呷村银多金属矿矿柱回收方案优选

高鹏举，周 礼

(1. 西部矿业集团有限公司, 西宁 810000；2. 长沙矿山研究院有限责任公司, 长沙 410012)

为进行地压控制和顶板管理，空场法回采时将留设大量矿柱[1-3]。矿柱回收是采用空场法回采的矿山在整个回采周期内面临的重大技术问题及难题之一，国内外矿山工程技术人员在矿柱回收方面开展了大量的基础研究及工程实践。庞奇志[4]矿柱回收过程充填体与围岩稳定性及安全监测监控进行了研究， 采用数值模拟对矿柱体在动力扰动下的响应特征及应力场变化规律进行了分析；张飞等[5]通过现场和室内试验研究，对矿柱回收时的空区围岩稳定性进行模拟分析，对空区围岩可能冒落的范围进行预测；赵迎贵等[6]运用数值模拟软件反演分析了矿柱回收作业流程，运用得到的应力、应变和塑性区指标对空区的稳定性进行了评估；董宪久等[7]介绍了充填采矿法在盘龙铅锌矿矿柱回收中的应用实践；柯波等[8]将无底柱分段崩落法运用到矿柱回收中，并取得了不错的工程效果；欧志成等[9]介绍了分层崩落法在呷村矿4160中段的运用情况。

呷村银多金属矿位于四川省甘孜州境内，建矿以来地采部分一直采用浅孔留矿法回采，近年来经采矿方法优化已逐步采用充填法回采，但4 100 m中段以上残留了大量空场法回采留设的“三柱”(间柱、顶柱、底柱)，该部分矿柱矿量可观，品位较高，具有很好的回收价值。为此该矿联合长沙矿山研究院有限责任公司开展了“三柱”回收方面的研究，本文详细介绍了4 100 m中段1线至4线Pz3矿体的“三柱”回收方案。

1 矿柱开采技术条件

1.1 矿柱赋存现状

呷村银多金属矿4 100 m中段1线至4线Pz3矿体采用浅孔留矿法进行回采，自南向北依次划分为4208、4207、4206三个采场。采场沿矿体走向布置，中段高度60 m，采场沿走向长50 m，宽为矿体厚度。采场间留设8～10 m间柱，上部留设6 m左右顶柱，采场下部采用电耙出矿漏斗底部结构，电耙道在中段运输水平抬高6 m，漏斗底部结构高6 m，合计12 m。目前，4208、4207、4206三个采场均已回采结束，空区敞空，已具备三柱回收条件。各采场三柱现状如下：

4208采场：采场底柱、0线间柱和顶柱均完好。

4207采场：采场底柱、2线间柱完好，采场顶柱透至上部4 160 m中段的3207采场并一直透至地表。

4206采场：采场底柱、4线间柱和顶柱均完好。

1.2 矿柱矿量

经圈定计算，4 100 m中段4206、4207、4208采场间柱、顶柱矿量及品位见表1。该范围内间柱及顶柱矿量合计14.08万t，平均品位Cu0.04%，Pb2.94%，Zn4.44%，Ag19.98 g/t。

表1 矿柱矿量及品位Table 1 Ore quantity and grade of pillars

2 矿柱回收方案初选

上述间柱两侧空区均敞空，可选择的三柱回收方案有中深孔直接崩落法和上向水平分层充填法。

2.1 中深孔直接崩落法

中深孔直接崩落法是在脉外布置一条人行天井，作为人员、设备进出和通风的通道，在下盘施工分段凿岩巷和凿岩硐室，然后施工上向扇形中深孔和水平中深孔，以两侧空区为自由面崩落间柱和顶柱，其典型方案见图1。

1)主要结构参数

在间柱的下盘脉外设分段凿岩巷，分段高度10～15 m；顶柱内设凿岩硐室，凿岩硐室高度3 m。

2)采准工程布置

在间柱下盘脉外布置人行通风井连通上、下中段巷道，断面尺寸为Φ1.8 m，也可利用现有的下盘脉外人行井；在间柱的下盘脉外布置分段凿岩巷，凿岩巷尺寸为2.6 m×2.6 m；在间柱内的底部施工漏斗、出矿巷、溜矿口，间柱两侧空区的出矿底部结构利用原有的底部结构。

