留矿法采后间柱回采方法优化研究.pdf

第 2 5 卷第 5 期 2 0 1 6年 5月 中 国 矿 业 CHI NA M I NI NG M AGAZI NE Vo l | 2 5 ， NO ． 5 M a y 2 01 6 留矿 法采后 间柱 回采 方法优 化研 究 董宪久 广西 中金 岭 南矿 业有 限责任 公 司 ，广西 武 宣 5 4 5 9 0 O 摘要 为解决留矿法采后形成的采空 区处 理和 间柱 回收 问题 ， 保障后续 生产 的安全 和间柱资 源的 回收 ， 本文结合盘龙铅锌矿采 空区和矿 柱的赋存条件 ， 确 定 了现 有空 区的处理方 式必须 采用充填 法处 理 ， 仅在独立的小采空区采用封闭空区 的处理方 法。同时对 比分析 了三种 不同 的间柱 回采 方法 ， 通过优 缺点 比较最终选择上 向水平分层充填采矿法作为 间柱 回采 的主要方法 。 关键词 采空区 ；充填 ；间柱 ；采矿 方法 中图分类号 T D 8 2 3 ． 9 文献标识码 A 文章 编号 1 0 0 4 4 0 5 1 2 O 1 6 0 5 一 O 0 7 8 0 4 M i n i ng me t h o d o p t i m i z a t i o n o f pi l l a r i n s h r i n k a g e me t h o d D0NG Xi a n j i u Gu a n g x i Z h o n i n I i n g n a n Mi n i n g C o ．，Lt d ． ，W u x u a n 5 4 5 9 0 0，Ch i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o s o l v e t h e p r o b l e m o f t h e t r e a t me n t o f t h e mi n e d o u t a r e a a n d t h e r e c y c l i n g pr o bl e m of t h e pi l l a r ， t o e ns ur e t he s a f e t y of t h e f o l l ow u p p r odu c t i on a nd t he r e c y c l e c o nd i t i o n o f t he pi l l a r， t hi s p a pe r b a s e d on t he oc c ur r e n c e c o nd i t i o ns o f t he Pan Lo ng l e a d z i nc mi ne g o af s a nd pi l l ar ， f i l l i ng me t h od f o r t r e a t me nt o f mi n e d o ut a r e a wa s b e e n s el e c t e d， t h e t r e a t me n t me t ho d o f c l o s e d s pa c e i s us e d on l y i n t h e s ma l l g oa f s ． At t he s a me t i me， t h e a na l ys i s o f t hr e e k i n ds of di f f e r e nt pi l l a r e x t r a c t i on me t h od s s h ows t h e f i n a l s e l e c t i o n o f t he ho r i z ont a l s l i c i ng a nd f i l l i ng mi n i n g me t h od i s t h e ul t i ma t e c h oi c e ． Ke y wo r d s mi ne d Ou t a r e a；f i l l i ng； pi l l a r； mi ni n g me t ho d 1工程概 况 盘龙铅 锌 矿位 于 广 西 省武 宣 县 境 内 ， 矿 区 主 要 矿体长约 1 0 8 0 m， 矿体最大厚度 5 1 ． 