淺孔房柱法在麥壩鋁土礦地下礦山的應用

張永申，錢 宇，趙劍英

（中國鋁業貴州分公司礦業公司，貴州 清鎮 551413）

淺孔房柱法是空場采礦法中的一種，在小型金屬礦山開采中應用廣泛，主要針對直接頂板不穩固的薄礦體和中厚礦體。應用淺孔房柱法開采時，通過控制采場（切割上山）回采跨度，嚴格控制礦柱（特別是點柱）留設成型，能夠有效確保采場回采安全，并能提高采場回采率，降低貧化率。

1 礦床開采條件

（1）礦山水文地質條件。中國鋁業貴州分公司礦業公司麥壩鋁礦是中國鋁業第一家自主開采的地下礦山，年生產能力40萬t/a。礦山水文地質條件復雜，主要為一向斜構造，大部分為碳酸鹽巖層所覆蓋，形成起伏不大的巖溶丘陵地形。最高峰為龍頭山，標高1585.8m，最低為上麥壩，標高1273.6m，比高312.2m。地勢由北往南逐漸低下，降雨補給面積北迄中寨，南至高石坎，東抵龍頭山，西止五臺山一帶，除龍灘壩有一水溝自四號暗河入口進入地下外，無大的地表水流。

礦區出露地層從老至新有寒武系高臺組(?2g)；下石炭系大塘組（C1d，原九架爐組）、擺佐組(C1b，原黃龍灰巖)；下二疊系梁山組（P1L，原銅礦溪層）、棲霞組（P1q，原陽新灰巖）、茅口組（P1m）。

下石炭系擺佐組(C1b，原黃龍灰巖)：為礦體頂板承壓裂隙水含水層。出露于向斜兩翼邊緣，出露寬度80m～100m，泉水出露12個，流量0.00025l/s～2.8628l/s，地下水位標高1274.56m～1444.02m。巖溶不太發育，鉆孔巖心較完整，僅見溶孔、晶洞，常被白云石及少量粘土充填。該層兩翼水位高，軸部水位低，北部水位高，南部水位低，地下水循環受褶曲構造控制，向南西方向排泄，富水性中等，水質為重碳酸鹽鈣鎂弱堿性水。

下石炭系大塘組(C1d，原九架爐組)：為礦區含礦層，由鋁土巖、鋁土頁巖、鋁土礦、鐵質頁巖及少量赤鐵礦組成，厚0m～26.14m，一般在15m～20m為一隔水層。

寒武系高臺組(?2g)：為礦體直接底板承壓裂隙水含水層。地表組成礦區分水嶺，分布于向斜兩翼邊緣，礦區內埋藏深度較大。泉水出露13個，流量0.00025l/s～2.6142l/s，地下水位標高1374.64m～1393.35m。區內未見溶洞出露，鉆孔巖心極為完整，富水性極微弱，水質為重碳酸鹽鈣鎂弱堿性水[1]。

（2）礦床地質特征。麥壩鋁礦礦厚在0.8m～8m間達89.1%，2m～6m占56.1%，小于0.8m或大于10m，各占1.9%。礦體東西方向呈鍋底狀產出，地表平均出露標高1480m，最低控制標高1235m。礦體沿傾向連續，向北東側伏。礦體傾向260°～280°，礦體東翼傾角較大，最大到45°，平均傾角為27.1°，平均厚度3.5m；西翼較緩，最大35°，平均傾角為12.7°，平均厚度3.8m。整個礦段礦體上部傾角較大，下部較緩，平均傾角20°，礦體走向長1350m左右，平均水平厚3.55m左右[2]。

（3）礦山開采技術條件。麥壩礦區含礦巖系均為石炭系下統大塘組（C1d），該含礦巖系覆蓋于寒武系中統高臺組(?2g)白云巖的古侵蝕面上，侵蝕面起伏不平。上部與擺佐組灰巖呈漸變過渡，整合接觸。

礦系頂板為結晶的灰質白云巖，礦系底板為白云巖和泥質白云巖，穩固性良好。礦體直接圍巖為鋁土巖、鋁土頁巖、鐵質頁巖、赤鐵礦，其中鐵質頁巖、疏松赤鐵礦穩固性較差。

根據礦體賦存條件,結合開采技術條件分析，可供選擇的采礦方法有“全面法”、“房柱法”、“分段全面法”、“緩傾斜礦體分段房柱法”、“分段切頂中深孔房柱法”及“傾斜礦體房柱法”等六種采礦方法。根據現場實際情況，麥壩鋁礦所使用的淺孔房柱法為“緩傾斜礦體分段房柱法”和“傾斜礦體房柱法”兩種。

2 采場結構參數

采場沿礦體走向連續布置，其寬度為50m，高度為礦體垂直厚度，斜長視礦體傾角而定，一般在60m以內，最大不超過70m。上下礦塊之間由頂底柱相隔，頂底柱的水平厚度為4m，相鄰礦塊之間由間柱相隔，間柱的水平厚度為5m。頂底柱和間柱均為連續礦柱，一系列采礦作業均在頂底柱和間柱所劃定的礦房內進行。

