浅谈金属矿山矿柱回采的安全技术措施

仲伟娟 郭加国

【摘 要】矿产作为一种不可再生资源，是地球留给我们的宝贵财富，合理开发和利用资源，是当今亟需解决的问题。在矿山过去地下开采过程中，采富弃贫，留下一些贫矿；采用空场法采矿的一些矿山，留下了一些矿柱。因此，及时而有效地回采矿柱，对充分利用国家资源，延长矿山服务年限，提高矿山经济效益，都具有极为重要的意义。本文即通过实例详细阐述了金属矿山矿柱回采的安全技术措施要点。

【关键词】金属矿山；矿柱回采；安全技术；地压；监测

一、金属矿山矿柱类型分析

（一）根据采矿方法分类

纵观三大类采矿方法———空场法、崩落法和充填法，空场法所留矿柱最多。

全面法和房柱法留下的矿柱包括矿房中的圆形或方形矿柱、矿房（或盘区）间的间柱和顶底柱。圆形矿柱直径一般为 3～5m，方形为3～6m×3～6m。间柱、顶底柱尺寸 5～10m。

采用分段或阶段空场法矿柱矿量所占比例是各种采矿方法最高的，一般占采场矿量的45%左右，在厚大矿体中高达 50～60%。如我国的因民铜矿和铜官山铜矿、澳大利亚芒特艾萨铜铅锌前苏联额尔齐斯铅锌矿和图林斯克铜矿等。

（二）根据矿柱赋存条件分类

有些矿山采用充填，矿柱周围就有了一些充填料（尾砂和废石等）。有些矿山对采空区没有处理，矿柱暴露在空区里面，如狮子山铜矿，该矿山西山矿段形成了长约300m、高达 230m、总容积达 230 多万立方米的特大采空区，并预留了一条长 50m左右、宽 25～28m、高 150 余米的矿柱。

二、金属矿山矿柱回采的安全技术要点

（一）主要回采方法

金属矿山的矿柱回采方法，因各矿山的矿体赋存条件、矿岩稳固性、矿石品位高低和贵重程度、地表是否允许塌陷、矿房采用的回采方法、矿柱类型和采空区状态等不同，故矿柱的回采方法各异。矿柱回采方法主要有抽柱法、削校法、替换法、房柱法、分段或阶段空场法（含大直径深孔）、分段或阶段崩落法、充填法和VCR 法等。

（二）安全技术要点

1、矿柱回采前两边空区的处理必须要到位

在空区处理中为有效填充废石，提高空区的充填率，采用爆破抛掷废石，将废石不能自行滑落或一些“死角”区域用废石填满，为控制地压、矿柱回采安全提供保障。

2、矿柱回采中预留长柱的保护

在实施过程中对长柱边矿石的开采，采用减少炮孔深度及装药量、炮孔加密的光面爆破，同时严格控制长柱的宽度，采用每个回采作业面用超前炮孔预测方式。

3、为尽量缩短采场回采时间，上、下两个区域同时进行回采作业，加强回采作业的爆破管理；同时严格控制采场放矿，保证作业空间高度在2～2.5 m以内，这样，一可控制回采空间暴露面积，二可采下的矿石有效填充采场空间，控制地压。

三、 金属矿山矿柱回采的安全监测措施

（一）地压监测

1、位移监测

岩石在外力的作用下产生的弹性变形和塑性变形都是建立在组成岩石的基本质点之间相对位置变化的基础上。

弹性性能是以物质质点相互间作用力表现的，应力改变了质点的间距，相应地产生了物体的变形，同时也建立了新的平衡，一旦荷载消失，质点随即产生位移，返回到无应力时的平衡位置上。这种恢复能力是强制性的。

塑性是质点在空间格子中受到剪应力而产生位错的结果。晶体的空间格子受到剪应力作用以后产生变形，当剪应力超过了某一数值后质点就会产生位置交换或者产生孪生的晶体形变。质点经过位错后，质点之间仍然保持与位置交换以前相同的作用力，这样晶格组合并未受到多大的损害，而塑性变形却能保持下来。具有流变性的岩石在开挖后，由于卸载，使围岩的径向应力（与开挖面垂直的方向成为径向）降至零，卸载产生的回弹是流变变形的主要方式。

2、应力监测

应力监测包括地下工程内部和支衬结构内部的应力、围岩和支衬结构间接触应力的监测。应力监测通常采用应力计或压力盒。压力计或压力盒的种类有：电感式、机械式、压电式、电容式等，在现场监测使用较多的是机械式压力计。由于压力盒在地下空间开挖中埋设困难、来压慢以及灵敏度等方面的原因，近年来钻孔应力计、压力枕等的研究和应用得到发展和应用，如MC型钻孔应力计等。

