某矿矿柱回收与空区处理方案设计

张军奎

(兰州有色冶金设计研究院有限公司， 甘肃 兰州 730000)



某矿矿柱回收与空区处理方案设计

张军奎

(兰州有色冶金设计研究院有限公司， 甘肃 兰州 730000)

某铅锌矿采用平硐-溜井+辅助斜井开拓方式，由于矿山多年多个中段同时回采，加之矿体上下盘围岩稳固性一般，导致矿山空区暴露面积大、采矿贫损指标不理想。采空区的存在对矿山的安全生产构成严重的威协，若不及时进行处理，有可能导致矿山安全事故的发生。为保证矿山安全、连续生产，提出了矿柱回收与空区处理的方案。

采空区；矿柱回收；深孔落矿

1 矿山现状

某矿采用平硐-溜井+辅助斜井的开拓系统，银铜矿石和铅锌矿石分采分运，矿山生产已近 10 a，银铜矿和独立铅锌矿的开采现均已达到设计的生产能力。矿山设计至3886 m中段，采用留矿法和分段空场法开采，已形成3886 m主运输平硐，4100，4160，4200，4250 m平硐，目前正在准备进行4000 m中段的开拓工作。

生产实践表明，随着空场法采场开采的进行，围岩的暴露面积越来越大，围岩冒落量也越来越大，特别是采场回采中后期，冒落围岩量是较大的，局部采场甚至产生大规模冒落，使矿石和围岩在出矿过程中混合，造成矿石损失贫化大。矿房开采后，部分矿房由于围岩冒落量大，矿柱回采条件遭到严重破坏，难以正常回收，只能进行残采。

另外，随空场法开采的进行，采空区越来越多，冒落现象越来越严重。目前矿山的地压问题是已十分突出：4200 m顶柱与围岩一起冒落，4160 m中段也有部分顶底柱冒落，使井下采空区与地表连通，形成了一个大型冒落区；4200 m中段Cu1矿体下盘围岩大规模冒落；目前4160 m中段西主巷明显变窄，4200 m中段主巷不断片帮；银铜矿体已开采到4050 m中段，独立铅锌开采到4100～4160 m中段，而4050～4200 m中段还有大量空区未处理。

矿山近年采矿贫损指标不理想，采矿方法比重为：留矿法 60%，分段空场法 40%，根据现场调查和与矿山工程技术人员的交流，矿柱回采的贫化率部分达到50%以上，甚至更高，采矿综合贫化率至少在22%以上；部分矿柱由于无法回采，全部损失，采场综合损失率至少在18%以上。部分小矿脉由于夹于厚大矿体之间，厚大部分开采后形成大规模多层空区，中间小矿脉开采技术条件遭到破坏，采用空场法无法开采，这部分矿脉的损失巨大，占据大量的资源。矿山急需解决上部矿柱的滞留问题。

2 采空区处理的必要性

采空区范围过大，空区体积达到一定程度时，就会形成空区安全隐患，采空区的存在将对矿山的安全生产构成严重的威协，若不及时进行处理，就有可能导致矿山安全事故的发生。

现银铜已开采至4050 m中段，独立铅锌开采至4100 m中段，4100 m中段及以上有4160，4200，4250 m三个中段，空区分布范围广，主要空区范围南北长300～500 m，东西宽100～200 m；地表已形成南北长380 m，东西宽170 m，深80～100 m左右的塌陷坑。随着4100 m独立铅锌的继续开采，矿山空区体积和矿柱保有量还将进一步增长。

目前矿山采空区留矿柱支撑，大量空区的存在已经成为矿山生产的重大安全隐患，可能出现突发性大面积空区垮塌和地表大范围沉陷等地质灾害问题，其后果十分严重，有可能形成井下空气冲击波，造成井下人员、设备和井巷工程的严重破坏。所以在采矿方法改变的同时，采空区必须进行处理。

3 矿柱回收方案的初选

该矿设计留矿法主要用于厚度5 m以下矿体，实际应用中，由于矿体变化大，中深孔凿岩往往难以适应，贫化损失大。实际留矿法比重占到80%，采用电耙漏斗底部结构，矿房开采后，留8～10 m间柱，顶柱高度4～6 m，底柱高度10～12 m，除间柱内分段凿岩联道和分层联络道间距不同外，其余类似。

