童家院礦床難采殘礦安全開采研究

薛迪光

(錫礦山閃星銻業有限責任公司， 湖南冷水江市 417500)

1 概述

童家院礦床三中段已探明地質儲量總計228.479萬 t，銻金屬量 104644 t，品位 4.58%，該區域礦體厚度大，品位富集，曾是采選廠的主要生產中段，1976年開始開采，采出礦量159.935萬 t，采出銻金屬量732508 t，損失礦量68.543萬 t，損失銻金屬量 31393.2 t。

該中段礦體根據各層礦體賦存狀況和品位變化情況分別采用房柱法、桿柱房柱法、人工壁柱房柱法開采，留下了大量的礦柱、礦壁、頂底柱、邊角礦體。目前，該礦的礦產資源日趨枯竭，礦床中上段富集礦體已基本開采完畢，深部礦體薄、品位低，為了穩定礦山生產量，最大限度地回收礦產資源，上部結束中段的復雜難采殘礦開采研究對該礦具有重要意義。

2 開采技術條件

童家院礦床三中段礦體賦存在穩固的矽化灰巖中，沿走向長約1200 m，傾斜長100 m左右，礦體分為三層，第一層礦體平均厚度2 m，平均傾角15°，品位5.7%，礦體與下盤穩定，上盤為厚層頁巖，不穩定。第二層礦體平均厚度為8 m，平均傾角15°，品位4.5%，礦體與下盤穩定，上盤為薄層頁巖及斷裂帶頁巖，中等穩定至不穩定。第三層礦體平均厚度2 m，平均傾角10°，品位3.5%，礦體與下盤穩定，上盤為薄層頁巖，不穩定。

該中段第二層礦體采用人工壁柱房柱法回采，該采礦方法不留礦柱和頂底柱，回采率達到了90%以上。第一層礦體與第三層礦體采用正規的房柱采礦法或桿柱房柱采礦法開采，即礦體沿走向劃分為盤區，其長度為80～100 m，盤區之間留3米寬的礦壁。盤區中又劃分為礦房和礦柱，礦房寬度8～10 m，礦柱為不連續的矩形，其規格為3 m×4 m，間距為5 m。頂底柱厚度各為3 m，礦房斜長40～60 m。采準切割巷道包括脈外階段平巷、放礦溜井、切割平巷、切割天井、回風平巷、電耙絞車硐室。其采礦方法與殘礦分布如圖1所示。

圖1 童家院礦床采礦方法示意

回采工作是在拉開切割平巷的基礎上，以切割天井為自由面，用淺孔落礦方法進行回采。相鄰礦房的回采工作可以同時進行，但應保持15～25 m的超前距離。隨著回采工作面的推進，在礦房兩側留規劃的不連續礦柱。當頂板局部不穩固或遇有較大斷層時，在該處應留設礦柱，以保證回采工作的安全。由于直接頂板為不穩固的頁巖，采用桿柱維護頂板。桿柱的參數長2 m，網度1 m×1 m，每套桿柱實際擔負的面積為1 m2。

童家院礦床三中段礦體于1990年代中期結束開采，大部分采場空區均已采用膠結充填料與矸石或尾砂充填，但部分采場的上端部尚未完全充填接頂。該中段殘留的礦體有4種類型:頂、底柱;壁柱、房內礦柱;邊角礦體;頂板冒落采場積礦。

3 采礦方法

根據殘礦的不同類型，選擇的采礦方法也不盡相同。

3.1 頂底柱回采方法

頂、底柱厚度各為3 m，回采較為簡單。沿走向布置采場，視礦體走向起伏變化情況在較低的一端從階段平巷中掘放礦溜井，一般采場長60 m左右。為保證回采過程中的安全，采場內原放礦溜井和通路口必須用鋼軌混凝土嚴密封閉。

3.2 壁柱和房間礦柱回采方法

盤區之間的壁柱，寬度3 m。房間礦柱3 m×4 m，即沿礦體走向寬度為3 m，逆礦體傾向寬度4 m，兩個礦柱的間距為5 m。壁柱和房間礦柱回采是殘礦回采的研究重點。

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回采壁柱和房間礦柱前，先把壁柱或房間礦柱一側充填料扒空，其寬度為2～3 m，直至貫穿上部回風平巷，以做為通風和礦體回采自由面之用。在原電耙絞車硐室安裝28～30 kW的電耙絞車耙礦，利用原放礦溜井裝設漏斗出礦。回采時，利用原切割槽做為自由面，用淺孔落礦方法落礦，淺孔深度2 m左右，分層高度2.5～3 m。其采礦方法如圖2所示。

圖2 壁柱和房間礦柱采礦法示意

為了保證回采過程中的頂板安全，采場回采至不穩固頁巖層時，設計采用桿柱維護頂板。考慮礦壁或礦柱兩側的充填體是松散體，且局部未充填接頂，礦柱破壞后，不能充分承壓。為了保證回采過處程中頂板不變形冒落，在充填體被耙空的采場頂板和采空的礦壁與礦柱頂板下設計采用水壓支柱支撐頂板。回采結束后，盡快撤除水壓支柱，充填采空區。

