金屬礦山礦柱回采技術(shù)及安全措施

蔣建忠

（福建省建陽(yáng)市金石礦業(yè)有限公司）

金屬礦山礦柱回采技術(shù)及安全措施

蔣建忠

（福建省建陽(yáng)市金石礦業(yè)有限公司）

金屬礦柱回采作為地下空?qǐng)霾傻V法的一個(gè)重要的舉措，對(duì)提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益有著顯著的作用，同時(shí)也會(huì)對(duì)礦山的生產(chǎn)安全和當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。在實(shí)際情況中，金屬礦山礦柱回采存在著許多技術(shù)安全上的一系列的問題，本文針對(duì)金屬礦山礦柱回采的方式和方法做了一番詳細(xì)的論述，并提出了一些保障回采中安全的具體舉措。

礦柱回采；安全措施；礦柱類型

合理地開發(fā)礦產(chǎn)資源，避免對(duì)壞境造成惡劣的影響，同時(shí)最大程度上利用資源是我們?cè)诮饘俚V山礦柱回采中應(yīng)著重注意的問題。在過去開采中注重富地采礦和采用空?qǐng)龇?，殘留下了些許礦柱和貧礦。因而，為了將國(guó)家資源得到充分有效的利用，合理地進(jìn)行回采礦柱是必要的。

1　礦柱的種類

1.1從采礦的方法上可以分為空?qǐng)龇?、崩落法和填充?/p>

全面分析空?qǐng)龇?、崩落法和填充法，空?qǐng)龇ㄋ粝碌牡V柱是較多的，礦房中的圓形或是方形礦柱、礦房的間柱和頂房柱在多數(shù)情況下是全面法和房柱法留下的礦柱類型。其礦柱的直徑分為兩種，視形狀不一而不同，圓形一般為3～5m，而方形則為3～ 6m，頂?shù)字烷g柱的尺寸相同，為5～10m。

在采礦中較多的會(huì)使用分段或是空?qǐng)龇?，通常大約占了采場(chǎng)礦量的45%，尤其是我國(guó)的銅官山銅礦、圖林斯克銅礦所占的比重較大。

1.2根據(jù)礦柱所賦存的條件進(jìn)行分類

部分礦山在采礦過后，往往忽視對(duì)采空區(qū)的處理，使得礦柱長(zhǎng)期顯露在空氣當(dāng)中，就拿獅子山銅礦來(lái)說，此礦山有部分礦段因?yàn)槟承┰?，而造成了一個(gè)長(zhǎng)大約300m、高為230m、總體來(lái)看其容積有230多萬(wàn)立方米的超大采空區(qū)，從而留下了一條長(zhǎng)約50m，寬25～28m，高在150多米的礦柱。R42與R43采場(chǎng)兩者之間的礦柱為柳州華錫集團(tuán)銅坑礦，這個(gè)礦柱南北面分別為R43和R42采場(chǎng)的空區(qū)，并且兩個(gè)采場(chǎng)空區(qū)暴露面積是相同的，為1500m2[1]。礦柱的長(zhǎng)為100m，寬大致為10～12m，可供采取的礦量為12.5萬(wàn)t左右，且礦柱的高度在38～40m之間。

2　選擇的回采方法

根據(jù)各個(gè)礦山的礦體環(huán)境條件、礦巖的穩(wěn)定性、地形地貌等不同，金屬礦山礦柱的回采選擇的方法也是有所區(qū)別的?？偟膩?lái)說，回采的方法有削柱法、替換法、房柱法、抽柱法、分段法和階段分場(chǎng)法。

2.1回采中使用的淺孔落礦和深孔爆破

在頂、底板上都比較穩(wěn)定的礦山，一般對(duì)其間柱、頂和底采用淺孔落礦進(jìn)行回采，是選擇在礦房放礦前進(jìn)行回采還是在放礦后回采是需要視具體情況而定的。放礦前進(jìn)行回采，那要注意將礦與礦房的礦石放置在一起；放礦以后，則可以將崩落的礦柱放到采空區(qū)里，然后用電靶出礦。在回采時(shí)，有較為寬敞的采空區(qū)，頂?shù)兹菀灼茡p從而對(duì)礦柱造成破壞，那便可以選用深孔爆破來(lái)回采礦柱。

