香炉山钨矿东部采区点柱回采方案探讨

万林海

(江西省修水香炉山钨业有限责任公司，江西 九江 332400)

0 引言

香炉山钨矿为我国大型白钨矿山，钨矿床具有储量大、倾角缓、矿体厚度大、钨品位高、矿体及顶底板围岩稳固、连续性好、矿岩含水率低、工程及水文地质条件比较简单、开采技术条件较好等特点。

香炉山钨矿采用地下开采，按照勘探线划分采区，0～16勘探线划分为东部采区，16～24线划分为西部采区[1]。关于香炉山钨矿东部采区点柱的安全回采问题，由于前期采用非正规的全面房柱法回采矿体，采后空区未及时充填，造成大多点柱回收难度大，矿石损失大。东部采空区情况十分复杂，多个单独采空区面积达数千至数万余平方米，空间高一般达8～10 m，甚至余10～20 m，极个别空区高达30 m，为国内罕见的复杂多临空面空区群，治理难度大，采空区相互存在重叠和贯通情况，分布复杂，相互之间开采扰动大。地表存在当地风俗信仰场所道观和居民建筑，需要保护。东部采空区存在局部地压活动的危险，局部地压活动将会带动整个东部空区，产生大的地压活动，危害后果无法想象。

1 开采技术条件及现状

香炉山钨矿矿石稳固性较好，裂隙断层一般不发育，f≥12，体重3.17 t/m3，平均松散系数1.6，不结块，不自燃。顶底板围岩多属于未风化的钙硅角岩和细粒花岗岩，节理不发育，岩石较完整稳固，f≥8～12，体重2.8 t/m3，平均松散系数1.6，围岩与矿体界面清楚。地表有民舍及庙宇，需要保护，地表不允许陷落。东部采区0～16线间矿体平缓，倾角100°～150°，厚度起伏不大，多小于20 m。香炉山钨矿东部采区采用平硐开拓，铲运机装载，汽车运输，所用的采矿方法基本上为留不规则点柱、条柱的全面法，采空区跨度10～30 m不等，井下矿柱分布不均，部分顶板暴露面积过大。

香炉山钨矿东部采区开采历史悠久，开采顺序凌乱无序，导致采空区规模宏大，并且极其复杂。东区采空区累计体积超过300 万m3，总暴露面积超过25 万m2，采空区形态非常不规则，采空区相互贯通、重叠，形成了复杂的井下开采环境[2]。空区内矿柱不规则林立，大多以不规则的点柱、底板矿、顶板矿、条柱、楼板矿和边角矿体的形式存在，其回收难度非常大。东区残矿资源量巨大，初步统计东区的保有矿量600 万t左右，其中点柱矿量达320万t，且点柱的品位高，是矿山下一步生产的重点，能够有效延长矿山开采年限，是矿山可持续发展的关键，极具回收价值。

东部采区的矿体主要以点柱矿、楼板矿和顶板矿的形式存在，其中储量巨大、品位高的点柱矿体是东部生产的主力，直接关系到矿山稳定生产和可持续生产。针对点柱矿体的开采，建议采用围堰式袋装充填采矿法，核心是围空区采矿柱[3-5]，用围堰式袋装充填采矿法回采矿柱。第一步：充填空区。采用袋装充填技术对空区进行充填，围空区时保证矿柱有一个面不在充填封闭区内，以该面作为作业自由面和出矿运输通道进行矿柱回收，作业运输通道两侧形成条带状的充填区域。第二步：回收矿柱。根据空区结构力学关系以矿柱作为拐点划分采场，回采其矿柱。采场的划分在保证两侧空区充填完毕并充分结顶的前提下，充填体对顶板的支撑力必须大于待采矿柱对顶板的支撑力，有选择性的回收部分矿柱；矿柱回采后空区的暴露面积和跨度小于矿柱回采前的暴露面积和跨度。

2 点柱回采的方法选择

2.1 高度不大、顶板安全性较好的点柱

针对采空区高度不大，顶板稳定性好的点柱的回收，根据点柱开采技术条件，一般可采用浅孔法和中深孔一次回采。采用袋装充填技术对空区进行充填，围空区时保证矿柱有一个面不在充填封闭区内，以该面作为作业自由面和出矿运输通道。矿柱回采前，确认矿柱两侧采空区均已充填形成大面积条带状的充填区域，并充分结顶之后，通过力学计算和数值模拟，结合矿柱现场情况，有选择性的回收充填体两侧的矿柱。选择回采对象的原则：一是矿柱回采完毕，剩余矿柱和充填体能够有效支撑顶板，强度满足要求；二是矿柱回采后空区的暴露面积和跨度小于矿柱回采前的暴露面积和跨度。

