張軍奎

(蘭州有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司， 甘肅 蘭州 730000)

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某礦礦柱回收與空區(qū)處理方案設(shè)計(jì)

張軍奎

(蘭州有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司， 甘肅 蘭州 730000)

某鉛鋅礦采用平硐-溜井+輔助斜井開拓方式，由于礦山多年多個(gè)中段同時(shí)回采，加之礦體上下盤圍巖穩(wěn)固性一般，導(dǎo)致礦山空區(qū)暴露面積大、采礦貧損指標(biāo)不理想。采空區(qū)的存在對(duì)礦山的安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重的威協(xié)，若不及時(shí)進(jìn)行處理，有可能導(dǎo)致礦山安全事故的發(fā)生。為保證礦山安全、連續(xù)生產(chǎn)，提出了礦柱回收與空區(qū)處理的方案。

采空區(qū)；礦柱回收；深孔落礦

1 礦山現(xiàn)狀

某礦采用平硐-溜井+輔助斜井的開拓系統(tǒng)，銀銅礦石和鉛鋅礦石分采分運(yùn)，礦山生產(chǎn)已近 10 a，銀銅礦和獨(dú)立鉛鋅礦的開采現(xiàn)均已達(dá)到設(shè)計(jì)的生產(chǎn)能力。礦山設(shè)計(jì)至3886 m中段，采用留礦法和分段空?qǐng)龇ㄩ_采，已形成3886 m主運(yùn)輸平硐，4100，4160，4200，4250 m平硐，目前正在準(zhǔn)備進(jìn)行4000 m中段的開拓工作。

生產(chǎn)實(shí)踐表明，隨著空?qǐng)龇ú蓤?chǎng)開采的進(jìn)行，圍巖的暴露面積越來(lái)越大，圍巖冒落量也越來(lái)越大，特別是采場(chǎng)回采中后期，冒落圍巖量是較大的，局部采場(chǎng)甚至產(chǎn)生大規(guī)模冒落，使礦石和圍巖在出礦過(guò)程中混合，造成礦石損失貧化大。礦房開采后，部分礦房由于圍巖冒落量大，礦柱回采條件遭到嚴(yán)重破壞，難以正?；厥?，只能進(jìn)行殘采。

另外，隨空?qǐng)龇ㄩ_采的進(jìn)行，采空區(qū)越來(lái)越多，冒落現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。目前礦山的地壓?jiǎn)栴}是已十分突出：4200 m頂柱與圍巖一起冒落，4160 m中段也有部分頂?shù)字奥洌咕虏煽諈^(qū)與地表連通，形成了一個(gè)大型冒落區(qū)；4200 m中段Cu1礦體下盤圍巖大規(guī)模冒落；目前4160 m中段西主巷明顯變窄，4200 m中段主巷不斷片幫；銀銅礦體已開采到4050 m中段，獨(dú)立鉛鋅開采到4100～4160 m中段，而4050～4200 m中段還有大量空區(qū)未處理。

礦山近年采礦貧損指標(biāo)不理想，采礦方法比重為：留礦法 60%，分段空?qǐng)龇?40%，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和與礦山工程技術(shù)人員的交流，礦柱回采的貧化率部分達(dá)到50%以上，甚至更高，采礦綜合貧化率至少在22%以上；部分礦柱由于無(wú)法回采，全部損失，采場(chǎng)綜合損失率至少在18%以上。部分小礦脈由于夾于厚大礦體之間，厚大部分開采后形成大規(guī)模多層空區(qū)，中間小礦脈開采技術(shù)條件遭到破壞，采用空?qǐng)龇o(wú)法開采，這部分礦脈的損失巨大，占據(jù)大量的資源。礦山急需解決上部礦柱的滯留問(wèn)題。

2 采空區(qū)處理的必要性

采空區(qū)范圍過(guò)大，空區(qū)體積達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)形成空區(qū)安全隱患，采空區(qū)的存在將對(duì)礦山的安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重的威協(xié)，若不及時(shí)進(jìn)行處理，就有可能導(dǎo)致礦山安全事故的發(fā)生。

現(xiàn)銀銅已開采至4050 m中段，獨(dú)立鉛鋅開采至4100 m中段，4100 m中段及以上有4160，4200，4250 m三個(gè)中段，空區(qū)分布范圍廣，主要空區(qū)范圍南北長(zhǎng)300～500 m，東西寬100～200 m；地表已形成南北長(zhǎng)380 m，東西寬170 m，深80～100 m左右的塌陷坑。隨著4100 m獨(dú)立鉛鋅的繼續(xù)開采，礦山空區(qū)體積和礦柱保有量還將進(jìn)一步增長(zhǎng)。

目前礦山采空區(qū)留礦柱支撐，大量空區(qū)的存在已經(jīng)成為礦山生產(chǎn)的重大安全隱患，可能出現(xiàn)突發(fā)性大面積空區(qū)垮塌和地表大范圍沉陷等地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題，其后果十分嚴(yán)重，有可能形成井下空氣沖擊波，造成井下人員、設(shè)備和井巷工程的嚴(yán)重破壞。所以在采礦方法改變的同時(shí)，采空區(qū)必須進(jìn)行處理。

3 礦柱回收方案的初選

該礦設(shè)計(jì)留礦法主要用于厚度5 m以下礦體，實(shí)際應(yīng)用中，由于礦體變化大，中深孔鑿巖往往難以適應(yīng)，貧化損失大。實(shí)際留礦法比重占到80%，采用電耙漏斗底部結(jié)構(gòu)，礦房開采后，留8～10 m間柱，頂柱高度4～6 m，底柱高度10～12 m，除間柱內(nèi)分段鑿巖聯(lián)道和分層聯(lián)絡(luò)道間距不同外，其余類似。

