用淺孔爆破方式落礦，淺孔深度1.8～2.4 m，分層高度2～3.5 m。

(4) 采場(chǎng)頂板支護(hù)。采場(chǎng)回采至不穩(wěn)固頁巖時(shí)，采用水泥藥卷錨桿加固頂板。錨桿安裝與采礦同時(shí)進(jìn)行。錨桿長(zhǎng)2.0 m，安裝網(wǎng)度1.0 m×1.0 m，若頂板頁巖破碎，安裝網(wǎng)度還可適當(dāng)加密。爆破前距離工作面容許1 m不安裝錨桿，爆破后距離工作面允許3 m不安裝錨桿。

(5) 水壓支柱的安裝。水壓支柱高度設(shè)計(jì)選擇2～3.5 m，架設(shè)在礦柱的兩側(cè)，支柱排距2～3 m,間距1.5 m，每排3根。為了防止爆破沖擊水壓支柱，水壓支柱距爆破作業(yè)面應(yīng)保持5 m的距離。

(6) 采空區(qū)處理。采場(chǎng)回采完畢后，撤除水壓支柱，在采場(chǎng)下端砌筑密閉墻，從上部回風(fēng)巷連接管路向采空區(qū)輸送似膏體尾礦充填料，充填料配比為水泥∶粉煤灰∶尾礦=1∶4∶15(質(zhì)量比)，質(zhì)量濃度74%～76%，充填體強(qiáng)度0.5 MPa。

3 水壓支護(hù)護(hù)頂方法

3.1 水壓支柱的結(jié)構(gòu)與性能

水壓支柱由缸體、活塞、活塞桿、安全閥、單向閥、缸座、活塞桿座及增壓塊與加長(zhǎng)桿等零部件構(gòu)成。錫礦山采選廠使用的水壓支柱為SYZ12-20/90型外注式支柱，使用井下普通水，其額定工作阻力為200 kN，額定工作壓力為31.5 MPa，初支撐力為140 kN，缸體行程480 mm，缸體內(nèi)徑90 mm，支柱底座面積88 cm2，重量39 kg。支柱依靠一臺(tái)重30 kg的移動(dòng)式增壓水泵供給高壓水，依靠系列加長(zhǎng)桿實(shí)現(xiàn)從2.0 m到3.5 m高度采場(chǎng)頂板的支護(hù)。

3.2 水壓支柱的使用

水壓支柱適用于緩傾斜薄礦體礦柱回采過程中做為暫時(shí)支撐，采場(chǎng)采幅高以控制在2～2.5 m的范圍為宜，最高不能超過3.5 m。開采工作面底板應(yīng)穩(wěn)固，能承受壓力，如采場(chǎng)底板為松弱的充填體，底板應(yīng)采取加固措施后才能使用水壓支柱。水壓支柱安裝與回收過程中，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行水壓支柱安全操作規(guī)程，禁止違章作業(yè)。

4 安全技術(shù)措施

(1) 嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)開采順序施工，一個(gè)盤區(qū)按前進(jìn)式順序一個(gè)采場(chǎng)接著一個(gè)采場(chǎng)進(jìn)行回采，以免原生礦柱大面積回采而引發(fā)區(qū)域性地壓活動(dòng)。

(2) 實(shí)行“三強(qiáng)”開采措施，做到強(qiáng)采、強(qiáng)出、強(qiáng)充。整個(gè)采場(chǎng)出完礦后要及時(shí)撤除水壓支柱，快速充填，不能把水壓支柱做為永久支柱使用。

(3) 加強(qiáng)采場(chǎng)充填技術(shù)管理。采用似膏體尾礦充填料充填采空區(qū)，按設(shè)計(jì)配比配料，充填體強(qiáng)度不低于0.5 MPa。同時(shí)，要做到充填體充分接頂承壓。

(4) 加強(qiáng)采場(chǎng)頂板管理?；夭蛇^程中及時(shí)按設(shè)計(jì)安裝水泥卷錨桿和水壓支柱，防止鑿巖爆破和出礦過程中損壞水壓支柱。作業(yè)過程中,配備專門松石工檢查采場(chǎng)頂板和處理松石。

(5) 布設(shè)采空區(qū)區(qū)域地壓巖移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)區(qū)域地壓活動(dòng)情況，一旦發(fā)現(xiàn)采空區(qū)頂板出現(xiàn)嚴(yán)重下沉并冒落的痕跡，要立即停止回采作業(yè)，對(duì)采場(chǎng)頂板采取加固措施，以保證安全生產(chǎn)。

5 結(jié) 論

(1) 應(yīng)用水壓支柱護(hù)頂工藝回采采空區(qū)礦柱，比混凝土柱替換法回采礦柱具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，它可以使回采的采場(chǎng)充填料不必全部耙出，省略砌筑混凝土柱的環(huán)節(jié)，準(zhǔn)備工程量少，成本低，安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，具有良好的安全性和經(jīng)濟(jì)效益。

(2) 水壓支柱適宜于緩傾斜薄礦體礦柱回采過程中做為暫時(shí)支撐，采場(chǎng)采幅高以控制在2.0～2.5 m的范圍為宜，最高不能超過3.5 m。對(duì)于中厚以上礦體的礦柱回采不適用。

(3) 對(duì)于采用全面采礦法和房柱采礦法回采的緩傾斜薄礦體采場(chǎng)所殘留的規(guī)則礦柱，采用水壓支柱替換法回采，安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理，具有類似條件的礦山可借鑒推廣應(yīng)用。

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2013-11-11)

潘謹(jǐn)(1977-)，男，漢族，湖南冷水江人，采礦工程師，主要從事采礦技術(shù)設(shè)計(jì)與管理工作，Email：xlmxxysd@163.com。