1)浅孔法回采点柱。浅孔法回采点柱基本特征为：以点柱暴露在空区内的一侧为自由面和作业空间，将点柱底端全部拉开，布置水平炮孔，分次爆破，崩落矿石作为继续上采的平台，回采至顶端，处理好顶板，最后再大量出矿。点柱回收完毕，充填采空区。

该方法对矿柱的稳定性要求高，由于采用浅孔作业，可及时检撬处理作业面上浮石，处理安全隐患，人员不从矿柱正下方经过，如发现矿柱开裂破坏等危险，可及时撤出，方案灵活，成本低。但矿柱需要从底端全部切割开，逐渐往上回采，回采过程中矿柱的稳定性已经受到破坏，并且多次爆破，安全风险大；并且回采全过程均在采空区下，安全性相对较差，见图1。

1—待采矿柱；2—袋装充填体围堰；3—胶结充填体；4—已采矿柱；5—矿石堆；6—炮孔；7—回采矿柱；8—分层围堰

2)中深孔回采点柱。中深孔一次回采点柱基本特征为：以点柱暴露在空区内的一侧为自由面和作业空间，先往点柱内侧施工一条凿岩巷，然后在凿岩巷内往上施工扇形中深孔，爆破时以采空区为自由面，分段一次爆破整个矿柱，最后出矿。点柱回收完毕，充填采空区。

采用中深孔落矿，不需要全部切割整个矿柱，仅在矿柱内施工一条凿岩巷，一次爆破崩落整个矿柱。该方法矿柱回采周期短，效率高，一次爆破，减少了作业次数，相应的降低了安全风险；但中深孔爆破一次崩落量大，爆破危害相对较大，顶板处理难度大，见图2。

1—待采矿柱；2—袋装充填体围堰；3—胶结充填体；4—已采矿柱；5—凿岩巷；6—中深孔；7—回采矿柱；8—分层围堰

2.2 高度较大，顶板安全情况较差的点柱

为了减少在采空区下作业，空区充填前，在空区内提前浇筑混凝土人工假巷，从人工假巷主巷往待采矿柱方向浇筑人工假巷支巷，作为回采和运输通道，后进行空区充填，空区充填的要求和方式与普通围空区充填方法一致。

点柱回收工艺：采空区充填完毕，并满足矿柱回采要求，从人工假巷(支巷)施工一条穿过点柱的凿岩巷，在凿岩巷内施工上向扇形中深孔，以矿柱一侧的采空区为自由面和补偿空间，分次或一次后退式爆破，崩落整个点柱；崩落矿石采用遥控铲运机出矿，操控人员站在假巷内，在假巷内转矿车运输，人员出入、运输、通风均经过人工假巷，不进入采空区内。

该方法能够有效解决采空区下采矿运输的问题，人员不进入采空区下作业，安全性高，并且回采工艺简单，效率高；但人工假巷需要在采空区下施工，且假巷施工工艺复杂，假巷施工成本高，见图3。

1—待采矿柱；2—袋装充填体围堰；3—胶结充填体；4—已采矿柱；5—凿岩巷；6—中深孔；7—回采矿柱；8—人工假巷(主巷)；9—人工假巷(支巷)；10—分层围堰

3 结语

1)香炉山钨矿东部采区高品质点柱资源量达到320万t，是矿山主要的资源储备形式，关系到矿山的服务年限和后续可持续生产。由于井下环境和地压条件的复杂性，点柱资源的开采一直是一大难题，技术难度和安全风险极大。东部采区的空区处理采用袋装充填技术，通过空区内的孤立点柱形成袋装充填体挡墙，将大面积采空区分隔成小面积采空区，同时，为点柱矿体的开采预留回采的空间，空区围堵时确保点柱至少有一侧置于充填体之外，避免空区充填对点柱的掩埋而造成大量的资源损失。

2)为了解决“围空区采矿柱”方案需要在采空区内作业的问题，提出了混凝土人工假巷技术。充填前在采空区内构筑混凝土人工假巷，通过人工假巷形成区域性的运输通风通道，人工假巷的支巷抵达待采的矿柱，然后采用“围空区采矿柱”方案，充填治理采空区。矿柱回采时，人员和运输均在混凝土人工假巷内进行，采用中深孔落矿，一次或分次后退式爆破整个矿柱，最后操作人员站在人工假巷支巷内操控遥控铲运机铲装崩落矿石，整个回采作业过程，避免了人员进入采空区内作业，作业的安全性得到极大的提高。