全面法礦柱回采存在的主要問(wèn)題及相應(yīng)策略探討

林榮平

（紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，福建 上杭 364200）

關(guān)健詞：全面法開(kāi)采；精細(xì)化三維建模；基本原則；安全生產(chǎn)

緩傾斜薄至中厚礦體在我國(guó)礦產(chǎn)資源分布中占有相當(dāng)比例[1，2]。全面法、房柱法和上向水平進(jìn)路充填法是回采該類(lèi)型礦床的主要采礦方法。

礦體品位分布、傾角、厚度及礦巖穩(wěn)定程度決定了采礦方法。全面法因生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)能力大的優(yōu)勢(shì)在緩傾斜薄礦體開(kāi)采中得到了部分應(yīng)用，但該法也存在殘留礦柱損失率大的顯著弊端[3，4]。部分礦山就全面法礦柱回采進(jìn)行了有益嘗試，也取得了較好的效果[5]。

1 目前全面法礦柱回采存在的問(wèn)題

全面法回采結(jié)束后，滯留礦柱一般作為永久損失處理。但部分礦山由于礦石品位較高，生產(chǎn)后期品位浮動(dòng)較大，也做了礦柱回采的嘗試。但仍存在以下主要問(wèn)題：

1.1 采空區(qū)穩(wěn)定性能否支撐礦柱安全回采

緩傾斜薄至中厚礦體全面法開(kāi)采過(guò)程中礦柱留設(shè)位置較為隨意，導(dǎo)致回采結(jié)束后采空區(qū)應(yīng)力分布極不均勻，這對(duì)后續(xù)礦柱安全回采極為不利。

僅僅依靠經(jīng)驗(yàn)法評(píng)判全面法采空區(qū)的穩(wěn)定性有失偏頗，亟需對(duì)全面法采空區(qū)穩(wěn)定性作出科學(xué)評(píng)判，這是礦柱回采的基本前提。

1.2 CAD平面圖判斷礦柱實(shí)際形態(tài)不合理

AutoCAD在我國(guó)金屬礦山地質(zhì)、采礦領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。部分礦山由于技術(shù)力量有限，單純經(jīng)過(guò)全站儀現(xiàn)場(chǎng)掃描，通過(guò)測(cè)點(diǎn)來(lái)確定礦柱形態(tài)，往往從平面圖上反映的是某個(gè)截面礦柱的輪廓，并不能反映真是礦柱的實(shí)際形態(tài)，往往為后續(xù)礦柱回采設(shè)計(jì)提供錯(cuò)誤的基礎(chǔ)信息。

1.3 礦柱回采爆破參數(shù)尚待優(yōu)化

全面法回采結(jié)束后，礦柱周?chē)鶠樽杂擅妫绾未_定合理采礦參數(shù)至關(guān)重要。

炮孔參數(shù)、裝藥系數(shù)是最為關(guān)鍵的兩個(gè)參數(shù)，炮孔過(guò)密、裝藥系數(shù)大，可能造成礦柱爆破后四處飛濺，造成礦石回采難度加大和損失率增大等技術(shù)缺陷。部分礦山仍參考經(jīng)驗(yàn)爆破參數(shù)，不科學(xué)也不合理。

2 全面法礦柱回采的基本原則

全面法或房柱法礦柱回采歷來(lái)被視為安全風(fēng)險(xiǎn)極高的采礦范疇。因此，筆者認(rèn)為在礦柱開(kāi)采過(guò)程中因遵循以下基本原則：

2.1 “安全至上”

礦柱回采應(yīng)遵循“安全至上”的理念。本文以混凝土假柱置換法為例進(jìn)行說(shuō)明，涉及的主要內(nèi)容包括：①混凝土人工假柱施工質(zhì)量須保障；②鑿巖、出礦通道頂板的排險(xiǎn)和支護(hù)作業(yè)要及時(shí)到位。

2.2 礦柱高強(qiáng)度回采

無(wú)論礦巖穩(wěn)定性級(jí)別如何，礦柱回采過(guò)程中仍需遵循“強(qiáng)鑿巖”、“強(qiáng)出礦”、“強(qiáng)封閉”的“三強(qiáng)”回采模式。

3 全面法礦柱安全精細(xì)化回采策略

針對(duì)上述全面法開(kāi)采面臨的主要問(wèn)題，筆者也考慮了安全精細(xì)化回采的相應(yīng)策略，以供國(guó)內(nèi)外學(xué)者參考。

3.1 理論與數(shù)值計(jì)算結(jié)合的采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)判

Voronoi圖法常用來(lái)理論評(píng)價(jià)全面法礦柱穩(wěn)定性的手段之一；FLAC3D和3DEC軟件可以從數(shù)值模擬角度進(jìn)行評(píng)判其穩(wěn)定性。筆者認(rèn)為可綜合Voronoi圖法和數(shù)值模擬計(jì)算法對(duì)全面法采空區(qū)的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)判，避免單一手段造成的片面性。

3.2 全面法礦柱精細(xì)化建模

以CMS三維激光掃描儀為主、萊卡全站儀為輔手段進(jìn)行礦柱精細(xì)化掃描，獲取礦柱及采空區(qū)實(shí)際輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)；Surpac是國(guó)內(nèi)外較常用的礦業(yè)三維建模軟件，其具有強(qiáng)大的建模功能，將獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入即可獲得采空區(qū)和礦柱的精細(xì)化模型。以某鎢礦為例，最終建立的三維精準(zhǔn)模型見(jiàn)圖1所示。

圖1 采空區(qū)與礦柱精細(xì)化建模

3.3 理論與數(shù)值結(jié)合的爆破參數(shù)優(yōu)化

首先，采用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行計(jì)算；結(jié)合室內(nèi)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、炸藥性能參數(shù)和動(dòng)力學(xué)模擬數(shù)值軟件進(jìn)行數(shù)值模擬對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

將理論計(jì)算和數(shù)值模擬得到的結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)判，確定合理爆破參數(shù)，以共礦山參考。

4 結(jié)論與展望

（1）筆者就全面法礦柱開(kāi)采中存在的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了闡述，并就回采基本原則、安全精細(xì)化回采策略等方面進(jìn)行了探討，以期能為兄弟礦山提供借鑒和參考。

（2）全面法礦柱雖面臨眾多亟待解決的技術(shù)難題，但并不代表不具備回采條件。作者認(rèn)為就全面法礦柱回采技術(shù)難題仍需進(jìn)一步深入研究，在確保安全的前提下，實(shí)現(xiàn)高品位礦柱的高效回采，同時(shí)回采結(jié)束后就采空區(qū)進(jìn)行廢石充填，消除空區(qū)安全隱患也至關(guān)重要。