不良膠結(jié)充填體條件下礦柱回采方案選擇

黃明發(fā)，李永輝

(1.廈門紫金工程設(shè)計(jì)有限公司， 福建 廈門市 361006；2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

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不良膠結(jié)充填體條件下礦柱回采方案選擇

黃明發(fā)1，李永輝2

(1.廈門紫金工程設(shè)計(jì)有限公司， 福建 廈門市 361006；2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

雞冠咀金礦采用分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄩ_采，礦房采完用分級(jí)尾砂高水膠結(jié)充填，但礦房充填體質(zhì)量較差、強(qiáng)度低，不能自立，給間柱和頂?shù)字夭蓭砗艽箅y度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提出間柱采用超前上向進(jìn)路擴(kuò)幫回采分區(qū)充填方案，頂?shù)字捎脙刹襟E進(jìn)路充填間隔回采方案，成功解決了不良膠結(jié)充填體條件下的礦柱回采難題。

礦柱回采；采礦方案；回采工藝；技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

對(duì)于圍巖穩(wěn)定性較好的充填法礦山一般采用二步驟回采，一步驟先回采礦房，二步驟回采礦柱和頂?shù)字?。一步驟礦房由于在空?qǐng)鱿鲁龅V，回采工藝簡(jiǎn)單，貧化、損失指標(biāo)容易控制，而二步驟礦柱兩側(cè)或周圍為充填體，充填體的強(qiáng)度、整體性和自立高度將對(duì)礦柱回采產(chǎn)生重大影響，本文就雞冠咀金礦不良膠結(jié)充填體下的間柱和頂、底柱回采方案進(jìn)行探討。

1 開采技術(shù)條件

雞冠咀金礦屬巖漿期后高—中溫氣液矽卡巖型礦床，礦區(qū)地表為圍墾湖區(qū)，水網(wǎng)密布，溝渠、河流縱橫。礦柱開采不得引起地表不均勻沉降和塌陷，不得破壞隔水層。

礦體受構(gòu)造控制，探明的4個(gè)礦體群由50個(gè)大小礦體組成，其中主要礦體有5個(gè)(Ⅰ2、Ⅱ2、Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅲ3號(hào))。礦體總體走向一般NE35°～72°，傾向NW，局部反傾，有緩傾斜(13°)、傾斜(55°)和急傾斜(83°～90°)。礦體集中分布于013～030線-5～-622 m標(biāo)高之間，長(zhǎng)50～350 m，水平厚2～27 m，最厚達(dá)30 m。礦體形態(tài)復(fù)雜，分枝復(fù)合現(xiàn)象嚴(yán)重，主要呈透鏡狀、不規(guī)則透鏡狀，局部為囊狀及不規(guī)則脈狀。

礦體頂?shù)装鍑鷰r主要為大理巖、白云質(zhì)大理巖以及灰質(zhì)白云質(zhì)大理巖，部分為矽卡巖。礦石f=6～10，中等穩(wěn)固；圍巖f=6～8，多數(shù)穩(wěn)固，局部不穩(wěn)固；礦巖界線清楚。

2 開采現(xiàn)狀

雞冠咀金礦生產(chǎn)規(guī)模1800～2000 t/d。礦山分兩期開采，一期開采范圍為-40～-160 m水平，已回采完畢；二期開采范圍為-160～-470 m水平，-320 m中段為首采中段，采用上行式依次向上回采-270 m中段和-220 m中段，然后再下行式開采-370，-420，-470 m中段。-320 m中段和-270 m中段一步驟采場(chǎng)回采后留下大量間柱和頂?shù)字鶝]有回收，間柱寬一般10～15 m，底柱高度一般為10～16 m。

礦山現(xiàn)有采礦方法為分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ê蜏\孔留礦嗣后充填法，一步驟礦房回采結(jié)束后，采用分級(jí)尾砂高水膠結(jié)充填，但是充填體質(zhì)量較差、強(qiáng)度低。從已揭露的高水膠結(jié)充填體來看，充填體基本沒有固結(jié)，呈散沙狀，不能自立，給間柱和頂?shù)字夭蓭砗艽箅y度。

3 間柱回采方案選擇

充填法回采間柱主要有分層充填法和階段充填法。階段充填法生產(chǎn)效率高，安全性好，但是要求間柱兩側(cè)充填體能夠自立、不垮塌，本礦區(qū)充填體無法滿足要求，因此，間柱回采只宜采用分層充填法，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，本次選擇進(jìn)路擴(kuò)幫回采分區(qū)充填方案(方案1-1)和超前上向進(jìn)路擴(kuò)幫回采分區(qū)充填方案(方案1-2)。

