我国有色矿山的矿柱回采.pdf

我 国有色矿山的矿柱 回采 红透山铜矿王志 方 提要 ；我国有色地下矿山 有大量矿柱器回收．其中保 安矿拦回收是一项难度较大的谭厦，目前有的矿山 已突礁传统作法．走出了新瞎子；很多矿山在顶．底 间拦回收中也园地{ 6 宣 宜地采用了多种办怯．积曩 了很多经验．奉文就以上问题进行 了介龆 ． 建 国以来我 国有 色金属 工业虽 然有 了较 大发展 ，产量平均每 年递 增1 5 ，但仍满足 不 了国 民经济发展 需要，每年 有2 5 依 赖进 口，且 有不 断扩 大趋势，铜 铝、铅锌 、等 主要金属都存在 这种情 况 。特别 是近年来， 开采条件较好的 大型 富矿 没有发现 ，而 全 统配矿山至 1 9 9 0 年末 有9 6 个矿 山 坑 口关 闭，消失 2 0 万t ／ a 金属 生产能力 ，新 接 替 资 源矿点无法顶替 1 ，有色金属现状和前景相 当严峻，充分利用矿产资源问题已提到了主 要议程 。 我国有 色金属地下 矿山在开 采过程 中留 下 了大量矿柱 ，约 占开 采储 量的4 0 ，各类 矿柱的比例大约是t间柱占1 8 ，顶底柱占 1 0 ，保安矿柱占4 7 ，其它占2 5 2 。 矿 柱回收不仅仅是充分 回收 了 地 下 资 源 ，且对延 长矿 山寿命 ，避免 园矿 柱倒塌引 起地 压活动 和造成 开采工作的复杂性等都 有 极 大好 处。 一 、保安矿柱 回采技术的发展 传统的 看法认为保安 柱内矿量是作 为永 久 损失 的，至少在矿井正 常生 产期间是不能 动 的， 因而 积压 至损失 了大量 矿产 资源。 近年来 随着 』 、 们对其 认识的深化和 开采 技术的进步，保安矿 柱的 回收 工作 有了很 大 进展，在煤炭系统 中比较 突出，保 安矿柱 回 收已成为正常工作，在有色矿山中虽然起步 较晚，近年 来 电有 了发展 ，一些矿山对各 种 有 色矿 山一 l 9 9 1 ． 6 保安矿柱做 了大规 模的回收， 或用 闯隔式回 收，减小矿柱尺 寸等 进行局 部 回收 ，效果 比 较可观 。 1 ． 三下” 开采保安矿柱 的 回牧 3 “ 三 下”开采的保安矿柱一般用胶 结充 填或 充填法回收 。在大规模 回采矿柱 的条件 下，根据 地表被保护物的 重要程度 、地 下深 度、围岩性质及构造条件等，也可用部分充 填法或空场法对矿柱 回收 。还有的对矿柱进 行间 隔式 回收 抚 顺胜 和矿 或削柱法 回收 贵州汞矿然后对矿柱不做任何处理。当 然这是 一种投资少 、回收率低而 又必 须减小 其 尺寸条件 下的一种方 法。 锡矿山南矿的 三 下”保安 矿柱回收， 从回收条件、方法、效果来看都很典型，值 得借鉴。 该矿柱系河床和地表尾矿库 的 保 护 矿 柱。 地表 被保 护区域内有一 流 量0 ． 0 5 4 7 ms ／ s 的飞水岩河，河的双拱 涵嗣 上方设有面积 约 1 ． 8 万m 的选厂临时尾 矿库 。从 地压 条件 看 ，矿柱处 于中、西 两部地 压 医之 间，恰恰 起到分解、隔离两 医地压 之隔离 矿柱作 用， 从地质条件看，断裂 构造发育 ，受其影 响矿 体断裂 、切害 严重。上复 岩层基本为灰 岩。 岩石 力学 指标 中等 。抗压强度8 0 l O O MP a ． 抗拉强度 2 7 MP a ，弹性模量5 ～7 x l O MP a ，波松比0 ． 1 ～0 ． 2 7 ，复 岩层 厚 度9 0 ～ 1 5 0m 。 回收方案 、方 法；距地表3 0 m深度 即 一 2 3 维普资讯 3中段 以上做 为分界线，分界线 以上的矿 柱做为 永久损失 不予回采， 以确保安 全 。