某礦山古采區伏槽礦采礦方法優化選擇

郭　明,楊新華,程茸榮,黃昌全

(1.江西銅業股份有限公司永平銅礦，　江西 上饒市　334506； 2.湖南煤田地質局油氣資源勘探隊,　湖南 長沙 　410014； 3.廣東大寶山礦業公司，　廣東 韶關市　 512127；4.廣西華錫集團股份有限公司銅坑礦，　廣西 河池市　 547200)

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某礦山古采區伏槽礦采礦方法優化選擇

郭明1,楊新華2,程茸榮3,黃昌全4

(1.江西銅業股份有限公司永平銅礦，江西 上饒市334506； 2.湖南煤田地質局油氣資源勘探隊,湖南 長沙 410014； 3.廣東大寶山礦業公司，廣東 韶關市 512127；4.廣西華錫集團股份有限公司銅坑礦，廣西 河池市 547200)

摘要：某礦山為提高礦山經濟效益，延長礦山壽命，保證礦區作業安全，擬進行古采空區伏槽礦等殘礦回采。根據安全可行性，技術可靠性，經濟合理性3個指標對回采方法進行優化選取。通過對比分析各采礦方法的優缺點，對于不穩定范圍內殘礦使用上向進路充填法開采，對于極不穩定殘礦選用方框支架充填法開采。

關鍵詞：伏槽礦；采空區；充填采礦法；殘礦回采

0礦山概況

某重要鉛鋅礦山礦石品位高，開采歷史悠久，由于開采利用的時段不一，在井下遺留著古采空區，近代盜采的民采空區，及目前開采的新采空區。礦企開采前期未為對采空區進行有效處理，受采空區影響，導致井下采場坍塌，大量礦產資源擠壓在采空區下不能進行開采。隨著計劃年產量的提高，開采階段的加深，上階段的采空區對下階段開采作業產生了極大的安全隱患[1]。礦企為了生產安全及完成設計產量，擬對采空區進行處理并最大程度開采資源，合理采掘古采區伏槽礦。根據安全可行性、技術可靠性、經濟合理性要求選擇合適的采礦方法處理采空區及開采伏槽礦。

1安全可行性

伏槽礦是采空區的充填體，并與坍塌的采空區礦柱混為一體，經水力、氧化及自壓膠結成塊，是古礦冶爐渣和硫化礦的混合體殘礦，品位為18%，具有回收利用的經濟價值。礦石松散破碎，極不穩固，開采對地表沉降影響大；部分殘礦上盤賦存黃沙，情況不明，周圍礦巖結構和力學性能參數分布規律缺乏系統的研究。由于礦石破碎，開采過程中允許暴露面積非常小，可能產生冒頂；殘礦在采空區有充填的穩定作用，開采可能產生大面積地表陷落；開采過程中頂板黃砂賦存情況不明，可能產生流沙淹沒設備和人員。殘礦周圍存在民采空區，情況不明，開采可能造成民采區與貫通的地表水產生淹井事故。

對采空區和塌陷區的危害，文獻

[2]中提出必須先進行采礦環境的重建工作，用人工結構的穩定性保證采礦安全的可靠性；回采過程嚴格控制暴露面積；回采過程遇有黃砂時，可采用注漿方法重建采礦環境，回采工作面周圍的采空區應預先進行充填保證回采巖巷的穩定性。同時陳慶發等人提出了采空區協同利用機制[3-5]，區別于采空區傳統的充填、崩落、支撐、封閉等處理方法，在維護采空區穩定的同時將采空區加以利用，如作為部位工程巷道，或者堆積礦山固體廢棄物等。

殘礦回采采礦方法的基本要求：建立良好、安全的工作條件；充分、合理、高效的開采地下礦產資源。生產能力大，勞動生產率高；生產成本低，生產效率高。

綜合上述幾點，選擇殘礦的開采方法有以下4種：分層崩落法，上向進路充填法，進路支架充填法以及下向分層膠結充填采礦法。本文將對該4種方法進行比較，選擇可開采伏槽礦的合理方法。

2技術可靠性

2.1分層崩落法與充填法比較

對于伏槽礦的開采，礦石極不穩固，用分層崩落開采方法、下向分層膠結充填法、上向進路充填法與方框支架充填法都能實現對破碎松散礦體的開采。分層崩落開采方法是在人工假頂下作業的，回采自上而下分層進行。文獻[6-8]研究了崩落法處理采空區的實踐案例，證實了崩落法對于一般采空區的可行性。作業時若不預先處理好采空區，則人工假頂因為采空區的存在而無法穩定，假頂及其覆蓋層會掉入采空區中。因此，開采之前必須先回填采空區，且回采過程中需對假頂及時支撐。如回填的是干式充填料，當回采至采空區時，回填料以自然安息角的坡度自然散開，在支撐假頂時不好控制；此外，由于支撐在松散巖體上，在同一個分層回采時難以保證假頂支柱不下沉，從而存在安全隱患。因此，最好使用膠結充填料來先處理采空區。

分層崩落法每個分層礦石采出之后，上面覆蓋的崩落巖石下移充填采礦區。對于該礦山伏槽礦的開采來說，其上部為采空區和軟弱地層；開采活動將加劇采空區失穩和引起地表的塌陷，可能引發山體大滑坡。因此，從安全的角度出發，該類殘礦不適合采用分層崩落法。