2.2上向水平填充法

對(duì)于礦石品位較高以及地表不能允許陷落的礦山，則可以選用上向水平填充法?；夭蓵r(shí)的方法步驟與平常的填充法大致是相同的，礦房一次膠結(jié)充填，為了方便在后期的底柱進(jìn)行回采，需要在回采間柱的最先的2、3分層用膠結(jié)充填，這一點(diǎn)在運(yùn)用上向水平充填法時(shí)，是需要著重注意的。

2.3崩落法

崩落法主要用于礦石的品位較低、且地表允許陷落的礦體，在鎢錫鉛鋅礦床中運(yùn)用的比較多，其間柱為垂直扇形孔[2]。礦柱的爆破的時(shí)候，頂板會(huì)崩落，礦石則利用原礦房底部的結(jié)構(gòu)在被覆蓋的巖石下得以放出。

3　回采中的具體安全措施

3.1檢測(cè)地壓

在礦柱回采中，會(huì)在某種程度上引發(fā)次生應(yīng)力場(chǎng)，應(yīng)力得以重新分配，上部覆蓋的巖石的應(yīng)力會(huì)逐漸向四周的巖體轉(zhuǎn)移，使得應(yīng)力在此過程中慢慢疊加，當(dāng)所疊加的應(yīng)力在某個(gè)時(shí)候超過了礦巖所能承受的最大限度時(shí)，那會(huì)讓巖石失去應(yīng)有的穩(wěn)定，導(dǎo)致巖石坍塌，從而增加事故發(fā)生的頻率。如此，在第一時(shí)間內(nèi)掌握次生應(yīng)力的具體變化的狀況，為分析巖石的結(jié)構(gòu)提供有力的數(shù)據(jù)，方便采取處理的措施，同時(shí)保障采礦中的安全，對(duì)地壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)是十分重要的。位移監(jiān)測(cè)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)和聲發(fā)射檢測(cè)是地壓監(jiān)測(cè)最重要的三個(gè)方面。

3.1.1位移監(jiān)測(cè)

巖石在一些外力的作用容易將其彈性和塑性改變，物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)互相間的作用力是彈性性能的主要表現(xiàn)，在應(yīng)力發(fā)生改變的同時(shí)物體也產(chǎn)生了變化，為了與此變化相適應(yīng)，物體巖石之間也就會(huì)重新建立一種平衡，而在負(fù)荷消失后，質(zhì)點(diǎn)突然產(chǎn)生位移，會(huì)強(qiáng)制回到先前沒有應(yīng)力時(shí)的位置上去。

質(zhì)點(diǎn)在空間格子中受到剪應(yīng)力而發(fā)生位移導(dǎo)致了塑性的形成，晶體的格子在受到剪應(yīng)力的作用后會(huì)發(fā)生形狀上的改變，當(dāng)剪應(yīng)力超過一定的數(shù)值之后，會(huì)發(fā)生兩種結(jié)果：①質(zhì)點(diǎn)位置改變；②發(fā)生相似的晶體形變。雖說質(zhì)點(diǎn)發(fā)生了位移，但質(zhì)點(diǎn)所擁有的作用力是不變的，從而晶格沒有損害，塑性變形便得以保存下來(lái)。

巖體骨格的巖塊變形和結(jié)構(gòu)變形是巖體變形的兩種形式，一般情況下巖塊變形是主要以彈性變形為主的，在總變形量中所占的比例是比較小的，相對(duì)來(lái)說結(jié)構(gòu)面的變形所占比例較大，是粘塑性變形的重要部分。

收斂計(jì)和位移計(jì)是現(xiàn)在用于位移監(jiān)測(cè)的最主要的工具，在監(jiān)測(cè)地壓中發(fā)揮著重大的作用[3]。

3.1.2應(yīng)力監(jiān)測(cè)

應(yīng)力監(jiān)測(cè)主要是對(duì)地下工程內(nèi)部、支襯結(jié)構(gòu)間接觸應(yīng)力和內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)。一般情況下主要使用應(yīng)力計(jì)和壓力計(jì)。這兩種應(yīng)力監(jiān)測(cè)工具的種類是多樣的，有壓電式、電容式等，機(jī)械式壓力計(jì)在實(shí)際的工作中使用次數(shù)較多，為人們所常用。在地下工作，使用壓力盒時(shí)常常會(huì)遇到掩埋和鋪設(shè)的困難，從而在一定程度上影響了壓力盒的準(zhǔn)確度和精準(zhǔn)，不利于回采地正常進(jìn)行。也正是由于此類現(xiàn)象的出現(xiàn)，目前對(duì)壓力計(jì)進(jìn)行了進(jìn)一步的開發(fā)和研究，提高了壓力計(jì)的精準(zhǔn)度和靈活性。

