白山泉铁矿残留矿柱回收技术及空区处理

郭生茂，刘 涛，陈小平，雷明礼，刘武团

（西北矿冶研究院，甘肃 白银730900）

矿产资源是维持矿山可持续发展的基本条件，对残留矿柱进行回收是维持矿山可持续发展的一条基本途径，国家也提倡矿山加强对残留矿柱的回收工作。近年来，我国也探索出了多种回采残留矿柱和难采矿体的方法，并进行了生产实践，并对其进行了推广应用［1－3］。由于矿柱回收要根据矿山的实际情况而定，在保证安全、经济的条件下，合理采用回采方案，同时也可参考其它相似矿山的成功经验，采用灵活多变的回收方法。我国在矿柱回收方面已有很多成功案例［4－5］，积累了宝贵的实践经验。

国内空区处理大多采用两种方式进行［6］：地表容许塌陷的采用崩落围岩处理采空区［7－10］；地表不容许陷落的采用充填采空区控制地压［11－12］。由于我国矿山以前采矿技术水平较低，很多矿山都未对采空区进行处理，对采空区的处理主要靠上盘及顶板岩石自然冒落或诱导围岩崩落形式处理空区，存在一定的安全隐患，无法对残留的矿柱进行回收，造成大量的资源浪费。

本文根据矿山实际情况，对该矿山一中段的矿柱进行回收和采空区处理，为类似矿山的残矿回收和空区处理提供参考和借鉴。

1 矿山开采概况

哈密博伦矿业有限责任公司于2004年注册成立。白山泉铁矿是哈密博伦矿业有限责任公司旗下的生产单位之一，2006年建成投产，设计生产能力为60万t／a，2008年对矿区二、三采区采矿进行技术改造，目前生产能力为110万t／a。经过近8年的开采，矿山一中段矿房回采基本全部结束，形成了大量的采空区，矿山一中段的采矿方法为浅孔留矿法和分段空场法，对于中厚和厚矿体采用分段空场法，对于厚度不大的矿体采用浅孔留矿法，矿山二、三采区一中段矿块沿矿体走向布置，矿块长50m，宽为矿体厚度，高40m，顶柱5m，间柱7．5m，底柱6～8 m，采用电耙道出矿底部结构。随着矿体向深部开采，二中段矿量难以满足矿山现有的生产能力，为了保证矿山的可持续发展，需根据白山泉铁矿中段矿柱赋存状况、空区特点，结合白山泉矿区二中段采矿进度，围绕稳定提高生产能力这一目标，建立下阶段矿房回采、上阶段矿柱回收和空区处理的安全开采体系。

2 残留矿柱回采方案

2．1 方案选择

根据采场顶柱、间柱的结构参数及其空区赋存特征，在充分利用原有工程的条件下，保证矿柱回收过程中的安全性，拟采用两种方案进行顶柱和间柱的回采。方案1：一次爆破两侧顶柱后，小分段后退式分步回收间柱。方案2：分段凿岩间柱一次性爆破顶柱和间柱。方案1与方案2主要技术经济指标和优缺点见表1。方案1贫化率比方案2低，但损失率较高，由于新增工程较多，造成回收时间较长；而方案2一次性爆破顶柱和间柱，新增工程量少、回收期短、成本低、经济效益较好，且能够保障矿柱的安全回采。由于矿山矿量吃紧，需短时间内对矿柱进行大量回收进而进行空区处理，以保证二中段矿体的安全高效回采。综合以上分析，推荐方案二即分段凿岩间柱一次性爆破顶柱和间柱方案对间柱和顶柱进行回采。

表1 方案1、2主要技术经济指标及优缺点Table 1 The advantages and disadvantages of main technical and economic indicators of scheme 1and 2

