不良胶结充填体条件下矿柱回采方案选择

黄明发，李永辉

(1.厦门紫金工程设计有限公司， 福建 厦门市 361006；2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012)



不良胶结充填体条件下矿柱回采方案选择

黄明发1，李永辉2

(1.厦门紫金工程设计有限公司， 福建 厦门市 361006；2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012)

鸡冠咀金矿采用分段空场嗣后充填法开采，矿房采完用分级尾砂高水胶结充填，但矿房充填体质量较差、强度低，不能自立，给间柱和顶底柱回采带来很大难度。根据现场实际情况，提出间柱采用超前上向进路扩帮回采分区充填方案，顶底柱采用两步骤进路充填间隔回采方案，成功解决了不良胶结充填体条件下的矿柱回采难题。

矿柱回采；采矿方案；回采工艺；技术经济指标

对于围岩稳定性较好的充填法矿山一般采用二步骤回采，一步骤先回采矿房，二步骤回采矿柱和顶底柱。一步骤矿房由于在空场下出矿，回采工艺简单，贫化、损失指标容易控制，而二步骤矿柱两侧或周围为充填体，充填体的强度、整体性和自立高度将对矿柱回采产生重大影响，本文就鸡冠咀金矿不良胶结充填体下的间柱和顶、底柱回采方案进行探讨。

1 开采技术条件

鸡冠咀金矿属岩浆期后高—中温气液矽卡岩型矿床，矿区地表为围垦湖区，水网密布，沟渠、河流纵横。矿柱开采不得引起地表不均匀沉降和塌陷，不得破坏隔水层。

矿体受构造控制，探明的4个矿体群由50个大小矿体组成，其中主要矿体有5个(Ⅰ2、Ⅱ2、Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅲ3号)。矿体总体走向一般NE35°～72°，倾向NW，局部反倾，有缓倾斜(13°)、倾斜(55°)和急倾斜(83°～90°)。矿体集中分布于013～030线-5～-622 m标高之间，长50～350 m，水平厚2～27 m，最厚达30 m。矿体形态复杂，分枝复合现象严重，主要呈透镜状、不规则透镜状，局部为囊状及不规则脉状。

矿体顶底板围岩主要为大理岩、白云质大理岩以及灰质白云质大理岩，部分为矽卡岩。矿石f=6～10，中等稳固；围岩f=6～8，多数稳固，局部不稳固；矿岩界线清楚。

2 开采现状

鸡冠咀金矿生产规模1800～2000 t/d。矿山分两期开采，一期开采范围为-40～-160 m水平，已回采完毕；二期开采范围为-160～-470 m水平，-320 m中段为首采中段，采用上行式依次向上回采-270 m中段和-220 m中段，然后再下行式开采-370，-420，-470 m中段。-320 m中段和-270 m中段一步骤采场回采后留下大量间柱和顶底柱没有回收，间柱宽一般10～15 m，底柱高度一般为10～16 m。

矿山现有采矿方法为分段空场嗣后充填法和浅孔留矿嗣后充填法，一步骤矿房回采结束后，采用分级尾砂高水胶结充填，但是充填体质量较差、强度低。从已揭露的高水胶结充填体来看，充填体基本没有固结，呈散沙状，不能自立，给间柱和顶底柱回采带来很大难度。

3 间柱回采方案选择

充填法回采间柱主要有分层充填法和阶段充填法。阶段充填法生产效率高，安全性好，但是要求间柱两侧充填体能够自立、不垮塌，本矿区充填体无法满足要求，因此，间柱回采只宜采用分层充填法，结合现场实际，本次选择进路扩帮回采分区充填方案(方案1-1)和超前上向进路扩帮回采分区充填方案(方案1-2)。

3.1 进路扩帮回采分区充填方案

(1) 采场布置。采场布置分为沿走向和垂直走向。垂直走向布置时，采场长度为矿体厚度，宽为矿柱宽度；沿走向布置时，采场长度与一步骤采场相同，采场宽为矿柱宽度。阶段高度50 m(见图1)。

(2) 采准切割。主要采准工程为中段运输巷、充填及通风天井、上中段通风平巷等。首先，在上下中段向矿柱掘进水平运输巷和通风平巷，然后在矿柱内掘天井连通上下中段。以下中段运输巷为自由面和作业空间形成拉底层，再在拉底层架设人工假巷，随着回采的进行架设顺路溜井和脱水井。如脉外有可供利用的溜井，也可不架设顺路溜井。矿柱回采可以利用原有探矿穿脉、天井及副穿，不增加新的工程量。

图1 进路扩帮回采分区充填方案

(3) 回采。矿柱回采自下而上分层落矿。先从进入采场的联络道开始沿采场强度方向，在采场中央掘进进路，分层回采时，用气腿式凿岩机钻凿浅眼，在进路内扩帮回采。矿石用电耙出矿或人工出矿。为了保证回采作业安全，采至最上部分层时应留有厚度为2 m左右的护顶矿层，不予回收作为永久损失。分层扩帮回采时，留厚度为1 m左右的矿壁。

(4) 充填。根据顶板稳固情况，采取分区多次充填或分层一次充填，充填料灰砂比1∶10。采场通风。新鲜风流由中段运输巷、矿柱中的人工假巷、顺路天井进入采场工作面，污风则经充填井排至上部中段回风巷道。

