吴集铁矿-200 m中段矿柱安全回采试验*

刘庆喜 朱国涛 曹 勇

(五矿邯邢矿业安徽开发矿业有限公司)

吴集铁矿-200 m中段矿柱安全回采试验*

刘庆喜 朱国涛 曹 勇

(五矿邯邢矿业安徽开发矿业有限公司)

吴集铁矿-200 m中段以上一步骤采场基本回采完毕，正在进行充填，为了保证生产稳产衔接和积累二步骤矿柱回采经验，急需开展-200 m中段矿柱回采试验。结合赋存条件、矿柱特征，采用分段凿岩阶段空场嗣后充填法，顺利实现安全高效回采，为其他中段矿柱回采提供技术参考。

矿柱回采 分段凿岩阶段空场嗣后充填法 充填体强度

吴集铁矿(北段)矿体为大型隐伏沉积矿床，主矿体为Fe2，其余为零星小矿体，南起16线，北至48线，沿走向南北长3 000多m，东西宽150～300 m，矿体一般厚25～50 m，上覆岩体为160 m左右第四系，其中第四系流沙层含有丰富裂隙承压水，矿区地表为农田、村庄、沟渠、河流等，由于矿山开采不允许地表塌陷和移动，因此，采用阶段空场充填采矿方法。-200 m中段矿体为竖井开拓，设计采矿生产能力为99万/a，采用分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法，将矿块划分为矿房、矿柱，中间不留间柱，分两步骤回采，先采矿房，充填后再采矿柱。采用分段凿岩全阶段一次爆破，采场回采结束后，全阶段一次充填。开采矿体为-150～-200 m中段矿体，采场阶段高度为50 m，宽16～20 m，25～30 m，由于-150 m 中段采用浅孔留矿阶段空场嗣后充填采矿法，-200与-150 m中段矿房、矿柱相对应，造成-200 m 中段矿房、矿柱划分不等，采场长为矿体水平厚度(35～40 m)，在-150～-200 m中段留4 m厚的顶柱，即-200 m中段采场从-193m水平采至-154 m水平，采高为39 m。-150 m中段为充填回风水平,-163，-183 m为凿岩水平,-193 m水平为堑沟底部结构,-200 m水平为有轨运输水平。

1 矿柱回采要求

1.1 回采原则

(1)地表不允许塌陷，需要保护，同时矿体上覆厚大第四系含有流砂层，开采顶板不允许有较大的变形或垮塌。

(2)矿柱回采方法安全可靠，工艺简单，爆破震动小，对充填体破坏小。

(3)充分利用已有设备、工程，新增工程量少，投资最低。

(4)矿柱矿量一般占矿块的20%～50%，除永久损失外，应尽量及时回采，延长矿山服务年限，增加经济和社会效益[1]。

1.2 一步骤采场充填体强度要求

-200 m中段矿柱比较适宜采用充填法。而二步骤矿柱回采只能靠一步骤采场充填体、采场顶底板和上下盘围岩支撑，一步骤采场充填体强度大小及稳定性直接影响二步骤矿柱安全高效回采。

根据国内外充填体强度研究成果和设计经验，通常只要求充填体能够自立即可。充填体强度关系到矿山开采安全和充填成本，为了选择合适充填体强度，采用常见的Thomas计算法、蔡嗣经经验公式法和岩石力学覆岩承重计算法等[2]。

根据回采工艺和采场结构参数，Thomas计算法计算矿山开采所需要充填体强度值为0.25～0.41 MPa；蔡嗣经经验公式法计算矿山开采所需要充填体强度值为0.5 MPa；岩石力学覆岩承重计算法计算矿山开采所需要充填体强度值为0.63～0.65 MPa，为了保证矿柱回采充填体的稳定以及爆破影响，充填体强度设计安全系数取2.0。综合上述分析，充填体强度设计值为0.5～1.3 MPa。但是充填体所需要的强度与其所处的应力环境有关，考虑相邻中段充填体之间的应力传递，此时，维系充填体稳定需要的强度必有较大幅度提高，根据长沙矿山研究院对李楼-吴集铁矿井下大型采场开采过程中稳定性参数研究成果，综合以上因素，充填体设计强度合理值确定为2 MPa，即充填灰砂比为(1∶4)～(1∶8)，二步骤矿柱就能够满足安全回采技术要求。