3 回采工藝

3.1 采切工程

中段運輸平巷沿礦體走向布置于礦體下盤，于其中在礦房范圍內均勻布置四條采場溜礦井進入礦體，形成采場下放礦石的通路，同時于其中在采場間柱范圍內上掘人行通風材料井進入礦體并與沿走向布置的電耙聯道相通，再分別通過四條電耙硐室進入礦房，形成采場上下人員、材料及設備的通道，然后于礦房寬度方向的中央沿礦體傾斜方向順礦體底板上掘切割上山至上中段回風巷，上山之間的距離在10m左右，形成采場完整的通風風路，即可形成采場最初的回采工作面（見圖1）。

圖1 房柱法采場采切工程示意圖

圖2 麥壩鋁礦龍灘壩礦段1330中段 13#采場采切工程布置圖

3.2 采場（上山）回采順序及回采跨度控制

回采工作面自礦房（上山）下部向上分梯段逐步推進，采用YTP-28型鑿巖機配FT170氣腿淺孔落礦，其釬桿長2m～2.5m，鉆頭直徑為φ38mm。孔深一般為1.8m～2.0m，最小抵抗線為1.0m左右，炮孔間距為1.0m～1.5m。上山回采時回采跨度控制在6m～7m（礦體厚度在4m～6m時，回采跨度控制在6m～7m；礦體厚度在2m～4m時，回采跨度控制在4m～5m；采場頂板一般不支護，頂板有特殊情況的視現場情況而定。），上山之間先留設4m寬的條形間柱（見圖3、圖4）。上山刷幫回采到位后，再進行壓頂，壓頂時先用鉆桿上向鉆孔，探明礦體的厚度，再確定一次壓頂的厚度，一般一次壓頂厚度0.6m～1.0m，壓頂采用導爆索光面爆破，降低貧化率的同時保證頂板的平整性和完整性，確保回采安全。

圖3 房柱法采場回采示意圖

圖4 麥壩鋁礦龍灘壩礦段1330中段 13#采場回采現狀圖

3.3 采場礦柱留設。

刷幫、壓頂完成后，開始將上山之間的條形間柱打斷成點柱（礦體較厚或是頂板比較穩固時，壓頂和打點柱可以同時進行），點柱尺寸開始預留4m×5m（見圖5、圖6），壓頂時根據上向鉆孔探明礦體厚度(根據巖漿顏色判斷是否到頂板)（圖7），預留0.5m～0.8m的護頂礦。采場之間的間柱開始留設成條形間柱。當兩相鄰采場回采至靠近間柱的上山時，將采場之間的間柱打斷成點柱，點柱尺寸留設為5m×6m或5m×7m，以提高采場回采率。

圖5 房柱法采場形成點柱示意圖

圖6 麥壩鋁礦龍灘壩礦段1330中段 13#采場形成點柱現狀圖

3.4 采場礦柱（頂底柱）回采

礦房回采完成后，為充分利用礦產資源，提高采場回采率，在確保安全的前提下，要對采場礦柱進行有序的回收。首先回收的是點柱，回收點柱時，不能采用直接將單個點柱全部回收，而是采用將點柱尺寸縮小，由原來的4m×5m，刷成3m×4m或3m×3m（見圖8）；對于回采過程中局部頂板不穩固地方的點柱不予回收。

點柱回收結束后，開始回采頂柱或底柱（根據中段回采順序進行回收，確保不影響上中段或下中段的回采時的通風和安全）。回采頂柱或底柱時要編制專項安全措施，以保證安全。

圖7 采場壓頂前上向鉆孔探礦體厚度

圖8 采場回采完閉后采場點柱

4 采場經濟技術參數

淺孔房柱法回采鋁土礦，采場采切完成后，回采時沿切割上山自下而上進行回采，通過刷幫—壓頂—打點柱—點柱回收—頂柱或底柱回收等工藝流程。刷幫時嚴格控制回采跨度，壓頂時采用導爆索光面爆破層層壓頂，點柱留設和回收嚴格工序，頂柱或底柱回收做好專項安全措施。

麥壩鋁礦經過近兩年的實踐，礦體厚度在4m～6m的采場回采率可達到70%～75%，貧化率可控制在6%以下；礦體厚度在2m～4m的采場回采率可達到50%～65%，貧化率可控制在9%以下。

5 結語

鋁土礦地下礦山普遍存在回采率低、貧化率大的情況，在房柱法采礦的基礎上，通過規范和有效的回采工藝和回采順序具有以下優點。

（1）根據礦山水文地質條件，合理控制采場上山或礦房的回采跨度，主動進行頂板管理，保證回采過程的安全。

（2）合理預留礦柱并有序的回收礦柱，可充分利用資源，提高采場回采率。

（3）通過導爆索光面爆破壓頂，有效保證采場頂板的完整性和穩固性，防止頂板局部或大面積垮塌，提高采場回采率并降低礦石貧化率。