某金礦充填體下頂底殘柱開采技術實踐*

邵 鵬

(國家開發銀行青島市分行)

為確保作業安全，礦山在開采過程中會留下一定數量的礦柱[1]。所留礦柱形式多樣，按外形可分為圓形、方形、不規則形等，按連續性可分為間斷和連續，按礦柱的作用可分為間柱、底柱、頂柱、保安礦柱等，按礦柱在礦塊中的位置可分為充填體中、采空區中；按保留的時間可分為永久性礦柱和臨時性礦柱。隨著淺部資源的日益枯竭，為充分提高資源綜合利用率，延長開采年限，實現資源的可持續開發，許多礦山除向地球深部獲取資源外，還進行原采場殘留資源的二次回收[2]。然而，殘礦資源賦存條件復雜。尤其對于充填體下的殘柱，由于充填體強度不一、成份復雜，且殘柱產狀極不規整，外加年代久遠，原來井巷及礦山開采系統均受到不同程度的損毀，開采技術條件極為復雜[3-4]。礦體位于無人工假底的充填體下，開采過程中容易造成充填體的垮塌；部分采準工程需布置在充填體內，工程施工及支護要求高；殘留礦體厚度不大且處于充填體環境下，難以實現低成本安全高效開采。因此，殘礦開采方法與常規開采方法區別較大，如何安全高效回收殘礦是礦山面臨的難題[5]。

為此，在分析某金礦殘柱賦存特征的基礎上，結合礦山具體開采技術條件，提出充填體下頂底殘柱開采技術，為類似工程條件下安全高效回采殘礦資源提供經驗和參考。

1 礦山基本情況

某金礦位于山東省萊州市，礦區處于膠東隆起區，沿控礦斷裂形成大規模礦化蝕變帶，蝕變巖型金礦體賦存其中，主要金屬礦物為黃鐵礦，礦體上盤為絹英化碎裂巖或絹英巖化花崗質碎裂巖，礦體下盤為黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖或黃鐵絹英巖化碎裂巖。

該金礦在淺部采用點柱上向充填采礦法開采，采場沿礦體走向布置，長120 m，寬25 m，中段高50 m。隨著上部礦體的回采結束，中段之間仍殘留有很多的頂底礦柱，礦石品位較高，黃金儲量可觀。若采用常規方法則存在頂板充填體強度低、安全風險大等難題。

2 殘柱賦存特征

礦區頂底殘柱主要賦存于各中段充填體內。頂底殘柱平均高3 m，礦石平均品位為7 g/t以上。采場中采用未經特殊處理的水泥尾砂膠結充填，其直接頂板為普通尾砂充填體，尾砂充填體幾乎不存在強度，在礦柱開采中需要進行支護，以保持其穩定。

3 殘柱開采技術

3.1 開采方法選擇

殘礦回采方法選擇應遵循的一般原則：①確保工人施工安全；②盡量利用原有通風、運輸及充填系統，以減少成本；③盡量減少采切工程量；④正確推斷礦體走向及大體形態，必要時通過中深孔探礦；⑤注意探水和防水結合，防止突水事故。

該金礦除遵循一般原則外，還應考慮頂底殘柱的產狀特點、工程地質條件及裝備水平等，如頂底柱周圍均為松散的充填體，強度低，黏結性小；采場直接頂板穩固性差，結構松散，易風化冒落。因此，選擇合適的回采方案時不僅要考慮頂板暴露面積和時間，同時要確保鑿巖、爆破、出礦等工序均在已支護的巷道內安全作業。

根據殘礦開采方法選擇原則，結合該金礦頂底殘柱開采技術條件，采用U型鋼支架小進路充填采礦法進行開采，見圖1。

圖1 U型鋼支架支護小進路充填采礦法

3.2 采場結構參數

根據頂底殘柱水平厚度及礦房布置原則，礦塊沿走向長100 m，厚20～30 m，高3 m。進路垂直走向布置，斷面為2 m×2 m(寬×高)，為微拱形。

3.3 采切工程

礦塊分2個盤區開采，自礦體下盤的分段運輸平巷單元中心線下坡掘進聯絡巷道到達礦體，然后在脈內沿礦體走向掘進平巷到達盤區兩端，自兩端向中央逐條回采，并利用這一分段原有的運輸系統出礦。進路掘進前，先向下開挖0.5 m高的尾砂,并采用擋板護幫，然后再鑿巖爆破掘進，工作面采用局扇通風。