2．2 工程布置

采切工作：矿柱回采的采准工作包括通风人行井、人行设备井、分层凿岩巷道、顶柱回采凿岩巷道和电耙道。

1）通风人行天井

主要负责矿柱回收时人行及通风使用，尽量利用原矿房回采时的遗留通风天井，减少工程量。

2）人行设备井

该工程为矿柱回采新增工程量，为掘进凿岩巷道和中深孔提供人行和设备通道。

3）分层凿岩巷道

该工程为矿柱回采新增工程量，根据矿体厚度不同采用不同的布置方式，若矿体较薄，凿岩巷道布置在矿柱中央，为中深孔凿岩工作提供必需的工作空间，若矿体较厚，每分层布置两条凿岩巷道，如图1所示，分层凿岩巷道与人行通风天井相联通。

4）顶柱回采凿岩巷道

该工程为矿柱回采新增工程量，为顶柱回采提供必要的凿岩空间。

5）电耙道

电耙道位于矿体下盘，与出矿穿脉相联通。

凿岩：回采间柱时，采用YG－90向上凿扇形孔，排距1m，分层高度8m，回采顶柱时，采用YGZ100钻凿水平孔，排距2m。

爆破：炸药采用矿用硝铵炸药，爆破网络采用复式爆破网络结构，孔底反向起爆技术，一次性爆破，安全高效。

通风：新鲜风流从阶段运输平巷进入出矿穿脉巷道，经过通风天井清洗工作面后从通风天井排出。

出矿：采用电耙出矿。

2．3 安全措施

1）天井扩帮后按规范架设梯子间，以便人员、材料、设备的上下，确保安全。

2）施工时，在凿岩巷道两端和各水平天井口安装护栏和井箅子，以防坠落事故发生。

3）施工时采用超前钻孔，超前探测采空区，为巷道的安全掘进奠定基础。

4）巷道掘进在高应力区，做好地压的监测工作，发现异常情况，应立即与相关部门联系。

3 空区处理

白山泉铁矿矿岩稳固，一中段采空区距地表高度约为50m，采空区暴露体积及顶板暴露面积均比较大，井下生产安全出口少。随着矿柱的逐步回收和下阶段矿房开采，如不对空区进行处理，必然会造成重大安全隐患，影响矿山生产。结合矿山实际情况，强制崩落围岩形成一定厚度的废石覆盖层，采用充填采空区控制采场地压的方法对空区进行处理。经过研究，拟采取两种方案对采空区进行处理。方案1：下向平行深孔崩落顶柱处理采空区；方案2：硐室爆破崩落上下盘围岩处理采空区。方案1将地表覆盖岩层（厚50m）自下而上分次分层大规模进行爆破充填，首先从地表施工下向平行深孔，其次利用深孔向回采结束的矿房大规模崩落岩石，形成覆盖层。方案2在矿体的上下盘，向上开掘30m的通风人行天井和溜渣井，之后布置上下盘平巷和装药硐室，采用硐室爆破崩落围岩形成覆盖层。从安全性和费用投资两方面对方案1和方案2进行比较，最终确定采用方案1对空区进行处理，其示意图见图3。

图1 标准间柱回采工程布置剖面图Fig．1 The mining project layout of standard rib pillar

1－通风天井；2－梯子间 ；3－顶柱回采凿岩平巷；4－间柱；5－水平中深孔

图3 空区处理方案1示意图Fig．3 Mined－out area treatment of scheme 1

4 结论

1）实践证明，采用分段凿岩间柱一次性爆破顶柱和间柱的方案是可行的，取得了较好的经济效益，累计回收矿柱54万t，但贫化损失相对较高，现场实际施工中，应采取相关措施，降低损失和贫化。

2）采用下向平行深孔崩落顶柱处理采空区的方法是可行的，各排平行深孔交错布置或呈梅花形布置，周边孔的孔距适当加密，严格控制钻孔倾斜率，应保证大部分的炮孔与空区贯通。

3）在矿柱回收和空区处理过程中，应加强采空区围岩监测和空区探测，保证矿柱回收过程中的安全，同时应加强对空区边界线的控制，提高钻孔利用率。

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