某金矿采空区矿柱回采方式及实践

冯浩楠，舒太镜，李慧波

(1.河北融洋工程设计有限公司，　河北 邯郸市　056002；2.广西冶金研究院有限公司，　广西 南宁市　530023)



某金矿采空区矿柱回采方式及实践

冯浩楠1，舒太镜2，李慧波1

(1.河北融洋工程设计有限公司，河北 邯郸市056002；2.广西冶金研究院有限公司，广西 南宁市530023)

某金矿采空区形态复杂，矿柱回收难度高、效率低、安全性差。为解决已有采空区及新形成采空区中矿柱回采问题，结合矿山的实际情况，研究矿柱回采工艺,对不同的矿柱形式分别采用了相适应的回采方式。在确保安全的条件下，回收了矿柱矿量58.03万t，大大提高了矿山的回收率，增加了矿山的经济效益。

金矿；浅孔留矿；采空区；矿柱回收

1　矿山概述

1.1矿床地质

该金矿地处青藏高原大雪山东部，大金川支流革什扎河流域，属川西高山峡谷的一部分。矿区地质构造较复杂，矿体属于典型的受构造控制的石英脉型金矿，赋存于断层破碎带中。大部分矿体埋藏于当地侵蚀基准面(标高2720 m)以上，上部矿脉厚大且侧翼沿山坡露出。矿体围岩渗透性差，含水性较弱，直接顶底板围岩多为二云石英片岩、石英岩、石英脉及构造角砾岩，岩体各向异性，岩体f=7～10，稳定性中等。1号矿体为该金矿主要矿体，矿体沿走向长度850 m左右，最大埋深达625 m，最小为0 m，平均真厚度为5.04 m，厚度变化系数为65.94%。矿体整体向西倾，倾向227°～306°，倾角整体较陡，但倾角变化较大，呈上陡下缓的格局，地表以下150～200 m范围内，倾角为75°～90°，向下呈逐渐变缓的趋势，最小倾角为42°。矿体金平均品位为4.38 g/t，矿石价值高。

1.2开采现状及采矿方法

该金矿于2000年投产，现采选规模已达1000 t/d。矿山采用平硐开拓方式，已形成3188，3155，3113，3075，3035，3000 m等6个中段。目前矿山3113 m中段以上采场已全部回采完毕，3035，3075 m中段为目前生产中段。矿山多年来生产一直采用浅孔留矿法，下行式开采，采用了脉内沿脉开拓方式，采准工程布置在底柱和间柱内，并留取了5～10 m顶柱、底柱。

2　采空区情况及矿柱回采技术条件

(1) 3155 m中段及以上中段剩余底柱、点柱及条形矿柱等共计2万t，该中段及以上采空区大部分已通达地表，采空区体积约20万m3，由于矿山地表为森林地貌，不允许塌陷，为防止对下部矿柱回收及矿体开采的扰动，因此考虑回收部分矿柱并尽快进行充填处理。

(2) 3113 m中段剩余矿柱矿量大约12万t，位于11线～19线之间。前期对该中段品位较高的矿体开采后形成了大约10万m3采空区，位于13线～17线之间。采空区跨度大，为100 m，形态复杂，留有8～10 m底柱、10～15 m顶柱，无间柱，矿柱平均金金属品位4.58 g/t，矿石价值高，需要进行回收。

(3) 3075 m中段属于目前生产中段，该中段矿体在3线～19线之间，剩余矿量16万t，其中未动采场矿量5.3万t，采场采完后剩余矿柱矿量10.7万t，采空区位于5线～9线及13线～19线之间，采空区面积大约8万m3。该中段采空区与3113 m中段类似，跨度大，形态复杂，留有6～10 m底柱、8～10 m顶柱(其中15线位置与3113 m中段联通)，无间柱，矿柱平均金品位4.39 g/t。

(4) 3035 m及3000 m中段矿体位于1线～19线之间，两中段剩余矿量69万t，前期对富矿的开采也形成了大约1万m3采空区，采场留有6～10 m底柱。此两中段现只考虑对现有采矿方法进行优化，以便后期回收矿柱更加方便有利。采空区情况及矿柱位置见图1。

3　矿柱回采方式

为了多回收高品位矿石，需要尽可能多回收采空区中的矿柱，因此在对每个中段矿柱分布情况进行详细了解，并在保证安全及不影响下中段矿体开采情况下，通过全局考虑，进行矿柱回收工作[1￣3]。

图1采空区情况及矿柱位置

3.1回采3155 m中段的底柱

由于3155 m中段以上采空区面积较大，在不允许地表塌陷的情况下，根据矿山的实际情况，用混凝土人工矿柱置换出部分矿柱，置换方式为在3155 m中段施工人工假巷(见图2)，在人工假底上部采用浅孔落矿、铲运机出矿方式对3155 m中段的底柱进行回采，出矿结束后采用砌碹方式予以封闭，然后对该中段以上采空区进行胶结充填。充填过程中，需对3155 m中段人工假底上部10 m厚充填高强度胶结充填体，该胶结充填体可作为上下两个中段的隔离层，使得上部采空区不会影响到下部矿柱及矿房的回收。