3.1.3聲發(fā)射檢測(cè)

在外力的作用下，固體材料的內(nèi)部的缺陷會(huì)在發(fā)生應(yīng)力時(shí)集中起來(lái)，從而使破裂形成，在此時(shí)疊加的應(yīng)變力也會(huì)在一瞬間釋放。隨著應(yīng)變能力的釋放，這個(gè)過程中會(huì)產(chǎn)生中新的應(yīng)力波，這便是聲發(fā)射。很多巖體的質(zhì)地都是不均勻的，會(huì)有不同程度上的缺點(diǎn)，因此在當(dāng)它們受到損害是會(huì)發(fā)生聲發(fā)射。應(yīng)力級(jí)和巖石的聲發(fā)射有著正相關(guān)性，當(dāng)巖體結(jié)構(gòu)承受的負(fù)荷大，聲發(fā)射率高；結(jié)構(gòu)遭到破壞時(shí)，聲發(fā)率會(huì)降低[4]。因此，在平常的工作中，應(yīng)時(shí)刻對(duì)巖石的聲發(fā)射進(jìn)行必要的檢測(cè)，防止巖石結(jié)構(gòu)被破壞而導(dǎo)致回采時(shí)出現(xiàn)危險(xiǎn)事件。

3.2加強(qiáng)鞏固措施

在回采時(shí)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)?shù)丶訌?qiáng)鞏固措施，增加安全性。若是礦房用廢石充填時(shí)，可以選擇用灌漿對(duì)礦房進(jìn)行加固，在前期所需的廢石進(jìn)行膠結(jié)處理，使得人工礦柱得以形成。如此便能減少礦石的損害，還能提高回采時(shí)的安全性，保障人員安全。

3.3空區(qū)探測(cè)系統(tǒng)

為了給回采礦柱打下良好的基礎(chǔ)，用于井下巷道及空區(qū)精密探測(cè)的空區(qū)探測(cè)系統(tǒng)發(fā)揮了極大的作用，通過它精密的探測(cè)，可以在短時(shí)間內(nèi)取得空區(qū)的實(shí)際邊界，為空區(qū)的回采創(chuàng)造了一定的條件[5]。空區(qū)探測(cè)系統(tǒng)是精確的炮孔處理和設(shè)計(jì)下，并且結(jié)合礦山的數(shù)據(jù)，將礦山資源得到最大程度上的回收，從而達(dá)到高效率回采礦山礦柱目的，實(shí)現(xiàn)在礦區(qū)高智能采礦的目標(biāo)，加快空區(qū)場(chǎng)回采的步伐，為礦山企業(yè)創(chuàng)造了一個(gè)較為安全、有力的回采環(huán)境。

4　結(jié)束語(yǔ)

金屬礦山礦柱在回采時(shí)所面對(duì)的問題是比較多的，所需的技術(shù)也是較大的，本文主要是從回采中的技術(shù)和安全問題入手，并且結(jié)合實(shí)際情況，整理了一些具體的方法，對(duì)地下開采的礦山中空區(qū)的處理問題上具有明顯的指導(dǎo)意義，也有利于提高礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，并且合理有效地利用和開發(fā)資源，對(duì)于緩解我國(guó)礦產(chǎn)資源緊缺的情況也是很有必要的。

[1]劉讓，程涌.金屬礦山礦柱回采技術(shù)及安全措施[J].科技信息，2011，11（09）：719.

[2]李占金.金屬礦山地下采空區(qū)處理方案的優(yōu)化研究[J].2014，12（07）：112.

[3]朱永剛.地下礦山大型機(jī)械化開采安全管理技術(shù)研究[J].中南大學(xué)，2011，12（08）：124.

[4]趙智.高應(yīng)力礦山安全高效采礦技術(shù)應(yīng)用研究[J].武漢科技大學(xué)，2012，11（08）：134.

[5]周曉超.采空區(qū)頂板-礦柱系統(tǒng)協(xié)同作用研究[J].昆明理工大學(xué)，2013，12（07）：124.

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1673-0038（2015）38-0274-02

2015-9-2