3.1 進(jìn)路擴(kuò)幫回采分區(qū)充填方案

(1) 采場(chǎng)布置。采場(chǎng)布置分為沿走向和垂直走向。垂直走向布置時(shí)，采場(chǎng)長(zhǎng)度為礦體厚度，寬為礦柱寬度；沿走向布置時(shí)，采場(chǎng)長(zhǎng)度與一步驟采場(chǎng)相同，采場(chǎng)寬為礦柱寬度。階段高度50 m(見圖1)。

(2) 采準(zhǔn)切割。主要采準(zhǔn)工程為中段運(yùn)輸巷、充填及通風(fēng)天井、上中段通風(fēng)平巷等。首先，在上下中段向礦柱掘進(jìn)水平運(yùn)輸巷和通風(fēng)平巷，然后在礦柱內(nèi)掘天井連通上下中段。以下中段運(yùn)輸巷為自由面和作業(yè)空間形成拉底層，再在拉底層架設(shè)人工假巷，隨著回采的進(jìn)行架設(shè)順路溜井和脫水井。如脈外有可供利用的溜井，也可不架設(shè)順路溜井。礦柱回采可以利用原有探礦穿脈、天井及副穿，不增加新的工程量。

圖1 進(jìn)路擴(kuò)幫回采分區(qū)充填方案

(3) 回采。礦柱回采自下而上分層落礦。先從進(jìn)入采場(chǎng)的聯(lián)絡(luò)道開始沿采場(chǎng)強(qiáng)度方向，在采場(chǎng)中央掘進(jìn)進(jìn)路，分層回采時(shí)，用氣腿式鑿巖機(jī)鉆鑿淺眼，在進(jìn)路內(nèi)擴(kuò)幫回采。礦石用電耙出礦或人工出礦。為了保證回采作業(yè)安全，采至最上部分層時(shí)應(yīng)留有厚度為2 m左右的護(hù)頂?shù)V層，不予回收作為永久損失。分層擴(kuò)幫回采時(shí)，留厚度為1 m左右的礦壁。

(4) 充填。根據(jù)頂板穩(wěn)固情況，采取分區(qū)多次充填或分層一次充填，充填料灰砂比1∶10。采場(chǎng)通風(fēng)。新鮮風(fēng)流由中段運(yùn)輸巷、礦柱中的人工假巷、順路天井進(jìn)入采場(chǎng)工作面，污風(fēng)則經(jīng)充填井排至上部中段回風(fēng)巷道。

3.2 超前上向進(jìn)路擴(kuò)幫回采分區(qū)充填方案

超前上向進(jìn)路擴(kuò)幫回采分區(qū)充填方案和進(jìn)路擴(kuò)幫回采分區(qū)充填方案的采場(chǎng)布置、采準(zhǔn)切割工程、回采工藝及充填工藝基本相同，主要區(qū)別在于提前形成上分層進(jìn)路，利用超前進(jìn)路作為下分層充填和通風(fēng)巷道，如圖2所示。

圖2 超前上向進(jìn)路擴(kuò)幫回采分區(qū)充填方案

3.3 方案比較

兩種間柱回采方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表1。

表1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

超前上向進(jìn)路擴(kuò)幫回采分區(qū)充填方案(方案1-2)較之進(jìn)路擴(kuò)幫回采分區(qū)充填方案(方案1-1)，每一分層多回采了一條進(jìn)路的礦量，減少了礦石貧化次數(shù)，貧化率有所降低；同時(shí)，超前上向進(jìn)路可采用挑頂形成，相對(duì)于進(jìn)路掘進(jìn)，工效較高，成本較低；再者，所形成的超前進(jìn)路可為充填和通風(fēng)所利用，可避免進(jìn)路掘進(jìn)的獨(dú)頭工作面，通風(fēng)效果較好。充填時(shí)，可將充填管道架設(shè)于超前進(jìn)路里，便于充填作業(yè)操作，充填時(shí)易于控制且利于充填接頂。若充填接頂充分，則可降低一次采空區(qū)空頂高度，有利于安全作業(yè)。

4 頂?shù)字夭煞桨高x擇

4.1 斜壁進(jìn)路充填連續(xù)回采方案(方案2-1)

(1) 采場(chǎng)布置。該方案的采場(chǎng)垂直礦體走向布置方式，進(jìn)路長(zhǎng)度為礦體厚度，跨度根據(jù)礦體穩(wěn)固情況取2.5～3.5 m，高2～2.5 m，如圖3所示。

圖3 斜壁進(jìn)路充填連續(xù)回采方案

(2) 采準(zhǔn)切割。主要采準(zhǔn)工程有中段運(yùn)輸巷、人行通風(fēng)井、溜礦井、聯(lián)絡(luò)道、分層平巷、上中段通風(fēng)平巷等。首先，在回采范圍的兩端間柱中掘進(jìn)人行通風(fēng)井和溜礦井，溝通上下中段，然后從溜井中沿礦體走向掘進(jìn)聯(lián)絡(luò)道和分層平巷。由于在每個(gè)勘探線上已布置有探礦穿脈、天井及副穿。因此，如礦柱位于勘探線時(shí)，溜井和人行通風(fēng)井可以利用原有探礦工程，不增加新的工程量。

