1、主运输巷保安矿柱安全高效回采实践 宋兴 周礼 长沙矿山研究院有限责任公司 国家金属采矿工程技术研究中心 摘 要： 受中段主运输巷穿插, 北阿尔登-托普坎铅锌矿 10 中段 5a 矿体前期回采留设有20 m 宽保安矿柱。受采空区及不规范回采影响, 该保安矿柱回采难度大。经技术经济比较分析, 选择采用分段凿岩阶段空场嗣后充填法回采该矿柱, 工业实践中, 采场综合生产能力达 375t/d, 损失率 10.43%, 贫化率 10%, 安全高效采出高品位矿石 45000t。关键词： 保安矿柱; 阶段空场嗣后充填法; 分段凿岩; 矿柱回采; 作者简介：宋兴 (1989-) , 男, 湖南益阳人, 主要从事
2、金属矿山开采技术方面的研究, Email:。收稿日期：2017-07-05Safe and Efficient Recovery Mining Practice of Safety Pillar in Main Transportation RoadwaySONG Xing ZHOU Li Changsha Institute of Mining Research Co., Ltd; Abstract： Because of the cross of the main transportation roadway, there were 20-meter-width safety pillar
3、s left in the previous mining of 5 aorebody at the 10 thlevel of north arden-topukan lead-zinc mine.Due to the influences of goaf and nonstandard mining, it was difficult to recovery the safety pillars.Through the technological and economical comparative analysis, the stage open-stope method with su
4、bsequent filling and sublevel drilling was used to recovery the safety pillars.In industrial practice, the comprehensive production capacity of stope reached to 375 t/d, the loss rate was 10.43%, the dilution rate was 10%, and the high-grade ore was safely and efficiently recovered by 45000 t.Keywor
5、d： Safety pillar; Stage open-stope method with subsequent filling; Sublevel drilling; Pillar recovery; Received： 2017-07-050 前言保安矿柱是采场回采过程中留设的措施矿柱, 与采场回采作业安全息息相关。保安矿柱通常在采场回采完毕后再进行回收, 国内外采矿工程技术人员为保障矿柱安全高效回采做了大量研究工作, 取得了丰硕成果1-2。刘泽洲, 雷明采用数值模拟方法对矿柱宽度进行了优化研究1;王培武, 王贤伟等基于微震监测技术对特大型矿柱破裂机理及安全系数进行了分析2;盛佳, 陈蓓
6、等对矿柱回采过程中叠层空区稳定性监测技术进行了研究3;林卫星, 周爱民等研究开发出特大空区矿柱群分区协同开采技术4;黄明发, 李永辉研究开发了不良胶结充填体条件下矿柱回采技术5。塔吉克斯坦共和国阿尔登 托普坎矿 10 中段回采时, 由于当时矿体尚未完全探明, 10 中段主运输巷经 5a 矿体中央穿插而过。为保护该主运输巷, 前期回采过程中在其两侧合计留设了 20 m 宽保安矿柱。现该矿柱已具备回采条件, 受两侧回采空区及不规范回采的影响, 其回采难度极大。经该矿与长沙矿山研究院有限责任公司联合攻关, 选择采用分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法回采该矿柱。1 工程条件和采矿方法的选择1.1 矿体开采
7、技术经济条件5a 矿体倾角下陡上缓, 下部倾角近乎直立, 上部倾角为 3554。矿体最大水平厚度约 40m, 最小厚度为 5m, 一般厚度为 23 m;矿体上盘围岩大部分为强硅化黄铁矿化矽卡岩, 下盘围岩为大理岩化灰岩, 矿岩界限基本清晰, 且稳固性好。矿石品位较高, 平均品位 Pb 为 3.56%, Zn 为 5.94%, Ag 为 98.6g/t, Cu为 0.34%。1.2 回采及工程现状5a 矿体前期回采时, 为保护 10 中段 2 线主运输巷, 留有 20 m 宽条柱。以条柱为界划分为东西两侧进行回采, 东侧、西侧又分别划分为两个采场进行回采, 采场间又留设有东西向条柱, 各采场均回
