礦柱回收技術在貓場地下鋁土礦開采中的工業試驗

楊遠軍 劉建龍

（中國鋁業貴州分公司）

貓場礦區位于貴州省中部清鎮市犁倭鎮境內，貓場礦區隸屬于中國鋁業貴州分公司，也是貴州華錦鋁業公司最重要的鋁土礦礦石原料供應基地［1］。礦區自2016年6月投產，采礦方法主要采用留礦壁護頂房柱法開采，采場內留設了大量礦柱用于支撐頂板，造成了資源的損失，達不到我國《鋁行業準入條件》（2007年第64號）的相關要求［2］。因此，開展礦柱回收技術研究是非常必要且有意義的。

1 開采技術條件

貓場鋁土礦為特大型沉積型鋁土礦床，含礦巖系為下石炭統大塘組（C1d）。含礦巖系厚度受其下伏地層古喀斯特侵蝕程度制約，凹處厚度大，凸處厚度小。含鋁巖系厚度為0.30～25.09 m，由黏土巖、硫鐵礦、鋁土礦及鋁土巖等組成，具工業價值的鋁土礦礦體產于含鋁巖系中。

礦床間接頂底板由碳酸鹽巖組成，直接頂底板由黏土巖類組成，厚為0.27～25.09 m，平均為9.81 m，其中直接頂板厚為0.00～15.62 m，平均為1.77 m；直接底板厚為0.00～112.97 m，平均為3.22 m；礦體直接頂底板平均RQD值為12.50%，屬軟質巖石塊狀結構不穩定巖體。

礦床間接頂板擺佐組（C1b）大部分為堅硬巖石，屬塊狀結構的穩定巖體。礦床間接底板婁山關群（?2-3ls）巖溶發育相對較弱，裂隙多呈閉合性，巖體較完整，除主要斷裂帶及其影響帶之外，為堅硬巖石塊狀結構穩定巖體。

對于鋁土礦層，土狀鋁土礦屬軟質巖石塊狀結構不穩定巖體礦體，致密狀鋁土礦屬硬質巖石、塊狀結構的穩定巖體，總體屬硬質巖石與軟質巖石互層的層狀結構不穩定巖體。

2 礦柱回收工業試驗

2.1 試驗采場概況

試驗采場位于南部1 160 m中段南西巷與1 180 m中段之間，該采場由鉆孔ZK418、ZK425、ZK1180-Z21控制，礦體平均厚度3.64 m，礦體平均傾角7°，直接頂板厚度約1.2 m。

2.2 試驗采場結構參數

工業試驗采場沿走向布置，礦房走向寬度約55 m，傾向長度約56 m，礦房高度即為礦體的平均厚度，為3.64 m，采場頂底柱水平寬度為5 m。置換礦柱選用混凝土礦柱，混凝土標號為C20。置換礦柱尺寸為4 m×4 m，礦柱邊對邊間距為6 m，高度為礦體厚度，約3.0 m（考慮護頂礦壁厚度0.6 m）。采用人工礦柱置換原生礦柱時，必須確保人工礦柱的尺寸能滿足穩定性要求［3-4］。

2.3 采準切割工程布置

（1）采準工程。采準工程有鏟運機平巷、人行回風天井。鏟運機平巷沿礦體底板掘進，實際掘進過程中根據礦體變化而調整，人行回風天井從中段運輸巷掘進到鏟運機運輸平巷。

（2）切割工程。切割工程有切割上山和切割平巷。試驗采場施工2條切割上山和5條切割平巷。切割工程在礦體內沿礦體底板布置，根據礦體底板變化情況及時對切割工程坡度進行調整，如圖1所示。

2.4 混凝土人工礦柱施工工藝

混凝土人工礦柱施工工藝如下。

第一步：施工混凝土人工礦柱槽。

第二步：底板處理。先清理底板上的礦巖碎石并整平，錨桿端部要打入底板穩固巖體不小于0.5 m，錨桿網度為1 m×1 m，錨桿直徑大于20 mm。如圖2所示。

第三步：立模。混凝土人工礦柱有三面為礦體邊界，只需立一面金屬模板即可。

第四步：澆筑混凝土人工礦柱。混凝土礦柱分2次澆筑，每次澆筑厚度不宜超過1.5 m，每澆筑30～50 cm時使用振動棒振動，2次澆筑間隔時間應控制在3～5 d，混凝土金屬模板在3 d后拆除。為增加抗剪強度，1 m3混凝土添加30 kg鋼纖維。

第五步：接頂處理。澆筑混凝土人工礦柱與礦體頂板接近時，采用噴射混凝土方法將混凝土人工礦柱與礦體頂板進行密實接頂。

2.5 礦房回采工藝

試驗采場礦體采用沿礦體傾向由上而下的退采回采順序進行開采，回采工藝為常規的采礦工藝，包括鑿巖、爆破、通風、頂板處理、出礦。

（1）落礦。鑿巖及鏟裝設備：采場落礦作業根據現場實際情況采用YT-2870型氣腿式鑿巖機進行鑿巖，釬桿直徑為38 mm，炮孔直徑為40 mm，釬桿長度為2.5 m；采用鏟運機進行鏟裝。爆破孔網參數：擴幫和壓頂炮孔排距b=0.8 m、炮孔間距a=1.0 m，擴幫炸藥單耗q=0.5 kg/t，壓頂時為保證礦石大塊產生率，單位炸藥單耗按近似松動爆破取值，壓頂炸藥單耗q=0.35 kg/t。

（2）出礦。鏟運機由各切割平巷，經切割上山將礦石運至1 180 m中段南西巷。出礦設備為LH-204型鏟運機，嚴格按照礦石質量的分運、分裝工作。裝入UQ-5型自卸汽車后，通過運輸巷道運至礦石溜井，再由膠帶斜井運出地表。

（3）地壓管理。對采場頂板不安全區域進行采取錨桿（網）支護措施，以確保采場頂板的回采安全，采場地壓由澆筑的混凝土人工礦柱來支撐上覆巖層壓力。

（4）采場通風。新鮮風流由1 160 m中段南主巷進入，經切割上山清洗切割平巷，最終經1 180 m中段南主巷回風巷排出。

2.6 現場施工技術要求

刷幫和壓頂時，靠近混凝土人工礦柱附近礦體爆破時，炮孔底部距混凝土人工礦柱間距不小于30 cm。

靠近混凝土人工礦柱的炮孔，要采用YT-2870型氣腿式鑿巖機鑿巖，本著多打孔、少裝藥原則，以減小對混凝土人工礦柱的爆破影響，炮孔底部與混凝土人工礦柱間的距離不少于50 cm。

為確保混凝土人工礦柱施工人員以及設備的安全，需提前做好采場頂板安全防護［5］。

對混凝土人工礦柱進行噴射混凝土接頂時，要將噴射混凝土噴射管道盡可能插入頂板最里面，才能保證混凝土人工礦柱完全接頂。

在礦體回采過程中，若出現混凝土人工礦柱未完全接頂時，可采用圓木填塞進行接頂。

3 技術經濟指標

技術經濟指標見表1。

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4 結 語

以貴州貓場鋁土礦為例，開展礦柱回收技術工業試驗，用混凝土礦柱替代礦石礦柱。工業試驗現場采用C20混凝土人工礦柱，自始至終未出現壓裂破壞，說明工業試驗混凝土人工礦柱尺寸、跨度是合理且安全可靠的，能夠對采場頂板起到有效支撐作用，明顯增加了單采場礦石資源的回收率，可以為類似礦山提供借鑒和參考，有利于提高鋁土礦地下開采回收率。