分 界线 以下的 4～ 5 中段采 用两步 骤 回采方式 ， 其一期矿房、二期矿柱尺寸宽度均 为 8 m， 用胶结充填 法回采 。 下部的 6～ 9中段 距地 袭深度百 米 即大规模 回采 医段，其斜 长2 2 0 m，走 向 艮 2 5 0 m，矿石地质储 量1 2 0 万 t ，在l 9 7 3 ～1 9 8 0 年问布置了3 6 0 个矿块 ，有胶结 充 填 法，尾 砂充填法 、房 枉 法、矿 块 数 目 比 分 别 为 3 8． 3 0 ％ 4 3 ． 3 1 8． 4 ％，一期先采矿 柱 ， 宽 8 1 1 1 ，采后膝结充填 ，充填体 实际强度 2 4 MP a ；二期 再采矿房，宽l O m，嗣后垒 尾 砂 克填 。 效果 1 9 7 3 ～1 9 8 0 年同共 采出矿量9 9 ． 8 万t ， 回收率8 3 ． 2 ％，据地表及地 下 岩 层 、 充填体移动观测计算结果，预计地表最终形 变值符合国家 I级地表建筑物保护标准。 锡矿 山经济的 意义 “ 三下 ”矿 量是 可 以回收的，而 且搞好 了可得 到较 高 的 回 收 率} 回收方法视被保护物重要程 度而 定，不 一 定都用费用较高的胶 结充填 法’ 一般 说距 地表一定深度内的矿量难 以回收 ，超过这个 深度且矿岩条件较好者 ，可用费用低 、效 率 高的采矿方 法如 浅孔留矿法，房柱法等。保 安矿柱 回收技术 复杂，准度亦大，要有切实 可行的方案 且实施过程 中应髓时进行观测 。 2 ． 地 下设 施保 安矿柱回收 地下设施保安矿 柱与 三下 保 安矿柱 回收不 同。是针对 地下某一 设施 而 留 的 矿 柱 、保 护范围小，矿 柱中很 可能只是某一 部 位 压矿 ，而 且压矿部位很少有可能直接 位于 被保 护设施内，故而 回收时只相 当于在保 护 柱内局 部开挖 空洞，问题 比较简单，容 易成 功，因而地下设施保安矿柱回收成功实例较 多 。 1辽宁红透山矿蛭井保安 柱 回收 陵矿上部主 { ] 9 6 2 年设 计施 工时 因地质 资料 不清而 设于3 0 号脉上 盘西翼， 1 9 8 2 年1 0 J ] 原 一 24 ～ 冶金 部在 该矿 召开竖井安全 角讨论会 ，压矿 情 况见下 表 4 I 竖并保安矿柱压矿情况表 1 9 8 2 年 注 。1 ． 7 0 。 、7 5 系 指 保安 矿 拄角度 F 2． S～正 矿 面积．m2 ；Q ～压矿量 ．万t ；3 ． ～压矿比 例．面；4 ． 此表系t 9 8 2 年北京有设统计算． 随着探矿进展瓦前情况有变化．上表甩来说 明历史演变过程． 鉴于保安矿柱压矿量大、矿岩稳 固性较 好等实 际情 况，该会 议认为可用膝结充 填法 回采柱内压矿部分 。从 1 9 8 2 年 至今 ，该矿 已 用尾砂分层 胶 结层面 采 矿法 对一 3 4 7 m、 一 4 0 7 m中段的 压矿 部分基 本回收 完 ．一4 6 7 m，～ 6 2 7 m中段韵 压矿部分亦正在 回采，经 地压观 洌井 筒、井塔情 况正常 。 红透山 主井保安矿柱 回收的借鉴 意义 ； 被保 护设 施不直接压矿，柱的 回收相 当于在 设施之外 开挖 某空洞，只要根据岩石的稳 固 程度，采取 可行的回收方法来保汪设施及其 周围在 空间的稳 定性，回收矿柱是容易成功 的 。 2 广东瑁坑钨矿一号竖井保安矿柱 回收该矿 柱于1 9 8 6 1 9 8 8 年 问进行柱 内矿 量 回收，效果较好 l 5 j 。 该 竖井深2 5 0 m， 其下用盲井开 拓 。