薩熱克銅礦北礦段礦柱回采研究及實踐

高 進，朱先艷，陳仁敏

薩熱克銅礦北礦段礦柱回采研究及實踐

高 進1，朱先艷1，陳仁敏2

(1.大冶有色金屬有限責任公司，湖北 黃石市 435005；2.新疆匯祥永金礦業有限公司薩熱克銅礦，新疆 烏恰縣 845450)

薩熱克銅礦體傾角從緩到陡、礦體厚度從薄到中等、礦巖穩固性好,但遇水力學性質大為下降,主要采用分段空場嗣后充填法采礦。在分段空場嗣后充填法回采過程中,采用塹溝式底部結構,在采場底部留有大量的桃形礦柱,礦柱礦量所占比重較大,采切設計礦柱損失率為15%左右。為安全有效地回采礦柱資源,對部分礦柱分別采用有底部結構的留礦法或無底部結構的留礦法進行回采,礦柱回采率50%以上,取得了一定經濟效益,可以在類似礦山推廣。

緩傾斜礦體;中厚礦體;礦柱回采;分段空場嗣后充填法

薩熱克銅礦位于新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰縣烏魯克恰提鄉北東30 km處，行政區劃隸屬于烏恰縣管轄。薩熱克銅礦始建于 2010年，于 2014 年中期建成投產。礦山設計規模為年采選礦石115.5 萬t，日采選礦石3500 t。礦山主要采用上向水平分層充填法和分段空場嗣后充填法，其中分段空場嗣后充填法占比80%。當前同時開采中段為 2670 m和2730 m中段。主要分段巷道水平為2670，2730 m和 2790 m。礦石分別從 2670，2730 m分段采場用鏟運機裝運至各溜井，經溜井利用振動放礦機向卡車裝礦，由28 t卡車經斜坡道運往地表破碎站。

經過幾年高效采礦，礦山前期對富礦的開采也形成了一定數量的桃形礦柱。為了多回采高品位礦石，需要盡可能多回采礦柱，因此，在對每個中段礦柱在保證安全及不影響下中段礦體開采情況下，通過全局考慮，開展礦柱回采工作[1-3]。

1 礦柱床開采技術條件及資源量

礦區位于西南天山西段,海拔2500～4600 m，山坡坡度40°～60°。礦區南北兩側為區域性逆沖推覆斷裂，主要發育兩組節理：北東向和北西向相互切割同期形成，賦礦地層為下白堊統克孜勒蘇群、上白堊統英吉沙群，陸相礫巖、砂巖建造。礦石的結構主要有細～粗粒狀結晶結構、他形粒狀結構，交代結構等，礦石構造有星點/斑點浸染狀、細脈浸染狀、層紋狀和帶狀構造等，金屬礦物有輝銅礦、藍輝銅礦、銅蘭、藍銅礦、孔雀石等。礦石系數為8～10、體重為2.68 t/m3、安息角為36.5°、松散系數為1.78。圍巖飽和單軸抗壓強度為33.4～112 MPa、抗拉強度為2.75～8.99 MPa、抗剪強度為0.5～3.0 MPa，軟化系數為0.35～0.79，礦石單軸抗壓強度為87.7～169.9 MPa，平均為124.3 MPa。礦體上、下盤圍巖特別是近礦部位硅化強烈，巖石堅硬，穩固性好，不需支護。部分頂板圍巖—白堊系上統鈣質雜砂巖、粉砂巖及底板圍巖（含礫砂巖）局部巖石破碎地段穩固性差。

礦山2730 m分段桃形礦柱分布在1～2線之間，各采場礦柱礦量總計約20071 t，2730 m分段1～2線礦體為單層礦體，水平厚度為6～48 m，平均為20 m，厚度變化較大，且礦體內含有夾石。

根據統計，2670～2730 m桃形礦柱的資源量合計為16.4萬t，銅金屬量約2350.4 t，平均品位為1.43%，回采率能達到 80%左右，按現時銅礦石價格424.2元/t計算，能為礦山帶來約5565.5萬元的生產總值，在充分利用資源的同時，能有效延長礦山服務年限[4-6]。

2 桃形礦柱回采方案

根據國內外同類礦山礦柱回采的生產實 踐[7-9]，可選擇的礦柱回采方法包括：分段空場嗣后充填法、進路充填法、房柱法、點柱式上向分層充填法等。結合薩熱克銅礦北礦段桃形礦柱的開采技術條件，推薦采用兩步驟上向進路充填法、側向點柱式房柱法、中深孔扇形空場嗣后充填法。

其中，針對桃形礦柱較連續、厚薄變化不大的礦柱，可采用兩步驟上向進路充填法或中深孔扇形空場嗣后充填法；針對連續性較差、礦柱尺寸變化較大的礦柱可采用側向點柱式房柱法。