8、采出矿完毕。东侧:东侧划分为 1002-1 采场和 1002-1 北两个采场, 采场间留有约 12 m 宽连续条带矿柱, 在 1002-1 采场下盘和连续条柱中布置有运输巷和出矿进路, 且连续条柱东头已被剥采破坏。1002-1 北采场最高回采至约 1030m 水平;1002-1 采场平均回采标高为 1047.92m, 采场上盘暴露面积 9001000m, 空区体积约10000m。西侧:西侧划分为 1002-2 采场和 1002-2 北两个采场, 采场间留有约 1213 m 宽连续条柱, 在 1002-2 采场下盘和连续条柱中布置有运输巷和出矿进路, 目前均保持完好。1002-2 北采场最高回采
9、至约 1029m 水平;1002-2 采场平均回采标高为 1060.36m, 采场上盘暴露面积为 1700 m, 空区体积约 22000m。包括 1020m 水平 2 线主运输巷在内, 2 线间柱中沿矿柱轴向共布置有 4 层平巷, 第一层为 1020 水平 2 线运输主巷, 断面规格 3.8m3.6m;第二层平巷底板标高约 1029.6m, 断面规格 2m2m;该平巷目前已穿过上盘矿体边界 5.8m 并在下盘矿岩边界处向两侧采场有联络道联通;第 3 层平巷底板标高约 1037.2m, 断面规格 2m2m;该平巷目前已穿过上盘矿体边界约 10m 并在中间位置向两侧空区有联络道联通;第 4 层平巷
10、底板标高约 1046.1m, 断面规格 2 m2 m;该平巷目前已穿过上盘矿体边界 3.5m 并布置有联络道联通两侧空区。1.3 保安矿柱资源储量该保安矿柱保有高品位矿石 50245t, 平均品位 Pb 为 5.42%, Zn 为 6.94%。1.4 采矿方案选择根据上述工程及回采现状, 可供选择的采矿方案有如下 2 种:方案一:浅孔留矿法。该方案首先对 10 中段 1002-1、1002-2 采场采空区进行充填, 靠近矿柱 810m 的空区采用废石胶结充填, 其余空区采用非胶结充填至约1045m 水平, 然后在 10 中段重新布置采准工程, 采用浅孔留矿法回采该矿柱, 回采出矿完毕后自 10
11、45m 水平充填巷对新产生的空区进行充填。方案二:分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法。首先, 在靠近矿体下盘位置拉槽, 以两侧回采空区为自由面和补偿空间进行拉槽爆破, 然后沿矿柱轴向方向自切割槽向两侧回采, 采用中深孔崩矿, 崩落矿石经两侧采场底部出矿结构及端部运输巷出矿。设计回采至约 1048m 水平, 然后自矿体下盘 1045 m 标高对采空区 (1002-1、1002-2 采场及本次矿柱回采产生空区) 进行废石充填, 空区充填至1045 m 标高。上述 2 种采矿方案的优缺点对比见表 1。根据两侧采场揭露情况, 5a 矿体矿石和围岩稳固性属于中等稳固稳固以上, 1002-1 采场 2016
12、年 7 月即回采完毕, 至今没有出现过垮塌冒落情况。综合考虑到回采周期、成本、缓解矿山生产压力等因素6-8, 决定采用分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法回采 2 线间柱。2 回采方案及工业实践2.1 开拓与采准切割工程结合已有工程现状, 本次设计共划分 3 个分段凿岩水平, 凿岩巷道底板标高分别为 1020, 1029.6, 1037.2m 水平, 在矿体上盘围岩中新增一条人行通风井, 并通过联络道与现有 1029.6 m 水平、1037.2m 水平平巷贯通。为满足 YGZ-90中深孔钻机作业要求, 对 1029.6m 水平、1037.2 m 水平平巷中间段进行扩刷, 扩刷断面规格 2.8 m2.
13、8 m, 同时需在各分段凿岩水平在矿体下盘位置自凿岩巷道向两侧掘进切割平巷与两侧空区贯通。表 1 采矿方案优缺点对比 下载原表 此外, 从 1040 水平运输巷施工一条充填巷至空区下盘 1045 m 标高。主要新增工程共 457.4 m, 4714071m。2.2 凿岩爆破凿岩参数:采用 YGZ-90 凿岩机, 孔径 60mm, 台班效率 40m/台班。经计算确定最小抵抗线为 1.41.8m (切割槽取 1.4m, 正排取 1.5 m) , 孔底距 1.62m, 下分段凿岩巷炮孔孔底离上分段凿岩巷底板 0.81.0m。炮孔布置:在 1020, 1029.6, 1037.2 m3 个凿岩分段水平