二步骤采场矿柱两侧B10和B14采场充填灰砂比为(1∶4)～(1∶8)，B10采场充填体28 d平均抗压强度值为1.51～2.99 MPa，60 d平均抗压强度值为1.75～3.43 MPa，充填体取芯测试平均抗压强度值3.21～4.80 MPa；B14采场充填体28 d 平均抗压强度值为1.26～2.40 MPa，60 d平均抗压强度值为1.49～2.63 MPa，充填体取芯测试平均抗压强度值为2.19～5.24 MPa。

综上所述，实际充填体压力测试强度值远超过设计强度指标，二步骤矿柱可以安全回采。

2 回采方法选择

-200 m中段一步骤矿房采用分段凿岩阶段空场嗣后充填法，-193 m水平集中出矿，采用双侧出矿平底堑沟结构，其他水平布置凿岩巷。结合现有工程、已有设备、矿柱特征等综合因素考虑，确定-200 m 中段二步骤矿柱宜采用分段凿岩阶段空场嗣后充填法，采场结构参数与一步骤采场相同，但二步骤采场两侧是充填体，为了确保回采安全，遵循隔三采一的原则回采，采矿方法示意见图1。

图1 -200 m中段矿柱采矿方法示意

3 矿柱回采试验

3.1 试验采场概况及结构参数

本次选择-200 m中段B12采场为二步骤试验采场，B12采场两侧为B10、B14采场的充填体，采场宽20 m，高43 m，下部为7 m底柱，上部为4 m顶柱，顶柱上部为-150 m中段B8和B6采场之间的12 m间柱及B6采场的充填体。矿体呈似层状产出，产状较陡，倾角为71°～87°，向西倾斜。矿体在-193 m水平厚度为33 m，在-150 m水平厚度为47 m，平均厚41 m，平均品位为27.76%。采用平行剖面法计算，-193～-150 m水平总矿量为9.2万t，金属量为25 539.2 t，其中采场顶板留4 m顶柱，矿量为1.29万t，底部结构矿量为1.37万t，合计2.66万t，金属量为7 384.16 t，顶柱和底部结构矿量占采场总矿量的28.92%。

3.2 采切工程布置

-200 m中段矿柱主要采准工程包括高、低溜井，进回风井，-193 m水平为出矿水平，采用平底沟出矿结构，包括出矿进路、出矿横巷、受矿巷、下盘沿脉巷，以及其他分段下盘沿脉巷、凿岩巷、切割巷、切割井、回风巷等工程[3]，大部分工程在一步骤矿房回采已经形成，二步骤矿柱回采需要施工-193 m水平平底堑沟出矿结构的受矿巷、出矿进路、分段凿岩巷、切割巷、切割井。

3.3 回采工作

二步骤矿柱回采的关键是对一步骤充填体矿柱保护，减少充填体垮塌和混入，控制采场大块率。因而合理确定爆破参数、矿柱回采护壁留取厚度起到至关作用。采用正交试验法对影响二步骤回采效果和充填体稳定的主要因素进行了现场工业试验。

在分段凿岩进路内，利用YGZ-90型凿岩机配φ60 mm钻头凿垂直上向扇形炮孔，孔网参数优化为排距1.5 m，孔底距1.7～2.5 m，边孔角40°～50°，上下分段孔间距0.5 m。炮孔孔底至充填体之间预留0.5～1.5 m间柱，根据试验要求,每个分段需试验爆破27排。

采用BQF-100型装药器装药，粒状粘性乳化铵油炸药，起爆装置放入孔底，孔口不装药，炮泥堵塞。采用非电雷管排间微差爆破，自-163 m分段切割横巷开始，以切割天井为自由面扩槽爆破，切割槽形成后再爆破凿岩进路。整个采场应遵循自上而下的爆破顺序，上分段进路爆破应超前下分段。崩矿步距为2～3排，即3 m，必要时可为4～5排。炮孔崩矿量为6～7 t/m，采场崩矿量1 100 t/次，炸药单耗为0.32 kg/t，采场大块率为5.6%。B12采场爆破参数通过正交试验法优化，孔径为60 mm，排距为1.5 m，孔底距为2.3 m，炮孔至充填体间距为0.5～0.7 m，一次崩矿2排。采场采用2 m3电铲出矿，单班效率可以达到200 t/台班，采场综合生产能力为328 t/d。

