留矿法采后间柱回采方法优化研究

董宪久

(广西中金岭南矿业有限责任公司，广西 武宣 545900)

留矿法采后间柱回采方法优化研究

董宪久

(广西中金岭南矿业有限责任公司，广西 武宣 545900)

摘要：为解决留矿法采后形成的采空区处理和间柱回收问题，保障后续生产的安全和间柱资源的回收，本文结合盘龙铅锌矿采空区和矿柱的赋存条件，确定了现有空区的处理方式必须采用充填法处理，仅在独立的小采空区采用封闭空区的处理方法。同时对比分析了三种不同的间柱回采方法，通过优缺点比较最终选择上向水平分层充填采矿法作为间柱回采的主要方法。

关键词：采空区；充填；间柱；采矿方法

1工程概况

盘龙铅锌矿位于广西省武宣县境内，矿区主要矿体长约1080m，矿体最大厚度51.94m，最小厚度3.74m，平均厚度22.28m。矿体倾角为79～88°，平均倾角83.5°。矿体平均品位Pb为0.90%，Zn为2.91%。矿体及围岩稳定性好，f系数8～12。

上部中段主要采用浅孔留矿法，采场采下的矿石每次只出掉松散系数，剩余矿石作为后续回采的工作平台。浅孔留矿法主要是靠留设的顶柱、间柱来支撑采空区，且留有底柱作为采场出矿的底部结构。该采矿法需留设矿柱支撑顶板，矿柱矿量损失大，一般情况下，间柱回收难度大，造成部分间柱永久损失[1-2]。由于矿山前期未建设充填站，使得回采结束的采空区迟迟未充填，造成井下采空区大量敞空存在。如果不处理空区，随着时间的延续及下部中段矿体的回采，矿柱势必会遭到破坏，造成间柱垮塌、顶板冒落等，甚至影响上部含水层，造成井下安全事故，因此必须及时对采空区进行处理，同时综合考虑间柱的回收问题。

要回收间柱，需对间柱两侧的采空区进行充填。盘龙铅锌矿前期生产形成的空区主要分布在-20中段 ～ -120中段，其中形成的间柱主要有-120中段间柱，-70中段间柱、边柱等。根据开采技术条件，以及空区处理方式，由于采用空场法不能解决空区处理及矿柱回收的问题，崩落法势必进一步加剧采空区的冒落、上覆岩层的塌陷问题，因此针对盘龙铅锌矿井下现存的矿柱，其回收方法主要为充填采矿法。

2采空区处理方案

采空区处理的目的是控制由于空区引起的地压显现的强度。采空区处理的实质是：缓和岩体应力集中的程度，转移应力集中的部位，或使应力达到新的相对平衡，以达到控制和管理地压。采矿生产实践表明，当空区的范围超过一定界限之后，常常引发强烈的地压显现，其后果极为严重。

根据盘龙铅锌矿井下开采技术条件及采空区赋存现状，由于地表不允许塌陷，空区离地表较近，且现在-20中段的202采空区上部地表已出现塌陷，如进一步采用崩落法处理空区，势必加剧采空区的冒落，导致地表进一步出现塌陷、下沉等灾害，因此不宜采用崩落法处理空区。对于独立的小采空区，其周边没有需回收的矿柱时，可采用封闭的方法处理，对于-70中段、-120中段的采空区，一方面要考虑回收现在存留在空区内的大量间柱、边柱，另一方面井下采空区体积较大，单纯的封闭处理不能消除采空区对井下生产安全的潜在威胁，采空区的长期存在势必成为重大的安全隐患，因此对于盘龙铅锌矿井下现有空区的处理方式，必须采用充填法处理，仅在独立的小采空区采用封闭空区的处理方法[3-5]。

3采空区充填体强度

根据国内外相关矿山采矿经验，不同采矿方法对充填体的强度要求见表1[6]。

由表1可知，要保证在分层采场回采结束前，充填体能自立，充填体强度需达到1MPa且充填体完整性较好。要保证在分段采场回采结束前，充填体能自立，充填体强度需达到2MPa且充填体完整性较好。