14、内, 布置垂直上向扇形炮孔, 为减少大块率, 同排同段的两条凿岩巷道采用炮孔均匀布置。切割槽布置在矿体下盘, 切割槽共布置 51 排炮孔, 炮孔数为 153 个, 炮孔长度 329 m。正排爆破共布置炮孔 57 排, 炮孔数为 708 个, 炮孔长度 5355 m (见图 1、图 2) 。装药填塞:采用粉状硝铵炸药, BQF-100 装药器连续柱状耦合装药, 并沿炮孔全长敷设导爆索, 其装药密度可达 0.95kg/dm, 装药系数为 0.70.85。为了避免孔口装药过于集中, 孔口错开装药, 即除边孔和中孔装得较多外, 其余各孔均交错增加填塞长度。严格控制装药量及堵塞长度, 围岩段炮孔不装药,
15、 采用炮泥堵塞, 炮泥堵塞长度不小于 1.5 m, 以提高爆能利用率9。图 1 切割槽炮孔布置 下载原图图 2 正 1 排炮孔布置 下载原图孔内采用毫秒微差雷管起爆, 同排之间微差爆破, 以减少同段起爆药量, 控制爆破危害。爆破网络采用毫秒延期导爆管雷管+导爆索联合起爆, 孔底单雷管起爆, 孔内全长敷设导爆索。2.3 通风出矿通风:新鲜风流自 1020 水平进入采场, 清洗工作面后从采空区、天井处排至上中段。出矿:前期崩落矿石可由 1002-1 采场下盘出矿结构, 1002-2 采场出矿结构及两端 2 线主运输巷铲出;靠北端崩落矿石还可经 1002-1、1002-2 采场空区溜入995 m 水
16、平 995-201、995-202 采场, 经底部漏斗结构放出;出矿后期, 采用遥控铲运机清理采空区剩余矿石。2.4 采场充填在崩落的间柱矿石出完后, 对采空区进行废石充填。首先在 1040 充填巷中靠近采空区约 3m 位置施工斜溜槽, 并在溜槽边上施工安全挡墩。在采空区最底层的出矿进路中, 用汽车、铲运机或装载机等设备, 把废石堆在出矿进路中堵塞进路, 防止废石流下来后产生飞溅, 造成人员或设备损伤。为保证下分段矿体回采安全, 减少贫化, 可考虑在下部充填 5m 厚左右的碎石胶结充填假底, 强度35 MPa。充填至 1045m 水平时, 随着废石的堆积, 采用推土机逐渐往前推进, 充满整个空
17、区10-11。2.5 工业实践及主要技术经济指标该矿采用上述方案对该保安矿柱进行了回采, 共计回收高品位矿石 45000t, 平均出矿品位 Pb4.88%, Zn6.25%。工业实践期间, 采准切割工程施工耗时 1.5 个月, 凿岩耗时 1.5 个月, 爆破出矿 1 个月, 采场综合生产能力达 375t/d, 损失率 10.43%、贫化率 10%。回采期间, 人员设备安全得到有效保证, 且采场上下盘围岩没有发生大规模垮塌12。3 结论(1) 针对该保安矿柱回采技术难题, 经技术经济比较分析, 选择采用分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法成功安全高效回采该矿柱。(2) 分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法人
18、员设备作业安全, 回采周期短, 采场生产能力大, 综合生产能力达 375t/d, 矿石损失率为 10.43%, 矿石贫化率为10%。研究成果对类似矿体的安全高效回采具有一定的指导意义。参考文献1刘泽洲, 雷明.基于数值模拟的采场永久矿柱宽度优化研究J.采矿技术, 2017, 17 (03) :13-15, 35. 2王培武, 王贤伟, 杨顺.基于微震监测的特大型矿柱破裂机理及安全系数分析J.矿业研究与开发, 2016, 36 (10) :85-89. 3盛佳, 陈蓓, 李向东, 等.矿柱回采过程中叠层空区稳定性监测技术实践J.矿业研究与开发, 2016, 36 (05) :75-78. 4林卫
19、星, 周爱民, 宋嘉栋, 等.特大空区矿柱群分区协同开采技术研究与应用J.采矿技术, 2015, 15 (02) :9-11, 47. 5黄明发, 李永辉.不良胶结充填体条件下矿柱回采方案选择J.采矿技术, 2016, 16 (02) :22-24, 43. 6李春晓, 杨臣堂.矿柱回采与空区处理实践J.资源导刊地球科技版, 2014 (6) :52-53. 7朱必勇, 杨伟, 王新民.大规模充填体下保安矿柱规划及矿体回采顺序研究J.金属矿山, 2015 (07) :21-24. 8高志斌.四方金矿矿柱及残矿回收技术实践J.科技资讯, 2013 (14) :81-82. 9李过生, 苏齐松, 张文智, 等.中深孔爆破法回采顶柱的应用实践J.有色矿冶, 2006, 22 (5) :4-6. 10米继武, 李永辉.隔一采一矿柱空场回采嗣后放顶处理空区数值分析J.采矿技术, 2015, 15 (06) :55-59. 11董宪久, 王长军, 柳小胜.充填采矿法在盘龙铅锌矿矿柱回收中的应用J.矿业研究与开发, 2015, 35 (08) :19-22. 12肖保峰, 杨顺.万城矿特大型临空矿柱稳定性监测与分析J.矿业研究与开发, 2016, 36 (06) :37-41.
