高鵬舉，周 禮

(1. 西部礦業(yè)集團(tuán)有限公司, 西寧 810000；2. 長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司, 長(zhǎng)沙 410012)

為進(jìn)行地壓控制和頂板管理，空?qǐng)龇ɑ夭蓵r(shí)將留設(shè)大量礦柱[1-3]。礦柱回收是采用空?qǐng)龇ɑ夭傻牡V山在整個(gè)回采周期內(nèi)面臨的重大技術(shù)問(wèn)題及難題之一，國(guó)內(nèi)外礦山工程技術(shù)人員在礦柱回收方面開(kāi)展了大量的基礎(chǔ)研究及工程實(shí)踐。龐奇志[4]礦柱回收過(guò)程充填體與圍巖穩(wěn)定性及安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控進(jìn)行了研究， 采用數(shù)值模擬對(duì)礦柱體在動(dòng)力擾動(dòng)下的響應(yīng)特征及應(yīng)力場(chǎng)變化規(guī)律進(jìn)行了分析；張飛等[5]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)試驗(yàn)研究，對(duì)礦柱回收時(shí)的空區(qū)圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行模擬分析，對(duì)空區(qū)圍巖可能冒落的范圍進(jìn)行預(yù)測(cè)；趙迎貴等[6]運(yùn)用數(shù)值模擬軟件反演分析了礦柱回收作業(yè)流程，運(yùn)用得到的應(yīng)力、應(yīng)變和塑性區(qū)指標(biāo)對(duì)空區(qū)的穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)估；董憲久等[7]介紹了充填采礦法在盤龍鉛鋅礦礦柱回收中的應(yīng)用實(shí)踐；柯波等[8]將無(wú)底柱分段崩落法運(yùn)用到礦柱回收中，并取得了不錯(cuò)的工程效果；歐志成等[9]介紹了分層崩落法在呷村礦4160中段的運(yùn)用情況。

呷村銀多金屬礦位于四川省甘孜州境內(nèi)，建礦以來(lái)地采部分一直采用淺孔留礦法回采，近年來(lái)經(jīng)采礦方法優(yōu)化已逐步采用充填法回采，但4 100 m中段以上殘留了大量空?qǐng)龇ɑ夭闪粼O(shè)的“三柱”(間柱、頂柱、底柱)，該部分礦柱礦量可觀，品位較高，具有很好的回收價(jià)值。為此該礦聯(lián)合長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司開(kāi)展了“三柱”回收方面的研究，本文詳細(xì)介紹了4 100 m中段1線至4線Pz3礦體的“三柱”回收方案。

1 礦柱開(kāi)采技術(shù)條件

1.1 礦柱賦存現(xiàn)狀

呷村銀多金屬礦4 100 m中段1線至4線Pz3礦體采用淺孔留礦法進(jìn)行回采，自南向北依次劃分為4208、4207、4206三個(gè)采場(chǎng)。采場(chǎng)沿礦體走向布置，中段高度60 m，采場(chǎng)沿走向長(zhǎng)50 m，寬為礦體厚度。采場(chǎng)間留設(shè)8～10 m間柱，上部留設(shè)6 m左右頂柱，采場(chǎng)下部采用電耙出礦漏斗底部結(jié)構(gòu)，電耙道在中段運(yùn)輸水平抬高6 m，漏斗底部結(jié)構(gòu)高6 m，合計(jì)12 m。目前，4208、4207、4206三個(gè)采場(chǎng)均已回采結(jié)束，空區(qū)敞空，已具備三柱回收條件。各采場(chǎng)三柱現(xiàn)狀如下：

4208采場(chǎng)：采場(chǎng)底柱、0線間柱和頂柱均完好。

4207采場(chǎng)：采場(chǎng)底柱、2線間柱完好，采場(chǎng)頂柱透至上部4 160 m中段的3207采場(chǎng)并一直透至地表。

4206采場(chǎng)：采場(chǎng)底柱、4線間柱和頂柱均完好。

1.2 礦柱礦量

經(jīng)圈定計(jì)算，4 100 m中段4206、4207、4208采場(chǎng)間柱、頂柱礦量及品位見(jiàn)表1。該范圍內(nèi)間柱及頂柱礦量合計(jì)14.08萬(wàn)t，平均品位Cu0.04%，Pb2.94%，Zn4.44%，Ag19.98 g/t。

