童家院矿床难采残矿安全开采研究

薛迪光

(锡矿山闪星锑业有限责任公司， 湖南冷水江市 417500)

1 概述

童家院矿床三中段已探明地质储量总计228.479万 t，锑金属量 104644 t，品位 4.58%，该区域矿体厚度大，品位富集，曾是采选厂的主要生产中段，1976年开始开采，采出矿量159.935万 t，采出锑金属量732508 t，损失矿量68.543万 t，损失锑金属量 31393.2 t。

该中段矿体根据各层矿体赋存状况和品位变化情况分别采用房柱法、杆柱房柱法、人工壁柱房柱法开采，留下了大量的矿柱、矿壁、顶底柱、边角矿体。目前，该矿的矿产资源日趋枯竭，矿床中上段富集矿体已基本开采完毕，深部矿体薄、品位低，为了稳定矿山生产量，最大限度地回收矿产资源，上部结束中段的复杂难采残矿开采研究对该矿具有重要意义。

2 开采技术条件

童家院矿床三中段矿体赋存在稳固的矽化灰岩中，沿走向长约1200 m，倾斜长100 m左右，矿体分为三层，第一层矿体平均厚度2 m，平均倾角15°，品位5.7%，矿体与下盘稳定，上盘为厚层页岩，不稳定。第二层矿体平均厚度为8 m，平均倾角15°，品位4.5%，矿体与下盘稳定，上盘为薄层页岩及断裂带页岩，中等稳定至不稳定。第三层矿体平均厚度2 m，平均倾角10°，品位3.5%，矿体与下盘稳定，上盘为薄层页岩，不稳定。

该中段第二层矿体采用人工壁柱房柱法回采，该采矿方法不留矿柱和顶底柱，回采率达到了90%以上。第一层矿体与第三层矿体采用正规的房柱采矿法或杆柱房柱采矿法开采，即矿体沿走向划分为盘区，其长度为80～100 m，盘区之间留3米宽的矿壁。盘区中又划分为矿房和矿柱，矿房宽度8～10 m，矿柱为不连续的矩形，其规格为3 m×4 m，间距为5 m。顶底柱厚度各为3 m，矿房斜长40～60 m。采准切割巷道包括脉外阶段平巷、放矿溜井、切割平巷、切割天井、回风平巷、电耙绞车硐室。其采矿方法与残矿分布如图1所示。

图1 童家院矿床采矿方法示意

回采工作是在拉开切割平巷的基础上，以切割天井为自由面，用浅孔落矿方法进行回采。相邻矿房的回采工作可以同时进行，但应保持15～25 m的超前距离。随着回采工作面的推进，在矿房两侧留规划的不连续矿柱。当顶板局部不稳固或遇有较大断层时，在该处应留设矿柱，以保证回采工作的安全。由于直接顶板为不稳固的页岩，采用杆柱维护顶板。杆柱的参数长2 m，网度1 m×1 m，每套杆柱实际担负的面积为1 m2。

童家院矿床三中段矿体于1990年代中期结束开采，大部分采场空区均已采用胶结充填料与矸石或尾砂充填，但部分采场的上端部尚未完全充填接顶。该中段残留的矿体有4种类型:顶、底柱;壁柱、房内矿柱;边角矿体;顶板冒落采场积矿。

3 采矿方法

根据残矿的不同类型，选择的采矿方法也不尽相同。

3.1 顶底柱回采方法

顶、底柱厚度各为3 m，回采较为简单。沿走向布置采场，视矿体走向起伏变化情况在较低的一端从阶段平巷中掘放矿溜井，一般采场长60 m左右。为保证回采过程中的安全，采场内原放矿溜井和通路口必须用钢轨混凝土严密封闭。

3.2 壁柱和房间矿柱回采方法

盘区之间的壁柱，宽度3 m。房间矿柱3 m×4 m，即沿矿体走向宽度为3 m，逆矿体倾向宽度4 m，两个矿柱的间距为5 m。壁柱和房间矿柱回采是残矿回采的研究重点。

他们两个一瘸一拐地，吃力地走下河岸，有一次，走在前面的那个还在乱石中间失足摇晃了一下。他们又累又乏，因为长期忍受苦难，脸上都带着愁眉苦脸、咬牙苦熬的表情。他们肩上捆着用毯子包起来的沉重包袱。总算那条勒在额头上的皮带还得力，帮着吊住了包袱。他们每人拿着一支来复枪。他们弯着腰走路，肩膀冲向前面，而脑袋冲得更前，眼睛总是瞅着地面。

回采壁柱和房间矿柱前，先把壁柱或房间矿柱一侧充填料扒空，其宽度为2～3 m，直至贯穿上部回风平巷，以做为通风和矿体回采自由面之用。在原电耙绞车硐室安装28～30 kW的电耙绞车耙矿，利用原放矿溜井装设漏斗出矿。回采时，利用原切割槽做为自由面，用浅孔落矿方法落矿，浅孔深度2 m左右，分层高度2.5～3 m。其采矿方法如图2所示。