3.4 回采工藝

由礦體下盤向上盤采用進路式回采。采用7655型氣腿式鑿巖機鑿巖(表1)，淺孔爆破，局扇通風。采場采用U型鋼支架支護，在頂板不穩固地段適當加密U型鋼支架。由于作業面狹小，采用人工手推車出礦。待礦體回采完畢后進行充填。

表1 7655型氣腿式鑿巖機參數

爆破參數計算如下：

(1)炮孔直徑一般由鑿巖設備確定，由表1可知，7655型氣腿式鑿巖機炮孔直徑為34～42 mm，根據類似礦山，炮孔直徑選取40 mm。

(2)最小抵抗線計算公式為

W=(25～30)d，

(1)

式中，d為孔徑，mm。

計算得出W=1～1.2 m，取1 m。

(3)孔間距計算公式為

a=(1～1.5)W.

(2)

計算得出a=1～1.5 m,取1.2 m。

(4)排距根據經驗一般取為0.8～1 m，取1 m。

(5)炮孔深度與礦體圍巖性質及賦存狀態有關，淺孔爆破孔深一般為1.5～4 m，取2.5 m。

(6)根據礦山炸藥的使用情況，選擇2#巖石炸藥。單位炸藥消耗量根據國內淺孔爆破炸藥單耗量表(表2)選擇。由于礦石堅固系數為6～8，選取炸藥單耗為0.8 kg/m3。

表2 淺孔落礦炸藥單位消耗量 kg/m3

3.5 采場支護

由于采場頂底殘柱位于松散充填體中，采空區穩定性較差。因此，為保證采場作業安全，需在采場加強支護。采用U型鋼支架支護，鋼支架間距為1 m，U型鋼支架上架設圓木，在進路兩幫采用0.6 m 高的擋板護幫。為防止頂部充填體滲入回采工作面，并有利于安全作業，在回采進路的上邊保留1～1.5 m護頂礦柱，其布置方式見圖2。現場支護情況見圖3。

圖2 進路支護布置方式

圖3 現場鋼支架支護

3.6 充 填

進路回采完后，采用充填料處理采空區。架設充填管路,砌筑充填擋墻,安設泄水管，由礦山地表充填站制備的充填料漿進行充填。充填體灰砂比為1∶6，膠結材料為425#水泥，充填骨料為選礦廠產出的分級尾砂，料漿濃度為72%，流量為80 m3/h，流速為1.8～2 m/s。經過脫水養護后，即可進行相鄰進路的回采作業。

3.7 工作組織

根據各工序作業效率，采場鑿巖爆破時間為4 d，出礦支護時間為4 d，充填前準備時間為1 d，充填時間為3 d，充填后養護時間為7 d，故采礦循環周期為15 d。采場各工序具體循環周期見圖4。

圖4 采場各工序循環周期

4 技術經濟指標

采用U型鋼支架小進路充填采礦方法進行工業試驗，取得較好的應用效果。具體技術經濟指標見表3。

表3 技術經濟指標

5 結 語

根據礦山充填體下頂底殘柱開采技術特點，提出一種U型鋼支架小進路充填采礦法，具有礦石回收率高、成本低、安全可靠等優點。由于礦體開采直接頂板為充填體，兩幫為充填體或礦體，小進路充填采礦法能有效控制地壓，同時采用U型鋼支架及圓木聯合支護，能有效保證充填體下頂底殘柱開采頂板及兩幫的穩定。U型鋼支架小進路充填采礦法能成功實現充填體下頂底殘柱的高效、安全、低成本開采，值得推廣應用。