9 4 m， 最小厚度 3 ． 7 4 m， 平 均厚 度 2 2 ． 2 8 m。矿体倾 角 为 7 9 ～8 8 。 ， 平 均倾 角 8 3 ． 5 。 。矿 体 平 均 品位 P b为 0 ． 9 O ， Z n为 2 ． 9 1 。矿体 及 围岩稳 定性 好 ， f 系数 8 ～1 2 。 上部 中段 主要 采 用 浅 孔 留矿 法 ， 采 场采 下 的矿 石每次只出掉松散 系数 ， 剩余矿石作为后续 回采 的 工作平台。浅孔留矿法主要是靠 留设 的顶柱、 间柱 来支撑采空区， 且 留有底柱作为采场 出矿的底部结 构 。该采矿法需留设矿柱支撑顶板 ， 矿柱矿量损失 大 ， 一般 情 况下 ， 间柱 回 收难 度 大 ， 造 成 部 分 间 柱永 久损失口 ] 。由于矿 山前期未建设充填站 ， 使得 回采 结 束 的采空 区迟 迟 未 充填 ， 造成 井 下 采 空 区大 量 敞 空 存在 。如 果不 处 理 空 区 ， 随 着 时 间 的延 续 及 下 部 收稿 日期 2 O 1 5 - 0 7 2 4 作者简介 董宪久 1 9 6 6 一 ， 男 ， 辽 宁凌海 人， 采矿 高级 工程 师 ， 主 要从事矿 山生产技术管理工作 。E ma i l z j l n j h s i n a ． c o m。 中段矿体 的回采 ， 矿柱势必会遭 到破坏， 造 成问柱 垮塌、 顶板冒落等 ， 甚至影响上部含水层 ， 造成井下 安 全事故 ， 因 此 必 须 及 时 对 采 空 区 进 行 处 理 ， 同时 综 合考 虑 间柱 的回收 问题 。 要 回收 间 柱 ， 需 对 间 柱 两 侧 的 采 空 区 进 行 充 填 。盘龙铅锌矿前期生 产形成 的空 区主要分布在 一 2 0中段 ～ 一 1 2 0中段 ， 其 中形 成 的间 柱 主要 有 一 1 2 0中段 间柱 ， 一 7 0中 段 问 柱 、 边 柱 等 。根 据 开 采技术 条 件 ， 以及 空 区处 理 方 式 ， 由 于 采 用 空 场 法 不能解 决 空 区处 理 及 矿 柱 回收 的 问题 ， 崩 落 法 势必 进一 步加 剧 采 空 区 的 冒落 、 上 覆 岩层 的 塌 陷 问题 ， 因此针对盘龙铅锌矿井下现存 的矿柱 ， 其 回收方法 主要 为充 填采 矿法 。 2采 空区处 理方 案 采 空 区处 理 的 目的是 控 制 由于 空 区 引 起 的地 压 显现 的强 度 。采 空 区处 理 的 实 质是 缓 和岩 体 应 力集中的程度 ， 转移应力集 中的部位 ， 或使 应力达 到 新 的相 对 平衡 ， 以达 到 控 制 和管 理 地 压 。采 矿 生 产 实践 表 明 ， 当空 区 的范 围超 过 一 定 界 限之 后 ， 常 第 5期 董宪久 留矿法采后 间柱 回采方法 优化研究 常引发强烈的地压显现， 其后果极为严重 。 根据盘龙铅锌矿井下开采技术条件及采空区赋 存现状 ， 由于地表不 允许塌 陷 ， 空 区离地表 较近 ， 且 现 在--2 0中段的 2 0 2采空区上部地表 已出现塌 陷， 如 进一步采用崩落法处理空 区， 势必加剧 采空区的冒 落 ， 导致地表进一步出现塌陷、 下沉等灾害， 因此不宜 采用崩落法处理空区。