根据该矿矿柱的开采技术条件及回采工艺特点，矿柱回采方法可视为矿房空场条件下回采矿柱，根据采场结构，在矿房空场条件下一般是采用大爆破的方式回采，即用深孔进行爆破，向敞空矿房崩落矿柱，在空场或者崩落覆盖岩下由矿块底部结构的电耙道出矿。可以根据矿山实际需要，一次爆破可崩落一到几个矿块的矿柱，有利于提高矿柱回采强度和作业安全。由于4100 m中段及以下采用充填法回采，对4160 m以上的矿柱初步拟定了2个回采方案：

(1) 方案Ⅰ，深孔崩落矿柱回收方案；

(2) 方案Ⅱ，措施井深孔崩落矿柱回收方案。

3.1 深孔崩落矿柱回收方案

该矿矿房回采后，由于矿岩体不稳固，空区存放时间长，大量矿柱已片帮“瘦身”，在原间柱天井内作业，安全保障性较差。该方案是建立在原间柱天井安全可靠，能够在间柱天井内施工深孔凿岩的条件下，才能实施和实现。间柱、顶柱以及上阶段底柱深孔微差大爆破一次回采。其中在电耙道以上部分底柱，在电耙道能利用时，在电耙道内凿上向扇形孔，否则在电耙道两端掘凿岩硐室，相向凿水平或束状深孔；顶柱和电耙道以下底柱在天井内凿岩硐室凿水平扇形深孔；间柱在天井内的凿岩硐室凿束状深孔。此回采方案采切工程量少，只要凿岩硐室的施工和深孔凿岩工作安全可靠，该方案的实施是较为安全可靠的。

3.2 措施井深孔崩落矿柱回收方案

当原间柱天井不够安全可靠时，在安全位置施工措施天井和硐室，作为凿岩和爆破的工作场地，在矿柱中凿水平或束装深孔，按照回采顺序要求，将相应的间柱、顶柱及上阶段底柱一次性微差爆破落矿。对电耙道以上部分底柱，当电耙道能利用时，在电耙道内凿上向扇形孔，否则在电耙道两端掘凿岩硐室，相向凿水平或束状深孔；对顶柱和电耙道以下底柱，在凿岩硐室内凿水平扇形深孔；对间柱在措施井内的凿岩硐室凿水平束状深孔。该方案安全性好，生产可靠，但工程量稍大。

3.3 回收方案的适用情况

通过调查矿柱的分布情况后，依据国内外类似矿体矿柱回收方法，制定了深孔崩落矿柱回收方案和措施井深孔崩落矿柱回收方案两个技术可行的方案，两种方案的优缺点比较见表1。

表1 两方案主要优缺点比较

两方案各有其优越性，4160 m中段及以上两种方案共同使用，在确定矿柱内原天井能够安全利用时，采用深孔崩落矿柱回收方案，否则，推荐措施井深孔崩落法矿柱回收方案。

4 相关工程

根据空区分布范围和地表剥离及矿柱回收工程施工需要，在回采陷落带外围20 m设置一道截水沟，延伸至矿区外50 m，排水沟沟底宽1.5 m，上口宽2，5 m，深度2 m，以满足矿山雨季排洪需求。

当原间柱天井内作业安全保障性较差时，采用措施井矿柱回收方案，在距离间柱矿体5 m以上的下盘稳固岩石中掘进措施天井，断面1.5 m×1.5 m，在措施天井内每间隔10～12 m向矿体掘进凿岩硐室，凿岩硐室长5 m，断面2.8 m×2.8 m；对电耙道以下顶底柱的回采凿岩，在措施井内每间隔5～7 m向矿体掘进凿岩硐室，凿岩硐室长5 m，断面2.8 m×2.8 m。

5 结 论

及时、安全、有效地对矿柱回收和采空区处理具有经济和安全的双重价值，直接关系到矿山企业的生产安全与经济利益。矿柱回收和空区处理是同步进行的，在矿柱回收过程中，为了保证安全，建议建立地压监测系统，及时进行现场监测，做好地压预测、预报工作，确保矿山的安全生产。

[1]郭生茂,刘 涛,等.白山泉铁矿残留矿柱回收技术及空区处理[J].有色金属:矿山部分,2014,66(6):18-20.

[2]秦学宽,王志文.空场采矿法矿柱回收的实践[J].甘肃有色金属,2001(4):15-19.

[3]张 飞,王 滨,菅玉荣,等.东升庙矿9号矿柱回收采空区围岩稳定性分析[J].地下空间与工程学报,2012(06).(收稿日期：2015-12-10)

张军奎(1985-)，男，甘肃天水人，工程师，主要从事矿山采矿设计工作，Email：369372402@qq.com。