保文俊，江親才，張葆春，趙永和

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司武山銅礦，江西瑞昌 332204)

武山銅礦雙中段開(kāi)采礦柱回收初探

保文俊，江親才，張葆春，趙永和

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司武山銅礦，江西瑞昌 332204)

武山銅礦以膠結(jié)充填工藝推廣使用為契機(jī)，積極摸索在現(xiàn)有采礦工藝、技術(shù)裝備條件下，對(duì)雙中段開(kāi)采時(shí)留下的礦柱進(jìn)行回收，通過(guò)改變回采順序、優(yōu)化膠結(jié)充填工藝、事先調(diào)節(jié)礦柱厚度措施，有效解決了雙中段開(kāi)采礦柱回收難題，確保了安全生產(chǎn)，礦石回收率提高到80%以上。

膠結(jié)充填;雙中段開(kāi)采;礦柱;回采順序;礦柱厚度;安全生產(chǎn);回收率

1 引言

武山銅礦5000噸/日技改工作結(jié)束后，實(shí)現(xiàn)了達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。為確保后期生產(chǎn)穩(wěn)定性、可持久性，該礦在北礦帶部分采場(chǎng)實(shí)行雙中段開(kāi)采，以此確保生產(chǎn)的均衡穩(wěn)定。但雙中段開(kāi)采留下的中段礦柱回采工作成了困擾企業(yè)的一大難題。一直以來(lái)該礦中段礦石回收率僅40%，甚至為確保安全生產(chǎn)，放棄了礦柱的回收，造成大量礦石資源浪費(fèi)。在這種情況下，該礦工程技術(shù)人員及廣大施工人員積極主動(dòng)分析困擾礦柱回收的各種因素，并逐一制定相應(yīng)的解決措施;通過(guò)改變回采順序、優(yōu)化膠結(jié)充填工藝、事先調(diào)節(jié)礦柱厚度等措施，有效解決了雙中段開(kāi)采礦柱回收難題，確保了安全生產(chǎn)，礦石回收率提高到80%以上。

2 地質(zhì)概況

武山銅礦北礦帶位于花崗閃長(zhǎng)斑巖巖體北側(cè)接觸帶外地層圍巖中，泥盆系上統(tǒng)五通組與石炭系中統(tǒng)黃龍階之間，黃龍階及二迭系下統(tǒng)棲霞階等層位為該礦帶的容礦空間。礦體傾向南東165°，傾角56°～60°局部地段變陡達(dá)70°～83°，變緩地段傾角44°，底板呈微波浪起伏，向深部有變緩趨勢(shì)。礦體厚度一般5～30m，平均16.8m，變化較穩(wěn)定，厚度變化系數(shù)77%。沿走向自礦體中部往東西兩端厚度變小，沿傾向自上而下有增大的變化規(guī)律。礦石類型主要為含銅黃鐵礦，含銅碳酸鹽巖，次為含銅高嶺土、銅鉛鋅黃鐵礦、黃鐵礦等。礦體的底板主要為石英砂巖，其次為花崗閃長(zhǎng)斑巖;頂板為白云巖、大理巖，局部地段為花崗閃長(zhǎng)斑巖、煌斑巖、高嶺土，礦體附近的火成巖脈在淺部均遭受了強(qiáng)烈的風(fēng)化，為不良工程體。

3 礦柱的回收方案

礦柱的空間賦存狀況決定了構(gòu)成礦柱的礦體長(zhǎng)時(shí)間處于受自重影響的拉應(yīng)力狀態(tài)，加之采空區(qū)的充填接頂率極難做到100%，礦柱下部的礦石局部受塑性變形影響，突破表面張力或自重突破拉應(yīng)力極限，導(dǎo)致部分冒落，在礦柱與下部充填體之間形成一層破碎體，這樣礦柱對(duì)頂部膠結(jié)充填體的支撐能力極弱，部分礦段因下中段首采時(shí)發(fā)生嚴(yán)重垮塌冒頂事故，對(duì)礦體造成極大的破壞;另外礦柱周圍相關(guān)井巷工程較多，也對(duì)頂?shù)字幕厥諑?lái)了困難等［1］。

3.1 礦柱回收顯現(xiàn)的幾個(gè)主要問(wèn)題

(1)礦柱裂隙發(fā)育，松散破碎嚴(yán)重，下部膠結(jié)充填體水泥水化放出大量熱量隨著裂隙進(jìn)入回采空區(qū)，使采場(chǎng)溫度驟升，溫度高達(dá)40℃，高溫作業(yè)危及作業(yè)人員安全。