3)凿岩爆破

间柱的回采在分段凿岩巷内采用YGZ90施工上向扇形中深孔，炮孔直径为60 mm或65 mm。凿岩设备YGZ90采用吊葫芦或其他机械吊装至各分段凿岩巷内。间柱先于顶柱微差一次爆破，其组合形式有两种，一是中间向两侧推进时的前期的一个间柱+两侧顶柱，后期的一个间柱+未采一侧的顶柱；二是由一侧向另一侧推进时的一个间柱+一个顶柱。

4)通风

新鲜风流自人行井、采空区进入作业面，污风经人行井上部排至上中段回风巷道。

5)地压管理

作业面周边围岩不稳时需要进行支护；大爆破前，需要保障出矿的底部结构上部覆盖不低于5 m的覆盖层，同时在周边设置防空气冲击波的阻波墙等。

6)出矿

崩落后，在中段内的底部采用铲运机或电耙进行出矿。要求底部结构的各出矿口做好出矿管理，各出矿口均匀放矿，确保矿石面平整下降，降低矿石贫化与损失。

7)空区处理

间柱直接崩落后，周边岩体一般会出现冒落，空区被崩落围岩处理。当间柱回收后周边围岩不会出现垮冒的时候，需要在间柱回收时再用诱导崩落的方式崩落周边围岩，使其垮落充满采空区。

8)主要技术经济指标

中深孔直接崩落法主要技术经济指标见表2。

2.2 上向水平分层充填法

采用该方法回采三柱首先需采用较高强度的胶结充填体将两侧空区充填并接顶，然后采用上向水平分层充填法回收三柱。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。其典型方案见图2。

表2 中深孔直接崩落法主要技术经济指标Table 2 Main econo-technical indicators of mid-deep hole caving method

图1 中深孔直接崩落法典型方案图Fig.1 Typical scheme diagram of mid-deep hole caving method1-中段运输巷；2-穿脉巷；3-人行井；4-分段凿岩巷；5-废岩；6-炮孔

1)结构参数

间柱宽度一般为8～10 m，空场充填后两侧均为充填体，可布置一个上向水平分层采场，采场分层高度3～4 m，每次充填后留1.5 m的作业空间，作为上分层采矿的作业面和落矿空间。

2)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。当原人行井无法使用时，需要新增人行回风井。

3)凿岩爆破

凿岩采用YT-28气腿子凿岩机40 mm“一”字型钻头，凿水平孔，孔深2.1～2.3 m，孔距1.0～1.2 m。凿岩结束后，清洁炮孔，采用人工装药，导爆管雷管引爆炸药。

4)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。

5)顶板管理

落矿后，对于爆破作业面区域顶板和两帮不平整部分以及倒挂部分采用撬顶等安全措施。由于矿岩稳固性较好，采场一般不需支护，但在矿岩破碎时，可对采场中不平整区域采用喷浆支护，确认安全后方可进行下一步骤作业。

6)出矿

采用人工或电耙将矿石运搬至采场溜井。分层回采结束后，清理采场遗留矿石，降低矿石损失。

7)充填

间柱回采前需要对两侧的采空区进行胶结充填，要求充填体28 d抗压强度不低于1 MPa。分层采场回采出矿完成后，进行充填前的准备工作，包括采场清理、砌筑充填挡墙、铺设充填管道等，准备工作完成后，连接充填管路进行充填。充填时，分层内下部的2.5 m可采用分级尾砂非胶结充填或低配比的全尾砂胶结充填，但上部的0.5 m需要充填3 d强度不低于0.5 MPa的胶结充填体。

