香爐山鎢礦東部采區點柱回采方案探討

萬林海

(江西省修水香爐山鎢業有限責任公司，江西 九江 332400)

0 引言

香爐山鎢礦為我國大型白鎢礦山，鎢礦床具有儲量大、傾角緩、礦體厚度大、鎢品位高、礦體及頂底板圍巖穩固、連續性好、礦巖含水率低、工程及水文地質條件比較簡單、開采技術條件較好等特點。

香爐山鎢礦采用地下開采，按照勘探線劃分采區，0～16勘探線劃分為東部采區，16～24線劃分為西部采區[1]。關于香爐山鎢礦東部采區點柱的安全回采問題，由于前期采用非正規的全面房柱法回采礦體，采后空區未及時充填，造成大多點柱回收難度大，礦石損失大。東部采空區情況十分復雜，多個單獨采空區面積達數千至數萬余平方米，空間高一般達8～10 m，甚至余10～20 m，極個別空區高達30 m，為國內罕見的復雜多臨空面空區群，治理難度大，采空區相互存在重疊和貫通情況，分布復雜，相互之間開采擾動大。地表存在當地風俗信仰場所道觀和居民建筑，需要保護。東部采空區存在局部地壓活動的危險，局部地壓活動將會帶動整個東部空區，產生大的地壓活動，危害后果無法想象。

1 開采技術條件及現狀

香爐山鎢礦礦石穩固性較好，裂隙斷層一般不發育，f≥12，體重3.17 t/m3，平均松散系數1.6，不結塊，不自燃。頂底板圍巖多屬于未風化的鈣硅角巖和細?；◢弾r，節理不發育，巖石較完整穩固，f≥8～12，體重2.8 t/m3，平均松散系數1.6，圍巖與礦體界面清楚。地表有民舍及廟宇，需要保護，地表不允許陷落。東部采區0～16線間礦體平緩，傾角100°～150°，厚度起伏不大，多小于20 m。香爐山鎢礦東部采區采用平硐開拓，鏟運機裝載，汽車運輸，所用的采礦方法基本上為留不規則點柱、條柱的全面法，采空區跨度10～30 m不等，井下礦柱分布不均，部分頂板暴露面積過大。

香爐山鎢礦東部采區開采歷史悠久，開采順序凌亂無序，導致采空區規模宏大，并且極其復雜。東區采空區累計體積超過300 萬m3，總暴露面積超過25 萬m2，采空區形態非常不規則，采空區相互貫通、重疊，形成了復雜的井下開采環境[2]。空區內礦柱不規則林立，大多以不規則的點柱、底板礦、頂板礦、條柱、樓板礦和邊角礦體的形式存在，其回收難度非常大。東區殘礦資源量巨大，初步統計東區的保有礦量600 萬t左右，其中點柱礦量達320萬t，且點柱的品位高，是礦山下一步生產的重點，能夠有效延長礦山開采年限，是礦山可持續發展的關鍵，極具回收價值。

東部采區的礦體主要以點柱礦、樓板礦和頂板礦的形式存在，其中儲量巨大、品位高的點柱礦體是東部生產的主力，直接關系到礦山穩定生產和可持續生產。針對點柱礦體的開采，建議采用圍堰式袋裝充填采礦法，核心是圍空區采礦柱[3-5]，用圍堰式袋裝充填采礦法回采礦柱。第一步：充填空區。采用袋裝充填技術對空區進行充填，圍空區時保證礦柱有一個面不在充填封閉區內，以該面作為作業自由面和出礦運輸通道進行礦柱回收，作業運輸通道兩側形成條帶狀的充填區域。第二步：回收礦柱。根據空區結構力學關系以礦柱作為拐點劃分采場，回采其礦柱。采場的劃分在保證兩側空區充填完畢并充分結頂的前提下，充填體對頂板的支撐力必須大于待采礦柱對頂板的支撐力，有選擇性的回收部分礦柱；礦柱回采后空區的暴露面積和跨度小于礦柱回采前的暴露面積和跨度。

2 點柱回采的方法選擇

2.1 高度不大、頂板安全性較好的點柱

針對采空區高度不大，頂板穩定性好的點柱的回收，根據點柱開采技術條件，一般可采用淺孔法和中深孔一次回采。采用袋裝充填技術對空區進行充填，圍空區時保證礦柱有一個面不在充填封閉區內，以該面作為作業自由面和出礦運輸通道。礦柱回采前，確認礦柱兩側采空區均已充填形成大面積條帶狀的充填區域，并充分結頂之后，通過力學計算和數值模擬，結合礦柱現場情況，有選擇性的回收充填體兩側的礦柱。選擇回采對象的原則：一是礦柱回采完畢，剩余礦柱和充填體能夠有效支撐頂板，強度滿足要求；二是礦柱回采后空區的暴露面積和跨度小于礦柱回采前的暴露面積和跨度。