保 安 矿柱垂高3 3 0 m ，柱内矿脉有两条， 一号脉 的 夫部，二号咏的局部均在 保 安柱范围 内，其 I | 一号 脉柱 内部 分地质储 量为6 9 5 7 8 t ，该脉 有 色矿 山一 l 9 9 1 ． 6 维普资讯 离竖井中心线最近距离只有 8 m。矿脉平 均 厚0 ． 9 8 m，倾角8 5 。 ，稳 固 f 1 2 ，围 岩 为变质 砂岩 ，断层 、节理不 甚发育。矿柱 已 为若 干纵横坑道所 切割 。 回收方案 ，方 法，垂直方向 由最下 中段 开始 向上逐 中段 回收， 水平方 向由距 竖井最 远处向撮 近处回收。采 矿方 法为有底柱或混 凝土底柱的浅孔留矿法。矿块沿走向划分， 其 中房长2 0 ～2 5 m， 永久 柱 长5 m。回果界线 距竖井投 影中心5 1 0 m。 效果，实 现了安 全 回采 。采 下 矿 石 最 5 9 ， 3 d 7 t ，总 回 收 率 6 5 ． O 8 ， 总 损 失 率 3 4 ． 9 2 ，总贫 化率2 3 ． 7 ， 柱栗 效率较高 ， 达5 2 ． 7 1 t ／ 台班，瑁坑钨矿经验 说 明，在 围 岩稳 固，开采 断面较 小的情 况下 ，开采界线 可以划到距保护物只有几m的距离 以充分 回 收 资源 ，柱内矿 脉在某 一方向延伸 至保 护物 以下部分 即直接 压矿 ，亦 可进行 回收 ， 采取的措施是留几米厚的原矿隔子}至保护 物较 近时 ，应用战 眼、密 距、控 制 一 次 药 量、加设锚扦、控制采幅等手段，防止上盘 围岩破坏和 脱落。 2 号赫 碹坑矿 竖井 、保安 桂矿 脉三者相互关系 二， 顶底柱回收 用得较 多的有两种方 法 1 ． 充填法，高品位矿石，地 表 或 地 下 有 色矿 山一 l 9 9 1 6 有需要保护对象，在 已形成充填 系 统 的 矿 山．一般用此法 回收顶底柱可获得较高的矿 石 回收率 。 红 透山充填法 收顶 底柱的 回收率为7 0 8 O 。主要特 点是在 已与顶柱接预 或半接顶 的克填体上， 以进路回采方式将下中段顶柱 本 中段底枕 一并 回采 ，采至距本 中段底柱 之 上的半 胶结充填体 2 m以上，即 留 2m原 岩 隔子， 以确保上部充填体不坍塌。 该方法垂 直方 向是 出下 而上分层 3 m 进行，水平方向视矿岩稳固程度划为若干采 区，采区系独立回采单元，用留点拄 无根 点柱在 这 里被 认为是可行 的 的方 法来保证 顶 板稳 固性 ，分 区、分片、分条 的回采方 法 目前 已不采用 。 红透 山回收顶底柱的效率较高且能保证 安全。但在收底柱时还要留 2 K I1 厚的矿柱 做 永 久损失，尤其在 留电耙道 桃形 矿 柱 条 件 下． 耙道 水平底板下 2m以上部分 厚 8m 的矿柱全 部做 为损失 ，提 高矿拄 回收 率的潜 力还是相 当大 的。 凡 口矿 的回收方 法避免 了上述弊病 。该 矿采用的是本 中段采场与上中段采场连果， 中间不 留顶底 柱的做 法。当由下而 上胶结充 填 法采至上中段水平时形成 其拉底 空间，然 后立模进行混凝土充填形成人工底柱，可获 得较 高的矿石 回收 率 9 7 以上 ，看 来很 有发展前 途。 还有的矿山 如黄砂坪采用了两步回 收 的傲 法。下 中段的充填法采场 一直采到上 中段运 输水 平，_ 留顶柱。第二步再 回收底 柱 。 总的看米，克填法回收顶底 柱 回 收 率 高，贫化 率底 ，但 ] 艺复杂 ，成 本较 高，速 度 较慢 ，亟待改进 。 2 ． 崩落法崩落法回收顶底 柱 有 单 独 回收的，也有连 同阃柱一起 回收 的，后者 一 般用在 上部允许崩落或 虽不 允许崩落但 矿岩 稳 固的条件下 。