(2)礦柱底部的破碎層裂隙使充填料漿發(fā)生泄漏，充填跑漿現(xiàn)象嚴(yán)重，泄露的充填料漿污染作業(yè)場(chǎng)所，同時(shí)大量水泥漿料進(jìn)入水倉(cāng)，造成水倉(cāng)堵塞。

(3)因該礦膠結(jié)充填采取分期充填，第一期充填高度為回采巷道高度的一半，第二期充填剩余部分，但從充填現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)得知第二期充填后，采空區(qū)內(nèi)仍有30厘米高的空間不能接頂。為確保充填接頂，該礦采取尾沙補(bǔ)充空區(qū)以確保充分接頂。在回收雙中段礦柱充填過(guò)程中，膠結(jié)充填料將隨著礦柱底板及兩幫裂隙大量進(jìn)入下中段采空區(qū)內(nèi)，將接頂尾沙洗空，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致采礦進(jìn)路下沉，造成安全生產(chǎn)事故發(fā)生［2］。

(4)隨著礦柱的回采，膠結(jié)充填體頂板下沉量較大，開(kāi)裂、脫層現(xiàn)象嚴(yán)重［3］。

3.2 礦柱回收主要措施

根據(jù)對(duì)雙中段礦柱的受力分析［4］，并結(jié)合礦山企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際，決定沿用該礦近幾年日漸成熟的下向水平分層進(jìn)路式膠結(jié)充填采礦工藝對(duì)礦柱進(jìn)行回收，但具體的操作方法則是根據(jù)礦柱的特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，具體如下:

3.2.1 變更回采順序，采用房柱法回收

上部充填體的支撐能力極弱，在使用分層進(jìn)路式回采的前提下，變更回采順序，采用房柱法回收，如下圖1所示:

示意圖中＜3＞、＜6＞、＜9＞、＜3'＞、＜6'＞、＜9'＞分條作為采場(chǎng)的分條礦柱先行回采，待上述分條礦柱回采完畢后，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行膠結(jié)充填。充填前用坑木在采空區(qū)內(nèi)垂直礦體走向施工頂柱，間距4－5m，礦柱采空區(qū)充填完畢，膠結(jié)體包裹坑木形成人工礦柱，給頂板膠結(jié)體以足夠的支撐力，較好地解決了相鄰分條因充填不接頂暴露面積過(guò)大而帶來(lái)的隱患。礦柱回采后再回采礦房，空區(qū)按常規(guī)工藝進(jìn)行膠結(jié)充填。另外房柱式回采也有效的控制了頂板應(yīng)力有序釋放［5］。

1、無(wú)軌分段巷道;2、聯(lián)絡(luò)道;3、溜礦井;4、泄水井;5、切割巷道(3.5m×4.0m);6、礦柱礦體;7、條住(3.5m×4.0m)圖1 變更回采順序的房柱法采礦

3.2.2 優(yōu)化膠結(jié)充填工藝

采空區(qū)內(nèi)噴漿支護(hù)，預(yù)防充填料漿跑漿，造成充填質(zhì)量事故。武山銅礦膠結(jié)充填分兩步實(shí)施，分條采空區(qū)高度的1/2(1.8m左右)按1:4的灰砂比進(jìn)行膠結(jié)充填，剩余1/2按1:8的灰砂比充填，頂部殘留空間用尾砂充填接頂?？紤]雙中段礦柱礦巖松散、破碎，裂隙發(fā)育，充填采空區(qū)時(shí)極易泄漏充填料漿，同時(shí)充填料漿會(huì)大量清洗下層采空區(qū)內(nèi)接頂尾砂，造成環(huán)境污染以及充填質(zhì)量事故。故充填前必須對(duì)采空區(qū)邊幫和底板進(jìn)行噴漿處理，堵塞裂隙，裂隙規(guī)模較大地段還需用混凝土加固處理，充填濾水墻底部也需要鋪設(shè)一層200mm～300mm混凝土墊層，以防跑漿。

調(diào)整雙中段礦柱回采采空區(qū)充填高度，確保充填順利進(jìn)行。多次膠結(jié)充填采空區(qū)泄露事故分析，大多是第一期高度超過(guò)1m后發(fā)生的，隨著采空區(qū)充填高度的增加，靜壓力隨之增大，對(duì)底板及邊幫松散體的破壞力也隨之加大，充填料漿在這種情況下，極易突破噴漿體的束縛，發(fā)生泄漏事故［6］。為此將第一期充填高度由采場(chǎng)斷面高度的1/2降至為1m，而提高第二期充填量，這樣減少一期充填料漿對(duì)底板的壓力，最大限度的減少充填泄漏事故。