图2　人工钢筋混凝土假巷(单位：m)

3.2回采3113 m中段的顶柱

由于矿山前期不合理开采，导致3113 m中段遗留约10～15 m厚的顶柱，采空区比较复杂，现为了回收这部分顶柱，但是进入采空区是不安全的，因此考虑在矿体下盘脉外布置沿脉巷道，该沿脉巷道以天井联通，在天井顶部布置凿岩巷道，向矿体顶柱打水平中深孔进行落矿(见图3)，崩落的矿石从采空区里面放出来，利用铲运机在已有的脉内巷出矿。

图3　采空区中回采顶柱(单位：m)

3.3顶底柱同时回采

考虑到矿柱回收后会进行充填处理，因此可以将3075 m中段与3113 m中段进行并段，同时回收3075 m中段的顶柱及3113 m的底柱，留取3075 m中段的底柱作为上下两个中段的隔离层，该底柱可以在上下采空区充填完成之后采用巷道掘进的方式进行回采。同理将3000 m中段与3035 m中段进行并段处理，同时回收3000 m中段的顶柱及3035 m的底柱。

对于采场的顶柱与底柱回收[4￣6]，分两种情况，一种是未采矿房顶柱与底柱的回收，另一种是采空区中顶柱与底柱的回收。对于第一种情况，一般先回采上中段矿房，待上中段矿房回采完成之后，回采下中段矿房，然后采场的顶底柱随着下中段矿房的回采一起回收(见图4)。在确保安全的条件下，可设计采用分段后退浅孔落矿的方式回采顶柱与底柱。该方法使矿柱回采率由过去的大约65%提高到90%以上，大大提高了矿石回收率，增加了经济效益。该方法技术要求分段长度4.0～6.0 m左右,分段高度3.0～4.0 m左右,采用上向式或者水平炮孔布置方式，作业时要严格控制炮孔长度和装药量，以防止发生悬顶事故，使得循环作业顺利进行。作业过程中，为了安全考虑，需要进行适当的木支护。对于第二种情况，需要采用脉外巷加联络天井进行回收，其回收方式与回收3113 m中段的顶柱类似。

图4　分段后退式浅孔落矿回采顶底柱

3.4回采3035 m中段的顶柱及3075 m中段的底柱

3035 m中段的顶柱和3075 m中段的底柱不能同时回采是考虑到整个采场的安全稳定性，3075 m中段起着一个隔层的作用，使得上下采空区不至于联通导致采空区面积过大，因此回收该顶底柱需要等3075 m中段上下采空区都充填完成之后才可进行。设计采用下向分层充填采矿法回收该顶底柱(见图5)，分层高度3 m。技术要求：先在脉外掘进斜坡道，分层的顶板采用混凝土支柱及钢筋锚网支护，铲运机出矿。

3.5各中段间柱的回采

先采矿房，待矿石采完之后，对矿房进行胶结充填。回收间柱时采用浅孔留矿法，为解决2个出口问题，在矿体下盘脉外设置人行通风井，从下水平沿脉巷道掘至上水平沿脉，并在脉外人行通风井之中掘间柱联络道，与间柱内人行通风井相通，回采完间柱后进行充填。

图5　下向分层充填法回收矿柱

3.6矿柱的回采顺序

从整个矿区来看，采用了下行式开采方式，现为了尽可能多回收矿柱[7￣9]，对矿房矿柱的回收需进行一个比较详细的规划。在不影响下中段矿体回收的情况下，先回收3155 m中段的底柱及3113 m中段的顶柱。对于3075,3035 m中段及3000 m中段，先回收这3个中段的矿房矿体，在回收矿房矿体时，同时回收并段后的顶底柱。对于矿房之间的间柱，需各中段内相邻的矿房采充完毕后方可进行回采。最后留下3075 m中段的底柱及3035 m中段的顶柱作为隔层。回收该隔层矿体，则需要上下中段相对应的矿房采充完毕后方可进行回采。为了不破坏底柱间柱的空间连续性，一般不同时回采间柱和底柱。上下中段的相对应的间柱不可以回采。同一中段内相邻间柱不同时回采。

4　矿柱的回采实践

通过不同的回采工艺对该矿采空区中的矿柱进行回采，获得了较好的经济技术指标，大大提高了矿山的矿石回收率，增加矿山的经济效益，矿柱的回收参数指标见表1。

表1　矿柱的回收参数指标

注：包括充填后回采出的矿柱矿量。

5　结　论

针对采空区中的不同类型的矿柱，采用了不同的回采工艺进行回采，在满足矿山安全生产的前提下，采出了矿柱矿量58.03万t，大大增加了矿山的回收率，增加了矿山的经济效益。但在回收夹层矿柱时，矿山充填一定要及时，必须对采空区进行胶结充填处理。对于未受采空区影响的矿房，建议减小回采矿房的尺寸大小，控制胶结充填体的充填量，增大间柱的尺寸，增大低强度充填体的充填量，以节省充填成本。

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2016￣06￣14)

冯浩楠(1978-)，男，云南昆明人，高级工程师，主要从事矿山设计工作，Email：1041485960@qq.com。