(3) 回采。頂?shù)字夭蓮南峦戏謱舆M(jìn)行，每個(gè)分層回采從分層平巷開始，垂直走向進(jìn)路后退連續(xù)回采，進(jìn)路斷面(2.0×2.5)m～(2.5×3.5)m。每一進(jìn)路回采完后，采用分級(jí)尾砂膠結(jié)充填。除第一個(gè)回采進(jìn)路外，每個(gè)進(jìn)路一側(cè)為膠結(jié)充填體，一側(cè)為礦壁。為提高充填體的穩(wěn)定程度，減少損失貧化，礦壁一側(cè)設(shè)計(jì)成70°～80°左右的斜壁，形成斜壁進(jìn)路。頂?shù)字夭闪? m厚的護(hù)頂?shù)V層。礦石用電耙出礦或人工運(yùn)出。

(4) 充填?；夭芍吝吔绾?，在進(jìn)路口架設(shè)充填濾水擋墻，然后進(jìn)行充填。充填采用分級(jí)尾砂膠結(jié)充填，灰砂比為1∶6～1∶8。

(5) 采場(chǎng)通風(fēng)。新鮮風(fēng)流由中段運(yùn)輸巷、人行通風(fēng)井、聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入、分層平巷，污風(fēng)則由分層平巷經(jīng)另一端部通風(fēng)井至上中段回風(fēng)巷道。進(jìn)路回采工作面為獨(dú)頭工作面時(shí)，需采用局扇輔助通風(fēng)。

4.2 兩步驟進(jìn)路充填間隔回采方案(方案2-2)

兩步驟進(jìn)路充填間隔回采方案和斜壁進(jìn)路充填連續(xù)回采方案的采場(chǎng)布置、采準(zhǔn)切割工程、回采工藝、充填工藝基本相同。進(jìn)路采用分步驟間隔回采，第一步驟回采后膠結(jié)充填，灰砂比為1∶6～1∶8；第二步驟回采后非膠結(jié)充填，灰砂比為1∶10～1∶12，如圖4所示。

圖4 兩步驟進(jìn)路充填間隔回采方案

4.3 方案比較

兩種頂?shù)字夭煞桨讣夹g(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表2。

對(duì)頂?shù)字夭啥裕瑑蓚€(gè)方案均能實(shí)現(xiàn)在最大礦石回收率，但斜壁進(jìn)路充填連續(xù)回采頂?shù)字桨竿瑫r(shí)作業(yè)工作面少，生產(chǎn)能力較小，難以提高回采強(qiáng)度，礦柱回采時(shí)間延長(zhǎng)，對(duì)安全生產(chǎn)帶來不利影響；同時(shí)，該方案在每一進(jìn)路的回采中，進(jìn)路一側(cè)是礦體，一側(cè)是充填體，為確保回采安全，降低貧化損失指標(biāo)，充填質(zhì)量要求較高，充填成本相應(yīng)增加，兩步驟進(jìn)路充填間隔回采方案更優(yōu)。

表2 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

5 結(jié) 論

(1) 通過對(duì)間柱和頂?shù)字幕夭煞桨高M(jìn)行研究對(duì)比，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，間柱采用超前上向進(jìn)路擴(kuò)幫回采分區(qū)充填方案以及頂?shù)字捎脙刹襟E進(jìn)路充填間隔回采方案在技術(shù)上可行，可取得良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

(2) 為保證整個(gè)礦柱回采的安全性，節(jié)省采準(zhǔn)工程，礦柱回采順序應(yīng)為先采頂?shù)字?、后采間柱。

(3) 推廣中應(yīng)注意采取安全措施，采用超前上向進(jìn)路擴(kuò)幫回采分區(qū)充填方案回采中段間柱時(shí)，要注意減小礦體頂板的暴露面積和暴露時(shí)間，加強(qiáng)頂板管理，及時(shí)充填。

[1]《采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì).采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1986.

[2]褚洪濤.我國(guó)有色金屬礦山礦柱回采現(xiàn)狀及對(duì)策[J].中國(guó)礦山工程,1992(2):14-18.

[3]長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司.不良膠結(jié)充填體條件下礦柱安全開采技術(shù)研究[R].長(zhǎng)沙:長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司，2008.

?礦工程師手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.(

2015-08-13)

黃明發(fā)(1982-)，男，江西鷹潭人，現(xiàn)任廈門紫金工程設(shè)計(jì)有限公司采礦室主任，工程師。