充填采礦法與分層崩落法一樣，需處理采空區重建采礦環境后才能進行開采，充填采礦法與分層崩落法相比，其優點是有利于采場的安全管理，保護地表不沉陷，減少了廢石排出地表對環境的污染；缺點是生產能力較小，成本相對較高。

2.23種充填法方案比較

2.2.1下向分層膠結充填法

下向分層膠結充填法在整體膠結充填體頂板(假頂) 下作業，特別適用于礦石價值高、礦巖松軟破碎、地面不允許崩落情況下的礦床開采。當礦巖極不穩固時，整體穩固的頂板提供了安全的作業條件。假頂依靠膠結充填料本身的強度及與圍巖的摩擦力來支撐，如果在開采之前不處理已有采空區，則假頂在采空區邊界缺乏支撐而無法穩定。如果對采空區預先回填，則在回采時可以穿過采空區，使假頂穿過采空區形成一個整體，保證假頂的強度，回填料起到一個造假頂所需的作業平臺的作用。因此，使用下向分層膠結充填法時，需預先回填采空區。對于礦山來說，由于目前生產任務緊迫，不能全部處理采空區后再回采該部分殘礦，采用該采礦方法從安全角度來說不可取；其次，該采礦方法成本比上向進路充填法高。

該法的優點：進路的方向、位置及數量可以根據地質、礦床變化情況進行調整，靈活性大；根據充填情況好壞，可使上部階段和地表不變形或少變形。缺點：工藝較復雜，充填成本較高，礦塊單位面積產量較低。

2.2.2上向進路充填法與方框支架充填法對比

上向進路充填法的回采工作是在進路中進行的，暴露面積小，進路只進行少量支護，適合于不穩固礦體的開采。而方框支架充填法是在方框支架的保護下進行開采的，暴露面積更小，適合于極不穩固礦體的開采。但方框支架充填法比上向進路充填法生產能力小，工人勞動強度大，開采成本高。

2.2.34種采礦方案對伏槽礦的適用評價

(1) 分層崩落法：由于不利于地表保護，且開采過程需使用大量木材，可能造成自燃現象，雖然在技術上可靠，但在安全上不可靠，不宜采用。

(2) 下向膠結充填采礦法：雖然在技術上可行，且能有效控制地表沉降，但生產成本較高，且礦山尚未形成充填系統，且上部殘礦情況目前不清楚，不利于邊采邊探，因此，目前也不宜使用，但礦山充填系統形成后也可以考慮使用這種采礦方法。

(3) 上向進路充填采礦法：該方法能有效控制地表沉降，生產效率比方框支架充填法高，生產成本比方框支架充填法低，但要求礦石允許有一定的暴露面積，對于不穩定范圍內的殘礦，推薦使用上向進路充填采礦法開采。

(4) 方框支架充填法：該方法能有效控制地表沉降，對于極不穩固類的殘礦，能保證回采過程中的安全。

伏槽礦的開采需在采空區治理采礦環境重建后進行，根據目前開采條件，對于極不穩固的殘礦，推薦選用方框支架充填法開采；對于不穩固范圍內的殘礦，推薦使用上向進路充填采礦法開采。管理輸送充填系統形成后，可考慮用下向膠結充填采礦法回采極不穩固的殘礦。

2.3經濟合理性研究

按標準采場(40 m×5 m×20 m)為例計算，對上向進路充填采礦法和方框支架充填法2種方案進行主要技術經濟的對比。根據采準工程成本，充填成本，采礦成本，車間成本核算開采成本，比較分析標準采場出礦經濟值與開采成本值，得出上向進路充填采礦法和方框支架充填法開采伏槽礦可獲得更好的經濟效益。

3結論

(1) 通過回采伏槽礦及其他類殘礦，使得礦山資源最大化被利用，同時礦山能夠獲得一定的經濟效益，彌補重建采礦環境的費用。

(2) 采用充填法可以為回采殘礦及向下延伸開

采創造良好采礦環境，除去冒頂，礦區塌陷等安全隱患，保證采礦作業的安全。

(3) 通過對比各種回采方法的安全可行性，技術可靠性，經濟合理性，對于不穩定范圍內殘礦和極不穩定殘礦分別選用上向進路充填法開采和方框支架充填法開采。

參考文獻：

[1]鄭懷昌,李明.地下采空區危險性及其分析[J].礦山壓力與頂板管理,2005(04):127-129.

[2]朱和玲.基于開采環境再造人工結構的穩定性與可靠度研究[D].長沙：中南大學,2008.

[3]陳慶發,周科平,古德生,等.采空區協同利用機制[J].中南大學學報(自然科學版),2012(03):1080-1086.

[4]陳慶發,周科平,古德生.協同開采與采空區協同利用[J].中國礦業,2011(12):77-80，102.

[5]陳慶發,周科平,胡建華,等.碎裂礦段開采與空區處理協同研究[J].中南大學學報(自然科學版),2010(02):728-735.

[6]李愛兵,周愛民,尹彥波,等.柿竹園多金屬礦床群空區條件下的崩落特性研究[J].巖石力學與工程學報,2008(11):2234-2243.

[7]千海洪,鄧秀艷,徐榮軍.高臺階崩落法處理復合采空區的應用實踐[J].工程爆破,2007(03):42-44.

[8]陳喜冰.高嶺土礦分層崩落法采空區懸頂處理方法探討[J].非金屬礦,2009(S1):27-28.(收稿日期：2015-08-14)

作者簡介：郭明(1988-)，男，江西贛州人，助理工程師，主要從事采礦充填工藝，Email:670176748@qq.com。