表1 礦柱礦量及品位Table 1 Ore quantity and grade of pillars

2 礦柱回收方案初選

上述間柱兩側(cè)空區(qū)均敞空，可選擇的三柱回收方案有中深孔直接崩落法和上向水平分層充填法。

2.1 中深孔直接崩落法

中深孔直接崩落法是在脈外布置一條人行天井，作為人員、設(shè)備進(jìn)出和通風(fēng)的通道，在下盤施工分段鑿巖巷和鑿巖硐室，然后施工上向扇形中深孔和水平中深孔，以兩側(cè)空區(qū)為自由面崩落間柱和頂柱，其典型方案見(jiàn)圖1。

1)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

在間柱的下盤脈外設(shè)分段鑿巖巷，分段高度10～15 m；頂柱內(nèi)設(shè)鑿巖硐室，鑿巖硐室高度3 m。

2)采準(zhǔn)工程布置

在間柱下盤脈外布置人行通風(fēng)井連通上、下中段巷道，斷面尺寸為Φ1.8 m，也可利用現(xiàn)有的下盤脈外人行井；在間柱的下盤脈外布置分段鑿巖巷，鑿巖巷尺寸為2.6 m×2.6 m；在間柱內(nèi)的底部施工漏斗、出礦巷、溜礦口，間柱兩側(cè)空區(qū)的出礦底部結(jié)構(gòu)利用原有的底部結(jié)構(gòu)。

3)鑿巖爆破

間柱的回采在分段鑿巖巷內(nèi)采用YGZ90施工上向扇形中深孔，炮孔直徑為60 mm或65 mm。鑿巖設(shè)備YGZ90采用吊葫蘆或其他機(jī)械吊裝至各分段鑿巖巷內(nèi)。間柱先于頂柱微差一次爆破，其組合形式有兩種，一是中間向兩側(cè)推進(jìn)時(shí)的前期的一個(gè)間柱+兩側(cè)頂柱，后期的一個(gè)間柱+未采一側(cè)的頂柱；二是由一側(cè)向另一側(cè)推進(jìn)時(shí)的一個(gè)間柱+一個(gè)頂柱。

4)通風(fēng)

新鮮風(fēng)流自人行井、采空區(qū)進(jìn)入作業(yè)面，污風(fēng)經(jīng)人行井上部排至上中段回風(fēng)巷道。

5)地壓管理

作業(yè)面周邊圍巖不穩(wěn)時(shí)需要進(jìn)行支護(hù)；大爆破前，需要保障出礦的底部結(jié)構(gòu)上部覆蓋不低于5 m的覆蓋層，同時(shí)在周邊設(shè)置防空氣沖擊波的阻波墻等。

6)出礦

崩落后，在中段內(nèi)的底部采用鏟運(yùn)機(jī)或電耙進(jìn)行出礦。要求底部結(jié)構(gòu)的各出礦口做好出礦管理，各出礦口均勻放礦，確保礦石面平整下降，降低礦石貧化與損失。

7)空區(qū)處理

間柱直接崩落后，周邊巖體一般會(huì)出現(xiàn)冒落，空區(qū)被崩落圍巖處理。當(dāng)間柱回收后周邊圍巖不會(huì)出現(xiàn)垮冒的時(shí)候，需要在間柱回收時(shí)再用誘導(dǎo)崩落的方式崩落周邊圍巖，使其垮落充滿采空區(qū)。

8)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

中深孔直接崩落法主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表2。

2.2 上向水平分層充填法

采用該方法回采三柱首先需采用較高強(qiáng)度的膠結(jié)充填體將兩側(cè)空區(qū)充填并接頂，然后采用上向水平分層充填法回收三柱。上向水平分層充填采礦法是將礦柱劃分為分層，采用上行式逐層回采、充填，在兩幫充填體支撐的頂板下作業(yè)，以充填體作為工作底板。其典型方案見(jiàn)圖2。

表2 中深孔直接崩落法主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)Table 2 Main econo-technical indicators of mid-deep hole caving method

圖1 中深孔直接崩落法典型方案圖Fig.1 Typical scheme diagram of mid-deep hole caving method1-中段運(yùn)輸巷；2-穿脈巷；3-人行井；4-分段鑿巖巷；5-廢巖；6-炮孔