1)淺孔法回采點柱。淺孔法回采點柱基本特征為：以點柱暴露在空區內的一側為自由面和作業空間，將點柱底端全部拉開，布置水平炮孔，分次爆破，崩落礦石作為繼續上采的平臺，回采至頂端，處理好頂板，最后再大量出礦。點柱回收完畢，充填采空區。

該方法對礦柱的穩定性要求高，由于采用淺孔作業，可及時檢撬處理作業面上浮石，處理安全隱患，人員不從礦柱正下方經過，如發現礦柱開裂破壞等危險，可及時撤出，方案靈活，成本低。但礦柱需要從底端全部切割開，逐漸往上回采，回采過程中礦柱的穩定性已經受到破壞，并且多次爆破，安全風險大；并且回采全過程均在采空區下，安全性相對較差，見圖1。

1—待采礦柱；2—袋裝充填體圍堰；3—膠結充填體；4—已采礦柱；5—礦石堆；6—炮孔；7—回采礦柱；8—分層圍堰

2)中深孔回采點柱。中深孔一次回采點柱基本特征為：以點柱暴露在空區內的一側為自由面和作業空間，先往點柱內側施工一條鑿巖巷，然后在鑿巖巷內往上施工扇形中深孔，爆破時以采空區為自由面，分段一次爆破整個礦柱，最后出礦。點柱回收完畢，充填采空區。

采用中深孔落礦，不需要全部切割整個礦柱，僅在礦柱內施工一條鑿巖巷，一次爆破崩落整個礦柱。該方法礦柱回采周期短，效率高，一次爆破，減少了作業次數，相應的降低了安全風險；但中深孔爆破一次崩落量大，爆破危害相對較大，頂板處理難度大，見圖2。

1—待采礦柱；2—袋裝充填體圍堰；3—膠結充填體；4—已采礦柱；5—鑿巖巷；6—中深孔；7—回采礦柱；8—分層圍堰

2.2 高度較大，頂板安全情況較差的點柱

為了減少在采空區下作業，空區充填前，在空區內提前澆筑混凝土人工假巷，從人工假巷主巷往待采礦柱方向澆筑人工假巷支巷，作為回采和運輸通道，后進行空區充填，空區充填的要求和方式與普通圍空區充填方法一致。

點柱回收工藝：采空區充填完畢，并滿足礦柱回采要求，從人工假巷(支巷)施工一條穿過點柱的鑿巖巷，在鑿巖巷內施工上向扇形中深孔，以礦柱一側的采空區為自由面和補償空間，分次或一次后退式爆破，崩落整個點柱；崩落礦石采用遙控鏟運機出礦，操控人員站在假巷內，在假巷內轉礦車運輸，人員出入、運輸、通風均經過人工假巷，不進入采空區內。

該方法能夠有效解決采空區下采礦運輸的問題，人員不進入采空區下作業，安全性高，并且回采工藝簡單，效率高；但人工假巷需要在采空區下施工，且假巷施工工藝復雜，假巷施工成本高，見圖3。

1—待采礦柱；2—袋裝充填體圍堰；3—膠結充填體；4—已采礦柱；5—鑿巖巷；6—中深孔；7—回采礦柱；8—人工假巷(主巷)；9—人工假巷(支巷)；10—分層圍堰

3 結語

1)香爐山鎢礦東部采區高品質點柱資源量達到320萬t，是礦山主要的資源儲備形式，關系到礦山的服務年限和后續可持續生產。由于井下環境和地壓條件的復雜性，點柱資源的開采一直是一大難題，技術難度和安全風險極大。東部采區的空區處理采用袋裝充填技術，通過空區內的孤立點柱形成袋裝充填體擋墻，將大面積采空區分隔成小面積采空區，同時，為點柱礦體的開采預留回采的空間，空區圍堵時確保點柱至少有一側置于充填體之外，避免空區充填對點柱的掩埋而造成大量的資源損失。

2)為了解決“圍空區采礦柱”方案需要在采空區內作業的問題，提出了混凝土人工假巷技術。充填前在采空區內構筑混凝土人工假巷，通過人工假巷形成區域性的運輸通風通道，人工假巷的支巷抵達待采的礦柱，然后采用“圍空區采礦柱”方案，充填治理采空區。礦柱回采時，人員和運輸均在混凝土人工假巷內進行，采用中深孔落礦，一次或分次后退式爆破整個礦柱，最后操作人員站在人工假巷支巷內操控遙控鏟運機鏟裝崩落礦石，整個回采作業過程，避免了人員進入采空區內作業，作業的安全性得到極大的提高。