表1　不同采矿方法充填体强度选取表

4间柱回采采矿方法优化

两侧是充填体的间柱，其采矿方法与充填体的强度相关，主要的回采方法有上向水平分层进路充填采矿法、上向水平分层充填采矿法、分段空场嗣后充填采矿法[7-8]。

4.1上向水平分层进路充填采矿法

上向水平分层进路充填采矿法是以进路的方式回采矿体，将矿体划分为若干进路，隔一采一或连续回采。待分层内的进路采场均回采、充填后再回采上分层的进路采场，具体见图1。

矿块布置和构成参数：每个分层内只能布置2条进路，进路宽度3～5m，高为分层高度3～4m。

采切工程布置：利用现有的开拓采准工程，需新增加的工程有脉内顺路人行井和顺路溜井，也可将溜井、人行井布置在矿体围岩中。

凿岩爆破：凿岩采用YT-28气腿子凿岩机40mm“一”字型钻头，凿水平孔，孔深2.1～2.3m，孔距1.0～1.2m。

采场通风：新鲜风流经人行井进入采场，回采作业均为独头，需采用局扇强制通风，清洗工作面后的污风由人行天井排至上中段回风巷。

顶板管理：爆破后，对采场顶板和两帮松石进行处理，确认采场安全后，再进入采场进行作业。

采场出矿：采用人工搬运或电耙将矿石运搬至采场顺路溜井。

采场充填：每个进路采场采完后，进行采场充填。一步骤进路采场充填体强度要求>1MPa，二步骤采场可采用低标号胶结充填或分级尾砂充填。

技术经济指标：损失率15%，贫化率8%，采矿成本123.1元/t，采场生产能力：60～80t/d。

4.2上向水平分层充填采矿法

上向水平分层充填采矿法是将矿柱划分为分层，采用上行式逐层回采、充填，在两帮充填体支撑的顶板下作业，以充填体作为工作底板，具体采矿方案见图2。

图1上向水平分层进路充填采矿法方案图

图2上向水平分层充填采矿法方案图

矿块布置和构成参数：间柱宽度约为5～10m，两侧均为充填体，可布置一个上向水平分层采场，采场分层高度3～4m，每次充填后留1.5～2m的作业空间，作为上分层采矿的作业面和落矿空间。

采准切割工程：利用现有的开拓采准工程，需新增加的工程有脉内顺路人行井和顺路溜井，也可将溜井、人行井布置在矿体围岩中。

凿岩爆破：凿岩采用YT-28气腿子凿岩机40mm“一”字型钻头，凿水平孔，孔深2.1～2.3m，孔距1.0～1.2m。凿岩、装药结束后，采用导爆管雷管引爆炸药。压顶采用控制爆破，保证顶板平整与稳定。

采场通风：新鲜风流经顺路人行井进入采场，清洗工作面后，污风由原采场的人行井排至上中段回风巷。

顶板管理：爆破后，对采场顶板和两帮松石进行处理，确认采场安全后，再进入采场进行作业。

出矿：采用人工或电耙将矿石运搬至采场溜井。

采场充填：分层采场回采出矿完成后，进行充填前的准备工作，充填时，可采用非胶结充填。

技术经济指标：损失率20%，贫化率10%，采矿成本101.5元/t，采场生产能力：90～110t/d。

4.3分段空场嗣后充填采矿法

分段空场嗣后充填采矿法，是将间柱按照一定的分段高度划分为几个分段，分段高度8～10m，采用浅孔落矿，人员在矿堆上进行凿岩爆破工作，达到控顶高度时集中出矿，下分段矿石出完、采空区充填后再行回采上分段矿体，回采间柱前需对两侧的采空区进行胶结充填。回采过程中，视采场暴露面积及矿岩稳固性不同，在采场内留设点柱支撑顶板。

与上向水平分层充填采矿法相比，主要区别是将分层高度3m增加至分段高度8～10m，但由于出矿后暴露高度大，要求两侧充填体强度至少>2.0MPa。

采准切割工程：采用分段空场嗣后充填采矿法，其采准切割工程仍能利用现有工程，需增加的工程主要有采场内架设顺路人行天井和顺路溜井，或在围岩或低品位不回采的矿体中新增人行天井和溜矿井。

回采工艺：根据矿岩稳固性和凿岩设备，同时考虑安全因素，第一层回采3m高度并进行出矿，第二层及以上分层在爆堆上凿岩、爆破，控顶至分段高度8～10m，并进行顶板支护后再大量出矿。出矿结束后进行非胶结充填，留设1.5～2m的空间作为上一分段的爆破补偿和作业空间。

凿岩爆破：采用手持气腿式凿岩机凿岩，似水平孔，孔深为2.2～2.5m，孔距为1.0～1.2m。凿岩结束后，人工装填2#岩石乳化炸药，导爆管雷管起爆。

采场通风：新鲜风流经顺路人行井进入采场，清洗工作面后，污风由原采场的人行井排至上中段回风巷。

顶板管理：回采过程中由于分段高度大，采场中需留设点柱支撑顶板。落矿至分段控顶高度后，视顶板稳固情况，对采场中不稳固区域进行支护。

采场出矿：采用人工搬运或电耙将矿石运搬至采场顺路溜井。

采场充填：由上一分段将充填管道下放至充填区域，每分段采场的底部采用分级尾砂非胶结充填，充填后需留设1.5～2m的爆破补偿或作业空间。

技术经济指标：损失率24%，贫化率15%，采矿成本93.5元/t，采场生产能力：100～130t/d。

4.4间柱采矿方案优化选择

通过以上几种采矿方法的对比，根据盘龙铅锌矿井下残留间柱的开采技术条件及工程现状，对上向水平分层进路充填采矿法(方案Ⅰ)、上向水平分层充填采矿法(方案Ⅱ)、分段空场嗣后充填采矿法(方案Ⅲ)进行技术分析，各回采方案工艺及技术方面的主要优缺点如下。