3、声发射监测

固体材料在外力的作用下，内部的缺陷或不均质区会发生应力集中，导致微破裂的产生和扩展，同时累积的应变能也随之迅速释放。伴随着应变能的释放而产生的应力波，叫声发射。绝大多数岩体都是非均质的，多存在节理、裂隙等缺陷，所以当其受力破坏时都会产生声发射。接收由岩体内部发源点传至其界面的声发射，并分析其信号特征的技术，叫岩体声发射技术。岩体结构承受较大载荷时，其声发射率急剧上升，结构一旦破坏，声发射率很快减少。因此，对岩体的声发射进行检测分析，可圈定高应力区，预测预报岩体的稳定性。

（二）空区探测系统

空区探测系统（CavityMonitoringSystem，简称 CMS）是加拿大 Optech公司生产的一种基于激光的三维空区探测系统，主要用于井下巷道、硐室及采空区的精密探测，可有效地获得空区的实际边界，从而很容易得到矿柱尺寸和赋存条件，为安全高效回采矿柱提供了很好的基础。基于CMS的区域智能化回采为矿柱及一些残留资源的回收提供了一个良好的解决方案，它以准确确定矿柱边界为前提，通过精确的炮孔布置和设计，达到安全、高效地回收矿柱资源的目的。

四、实际矿柱回采案例分析

（一）概况

水口山铅锌矿的老鸦巢区共开采了18个矿体，形成了18个采空区，最大垂高为520m。最大的4个采空区分别是4 空区51.2万m3 （充填12.5万m3）；8 空区24.7万m3 （充填18.6万m3 ）；9 空区32.7万m3（充填13.5m3 ）；10空区24.8万m3（充填11.3万m3）。8 、9 、10 空区已到达12中段，3个空区11中段以上因矿体是独立的未相互贯通，到12中段3个矿体连成一起，开采后形成的空区靠预留的矿柱支撑，维护着空区的稳定。8空区10中段以上基本得到处理，9、10空区只在空区暴露面积大、相对不稳定的区段进行了废石充填。8 空区10中段以下，9、10空区9中段以下都未处理。

（二）矿柱的可采性分析

通过现场宏观调查，矿柱未出现压碎、掉块现象，仍起着安全承压作用。

该矿建立了一套严密的地压观测和预报系统，效指导矿山的生产和地压控制，通过采取这些地压监控手段，并根据监控数据变化情况，对整个空区的稳定性进行分析和预测，掌握地压活动规律。经过长期的地压监控对显现地压征兆的空区都采取了有效的控制地压措施，可以说整个空区仍处于稳定状态。

（三）矿柱回采技术要点

1、采矿方法

设计采取倾斜电耙道的浅孔留矿法，为防止两边空区中的充填废石混入采场和保证回采作业的安全、有效控制地压，在矿柱与空区接触部位预留2.0m的长矿柱，从采场切割层至回采结束面。选择这种采矿方法回收率较低，但安全可靠，在该矿现有回采工艺和技术条件下，是最为合理的。

该种矿柱回采分上、下2个区域进行，以电耙道第1个漏斗受矿范围确定分采区域界线。上部区域采用电耙道底部结构的浅孔留矿法。电耙道倾角为30°，漏斗间水平距离为10 m，布置了5个斗。斗与斗之间通过切割斜巷、切割天井及联络巷相互贯通，形成人行、回风出口。每个斗颈先以切割天井形式上升，打好劈漏眼，在该斗受矿范围回采时再爆破劈漏。回采顶部原电耙道底部结构，先在原电耙道底板下预留3 m的底柱，采用小直径中深孔；原电耙道斗之间的墩脚和顶板有矿部位采用浅孔，进行集中凿眼、多排同段爆破一次回采。

下部区域采用平面拉开的分层回采方法。距分采区域界线面预留3～4 m顶柱，采用小直径中深孔集中凿眼一次爆破方式回采。采下的矿石采用装岩机、电耙出矿。

2、矿柱回采效果

自2006年8月回采1209—1 矿柱开始，截止目前，1208—1 矿柱回采完毕，12010—1矿柱进行采准工程，已安全回采矿石量3万t，创经济效益800多万元。

参考文献：

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[2]刘让，孙宏生，卢光远.缓倾斜中厚矿体矿柱回采的实践[J].采矿技术，2008.8.

[3]王庆军，郭树林，王军民等.全面采矿法采场的矿柱回采[J].黄金，2006.27.