对于独立的小采空区， 其周边 没有 需 回收 的矿 柱时 ， 可采 用 封 闭 的方法 处 理 ， 对 于 一 7 O中段 、 一1 2 0中段 的采 空 区 ， 一 方 面要 考 虑 回收 现在存留在空区内的大量间柱、 边柱 ， 另一方面井下 采空区体积较大， 单纯的封闭处理不能消除采空区对 井下生产安全的潜在威胁 ， 采空区的长期存在势必成 为重 大 的安全 隐患 ， 因此对 于盘龙铅锌 矿井 下现有 空 区的处理方式 ， 必须 采 用充 填法 处 理 ， 仅 在 独立 的小 采 空 区采用 封闭空 区的处 理方法 ] 。 3 采 空 区充填 体 强度 根据国内外相关矿山采矿经验 ， 不 同采矿方法 对充填体的强度要求见表 1 [ 6 ] 。 由表 1 可知， 要保证在分层采场 回采结束前 ， 充 填体能 自立 ， 充填体强度需达到 ] MP a 且充填体完整 性较好。要保证在分段采场回采结束前 ， 充填体能 自 立， 充填体强度需达到 2 MP a 且充填体完整性较好 。 表 1 不 同采矿方法充填体强度选取表 4间柱 回采 采矿 方法优 化 两侧是充填体 的间柱， 其采矿方法与充填体 的 强度相关 ， 主要的回采方法有上 向水平分层进路充 填采矿法 、 上 向水平 分层充填采 矿法、 分 段空场嗣 后 充填 采 矿法 _ 7 ] 。 4 ． 1 上向水平分层进路充填采矿法 上 向水平 分 层 进 路 充 填 采 矿 法 是 以 进 路 的方 式 回采矿体 ， 将矿体 划分为若 干进 路， 隔一采一或 连续回采 。待分层 内的进路采场均回采 、 充填后再 回采上分层的进路采场 ， 具体见图 1 。 矿块布置和构成参数 每个分层 内只能布置 2 条进路 ， 进路宽度 3 ～5 m， 高为分层高度 3 ～4 m。 采切工程 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。 凿 岩 爆 破 凿 岩 采 用 YT 一 2 8气 腿 子 凿 岩 机 4 0 mm“ 一 ” 字 型 钻 头 ， 凿 水 平 孔 ， 孔 深 2 ． 1 ～ 2 ． 3 m， 孔距 1 ． 0 ～1 ． 2 m。 采场通风 新鲜 风流经人行井进 入采 场， 回采 作业均为独头 ， 需采 用局扇强制通风 ， 清洗工作 面 后 的污风 由人行 天井 排至 上 中段 回风巷 。 顶板管理 爆 破后 ， 对 采场顶板 和两 帮松石进 行处理， 确认采场安全后 ， 再进入采场进行作业。 采场出矿 采用人工搬运或电耙将矿石运搬至 采场顺路溜井 。 采场充填 每个进路 采场采完后 ， 进行采场 充 填。一步骤进路采场充填体强度要求I MP a ， 二步 骤采场可采用低标号胶结充填或分级尾砂充填。 技术经济指标 损失率 1 5 ， 贫化率 8 ， 采矿 成本 1 2 3 ． 1 元／ t ， 采场生产能力 6 0 8 0 t ／ d 。 4 ． 2 上 向水平分层充填采矿法 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 ， 具 体采矿 方案 见 图 2 。 矿块布置和构成参数 间柱宽度约为 5 ～l O m， 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 ～2 m 的作 8 0 中 国 矿业 第2 5 卷 I - I rI I I 1 I I 图例 l 7 O 中段运输巷 2 一 溜井 3 一 人行通风井 4 一 非胶结充填体 5胶结充填体 图 1 上 向水平分层进路 充填 采矿 法方案图 37 3 6 8 4 0 0 6 8 4 5 0 68 5 0 0 图例 1 7 0 中段运输巷 0 0 s o ； 风 井 4非胶结充填体 5 一 胶结充填体 图 2 上 向水 平分层充填采矿法方案图 业空间 ， 作为上分层采矿的作业面和落矿空间。 