方案Ⅰ：上向水平分层进路充填采矿法以巷道的方式，按一、二期进路间隔回采，每条进路回采后，都及时进行了充填，有效地控制了顶板暴露面积与暴露时间；该采矿法对矿体的适应性强，对形态复杂的间柱和稳定性差的矿体，能有效进行回采，且在采场内不留点柱和间柱，损失率较低。但采场为独头巷道型通风，通风效果差；一期进路充填体强度要求高，采矿成本高；一期进路充填需进行接顶，如不能充分接顶，二期采后顶板相当于全部暴露，与方案Ⅱ相同，由此使得回采、充填工艺变得非常复杂。

方案Ⅱ：上向水平分层充填采矿法将间柱划为分层逐层向上回采，由于盘龙铅锌矿间柱宽度不大，在两侧充填体达到一定强度时便可采用该方法，且在采场内一般不需要留设点柱。上向水平分层充填采矿法具有回采时矿石损失、贫化率相对小，其回采工艺与分段空场嗣后充填采矿法一样，为压顶爆破，生产能力大，回采成本低；采场充填不需要接顶，工艺简单，且可采用分级尾砂非胶结充填；在对生产能力没要求时，采场内充填也不需要浇面，充填成本低。

方案Ⅲ：分段空场嗣后充填采矿法将间柱按照一定高度划分为分段，在爆堆上作业，直至采下一个分段的矿石后再大量出矿，可以采用分级尾砂非胶结充填采后空区，生产成本低，能力大。但回采时由于两侧为充填体，由于回采控顶高度大，对两侧充填体的强度要求比方案Ⅱ高，且在暴露面积过大时，需在采场内留设点柱支撑顶板，留设的点柱最后只能作为矿柱永久损失，同时即使留设点柱其安全性仍较差。

技术经济指标方面，方案Ⅰ采矿成本最高、生产能力最小；而方案Ⅲ采矿成本较低、生产能力大，但其损失率、贫化率较大，且充填成本较高。方案Ⅱ的技术经济指标居中。

综合上述分析，针对间柱回收，在间柱两侧充填体强度>1MPa且充填体整体性较好时，方案Ⅰ为布置小断面的进路，采场作业安全性好，但是回采需增加充填成本，增加充填接顶等作业工序，导致回工艺复杂，成本增加。方案Ⅲ回采间柱时，分段高度大，顶板管理困难，且两侧采空区的充填体侧面暴露面积大，对充填体强度要求高，回采时需根据顶板稳定性状况在采场内留设点柱控制顶板，矿石损失率大。方案Ⅱ兼有方案Ⅰ采场稳定性好、回采率高、对两侧采空区充填体强度要求低的特点又兼有方案Ⅲ生产能力大、工艺简单、回采时充填成本低的特点。

因此，针对盘龙铅锌矿井下现有间柱的回采，确定主要采用上向水平分层充填采矿法，仅在条件允许的情况下可以开展其它采矿法试验。而采场边柱的回收需与采场间柱回收同时进行，在边柱厚度较小时，采用上向水平分层充填采矿法，当边柱厚度较大时，可在采场内适当留设点柱以支撑顶板。

5结论

1)根据盘龙铅锌矿矿体赋存条件、开采现状及矿柱赋存现状，确定井下现有空区的处理方式必须采用充填法处理，仅在独立的小采空区采用封闭空区的处理方法，同时矿柱的回采方案主要为充填采矿法。

2)根据国内外不同采矿方法对充填体强度的要求，确定了采用分层采矿法和分段采矿法回采间柱时，两侧采空区的充填体强度。即：分层采场回采结束前要充填体能自立，充填体强度需达到1MPa且充填体完整性较好；分段采场回采结束前充填体能自立，充填体强度需达到2MPa且充填体完整性较好。

3)对比分析了上向水平分层进路充填采矿法、上向水平分层充填采矿法、分段空场嗣后充填采矿法三种间柱回采方法，根据各采矿法的优缺点，结合盘龙铅锌矿间柱的实际条件，确定了主要采用上向水平分层充填采矿法回收间柱，仅在条件允许的情况下可以开展其他采矿方法试验。

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Mining method optimization of pillar in shrinkage method

DONG Xian-jiu

(Guangxi Zhongjin Lingnan Mining Co.，Ltd.，Wuxuan 545900，China)

Abstract:In order to solve the problem of the treatment of the mined out area and the recycling problem of the pillar，to ensure the safety of the follow-up production and the recycle condition of the pillar，this paper based on the occurrence conditions of the PanLong lead-zinc mine goafs and pillar，filling method for treatment of mined out area was been selected，the treatment method of closed space is used only in the small goafs.At the same time，the analysis of three kinds of different pillar extraction methods shows the final selection of the horizontal slicing and filling mining method is the ultimate choice.

Key words：mined-out area；filling；pillar；mining method

收稿日期：2015-07-24

作者简介：董宪久(1966-)，男，辽宁凌海人，采矿高级工程师，主要从事矿山生产技术管理工作。E-mail:zjlnjh@sina.com。

中图分类号：TD823.9

文献标识码：A

文章编号：1004-4051(2016)05-0078-04