3.2 超前上向进路扩帮回采分区充填方案

超前上向进路扩帮回采分区充填方案和进路扩帮回采分区充填方案的采场布置、采准切割工程、回采工艺及充填工艺基本相同，主要区别在于提前形成上分层进路，利用超前进路作为下分层充填和通风巷道，如图2所示。

图2 超前上向进路扩帮回采分区充填方案

3.3 方案比较

两种间柱回采方案技术经济比较见表1。

表1 主要技术经济指标比较

超前上向进路扩帮回采分区充填方案(方案1-2)较之进路扩帮回采分区充填方案(方案1-1)，每一分层多回采了一条进路的矿量，减少了矿石贫化次数，贫化率有所降低；同时，超前上向进路可采用挑顶形成，相对于进路掘进，工效较高，成本较低；再者，所形成的超前进路可为充填和通风所利用，可避免进路掘进的独头工作面，通风效果较好。充填时，可将充填管道架设于超前进路里，便于充填作业操作，充填时易于控制且利于充填接顶。若充填接顶充分，则可降低一次采空区空顶高度，有利于安全作业。

4 顶底柱回采方案选择

4.1 斜壁进路充填连续回采方案(方案2-1)

(1) 采场布置。该方案的采场垂直矿体走向布置方式，进路长度为矿体厚度，跨度根据矿体稳固情况取2.5～3.5 m，高2～2.5 m，如图3所示。

图3 斜壁进路充填连续回采方案

(2) 采准切割。主要采准工程有中段运输巷、人行通风井、溜矿井、联络道、分层平巷、上中段通风平巷等。首先，在回采范围的两端间柱中掘进人行通风井和溜矿井，沟通上下中段，然后从溜井中沿矿体走向掘进联络道和分层平巷。由于在每个勘探线上已布置有探矿穿脉、天井及副穿。因此，如矿柱位于勘探线时，溜井和人行通风井可以利用原有探矿工程，不增加新的工程量。

(3) 回采。顶底柱回采从下往上分层进行，每个分层回采从分层平巷开始，垂直走向进路后退连续回采，进路断面(2.0×2.5)m～(2.5×3.5)m。每一进路回采完后，采用分级尾砂胶结充填。除第一个回采进路外，每个进路一侧为胶结充填体，一侧为矿壁。为提高充填体的稳定程度，减少损失贫化，矿壁一侧设计成70°～80°左右的斜壁，形成斜壁进路。顶底柱回采留2 m厚的护顶矿层。矿石用电耙出矿或人工运出。

(4) 充填。回采至边界后，在进路口架设充填滤水挡墙，然后进行充填。充填采用分级尾砂胶结充填，灰砂比为1∶6～1∶8。

(5) 采场通风。新鲜风流由中段运输巷、人行通风井、联络道进入、分层平巷，污风则由分层平巷经另一端部通风井至上中段回风巷道。进路回采工作面为独头工作面时，需采用局扇辅助通风。

4.2 两步骤进路充填间隔回采方案(方案2-2)

两步骤进路充填间隔回采方案和斜壁进路充填连续回采方案的采场布置、采准切割工程、回采工艺、充填工艺基本相同。进路采用分步骤间隔回采，第一步骤回采后胶结充填，灰砂比为1∶6～1∶8；第二步骤回采后非胶结充填，灰砂比为1∶10～1∶12，如图4所示。

图4 两步骤进路充填间隔回采方案

4.3 方案比较

两种顶底柱回采方案技术经济比较见表2。

对顶底柱回采而言，两个方案均能实现在最大矿石回收率，但斜壁进路充填连续回采顶底柱方案同时作业工作面少，生产能力较小，难以提高回采强度，矿柱回采时间延长，对安全生产带来不利影响；同时，该方案在每一进路的回采中，进路一侧是矿体，一侧是充填体，为确保回采安全，降低贫化损失指标，充填质量要求较高，充填成本相应增加，两步骤进路充填间隔回采方案更优。

表2 主要技术经济指标比较

5 结 论

(1) 通过对间柱和顶底柱的回采方案进行研究对比，经现场试验，间柱采用超前上向进路扩帮回采分区充填方案以及顶底柱采用两步骤进路充填间隔回采方案在技术上可行，可取得良好的经济技术指标。

(2) 为保证整个矿柱回采的安全性，节省采准工程，矿柱回采顺序应为先采顶底柱、后采间柱。

(3) 推广中应注意采取安全措施，采用超前上向进路扩帮回采分区充填方案回采中段间柱时，要注意减小矿体顶板的暴露面积和暴露时间，加强顶板管理，及时充填。

[1]《采矿设计手册》编委会.采矿设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社，1986.

[2]褚洪涛.我国有色金属矿山矿柱回采现状及对策[J].中国矿山工程,1992(2):14-18.

[3]长沙矿山研究院有限责任公司.不良胶结充填体条件下矿柱安全开采技术研究[R].长沙:长沙矿山研究院有限责任公司，2008.

�矿工程师手册[M].北京：冶金工业出版社，2009.(

2015-08-13)

黄明发(1982-)，男，江西鹰潭人，现任厦门紫金工程设计有限公司采矿室主任，工程师。