阶段空场嗣后充填法采场底部矿柱回收实例

李亮 张光军

（新疆阿舍勒铜业股份有限公司哈巴河 836700）

1 概况

西北地区某地下铜矿床为块状硫化物铜锌矿床，其中一号矿体是该矿床的主要矿体，铜金属量占比达97%。该矿体走向长度约850m，埋藏深度达930 米，矿体平均厚度为20m 至45m，最大厚度可达80m，倾角45°至75°，矿体与围岩中等稳固。对于该部分厚大矿体，采用大直径深孔采矿嗣后充填的方法回采矿石。采场垂直矿体走向布置，矿体厚度即为采场长度，采场高度为50m，宽度为12m。采场底部采用中深孔爆破形成拉底空间，拉底高度为13m，回采上部矿体时需在上中段施工大孔硐室，采用潜孔钻机钻凿大直径深孔，切割槽爆破形成后正排炮孔侧向崩矿，采场出矿结束后对采空区进行胶结充填。由于采场底部中深孔凿岩采用上向扇形中深孔，爆破后会在相邻采场之间残留桃形矿柱，且下中段采场采矿时无法对其进行回收。首采矿柱采场地质储量可达24000t，Cu 品位：3.31%，Zn 品位:5.32%，为避免资源浪费，需对此类型矿柱进行回收。

2 采切工程布置

桃形矿柱首采采场450-0504#采场布置在450中段2#穿脉与3#穿脉之间，首先需在450 中段2#穿脉与3#穿脉的矿柱之间施工0504#穿脉，穿脉净断面3.4m*3.2m（1/4 三心拱），掘进断面3.6m*3.3m，支护方式为锚网拱架喷砼联合支护，喷砼厚度100mm，每个拱架均匀施工7 根Φ40mm 管缝式锚杆，拱顶部分均匀增加3根3m长Φ18mm水泥卷锚杆，锚网与拱架之间用铁丝绑扎牢固。掘进至破碎岩层时采用工字钢+超前管棚支护，短掘短支。由于3#穿脉未进行充填，3#穿脉与0504#穿脉相距仅3～4m，导致整个矿柱均在采幅之内，故首采采场暂无法布置出矿巷，采场切割巷道及切割天井布置在采场上盘，穿脉及切割巷道累计工程量70m。穿脉巷道掘进时可将3#穿脉北侧出矿巷充填挡墙炸开，为长距离独头巷道掘进提供有利的通风条件。采场切割天井采用中深孔辅助切割槽天井钻机一次爆破成井技术，在切割巷道内使用CY-R40C 天井钻机施工3 个Φ650mm 大孔，呈“品”字形布置，切割井大孔周围布置13个扩井孔，以切割天井为自由面布置切割槽中深孔，炮孔施工均采用YGZ-90导轨式凿岩机，切割槽高度需根据探矿结果确定，本采场切割槽高度确定为12m。

3 采场炮孔布置与回采

在450-0504#穿脉施工之前，仅针对450 中段所有的桃形矿柱施工了6 个呈“米”字型布置的地质钻孔，圈定比较粗略的矿体边界，但单个采场详细地质信息还不能满足采场中深孔设计的要求。为解决这一问题，决定使用中深孔炮孔承担部分探矿的功能，具体做法是：首先，要求炮孔按照设计倾角施工，钻进至残矿堆或充填体即停止施工，作业人员将施工参数以及凿岩情况逐孔记录，同时可对钻孔产生的岩粉取样化验，技术人员根据实际的施工参数圈定每一排炮孔的地质剖面。但这一做法也存在问题：当炮孔深度大于设计值时，相邻炮孔的孔底距将会大于设计值（2m）,此时需要在两炮孔之间施工加密炮孔。具体做法是：当炮孔深度小于设计值，按设计施工；当炮孔深度介于设计值至12m时，两炮孔之间加密1 个炮孔；当炮孔深度大于12m 时，两炮孔之间加密2个炮孔。根据此方法，可以得到450-0504#采场比较详细的地质信息，从而为采场回采提供必要的地质数据。根据中深孔炮孔施工参数，在采场上盘仍存在较厚的残留矿体，本采场将切割槽布置在残留矿体最高的位置，即采场上盘。切割槽的高度取12m 为宜。首先在切割巷道内施工切割天井大孔，大孔周围布置相应的扩井孔。在三个大孔中间布置2 个扩井孔，其余扩井孔均匀布置在大口周围，总计13个扩井孔，最终天井规格为2.6m*2.1m。切割槽炮孔以切割天井为自由面展开，排距为1m，孔底距0.8m至2.0m。切割槽炮孔总计49个，炮孔直径均为Φ75mm，凿岩量为543m。采场正排扇形炮孔排距为1.6 米，孔底距为2m，根据矿体可采边界，总计施工炮孔41 排，炮孔直径均为Φ75mm，凿岩量为4211.3m。最终，450-0504#采场正排地质剖面面积最大者达80m2,总计圈定的地质矿量为24000t,地质品位为：Cu:3.31%,Zn:5.32%。