根據(jù)該礦礦柱的開采技術(shù)條件及回采工藝特點(diǎn)，礦柱回采方法可視為礦房空?qǐng)鰲l件下回采礦柱，根據(jù)采場(chǎng)結(jié)構(gòu)，在礦房空?qǐng)鰲l件下一般是采用大爆破的方式回采，即用深孔進(jìn)行爆破，向敞空礦房崩落礦柱，在空?qǐng)龌蛘弑缆涓采w巖下由礦塊底部結(jié)構(gòu)的電耙道出礦?？梢愿鶕?jù)礦山實(shí)際需要，一次爆破可崩落一到幾個(gè)礦塊的礦柱，有利于提高礦柱回采強(qiáng)度和作業(yè)安全。由于4100 m中段及以下采用充填法回采，對(duì)4160 m以上的礦柱初步擬定了2個(gè)回采方案：

(1) 方案Ⅰ，深孔崩落礦柱回收方案；

(2) 方案Ⅱ，措施井深孔崩落礦柱回收方案。

3.1 深孔崩落礦柱回收方案

該礦礦房回采后，由于礦巖體不穩(wěn)固，空區(qū)存放時(shí)間長(zhǎng)，大量礦柱已片幫“瘦身”，在原間柱天井內(nèi)作業(yè)，安全保障性較差。該方案是建立在原間柱天井安全可靠，能夠在間柱天井內(nèi)施工深孔鑿巖的條件下，才能實(shí)施和實(shí)現(xiàn)。間柱、頂柱以及上階段底柱深孔微差大爆破一次回采。其中在電耙道以上部分底柱，在電耙道能利用時(shí)，在電耙道內(nèi)鑿上向扇形孔，否則在電耙道兩端掘鑿巖硐室，相向鑿水平或束狀深孔；頂柱和電耙道以下底柱在天井內(nèi)鑿巖硐室鑿水平扇形深孔；間柱在天井內(nèi)的鑿巖硐室鑿束狀深孔。此回采方案采切工程量少，只要鑿巖硐室的施工和深孔鑿巖工作安全可靠，該方案的實(shí)施是較為安全可靠的。

3.2 措施井深孔崩落礦柱回收方案

當(dāng)原間柱天井不夠安全可靠時(shí)，在安全位置施工措施天井和硐室，作為鑿巖和爆破的工作場(chǎng)地，在礦柱中鑿水平或束裝深孔，按照回采順序要求，將相應(yīng)的間柱、頂柱及上階段底柱一次性微差爆破落礦。對(duì)電耙道以上部分底柱，當(dāng)電耙道能利用時(shí)，在電耙道內(nèi)鑿上向扇形孔，否則在電耙道兩端掘鑿巖硐室，相向鑿水平或束狀深孔；對(duì)頂柱和電耙道以下底柱，在鑿巖硐室內(nèi)鑿水平扇形深孔；對(duì)間柱在措施井內(nèi)的鑿巖硐室鑿水平束狀深孔。該方案安全性好，生產(chǎn)可靠，但工程量稍大。

3.3 回收方案的適用情況

通過(guò)調(diào)查礦柱的分布情況后，依據(jù)國(guó)內(nèi)外類似礦體礦柱回收方法，制定了深孔崩落礦柱回收方案和措施井深孔崩落礦柱回收方案兩個(gè)技術(shù)可行的方案，兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

表1 兩方案主要優(yōu)缺點(diǎn)比較

兩方案各有其優(yōu)越性，4160 m中段及以上兩種方案共同使用，在確定礦柱內(nèi)原天井能夠安全利用時(shí)，采用深孔崩落礦柱回收方案，否則，推薦措施井深孔崩落法礦柱回收方案。

4 相關(guān)工程

根據(jù)空區(qū)分布范圍和地表剝離及礦柱回收工程施工需要，在回采陷落帶外圍20 m設(shè)置一道截水溝，延伸至礦區(qū)外50 m，排水溝溝底寬1.5 m，上口寬2，5 m，深度2 m，以滿足礦山雨季排洪需求。

當(dāng)原間柱天井內(nèi)作業(yè)安全保障性較差時(shí)，采用措施井礦柱回收方案，在距離間柱礦體5 m以上的下盤穩(wěn)固巖石中掘進(jìn)措施天井，斷面1.5 m×1.5 m，在措施天井內(nèi)每間隔10～12 m向礦體掘進(jìn)鑿巖硐室，鑿巖硐室長(zhǎng)5 m，斷面2.8 m×2.8 m；對(duì)電耙道以下頂?shù)字幕夭设弾r，在措施井內(nèi)每間隔5～7 m向礦體掘進(jìn)鑿巖硐室，鑿巖硐室長(zhǎng)5 m，斷面2.8 m×2.8 m。

5 結(jié) 論

及時(shí)、安全、有效地對(duì)礦柱回收和采空區(qū)處理具有經(jīng)濟(jì)和安全的雙重價(jià)值，直接關(guān)系到礦山企業(yè)的生產(chǎn)安全與經(jīng)濟(jì)利益。礦柱回收和空區(qū)處理是同步進(jìn)行的，在礦柱回收過(guò)程中，為了保證安全，建議建立地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，做好地壓預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)工作，確保礦山的安全生產(chǎn)。

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張軍奎(1985-)，男，甘肅天水人，工程師，主要從事礦山采礦設(shè)計(jì)工作，Email：369372402@qq.com。