3.4 充填工作

充填工程布置在-150 m中段水平，由-150 m中段至上盘巷经充填联巷通过充填井进入B12采场的空场。由于二步骤采场两侧都为充填体，为保证充填联巷和充填钻孔施工安全，必须在B12采场回采爆破前，提前施工完充填联巷和充填井[4]。二步骤采场充填体所需要的强度理论上比一步骤强度低，灰砂比可以较小，一般采用低强度的胶结充填体即可，要求充填体28 d强度不小于0.8 MPa，即充填料配比为(1∶10)～(1∶12)。

采场矿石出完后，对进路、各分层凿岩巷浇筑堵墙封堵，双层钢筋浇筑混凝土，厚500 mm，挡墙位置需距采空区边界4 m以上，充填挡墙预留一口，方便对挡墙内侧素喷50 m密封，挡墙底部每上1 m布置2个临时脱水管兼观察管，在采场内敷设2条适当直径的波纹脱水塑料管排水。在采场顶部进行多点下料充填，保证充填料充分接顶。充填作业开始阶段，一次充填高度控制在1.3 m以内，保证充填挡墙的稳定，待充填体凝固后，方可继续充填。充填面超过充填挡墙最高点后，一次充填高度在2 m以内，但以充填体表面无积水为原则。

3.5 试验结果

首次爆破试验取得较好效果，采场爆堆基本没有大块，充填体基本没有垮塌和混入，从而提高出矿效率，降低采矿成本，达到预期目标。证明分段凿岩阶段空场嗣后充填法实现吴集铁矿-200 m中段矿柱安全高效回采。

4 结 语

(1)B12采场回采过程中，未出现充填体大面积垮塌，护壁比较完整，矿柱回采参数合理可行，达到预期效果。B12采场地质矿量7.91万t，底柱矿量1.32万t，顺利采出矿石5.64万t，矿石回采率为71.3%，贫化率为6.09%。分段凿岩阶段空场嗣后充填法在吴集铁矿-200 m中段矿柱回采试验获得成功。

(2)B12采场回采结束已超过9个月，未发现采场两侧充填体及围岩大面积冒落和垮塌。通过采场采空区三维激光扫描，2014年6月—2015年3月，空场体积增大800 m3，基本没有太大的变化。

(3)吴集铁矿-200 m中段B12采场试验获得成功，为-400 m中段大结构采场二步骤矿柱回采提供了强有力的技术和经验支撑。

[1] 汪旭光．爆破设计与施工[M]．北京：冶金工业出版社，2013．

[2] 于亚伦．工程爆破理论与技术[M]．北京：冶金工业出版社，2004．

[3] 刘殿中．工程爆破实用手册[M]．北京：冶金工业出版社，1999.

[4] 朱红兵．空气间隔装药爆破机理及应用研究[D]．武汉：武汉大学，2006．

[5] 张志呈，王成端．装药结构影响爆破效果的试验分析[J]．爆破，1991,8(2):1-4.

Safety Stoping Test of the Pillar of -200 m Section in Wuji Iron Mine

Liu Qingxi Zhu Guotao Cao Yong

(Anhui Mining Development Branch, Minmetals HanXing Mining Co. ,Ltd.)

The first step stope above the -200 m section in Wuji iron was finished basically, the filling work is conducted now. In order to ensure the production stable and accumulate the stoping experience of the second step pillar, it is necessary to conduct the stoping test of -200 m section pillar. Combing with the occurrence conditions and pillar characteristics, the sublevel drilling open stoping in stage with subsequent filling method is adopted, therefore, the object of safety mining with high efficiency is realized, it can provide technical reference for stoping the other section pillars.

Pillar stoping, Sublevel drilling open stoping in stage with subsequent filling method, Strength of filling body

“十二五”国家科技支撑计划项目(编号:2013BAB02B04)。

2015-08-05)

刘庆喜(1972—)，男，助理工程师，237262 安徽省六安市。