采 准切 割 工 程 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。 凿岩爆破 凿岩采用 YT - 2 8气腿子凿岩机 4 0 mm “ 一 ” 字 型 钻 头 ， 凿 水 平 孔 ， 孔 深 2 ． 1 ～ 2 ． 3 m， 孔 距 1 ． O ～ 1 ． 2 m。凿岩 、 装 药 结 束 后 ， 采 用 导 爆 管 雷 管 引 爆炸药 。压顶采用控制爆破 ， 保证顶板平整与稳定。 采 场通 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 。 顶板管理 爆破后 ， 对采场顶板 和两帮松 石进 行处理， 确认采场安全后 ， 再进入采场进行作业 。 出矿 采用人工或电耙将矿石运搬至采场溜井。 采场 充填 分 层 采 场 回采 出矿 完 成 后 ， 进 行 充 填前的准备工作 ， 充填时， 可采用非胶结充填 。 技术经济指标 损失率 2 0 ， 贫化率 l O 9 ／ 6 ， 采矿 成本 1 0 1 ． 5 元／ t ， 采场生产能力 9 o ～1 1 0 t ／ d 。 4 ． 3 分 段空 场嗣 后充 填采 矿法 分段空场嗣后 充填采矿法 ， 是将 问柱按照一定 的分 段 高度划 分为几 个 分 段 ， 分 段 高 度 8 ～ 1 0 m， 采 用浅 孔落 矿 ， 人 员 在 矿 堆 上 进 行 凿 岩爆 破 工 作 ， 达 到控顶高度时集 中出矿 ， 下分段矿 石出完、 采 空区 充填 后再 行 回采上 分 段 矿 体 ， 回采 间柱 前 需 对 两侧 的采空区进行胶结充填 。回采过程 中， 视采场暴露 面积 及 矿 岩 稳 固性 不 同 ， 在 采 场 内 留 设 点 柱 支 撑 顶板 。 与 上 向水 平 分层 充 填 采 矿 法相 比 ， 主要 区别 是 将分层高度 3 m增加至分段高度 8 ～1 0 m， 但由于出 矿后暴 露 高度 大， 要 求 两 侧 充 填 体 强 度 至 少 2 ． 0M Pa。 采 准切 割 工 程 采 用 分 段 空 场 嗣 后 充 填 采 矿 法 ， 其采 准 切 割 工 程 仍 能 利 用 现 有 工 程 ， 需 增 加 的 工程主要有采场 内架设顺路人行天井 和顺路溜井 ， 或在围岩或低品位不 回采 的矿体 中新增 人行天井 和溜矿 井 。 回采工艺 根 据矿岩稳 固性和凿 岩设备 ， 同时 考 虑安 全 因素 ， 第 一层 回采 3 m 高 度并 进 行 出矿 ， 第 二 层及 以上 分 层 在 爆 堆 上 凿 岩 、 爆 破 ， 控 顶 至 分 段 高度 8 ～1 0 m， 并进行顶板支护后再大量出矿。出矿 结 束后 进行 非胶 结 充填 ， 留设 1 ． 5 ～ 2 m 的 空 间作 为 上一分段的爆破补偿和作业空间。 凿 岩爆 破 采 用 手 持 气 腿 式 凿 岩 机 凿 岩 ， 似 水 平孑 L ， 孔 深为 2 ． 2 ～2 ． 5 m， 孔距 为 1 ． O ～ 1 ． 2 m。凿岩 结 束 后 ， 人 工 装 填 2 岩 石 乳 化 炸 药 ， 导 爆 管 雷 管 起爆 。 采场 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 。 顶板 管 理 回采 过 程 中 由于 分 段 高 度 大 ， 采 场 中需 留设 点柱 支 撑 顶 板 。