某矿山矿房有底柱和无底柱出矿方案的比较

张明

（新疆八一钢铁雅满苏矿业有限责任公司）

1 前言

某矿山地处新疆哈密市，属露转井矿山，设计规模30万t/a，目前820m中段即将完成，拟进行760m中段的掘进。矿体上盘围岩主要为石榴石矽卡岩，下盘围岩主要为灰白色大理岩，节理较为发育。围岩普氏硬度系数7～15，矿体普氏硬度系数15～20，矿体变化大，断层裂隙多，矿体走向近EW,走向长度约550m，平均厚度约8m，矿体倾角45～52°，中等稳固，属倾斜矿体。地质储量120万t，平均品位44.6%。根据该矿体地质条件，矿体适于浅孔留矿、分段空场两种采矿方法，采矿方法又可分为有底柱出矿方案（溜井装载）和无底柱出矿方案（铲运机装载）。从生产工艺、出矿效率及经济效果对两种设计方案进行比较。

2 有底柱矿房出矿与无底柱矿房出矿设计方案简述

2.1 有底柱矿房出矿方案

设计采用的浅孔留矿、分段空场两种采矿方法均采用平底结构，不留顶柱，留8m底柱，上阶段底柱作为下阶段顶柱，间柱8m。设计确定在760m阶段留3m顶柱，700m水平不留顶柱（上阶段底柱作为本阶段顶柱）。两种采矿方在底柱8m之上设出矿巷道（装矿横巷及脉外联络道），采用1.5m3铲运机出矿。每个矿块设置一个矿石溜井，位于矿体下盘的矿块中部，矿石溜井上口布置在出矿水平，下口在运输中段水平。采场矿石均由铲运机运至矿石溜井放至阶段运输水平装入矿车外运。装矿横巷间距为7m，由出矿水平铲运机脉外联络巷连通，以便铲运机出矿。铲运机进出760m中段综合修理硐室由768～760m斜坡道连接。

设计方案如图1所示。

图1 有底柱出矿方案（溜井装载）示意图

2.2 无底柱矿房出矿方案

浅孔留矿、分段空场均属空场法采矿，采用空场法的矿山，矿房开采结束后都会留有一定数量的矿柱，矿柱占用较大资源量，本矿矿柱所占比例高达30%，而矿柱的矿石回收率不到50%，大约只有30%～40%。笔者探讨在确保安全的前提下，选择技术上可行、经济上合理的矿房无底柱出矿方案。

设计采用1.5m3铲运机，位于768m装矿横巷出矿，由768～760m矿石溜井下放至1.2m3矿车内，溜井下口为振动放矿系统放矿，再由7t电机车牵引至罐笼井提升。由此可见，768～760m必须留设的8m高底柱会降低矿石的回采率，另外溜井下口需振动放矿机配合放矿，768～760m还需斜坡道联接，故采准工程量大，工艺环节多，且由历年生产经验看，本矿硬度系数大（f=15～20），易蓬矿，溜井易堵塞，故溜井处理量达。

图2 无底柱出矿方案（溜井装载）示意图

无底柱出矿方案取消8m底柱，将装矿横巷设在760m水平，由1.5m3铲运机直接向1.2 m3矿车装载（1.5m3铲运机的铲斗宽为1.3～1.4m，、卸载高度为1.46m，1.2m3矿车的规格为长1.9m、宽1.05m、高1.2m，两者在卸装上完全匹配）。为方便铲运机装载和转移，装矿横巷由760m脉外联络道相连。760m脉外联络巷与760m阶段运输巷道之间的间隔距离为12～15m。方案见图2。

3 两种方案的对比

3.1 工程对比

3.1.1 采准工程量

有底柱出矿方案的采准工程主要有768m装矿横巷及其联络道、矿石溜井、斜坡道、振动放矿机基础，而无底柱出矿方案只有760m装矿横巷及其联络道，故有底柱出矿方案采准工程量远大于无底柱出矿方案。

3.1.2 装矿工艺

有底柱出矿方案的装矿工艺为铲运机位于768m水平装矿横巷，将矿石倒至矿石溜井，再由溜井下口振动放矿机往矿车装矿。溜井及振动放矿机需配置专人管理，矿石溜井易出现篷矿现象，有堵塞情况，处理难度大，且对振动放矿机及其基础损害大。无底柱出矿方案的装矿工艺为铲运机位于760m水平装矿横巷内，直接向矿车装矿，可以省去矿石溜井及振动放矿机，无需人员配置，无底柱出矿方案的工艺简单。

3.1.3 底柱矿石回收量

有底柱出矿方案每个矿房高8m，底柱矿石回收量为3200t，无底柱出矿方案每个矿房高8m，底柱矿石回收量在6500t以上，无底柱出矿方案矿石回收量大。

3.1.4 安全防尘

有底柱出矿方案铲运机位于768m水平，铲装作业粉尘污染小，二次爆破飞石危害小。无底柱出矿方案铲运机位于760m水平装矿横巷内，铲装作业粉尘污染大，二次爆破飞石危害大。

3.2 经济效果比较

与有底柱出矿方案相比，无底柱出矿方案经济优势明显：

（1）无底柱出矿方案760m水平取消8m底柱，可增加采矿量为：（0.65-0.33）×16=5.12万t（因700m留3m顶柱，按5m高计算），每吨矿石采矿成本约100元/t。该矿石TFe40%，矿石价值约250元/t。无底柱出矿方案760m水平矿石利润增加：（250-100）×5.12=768万元

（2）无底柱出矿方案760m水平可以减少采准工程，即斜坡道、矿石溜井可以取消。斜坡道掘进工程量590.36 m3，掘进单价约350元/m3,掘进费用约20万元；矿石溜井掘进工程量904.96 m3，其掘进单价约700元/m3，故掘进费用约63万元。两项工程费用总计约83万元。无底柱出矿方案760m水平取消斜坡道和矿石溜井，可节省工程投资83万元。

（3）无底柱出矿方案无须安装振动放矿机，760水平共计16个矿石溜井，需16台振动放矿机，共计节省投资32万元。

（4）无底柱出矿方案工艺简单、管理简便，即取消振动放矿工艺环节，振动放矿机的运行、维护费用约可以节省20万元/年。

4 结论

综上所述，铲运机作业虽常用于有底柱出矿（溜井装载）方案，但在矿石硬度大、易篷矿、装卸设备匹配的条件下，无底柱出矿方案（铲运机装载）在经济上具有明显优势，更加适用于矿山。但是无底柱出矿方案在安全及防尘方面不足，存在潜在的安全隐患，如果现场实施该方案，必须采取必要的防护措施。

（1）在装矿横巷内安装水枪，水源由700m水仓抽水供应，铲运机作业前在爆堆上洒水降尘，可以降低铲运机铲装的粉尘污染。

（2）消除760m水平二次爆破飞石伤害隐患，装矿横巷采用45°～50°的布置，不采用垂直布置。在760m脉外联络巷与装矿横巷交接口，安装坚实钢板门，在二次爆破前及时关闭该门。在装矿横巷出口正对的760m中段运输巷道的管线、电缆等设施加装防护材料。

无底柱出矿方案工艺简单，经济优势明显，在安全防护措施完备的条件下，建议采用此方案。