胶结充填采矿法顶柱回采实践

乔小明

(安徽省琅琊山矿业总公司)



胶结充填采矿法顶柱回采实践

乔小明

(安徽省琅琊山矿业总公司)

琅琊山铜矿经过50多a的开采,-285m以上中段矿体陆续进入顶柱回采阶段。为了实现安全、高效回采顶柱，通过相似工程类比分析、现场试验，最终选用水平进路分级尾砂胶结充填法。实践证明，此法回采顶柱能确保施工安全，为矿山实现稳产提供有力支撑。

进路回采胶结充填法顶柱回采

滁州铜鑫矿业有限责任公司(以下简称琅琊山铜矿)位于安徽省滁州市西城区，毗邻4A级国家森林公园琅琊山风景区，是安徽省琅琊山矿业总公司的核心子公司。1958年建矿，2002年改制为国有控股公司，目前生产矿石30万t/a，年产铜4 200余t、金150kg、银4.2t、铁1万余t。

琅琊山铜矿矿体规模小、分散、价值高，随着矿山开采向深部延伸和生产系统的结构调整，为了保证矿山稳产，上部中段遗留顶柱需尽快回收。近年来,很多专家对胶结充填回收矿柱进行了充分的研究[1-2]，且在大部分金属矿山取得成功，为此，琅琊山铜矿根据自身实际情况，试验了水平进路分级尾砂胶结充填法回采顶柱，为尽快关闭上部中段、系统优化提供保障。

1　地质概况及顶柱回采技术条件

1.1地质概况

琅琊山铜矿床为典型的矽卡岩型富铜矿床，矿体分布在石英闪长玢岩与上寒武系琅琊山组上段网纹状或条带状结晶灰岩之接触带及其前缘。矿体规模较小、数量繁多，矿体一般呈透境状、扁豆状、囊状等，平面走向延长几十米至百余米，一般延伸数十米至 200余m，厚度2～10m，最大30余m，平均厚度3.2m。矿体侧伏方向长度普遍远大于走向和倾向长度，呈长柱状向北东方向侧伏，侧伏角45°～60°，走向随所处接触带位置展布，倾角基本为东倾。

矿体上下盘围岩基本为石英闪长玢岩和变质结晶灰岩，一般比较坚硬，但上盘时有构造破碎现象，一般为成矿后收缩裂隙，并在后期发生错动而形成，宽度2～5m。以含铜矽卡岩矿石类型为主的矿体中间，常有石英闪长玢岩脉或后期煌斑岩脉穿插，破坏了矽卡岩的完整性，特别是结构较松软的煌斑岩脉，存在岩矿石破碎坍塌掉块的安全隐患，对矿体回采的安全性造成较大危害。

1.2顶柱回采技术条件

为尽量回收矿产资源，适应城区型矿山毗临风景区环境的地理特点，琅琊山铜矿的主体开采方法由空场法改为上向分层尾砂充填法。由于矿体多，构造复杂，一般单个矿体作为一个回采单元。在开采水平以单个矿体为对象设计采准工程，采准工程施工完成后，施工矿内沿，然后平面拉开矿体到边(如遇矿体厚度较大时，根据现场情况采场有可能需留保安矿柱)。矿体第一层回采结束后，为了下部中段矿体的顶柱回采，需在本分层采场底板铺设50cm厚的钢筋混凝土底板，作为下部中段顶柱回采时的顶板。在回采顶柱时，顶柱底板为采场充填体，顶板为钢筋混凝土假顶。

2　水平进路分级尾砂胶结充填法典型方案

回采顶柱可以用正常的分层回采方式全断面一次回采，还可以选用分条胶结充填进路式回采。因为矿体顶柱回采时上下中段矿房均已回采，采场的原岩应力进行了重新分布，顶柱受力状态较为复杂。遵循安全可靠、经济合理、技术可行的原则，借鉴相似矿山的成功经验，最终选定水平进路分级尾砂胶结充填法进行顶柱回采试验。

2.1采准布置

根据矿体的赋存状态及安全状况，在最后一层回采后应该把顶柱作为一个回采单元进行采准设计。采准时主要是斜坡道、出矿巷道、充填小井等工程设计，特别是进路的划分工作，包括进路宽度、长度、方向及回采顺序等。重点考虑使用原有采准工程，减少新增采准量。其中进路的划分尤其重要，合理的进路划分不光能保证安全回采，同时能取得良好的经济效益。进路划分要从以下三方面考虑。

(1)进路几何尺寸。根据相关学者的研究，进路的稳定性主要依靠其自身的承载强度，假顶在水平应力和垂直应力的作用下发生弯曲，当应力达到强度临界值时发生破坏[3]。琅琊山铜矿的人工假顶为标号C15的50cm厚钢筋混凝土，根据进路法回采及顶柱顶板安全厚度的相关研究数据[4]，进路宽度宜在5m以内(3，4，5m)，长度宜在30m以内。

(2)进路布置。进路一般沿走向或垂直走向布置，根据矿体实际情况和现有可利用工程情况，采场进路灵活布置，有单进路、双进路和多进路。矿体厚度小于6m的布置一条，大于6m的布置两条或多条。