2.1 上向分層進路充填法

首先將桃形礦柱沿走向方向每隔50 m劃分一個礦塊，礦塊之間留有5 m間柱；然后在桃形礦柱內分上、下兩層，采用進路布置（見圖1），先采下層，標準的11.2 m寬礦柱可布置3 條進路，進路尺寸為3.5 m×3 m（寬×高），先采中間進路，待回采結束后及時采用灰砂比1:6或1:8的充填體進行充填，充填養護后再回采兩側進路；為了避免充填體冒落，上層布置1 條進路，進路尺寸縮小為3 m×3 m（寬×高），進路兩側可適當刷幫，刷幫范圍不超過礦體與充填體界線，開采結束后進行上層充填。

圖1 上向分層進路充填法

配置設備包括YT-28型淺孔鉆機2臺和1.5～2 m3遙控柴油鏟運機1臺。

主要技術經濟指標：生產能力約150～200 t/d，貧化率為6%，損失率為12.6%，采礦直接成本約為60～75 元/t?礦。

2.2 中深孔進路式充填法

首先將桃形礦柱沿走向方向每隔50 m劃分一個礦塊，礦塊之間留有5 m間柱；然后在桃形礦柱內布置鑿巖巷道，鑿巖巷道尺寸為3.5 m×3.2 m（寬×高），在鑿巖巷道內采用YGZ90鉆機鉆鑿Φ76 mm的上向扇形中深孔，孔深約5 m，孔底距約1.2～1.5 m，排距約1.2 m。由于YGZ90鉆機1.2 m的中心高度無法施工負角度的炮孔，為了避免造成礦石損失，故將鑿巖巷道布置在礦柱水平以下3 m左右（見圖2）；另外，借鑒國內同類礦山的經驗，避免由于礦柱采場邊界不明導致中深孔設計不精確而導致貧化率增高，可先在鑿巖巷道內每隔 8.4 m（7 排炮孔）施工一排探孔，以便記錄礦體與充填體邊界，從而控制礦石貧化率。

回采時，用遙控鏟運機在鑿巖巷道內后退式出礦，待礦塊回采結束后一次性充填，充填采用灰砂比1:8或1:10的漿料進行充填。

圖2 中深孔進路式充填法

配置設備包括YGZ-90型中深孔鉆機2臺和 2～3 m3遙控柴油鏟運機1臺。

主要技術經濟指標：生產能力約200～300 t/d，貧化率為9.5%，損失率為14%，采礦直接成本約為50～65 元/t?礦。

2.3 側向點柱式房柱法

為防止采場回采過程中頂板暴露面積過大，將桃形礦柱沿走向方向依次劃分成若干個礦房和礦柱，礦房尺寸為12 m×11.2 m×7.05 m，礦柱尺寸為 4 m（或5 m）×11.2 m×7.05 m，礦柱不回采（見圖3）。礦房內采用側向臺階式淺孔落礦，具體步驟為：利用原分段空場嗣后充填開采結束未充填的出礦巷道，垂直礦柱走向方向，采用YT-28淺孔鑿巖機鉆鑿深度為1.6~1.8 m，排距為0.6~0.7 m的炮孔，落礦形成階梯型工作面，階梯工作面長度為 4~6 m，階梯高度為1.5~2.0 m，在回采過程中后退式回采，采用1.5~2 m3柴油鏟運機進行出礦，出礦過程中要使回采工作面保持1.8 m左右的作業空間，待礦房回采全部結束后進行大量出礦，此時需要采用遙控鏟運機進行出礦。待整條桃形礦柱回采結束后，形成的采空區和旁側的出礦巷道一次性采用1:10的充填料漿進行充填。

圖3 側向點柱式房柱法

配置設備包括YT-28型淺孔鉆機2臺和1.5～2 m3柴油鏟運機（或遙控）1臺。主要技術經濟指標：生產能力約150～200 t/d，貧化率為4.3%，損失率為28.2%，采礦直接成本約為40～55元/t。

3 結論與建議

（1）礦柱回采應遵循先探后采、統籌規劃、分區分類，保證安全可靠、經濟可行、切合實際、控制貧化損失、多回采礦量的原則。

（2）井下礦柱賦存形態、礦巖穩固性、礦石品位等變化很大，礦柱形狀多樣，周圍空區的形態各異，變數較大，因此，井下礦柱回采應針對每個礦柱的回采技術條件（包括待采礦柱周邊充填體的質量）選擇合理的采礦方法和采礦工藝。

（3）結合薩熱克銅礦礦柱的開采技術條件，對比分析不同回采方案，根據礦柱回采后二次應力轉移特點以及充分利用原有井巷工程，確定合理、具體的礦柱回采順序。整體回采順序為：分段間自下而上、分段內自西向東、上盤至下盤V 型后退式回采。

（4）礦柱回采時，要加強對職工的技術培訓工作，提高施工人員的操作技術水平，建立健全崗位責任制及操作技術規程規范要求，并進一少加強質量管理，杜絕人為因素造成的工程質量事故和安全隱患。

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高 進(1976—)，男，湖北武漢人，高級工程師，主要從事礦山采礦技術管理工作，Email: 476074705@qq. com。