1)結(jié)構(gòu)參數(shù)

間柱寬度一般為8～10 m，空?qǐng)龀涮詈髢蓚?cè)均為充填體，可布置一個(gè)上向水平分層采場(chǎng)，采場(chǎng)分層高度3～4 m，每次充填后留1.5 m的作業(yè)空間，作為上分層采礦的作業(yè)面和落礦空間。

2)工程布置

利用現(xiàn)有的開(kāi)拓采準(zhǔn)工程，需新增加的工程有脈內(nèi)順路人行井和順路溜井，也可將溜井、人行井布置在礦體圍巖中。當(dāng)原人行井無(wú)法使用時(shí)，需要新增人行回風(fēng)井。

3)鑿巖爆破

鑿巖采用YT-28氣腿子鑿巖機(jī)40 mm“一”字型鉆頭，鑿水平孔，孔深2.1～2.3 m，孔距1.0～1.2 m。鑿巖結(jié)束后，清潔炮孔，采用人工裝藥，導(dǎo)爆管雷管引爆炸藥。

4)通風(fēng)

新鮮風(fēng)流經(jīng)順路人行井進(jìn)入采場(chǎng)，清洗工作面后，污風(fēng)由原采場(chǎng)的人行井排至上中段回風(fēng)巷。

5)頂板管理

落礦后，對(duì)于爆破作業(yè)面區(qū)域頂板和兩幫不平整部分以及倒掛部分采用撬頂?shù)劝踩胧?。由于礦巖穩(wěn)固性較好，采場(chǎng)一般不需支護(hù)，但在礦巖破碎時(shí)，可對(duì)采場(chǎng)中不平整區(qū)域采用噴漿支護(hù)，確認(rèn)安全后方可進(jìn)行下一步驟作業(yè)。

6)出礦

采用人工或電耙將礦石運(yùn)搬至采場(chǎng)溜井。分層回采結(jié)束后，清理采場(chǎng)遺留礦石，降低礦石損失。

7)充填

間柱回采前需要對(duì)兩側(cè)的采空區(qū)進(jìn)行膠結(jié)充填，要求充填體28 d抗壓強(qiáng)度不低于1 MPa。分層采場(chǎng)回采出礦完成后，進(jìn)行充填前的準(zhǔn)備工作，包括采場(chǎng)清理、砌筑充填擋墻、鋪設(shè)充填管道等，準(zhǔn)備工作完成后，連接充填管路進(jìn)行充填。充填時(shí)，分層內(nèi)下部的2.5 m可采用分級(jí)尾砂非膠結(jié)充填或低配比的全尾砂膠結(jié)充填，但上部的0.5 m需要充填3 d強(qiáng)度不低于0.5 MPa的膠結(jié)充填體。

8)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

上向水平分層充填采礦法主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表3。

3 礦柱回收方案優(yōu)選

3.1 技術(shù)比較

1)作業(yè)安全性。中深孔直接崩落法人員在巷道中作業(yè)，安全性好；而上向水平分層充填采礦法人員需暴露在采場(chǎng)頂板下作業(yè)，作業(yè)安全性較中深孔直接崩落法要差。

表3 上向水平分層充填采礦法主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)Table 3 Main econo-technical indicators of flat-back cut and fill method

2)采場(chǎng)回采周期和生產(chǎn)能力。中深孔直接崩落法以兩側(cè)空區(qū)為自由面崩礦，不需處理兩側(cè)空區(qū)，采場(chǎng)生產(chǎn)能力大，回采周期短，崩落回采的時(shí)間預(yù)計(jì)需要3～4個(gè)月；而上向水平分層充填采礦法需首先對(duì)兩側(cè)空區(qū)進(jìn)行膠結(jié)充填和養(yǎng)護(hù)，然后才能進(jìn)行回采，回采周期較長(zhǎng)，其充填養(yǎng)護(hù)周期預(yù)計(jì)需要5～6個(gè)月，回采周期預(yù)計(jì)需要4～5個(gè)月，整體周期預(yù)計(jì)需要9～11個(gè)月，同時(shí)回采時(shí)采充交替作業(yè)，工序復(fù)雜，回采時(shí)間長(zhǎng)，采場(chǎng)生產(chǎn)能力相對(duì)較小。由于目前4207采場(chǎng)正在作為地表礦石的放礦通道，暫時(shí)還不具備充填條件，因此采用充填法回收4206、4207、4208采場(chǎng)的三柱需要待4207采場(chǎng)不作為地表出礦通道后才能進(jìn)行。