落 矿 至分 段 控 顶 高 度后 ， 视顶 板稳 固情 况 ， 对 采场 中不 稳 固区域进 行 支护 。 采场 出矿 采 用人 工 搬 运 或 电耙 将 矿 石 运 搬 至 采场顺路溜井 。 采 场充填 由上 一分 段 将 充 填 管道 下 放 至 充 填 区域， 每 分段采 场 的底部 采用 分级 尾砂 非胶结 充 填 ， 充 填 后 需 留 设 1 ． 5 ～ 2 m 的 爆 破 补 偿 或 作 业 空间 。 技 术经 济指 标 损 失率 2 4 ， 贫化率 1 5 ， 采矿 成 本 9 3 ． 5 元 ／ t ， 采 场生 产能力 1 0 0 ～1 3 0 t ／ d 。 4 ． 4间柱采 矿方 案优 化选 择 通 过 以上几 种 采 矿方 法 的对 比 ， 根 据 盘龙 铅 锌 矿井下残留问柱的开采技术条件及工程现状 ， 对上 向水 平分 层进路 充 填 采矿 法 方案 I 、 上 向水 平 分 层充填采矿法 方案 I I 、 分段空场嗣后充填采矿法 一 1Ⅱ 第 5 期 董宪久 留矿法 采后间柱 回采方法优化研究 方案H I 进行技术分析 ， 各 回采方案工艺及技术方 面 的主要 优缺 点如 下 。 方案 I 上向水平分层进路充填采矿法以巷 道 的方式 ， 按 一、 二期 进路 间 隔 回采 ， 每 条进路 回采 后 ， 都及时进 行 了充填 ， 有效地控 制了顶板暴露 面 积与暴露时 间； 该采矿法对 矿体 的适应 性强 ， 对 形 态复杂 的间柱 和稳定 性差 的矿体 ， 能 有效 进行 回 采 ， 且在采场 内不 留点柱 和间柱 ， 损失率较低 。但 采场为独头巷 道型通风 ， 通风效果差 ； 一期进路 充 填体强度要求 高 ， 采矿成 本高 ； 一期进路充填 需进 行接顶 ， 如不能充分接顶 ， 二期 采后顶板相 当于全 部暴露 ， 与方案 Ⅱ相 同， 由此使得 回采 、 充填工艺变 得 非 常复杂 。 方案 Ⅱ 上 向水平分层充填采矿法将 间柱划为 分 层逐 层 向上 回采 ， 由 于 盘 龙 铅 锌 矿 间 柱 宽 度 不 大， 在两侧充 填体 达到一 定强 度 时便可 采用该 方 法 ， 且在采场内一般不需要留设点柱 。上向水平分 层 充 填 采 矿 法 具 有 回采 时 矿 石 损 失 、 贫 化 率 相 对 小 ， 其 回采 工 艺 与 分 段 空 场 嗣后 充 填 采 矿 法 一 样 ， 为压 顶爆破 ， 生 产 能力 大 ， 回采成 本 低 ； 采 场充 填 不 需 要 接顶 ， 工 艺 简单 ， 且 可 采 用 分 级 尾 砂 非 胶 结 充 填 ； 在对生产能力 没要求时 ， 采场 内充填 也不需要 浇面 ， 充填 成本 低 。 方案 Ⅲ 分段空场 嗣后充填采矿法将间柱按照 一 定 高度 划 分 为 分 段 ， 在 爆 堆 上 作 业 ， 直 至 采 下 一 个分段的矿石后再大量出矿 ， 可 以采用分级尾砂非 胶 结 充填 采 后 空 区 ， 生 产 成 本 低 ， 能 力 大 。但 回采 时由于两侧为充填体 ， 由于 回采 控顶高度 大， 对两 侧充填体的强度要求 比方案 Ⅱ高， 且在暴露面积过 大时 ， 需在 采 场 内 留 设 点 柱 支 撑 顶 板 ， 留 设 的点 柱 最后只能作为矿柱永久损失 ， 同时即使 留设点柱其 安全 性仍 较差 。 技术经济指标 方面， 方案 工采矿成本最 高、 生 产 能 力最 小 ； 而方 案 Ⅲ采 矿成 本 较 低 、 生产 能 力 大 ， 但其损失率 、 贫化率 较大 ， 且充 填成本较 高。方案 Ⅱ的技术 经济 指标 居 中 。 