采场爆破根据现场实际施工的炮孔参数进行设计，采场切割天井采用中深孔爆破一次成井技术，将切割天井大孔周围的扩井孔装填炸药，采用毫秒延期爆破形成切割天井，雷管段位设计为4至5个段位为宜，位于切割井三个大孔中心两个扩井孔最先起爆,将三个切割井大孔爆通，剩余的扩井孔每3 个孔设置为同一个段位，雷管采用普通毫秒延期导爆管雷管。切割槽炮孔以切割天井为自由面逐排起爆形成切割槽，正排排孔以切割槽为自由面逐排起爆，正排炮孔爆破时，中间炮孔首先起爆，两翼炮孔随后响应，也可根据现场实际情况设置为1个段位。所有炮孔均采用孔底起爆，爆破产生的高温高压气体不会在孔口提前泄露，从而延长高温、高压气体的作用时间，以取得较好的爆破能量利用效率。

采场每爆破一次需及时安排出矿，由于首采采场未设计出矿巷，同时由于爆破后0504#穿脉与3#穿脉贯通，导致采空区面积较正常采场偏大，故铲运机只能在采场穿脉内出矿。在采场出矿末期，铲运机无法将采场内矿石全部出完，此时需遥控铲运机进入采场，以便回收采场内存矿，避免造成不必要的资源浪费。采场出矿结束后需对采空区进行充填，通往采空区的巷道需砌筑充填挡墙以封闭采空区，由于采空区最高处位于上盘，需从486分段施工充填大孔，充填浆由充填大孔进入采场。

根据以上方法，高品位矿柱可以得到较好的回收，但此方法用于回收低品位矿柱时，成本压力将会大大增加。矿柱本身位于两个以回采完毕的采场之间，穿脉掘进过程中可能会穿过残矿堆或地质弱面，凿岩及支护困难较一般穿脉掘进大，从而增大了掘进成本。

4 问题与优化

作为450 中段桃形矿柱采场首采采场，450-0504#采场在实际施工过程中存在不少困难，首先，大直径深孔采场充填质量直接影响出矿品位，当胶结强度小于设计强度时，矿柱采场爆破会对采场顶板产生破环，充填体混入矿石之中，导致贫化；另外采场滤水渗入矿柱裂隙中，弱化了矿体的稳固性，而充填浆的胶结作用有限，对穿脉掘进带来负面影响。因此，采场充填时因保证充填体强度，尤其是充填底层时，灰砂比不小于1：6，以保证充填体强度不小2MPa。其次，巷道长度达70m，在掘进过程中，工作面通风只能采用压抽混合式通风，由于3#穿脉未进行充填，因此0504#穿脉掘进过程中可将南侧出矿巷充填挡墙炸开，将两条平行巷道贯通，能有效地加快污风的排除速度。最后，采场爆破后与3#穿脉贯通，空顶面积比正常采场大，且充填质量达不到设计要求时，矿石贫化加大。后续采场应保证在采幅之外布置至少一条穿脉，同时在两穿脉之间布置出矿巷，不仅可控制空顶面积，同时还可为巷道通风以及采场出矿提供便利条件,缩短下一相邻矿柱采场的准备时间。

5 结束语

首先，地质探矿在此方法中的作用不可忽视，2#与3#穿脉的地质编录结果为回收矿柱提供了先决条件，中深孔不仅承担了爆破的作用，还为地质剖面的圈定提供了必不可少的信息。其次，巷道掘进过程中，穿脉穿过残矿堆、充填体或软弱结构面时，支护方式需及时改变。最后，通过此方法，高品位矿柱能够得到有效利用，减少了资源损失，首采采场回采过程中存在的问题为后续矿柱采场提供了宝贵的经验。