3.3 邊、角礦體的回采方法

邊、角礦體的回采方法與礦壁、礦柱回采的方法相同，即從礦體一側把充填料扒空，直至回風巷，用作自由面并供通風用。如果邊、角礦體寬度較大，則需要再掏切割槽，延伸回風巷。

在回采邊、角礦體過程中，如果新發現礦體沿走向延伸較大時，則需要在切割槽位置沿走向掘轉礦道采用壁式充填法回采。采場回采跨度大于10 m時，必須逆傾向預留2 m寬的空區，砌筑塊石混凝土密閉，充填8 m寬的空區后，再繼續沿走向回采。其采礦方法如圖3所示。

圖3 邊、角礦采礦法示意

4 采場頂板支護

為了保證回采、充填過程中采場頂板不產生變形與下沉冒落，在設計過程中，考慮采用水泥卷錨桿和水壓支柱支護采場頂板。

水泥卷錨桿支護與采礦同時進行，錨桿長2.0 m，安裝網度1.0 m×1.0 m。爆破前距離工作面允許1 m長不支護錨桿，爆破后距離工作面允許3 m長不安裝錨桿。

為了承載殘礦兩側采場頂板壓力，在安裝錨桿保護開采區頂板的同時，再安裝水壓支柱支護開采區兩側的頂板。水壓支柱采用SYZ型外注式支柱，它由缸體、活塞、活塞桿、安全閥、單向閥、缸座、活塞桿座及增壓塊等零部件構成。支柱高度設計2～3.5 m，支柱排距2～3 m，間距1.5 m。為了防止爆破時礦石沖擊水壓支柱，水壓支柱距爆破面應保持5 m。工作程序為架設水壓支柱、安裝錨桿—鑿巖—爆破—通風—處理頂板與工作面松石—出礦。架設水壓支柱由風鉆工操作，采場開采高度小于3 m時，水壓支柱安裝需3人操作，開采高度大于3 m時需4人操作。

5 空區處理

殘礦回采后，必須對空區進行處理，以防止空場時間過久而引起頂板下沉冒落而發生地壓活動。

選廠的全尾砂自流至尾砂分級站，分級后的溢流尾砂放至尾砂庫儲存，沉砂進入攪拌桶，分級尾砂與水泥漿經攪拌后用3/2C－AH渣漿泵經4"鋼管從主充填平巷自流至采場回風平巷，再進入采場充填。充填時，采場要預留好通路和自由面，用塊石混凝土砌筑密閉墻，空區裂隙與溶洞發育的地方要用混凝土封堵，以防止漏砂，污染井下環境。尾砂充填與膠結充填同用一套系統，不同之處是尾礦充填時不加水泥漿。

6 安全措施

(1)嚴格按照設計施工。施工過程中，地質、測量、采礦、安全技術人員要及時深入現場指導，不得見礦采礦，隨意施工。

(2)嚴格按照設計開采順序施工，以免大面積回采原生礦柱而引起地壓活動。

(3)對殘礦采準切割要做到循序漸進，如果發現要利用的通路、放礦溜井、通風平巷、切割平巷頂板變形破壞，要及時進行支護，不能盲目冒進。

(4)實行強采、強出、強充。

(5)加強充填技術管理，確保膠結充填體標號和質量，采空區膠結充填體與尾砂充填體均要求充分接頂。

(6)加強頂板管理，回采過程中及時按設計安裝水泥卷錨桿和水壓支柱支護頂板，作業過程中安排專人處理松石和檢查頂板。

(7)礦壁、礦柱、頂底柱回采后，采區已不存在原生礦柱，為了預防采空區矸石與尾砂充填體承壓強度不夠而引起采空區頂板大面積下沉變形，盤區礦壁、頂、底柱采空區必須采用膠結充填料充填，其余采空區可采用尾砂充填。

(8)嚴格進行巖移監測，及時預測預報地壓活動，一旦發生頂板松動下沉的現象，要立即停止回采作業，對采場頂板進行支護加固。

7 結論

(1)該項目的實施過程中，嚴格按工程設計施工，避免盲目冒進，回采過程中及時支護頂板，回采結束后及時充填處理采空區，大面積頂板下沉而造成地表較大的沉降移動的可能性很小。

(2)及時回采殘礦，可以改變多中段分散作業的弊端，提高設備利用率，降低風、水、電等能源消耗，提高勞動生產率，從而提高企業的經濟效益。

(3)該項目的實施可緩解礦山資源危機，穩定礦山現有生產水平，為該礦其他中段殘礦開采積累經驗。

［1］王運敏.現代采礦手冊［M］.北京:冶金工業出版社，2012.

［2］王運敏.中國采礦設備手冊［M］.北京:科學出版社，2007.

［3］趙天從.銻［M］.北京:冶金工業出版社，1987.