3)貧化損失率。中深孔直接崩落法由于在空?qǐng)鰲l件下直接崩落礦柱，因此礦石損失貧化均較大，礦石損失率達(dá)35%，貧化率25%。上向水平分層充填采礦法礦石綜合損失率為30%，貧化率15%。

4)回采成本。中深孔直接崩落法不需要充填空區(qū)，因此回采成本相對(duì)較低，為127.8元/t；上向水平分層充填采礦法在回采礦柱之間首先得充填兩側(cè)空區(qū)，回采過(guò)程中也得隨采隨充，因此回采成本較高，為195.5元/t。

由此可以看出，中深孔直接崩落法和上向水平分層充填采礦法在技術(shù)上各有優(yōu)勢(shì)，為選擇最優(yōu)方案，需進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益比較。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益比較

1)采空區(qū)充填費(fèi)用

采用中深孔崩落法直接回收4206、4207、4208采場(chǎng)的間柱、頂柱，不需要消耗原采空區(qū)充填費(fèi)用；采用上向水平分層充填采礦法回收4206、4207、4208采場(chǎng)的間柱、頂柱，需要將4207采場(chǎng)礦石出空后，采用28 d強(qiáng)度不低于1 MPa的膠結(jié)充填料對(duì)4206、4207、4208進(jìn)行充填，其充填成本為186.43元/m3，三個(gè)采場(chǎng)的的采空區(qū)充填費(fèi)用見(jiàn)表4。

表4 采空區(qū)充填費(fèi)用Table 4 Cost of cavity backfilling

2)三柱回收經(jīng)濟(jì)效益

中深孔直接崩落法和上向水平分層充填采礦法綜合經(jīng)濟(jì)效益比較見(jiàn)表5。用中深孔直接崩落法可獲得銷售收入6 224.0萬(wàn)元，凈利潤(rùn)684.8萬(wàn)元，折合噸礦凈利潤(rùn)56.1元；采用充填后上向水平分層充填采礦法可獲得銷售收入6 702.7萬(wàn)元，凈利潤(rùn)581.1萬(wàn)元，折合噸礦凈利潤(rùn)50.1元。采用中深孔直接崩落法較充填后上向水平分層充填采礦法要多獲得凈利潤(rùn)103.7萬(wàn)元。

表5 經(jīng)濟(jì)效益比較Table 5 Comparison of economic benefits

3.3 礦柱回收方案推薦

綜上所述，技術(shù)方面，中深孔直接崩落法在回采作業(yè)安全、回采周期、采場(chǎng)生產(chǎn)能力及采礦成本等方面優(yōu)于上向水平分層法，但其在控制礦石貧化、提高出礦品位方面比上向水平分層法要差，二者各有優(yōu)勢(shì)，但經(jīng)濟(jì)效益方面中深孔直接崩落法要優(yōu)于上向分層充填法，故推薦采用中深孔直接崩落法回收4206、4207、4208采場(chǎng)的間柱、頂柱。

4 結(jié)論

1)呷村銀多金屬礦4 100 m中段4206、4207、4208采場(chǎng)礦柱礦量合計(jì)14.08萬(wàn)t，平均品位Cu0.04%，Pb2.94%，Zn4.44%，Ag19.98 g/t，礦量大，品位高，具備較大回收價(jià)值。

2)經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，推薦采用中深孔直接崩落法回收4206、4207、4208采場(chǎng)礦柱。該法在礦柱下盤施工分段鑿巖巷和鑿巖硐室，然后施工上向扇形中深孔和水平中深孔，以兩側(cè)空區(qū)為自由面崩落礦柱。

3)中深孔直接崩落法采場(chǎng)生產(chǎn)能力250 t/d，礦石損失率35%，貧化率25%，噸礦回采成本為128.7元/t?；厥赵摬糠值V柱可獲得銷售收入6 224.0萬(wàn)元，凈利潤(rùn)684.8萬(wàn)元，折合噸礦凈利潤(rùn)56.1元。