图2 壁柱和房间矿柱采矿法示意

为了保证回采过程中的顶板安全，采场回采至不稳固页岩层时，设计采用杆柱维护顶板。考虑矿壁或矿柱两侧的充填体是松散体，且局部未充填接顶，矿柱破坏后，不能充分承压。为了保证回采过处程中顶板不变形冒落，在充填体被耙空的采场顶板和采空的矿壁与矿柱顶板下设计采用水压支柱支撑顶板。回采结束后，尽快撤除水压支柱，充填采空区。

3.3 边、角矿体的回采方法

边、角矿体的回采方法与矿壁、矿柱回采的方法相同，即从矿体一侧把充填料扒空，直至回风巷，用作自由面并供通风用。如果边、角矿体宽度较大，则需要再掏切割槽，延伸回风巷。

在回采边、角矿体过程中，如果新发现矿体沿走向延伸较大时，则需要在切割槽位置沿走向掘转矿道采用壁式充填法回采。采场回采跨度大于10 m时，必须逆倾向预留2 m宽的空区，砌筑块石混凝土密闭，充填8 m宽的空区后，再继续沿走向回采。其采矿方法如图3所示。

图3 边、角矿采矿法示意

4 采场顶板支护

为了保证回采、充填过程中采场顶板不产生变形与下沉冒落，在设计过程中，考虑采用水泥卷锚杆和水压支柱支护采场顶板。

水泥卷锚杆支护与采矿同时进行，锚杆长2.0 m，安装网度1.0 m×1.0 m。爆破前距离工作面允许1 m长不支护锚杆，爆破后距离工作面允许3 m长不安装锚杆。

为了承载残矿两侧采场顶板压力，在安装锚杆保护开采区顶板的同时，再安装水压支柱支护开采区两侧的顶板。水压支柱采用SYZ型外注式支柱，它由缸体、活塞、活塞杆、安全阀、单向阀、缸座、活塞杆座及增压块等零部件构成。支柱高度设计2～3.5 m，支柱排距2～3 m，间距1.5 m。为了防止爆破时矿石冲击水压支柱，水压支柱距爆破面应保持5 m。工作程序为架设水压支柱、安装锚杆—凿岩—爆破—通风—处理顶板与工作面松石—出矿。架设水压支柱由风钻工操作，采场开采高度小于3 m时，水压支柱安装需3人操作，开采高度大于3 m时需4人操作。

5 空区处理

残矿回采后，必须对空区进行处理，以防止空场时间过久而引起顶板下沉冒落而发生地压活动。

选厂的全尾砂自流至尾砂分级站，分级后的溢流尾砂放至尾砂库储存，沉砂进入搅拌桶，分级尾砂与水泥浆经搅拌后用3/2C－AH渣浆泵经4"钢管从主充填平巷自流至采场回风平巷，再进入采场充填。充填时，采场要预留好通路和自由面，用块石混凝土砌筑密闭墙，空区裂隙与溶洞发育的地方要用混凝土封堵，以防止漏砂，污染井下环境。尾砂充填与胶结充填同用一套系统，不同之处是尾矿充填时不加水泥浆。

6 安全措施

(1)严格按照设计施工。施工过程中，地质、测量、采矿、安全技术人员要及时深入现场指导，不得见矿采矿，随意施工。

(2)严格按照设计开采顺序施工，以免大面积回采原生矿柱而引起地压活动。

(3)对残矿采准切割要做到循序渐进，如果发现要利用的通路、放矿溜井、通风平巷、切割平巷顶板变形破坏，要及时进行支护，不能盲目冒进。

(4)实行强采、强出、强充。

(5)加强充填技术管理，确保胶结充填体标号和质量，采空区胶结充填体与尾砂充填体均要求充分接顶。

(6)加强顶板管理，回采过程中及时按设计安装水泥卷锚杆和水压支柱支护顶板，作业过程中安排专人处理松石和检查顶板。

(7)矿壁、矿柱、顶底柱回采后，采区已不存在原生矿柱，为了预防采空区矸石与尾砂充填体承压强度不够而引起采空区顶板大面积下沉变形，盘区矿壁、顶、底柱采空区必须采用胶结充填料充填，其余采空区可采用尾砂充填。

(8)严格进行岩移监测，及时预测预报地压活动，一旦发生顶板松动下沉的现象，要立即停止回采作业，对采场顶板进行支护加固。

7 结论

(1)该项目的实施过程中，严格按工程设计施工，避免盲目冒进，回采过程中及时支护顶板，回采结束后及时充填处理采空区，大面积顶板下沉而造成地表较大的沉降移动的可能性很小。

(2)及时回采残矿，可以改变多中段分散作业的弊端，提高设备利用率，降低风、水、电等能源消耗，提高劳动生产率，从而提高企业的经济效益。

(3)该项目的实施可缓解矿山资源危机，稳定矿山现有生产水平，为该矿其他中段残矿开采积累经验。

［1］王运敏.现代采矿手册［M］.北京:冶金工业出版社，2012.

［2］王运敏.中国采矿设备手册［M］.北京:科学出版社，2007.

［3］赵天从.锑［M］.北京:冶金工业出版社，1987.