調(diào)整充填料灰沙比，降低膠結(jié)充填成本。該礦工程技術(shù)人員充分分析雙中段礦柱采空區(qū)膠結(jié)充填體作用;雙中段礦柱回收為最后一個(gè)分層，充填體下方已無(wú)礦體回采，無(wú)需作為下分層的頂板。只要能滿足本層相鄰分條回采時(shí)，充填體能自立，并能承擔(dān)自身自重的能力即可，故可將充填體抗壓強(qiáng)度由以往的4MPa降至1.5～2MPa即可。為此該礦雙中段礦柱回采后采空區(qū)均采用灰砂比1∶10的充填料進(jìn)行充填，有效降低了充填成本。

3.2.3 超前準(zhǔn)備，預(yù)先調(diào)節(jié)好礦柱厚度

在臨近雙中段礦柱的回采過(guò)程中，需根據(jù)下一中段首采層的頂柱標(biāo)高來(lái)調(diào)節(jié)最后幾個(gè)分層的回采高度，使雙中段礦柱厚度預(yù)留在3～3.5m左右，保證合理的開(kāi)采高度，確保安全生產(chǎn)。

4 實(shí)施效果

針對(duì)雙中段礦柱的賦存情況而制定科學(xué)合理的回收方案，并得以有力的實(shí)施后，該礦在雙中段作業(yè)的情況下，礦柱的回收工作取得較好的效果;其一:從近期回收的北礦帶－260m中段E1、E2、E4三個(gè)盤區(qū)的礦柱統(tǒng)計(jì)情況得知，礦柱回收率突破81%，是原來(lái)的2倍，如表1所示:

表1 各盤區(qū)頂?shù)字夭傻V量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

從以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，該礦的礦柱回收工作伴隨著膠結(jié)充填工藝的日趨成熟而不斷完善，回收率也由過(guò)去的40%左右急速提升至81%以上，較充分回收了礦產(chǎn)資源，有效延長(zhǎng)了中段服務(wù)時(shí)間。其二:通過(guò)對(duì)雙中段礦柱回采采取的各項(xiàng)措施，確保了安全生產(chǎn)，杜絕了安全生產(chǎn)事故發(fā)生。其三:為后期中段礦柱回收工作奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

武山銅礦在礦柱回收方面的成功經(jīng)驗(yàn)促進(jìn)了企業(yè)采礦技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的積累，充分回收了礦產(chǎn)資源，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)對(duì)采用雙中段開(kāi)采擴(kuò)大礦山生產(chǎn)能力和回收礦柱積累了經(jīng)驗(yàn)，為其它礦山提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。

［1］ 江文武，徐國(guó)元.復(fù)雜采礦條件下臨時(shí)水平礦柱穩(wěn)定性分析［J］.金屬礦山，2010(3):29－31，65.

［2］ 趙傳卿，胡乃聯(lián).膠結(jié)充填對(duì)采場(chǎng)穩(wěn)定性的影響［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，27(1):13－16.

［3］ 趙奎.殘留礦柱回采與空區(qū)穩(wěn)定性的有限元模擬研究［J］.采礦技術(shù)，2002，2(2):51－53.

［4］ 秦艷華，王曉軍，鐘春暉，等.礦柱回采對(duì)采空區(qū)穩(wěn)定性影響數(shù)值模擬研究［J］.銅業(yè)工程，2007(3):8－10.

［5］ 楊殿.金屬礦山地下開(kāi)采［M］.長(zhǎng)沙:中南工業(yè)大學(xué)出版社，1999:277－293.

［6］ 王運(yùn)敏.現(xiàn)代采礦手冊(cè)(中)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2012:981－986.

［7］ 高華林.緩傾斜礦體多中段回采穩(wěn)定性分析［C］//中國(guó)金屬學(xué)會(huì)采礦學(xué)會(huì)。首屆全國(guó)青年采礦學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.湖南大庸，1991:83－87.

Brief Discussion on Double Sublevel Pillars Recycling in Wushan Copper Mine

BAO Wen－jun，JIANG Qin－cai，ZHANG Bao－chun，ZHAO Yong－h(huán)e
(Wushan Copper Mine，Jiangxi Copper Corporation，Ruichang，Jiangxi 332204，China)

As the opportunity of cemented back filling promoted in Wushan Copper Mine，the writers positive discovery the ways of sublevel pillars recycling based on current mining method and equipment.Through changing the backstoping sequence，optimizing the cemented filling process，adjusting the thickness of ore pillars，the double sublevel pillars recycling difficulties are solved;and ensure safety production，the ore recovery rate is improved to more than 80%.

cemented back－filling;double－sublevel mining;ore pillars;stoping sequence;safety production;recovery rate

book=57,ebook=10

TD26

B

1009－3842(2012)05－0057－03

2012－05－02

保文俊(1977－)男，云南陸良人，主要從事井下礦山安全生產(chǎn)管理。E－mail:baowenjun@sina.com