综合 上述 分 析 ， 针 对 间 柱 回 收 ， 在 问柱 两 侧 充 填体强度1 MP a且充填体整体性较好 时， 方案 I 为布置小断面的进路 ， 采场作业 安全性好 ， 但是 回 采需增加充填成本 ， 增 加充填接 顶等作业工序 ， 导 致 回工艺复杂 ， 成本增加 。方案 Ⅲ回采 间柱 时， 分 段高度大 ， 顶板管理 困难 ， 且两 侧采空 区的充填体 侧面暴露面积大 ， 对充 填体强度要 求高 ， 回采 时需 根据顶板稳定性状况在采场内留设点柱控制顶板 ， 矿 石损 失率 大 。方案 Ⅱ兼 有 方 案 工采 场 稳 定 性好 、 回采率高、 对两侧采空区充填体强度要求低 的特点 又兼有方案 Ⅲ生产能力大、 工 艺简单、 回采 时充填 成 本低 的特 点 。 因此 ， 针 对 盘龙 铅 锌 矿 井 下 现 有 间 柱 的 回 采 ， 确定主要采用上 向水平分层充填采矿法 ， 仅在条件 允 许 的情 况 下 可 以开 展 其 它 采 矿 法 试 验 。而 采 场 边 柱 的 回收 需 与采 场 间柱 回收 同时 进行 ， 在边 柱 厚 度 较小 时 ， 采 用 上 向水 平 分 层 充 填 采 矿 法 ， 当边 柱 厚 度较 大 时 ， 可 在采 场 内适 当留设点 柱 以支撑顶 板 。 5 结 论 1 根据盘龙铅锌矿矿体赋存条件、 开采现状及 矿柱赋存现状 ， 确定井下现有空区的处理方式必须 采用充填法处理， 仅在独立的小采空 区采用封闭空 区的处理方法 ， 同时矿柱 的回采方案 主要为充填采 矿法 。 2 根据国 内外不 同采矿方 法对充填体强度 的 要求 ， 确定 了采用分层采矿法和分段采矿法 回采 间 柱时 ， 两侧 采空 区的充 填体强度。即 分层采场 回 采结束 前 要 充 填 体 能 自立 ， 充 填体 强 度需 达 到 1 MP a 且充填体完整性较好 ； 分段采场 回采结束 前 充填体能 自立 ， 充填体强度需达到 2 MP a且充填体 完整 性较 好 。 3 对 比分析了上 向水平分层进路充填采矿法 、 上向水平分层充填采矿法、 分段空场 嗣后充填采矿 法三种间柱 回采方法 ， 根据各采矿 法的优缺点 ， 结 合盘龙铅锌矿问柱 的实际条件， 确定 了主要采用上 向水 平分 层充 填采 矿 法 回收 间柱 ， 仅 在条 件 允许 的 情况 下可 以开 展其 他采 矿方 法试 验 。 ■_ 参 考文 献 陈彬 ， 郭广 贤， 严成涛 ， 等． 空场采 矿法间柱与 顶柱 回收方法 应用[ J ] ． 现代矿业 ， 2 0 1 1 6 3 3 3 6 ． 曹 明秋 ， 肖迪 民， 段正龙 ， 等． 采用普 通房柱法 回采顶底 间柱 残 留矿体[ J ] ． 矿业研究与开发 ， 2 0 0 6 ， 2 6 S 2 2 4 2 5 ， 9 4 ． 李春 晓， 杨 臣堂． 矿柱 回采与空区处理实践[ J ] ． 资源导刊 地 球科技版 ， 2 0 1 4 6 5 2 5 3 ． 杨 臣堂 ， 燕 书友， 陈安文 ， 等． 上宫金 矿采空 区处理方法 综述 [ J ] ． 资源导 刊 地球科技版 ， 2 0 1 3 3 4 2 4 4 ． 邱俊 刚 ， 邓尧 增， 张忠辉 ， 等． 焦家金 矿寺庄矿 区老空 区综合 治理方案研究[ J ] ． 黄金科学技术 ， 2 0 0 9 ， 1 7 4 6 2 6 4 ． 采矿设计手册一 矿床开 采卷 下 [ M] ． 北 京 中 国建筑工业 出 版社 ， 1 9 8 7 1 2 6 7 1 2 6 8 ． 赵兴柱 ， 侯立伟 ， 赵刚 ， 等． 应 用进路式 采矿工艺 回收间柱方 案研究口] ． 有色矿冶 ， 2 0 1 0 ， 2 6 2 1 3 - 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