(3)进路回采顺序。总体上采用后退式，在互相平行各进路回采时采用间隔式，一般按数字顺序编号进路(如图1)。根据压力拱原理[5]，首先回采1#、3#等奇数进路，回采结束后即进行分级尾砂胶结充填充分接顶，使充填体有足够的强度保证后续回采安全，后回采2#、4#等偶数进路，一般采用尾砂充填或废石充填，要求充分接顶。这种方法回采顶柱，每条进路在回采时周围都有支撑，安全可靠。

图1　顶柱进路回采示意

2.2回采前准备施工顺序

最后一层回采结束后，正常上升构筑物、充填，保留2.5m左右的空间，做顶柱回采前准备工作：①根据采准设计施工充填小井(为进路充填准备)，规格2.0m×2.0m；②为了提高矿柱的采出强度，一般采用WGD-1型电动铲运机出矿，因此在矿柱上部中段平面巷道下掘一下坡道至顶柱底板水平，斜坡道规格3.0m×2.5m，坡度一般根据铲运机的性能参数确定(≤13°)；③施工漏斗，尽量利用原采场漏斗刷帮，矿石刷完后充填，如利用原漏斗，漏斗上要铲顶1.5m左右，便于漏斗的浇注；④继续利用的漏斗正常上升至顶柱底板高度，不用的人行道及漏斗用混凝土封闭；⑤对空区进行充填，充填1.5m尾砂后剩余1m空间采用分级尾砂胶结充填，使胶结体充分接顶，胶结体灰砂比为1∶4，28d抗压强度要求达到5MPa；⑥充填结束后从斜坡道继续施工回采运输平巷(根据进路布置情况设置其在合适位置)，施工联络道至漏斗。

2.3进路回采

采准工程到位后，按照采准设计顺序回采进路。一般先采奇数进路，视采场状况可同时施工：①在进路范围内利用YT-28凿岩机施工3.0m×2.5m断面的切割，直至进路尽头的充填小井；②刷帮至进路设计边界；③进路一次性降顶至钢筋混凝土假顶，施工时要注意对假顶保护，防止爆破破坏顶板；④利用WGD-1型电动铲运机快速出矿。

2.4充填

进路矿石出完后应及时充填，缩短空顶时间：①采用钢筋混凝土墙封闭进路，在进路中部设滤水塔；②采用分级尾砂胶结充填，胶结体灰砂比为1∶4，28d抗压强度要求达到5MPa；③充填要求充分接顶，可以在一次充填后待24h再补充一次；④按设计要求及顶板实际情况胶结体强度可作适当调整，偶数编号进路一般回采结束后一次性充填尾砂接顶。

2.5安全管理工作

顶柱回采的安全状况和采出环境都比矿房回采时差，特别是顶板岩石力学状态复杂，顶板结构状况不清，在施工过程中要小心谨慎。发现顶板问题要及时会诊，根据实际情况分析原因，确定后续工作。

2.6通风

进路切割未与充填小井贯通时，一般是独头掘进，如有需要可使用局扇加强通风。

3　矿柱回采中的探索

由于多年的开采，琅琊山铜矿上部中段陆续进入顶柱回采阶段。为了安全、高效回采顶柱，工程技术人员进行了一些有益的探索：

(1)利用电耙和T2G出矿，省去了斜坡道的施工。在顶柱准备工作中，选择合适位置挑顶，确保回采顶柱时有足够的作业空间，为后期顶柱的大量快速回采做好准备，同时节省大量的采准工程。

(2)充填接顶问题一直是充填工作中的难题，通过施工钻孔至进路中加强充填，上坡找通小井，使小井位置高于顶板；一次充填结束后，24h后再补充等措施，确保充填体充分接顶。通过实际揭露充填体情况看，充填接顶率一般能达到60%以上。

4　结　论

(1)琅琊山铜矿采用水平进路分级尾砂胶结充填法回采顶柱，已安全回收矿柱20万t，顶柱回收率在90%以上。

(2)在顶柱回收过程中，由于顶柱处于复杂的应力状态，因此要“快”，强采、强出、快速充填。

(3)顶柱回采环境复杂，在施工前要掌握矿柱顶板的实际情况，根据采场安全状况进行采准设计。对照采场顶板位置图，靠近上下盘的两条进路时，不能设计到边，尽量根据实际情况保留1m左右连续矿柱作为顶板支撑，在回采时根据安全状况，可以间隔回收部分高品位矿石，把握好顶柱回采顺序。

(4)矿房回采结束后及时进行顶柱回采，不仅对安全管理工作大有益处，同时能节省采准工程。及时回采顶柱，有利于矿山的系统优化和矿山的可持续发展。

[1]王运敏.现代采矿手册[M].北京:冶金工业出版社,2012.

[2]王新民，古德生，张钦礼.深井矿山充填理论与管道输送技术[M].长沙:中南大学出版社,2010.

[3]赵伏军，李夕兵，赵国彦，等.进路法回采顶柱人工假顶的稳定性分析[J].金属矿山，2002(4):27-29.

[4]胡伟，周爱民.进路法回采顶柱其顶板安全厚度的数值分析方法[J].矿业研究与开发，2001，21(2):14-17.

[5]张春芳.胶结充填采矿法矿柱回采可行性论证[J].采矿技术，2014，14(1):9-13.

2016-03-10)

乔小明( 1984—)，男，工程师,239000 安徽省滁州市琅琊区琅琊西路1号。