回收方 法有在采场结束后直 一 25 维普资讯 接在矿堆上钻凿 中深孔或浅孔的 大吉山 ， 有在专用凿岩硐 室中钻凿深孔的 铜官山 。 不论采 用何种工 艺，崩 落法 回收顶底 柱 的贫 化 、损失指 标较高， 因此 多用 于矿 石价 值较 低 的矿 l 【 【 。 三、 问柱 回收 间柱有 同顶底 柱一起 回收 的，也有单 独 回收的。主要视地压管理 需要 酌定 。 1 ． 充填法 充 填法回收间柱实例很 多。红透 山在 深 部开采地压增大的条件下，问柱回收是在相 邻 两空区采、充完毕后单 独进行 的。 间柱回 采共 同存在 的难题是 两侧充填料 的混入 降低 矿石 位问题 。因此 矿石 价值高的矿山不惜 采 尉砼墙的办 法 来隔离充 填 料 的 混 入。相 反，在低 品位的矿 山两 翼矿房只 采用废石 、 黄土充填 ，无砼墙 隔离 或其它 防止充 填料 混 入的实例亦 有，如 铜官 山等 。 2 ． 留 矿 法 两翼矿房充填 后用 臼矿法回采阐柱的情 况亦较普遍 。如凡 口，两 翼充填 体 系 胶 结 料，无坍塌的 问题 ，而 红透山则存在 充填体 片落阿题 ，故有的情况 下只好与充 填体 之间 留 l～ 2 m矿石 隔墙作 永久损失 ，回收率相 当低 j当然 ，作为两步 回采 中的 间柱 ，其实 质傲为一期矿房对待，一般先用 留矿 法 回 采 。嗣后 胶结 充填，再 以它法 采 邻 二 期 矿 房 ，这种 做法回收率是 很高 的，如 凡 I 1 、红 透 山 。 3 ． 崩 落法 崩落法采 间柱的可行性是 根据 上覆矿岩 层要 求的稳 定程度而决定的 。允许崩落 的矿 山，先崩问柱或 问、硪、底柱一起崩 如 寿 王坟，不允许崩落的矿山在矿岩稳定、允 许 空区大面秘 暴露 的情 况下， 血 可 用 深 孔 或 中深孔先采 间柱 如 红透 山上 部 采 场 阔 一 26 一 柱 问柱回采方案 、方法虽然很 多，其共 同 特点是；相 邻空 区未处理时先采 闯柱 的优 点 是可借用相邻采场底部结构出矿，减少二次 工程量的投入} 反之 ，后 采间柱则 需另 投采 准工程，费时、费力、成本高，若顶、底、 问柱一同回采，具有如上 二法共 同优点 ，当 然应根据井下地压条件酌定}当前有些矿山 为省事 将问柱尺 寸 留得小些 做 永久损失 ， 这种傲法妥否应认真研究 。 四、 结语 矿 产资源 日渐萎缩，占开采储 量4 0 左 右 的矿 柱回收及时，可避 免矿 柱倒塌引起的 地压灾害，相对延长矿山寿命，多回收矿产 资源，保证四化建 设更好 进行，意义十分最 大。 矿 柱回收毕竟不 同于矿房 开采，安 全性 差 ，效率低 ，成 本高，需要大量资金 ，技术 难度颇 夫，实施 过程 中生 产矿 山感 到无利可 图，只顾眼前， 不愿 去做 这方 鼠工作 ，建 有关主管部 门对统配矿 山应建 立健全资 源瞥 理法规，将矿柱 回收做为 主要 指标 之一对 矿 山进行 考核，并给一些优惠政策， 必制激生 产矿 山回采残柱 的积 极性。 参考 文献 j 李运堤， “ 我匣有色盎属资豫开发利用的问题与建 议 ． 有色盎 属采矿 动态 ．t 9 9 0 3 2 ]． [ 3 ]有色总公司采矿情报羽 我国有色金属 地下矿山矿柱西采 ．空医利用及处理调查 报 告 ， l 9 8 9 8 ． [ 4 ]I 9 8 2 年缸透 山矿竖井安 全角会议责科． C 5 3扬嘉峻等 竖井保安 矿桂回来实践 有 包 金 属 f 矿 山都舟 j， t 9 9 0 ． B ． 责任 编辑晓月 有 色矿 山一 1 9 9 1 ． 6 维普资讯