8)主要技术经济指标

上向水平分层充填采矿法主要技术经济指标见表3。

3 矿柱回收方案优选

3.1 技术比较

1)作业安全性。中深孔直接崩落法人员在巷道中作业，安全性好；而上向水平分层充填采矿法人员需暴露在采场顶板下作业，作业安全性较中深孔直接崩落法要差。

表3 上向水平分层充填采矿法主要技术经济指标Table 3 Main econo-technical indicators of flat-back cut and fill method

2)采场回采周期和生产能力。中深孔直接崩落法以两侧空区为自由面崩矿，不需处理两侧空区，采场生产能力大，回采周期短，崩落回采的时间预计需要3～4个月；而上向水平分层充填采矿法需首先对两侧空区进行胶结充填和养护，然后才能进行回采，回采周期较长，其充填养护周期预计需要5～6个月，回采周期预计需要4～5个月，整体周期预计需要9～11个月，同时回采时采充交替作业，工序复杂，回采时间长，采场生产能力相对较小。由于目前4207采场正在作为地表矿石的放矿通道，暂时还不具备充填条件，因此采用充填法回收4206、4207、4208采场的三柱需要待4207采场不作为地表出矿通道后才能进行。

3)贫化损失率。中深孔直接崩落法由于在空场条件下直接崩落矿柱，因此矿石损失贫化均较大，矿石损失率达35%，贫化率25%。上向水平分层充填采矿法矿石综合损失率为30%，贫化率15%。

4)回采成本。中深孔直接崩落法不需要充填空区，因此回采成本相对较低，为127.8元/t；上向水平分层充填采矿法在回采矿柱之间首先得充填两侧空区，回采过程中也得随采随充，因此回采成本较高，为195.5元/t。

由此可以看出，中深孔直接崩落法和上向水平分层充填采矿法在技术上各有优势，为选择最优方案，需进行经济效益比较。

3.2 经济效益比较

1)采空区充填费用

采用中深孔崩落法直接回收4206、4207、4208采场的间柱、顶柱，不需要消耗原采空区充填费用；采用上向水平分层充填采矿法回收4206、4207、4208采场的间柱、顶柱，需要将4207采场矿石出空后，采用28 d强度不低于1 MPa的胶结充填料对4206、4207、4208进行充填，其充填成本为186.43元/m3，三个采场的的采空区充填费用见表4。

表4 采空区充填费用Table 4 Cost of cavity backfilling

2)三柱回收经济效益

中深孔直接崩落法和上向水平分层充填采矿法综合经济效益比较见表5。用中深孔直接崩落法可获得销售收入6 224.0万元，净利润684.8万元，折合吨矿净利润56.1元；采用充填后上向水平分层充填采矿法可获得销售收入6 702.7万元，净利润581.1万元，折合吨矿净利润50.1元。采用中深孔直接崩落法较充填后上向水平分层充填采矿法要多获得净利润103.7万元。

表5 经济效益比较Table 5 Comparison of economic benefits

3.3 矿柱回收方案推荐

综上所述，技术方面，中深孔直接崩落法在回采作业安全、回采周期、采场生产能力及采矿成本等方面优于上向水平分层法，但其在控制矿石贫化、提高出矿品位方面比上向水平分层法要差，二者各有优势，但经济效益方面中深孔直接崩落法要优于上向分层充填法，故推荐采用中深孔直接崩落法回收4206、4207、4208采场的间柱、顶柱。

4 结论

1)呷村银多金属矿4 100 m中段4206、4207、4208采场矿柱矿量合计14.08万t，平均品位Cu0.04%，Pb2.94%，Zn4.44%，Ag19.98 g/t，矿量大，品位高，具备较大回收价值。

2)经技术经济比较，推荐采用中深孔直接崩落法回收4206、4207、4208采场矿柱。该法在矿柱下盘施工分段凿岩巷和凿岩硐室，然后施工上向扇形中深孔和水平中深孔，以两侧空区为自由面崩落矿柱。

3)中深孔直接崩落法采场生产能力250 t/d，矿石损失率35%，贫化率25%，吨矿回采成本为128.7元/t。回收该部分矿柱可获得销售收入6 224.0万元，净利润684.8万元，折合吨矿净利润56.1元。