武山銅礦雙中段開采礦柱回收初探

保文俊，江親才，張葆春，趙永和

(江西銅業集團公司武山銅礦，江西瑞昌 332204)

武山銅礦雙中段開采礦柱回收初探

保文俊，江親才，張葆春，趙永和

(江西銅業集團公司武山銅礦，江西瑞昌 332204)

武山銅礦以膠結充填工藝推廣使用為契機，積極摸索在現有采礦工藝、技術裝備條件下，對雙中段開采時留下的礦柱進行回收，通過改變回采順序、優化膠結充填工藝、事先調節礦柱厚度措施，有效解決了雙中段開采礦柱回收難題，確保了安全生產，礦石回收率提高到80%以上。

膠結充填;雙中段開采;礦柱;回采順序;礦柱厚度;安全生產;回收率

1 引言

武山銅礦5000噸/日技改工作結束后，實現了達產達標。為確保后期生產穩定性、可持久性，該礦在北礦帶部分采場實行雙中段開采，以此確保生產的均衡穩定。但雙中段開采留下的中段礦柱回采工作成了困擾企業的一大難題。一直以來該礦中段礦石回收率僅40%，甚至為確保安全生產，放棄了礦柱的回收，造成大量礦石資源浪費。在這種情況下，該礦工程技術人員及廣大施工人員積極主動分析困擾礦柱回收的各種因素，并逐一制定相應的解決措施;通過改變回采順序、優化膠結充填工藝、事先調節礦柱厚度等措施，有效解決了雙中段開采礦柱回收難題，確保了安全生產，礦石回收率提高到80%以上。

2 地質概況

武山銅礦北礦帶位于花崗閃長斑巖巖體北側接觸帶外地層圍巖中，泥盆系上統五通組與石炭系中統黃龍階之間，黃龍階及二迭系下統棲霞階等層位為該礦帶的容礦空間。礦體傾向南東165°，傾角56°～60°局部地段變陡達70°～83°，變緩地段傾角44°，底板呈微波浪起伏，向深部有變緩趨勢。礦體厚度一般5～30m，平均16.8m，變化較穩定，厚度變化系數77%。沿走向自礦體中部往東西兩端厚度變小，沿傾向自上而下有增大的變化規律。礦石類型主要為含銅黃鐵礦，含銅碳酸鹽巖，次為含銅高嶺土、銅鉛鋅黃鐵礦、黃鐵礦等。礦體的底板主要為石英砂巖，其次為花崗閃長斑巖;頂板為白云巖、大理巖，局部地段為花崗閃長斑巖、煌斑巖、高嶺土，礦體附近的火成巖脈在淺部均遭受了強烈的風化，為不良工程體。

3 礦柱的回收方案

礦柱的空間賦存狀況決定了構成礦柱的礦體長時間處于受自重影響的拉應力狀態，加之采空區的充填接頂率極難做到100%，礦柱下部的礦石局部受塑性變形影響，突破表面張力或自重突破拉應力極限，導致部分冒落，在礦柱與下部充填體之間形成一層破碎體，這樣礦柱對頂部膠結充填體的支撐能力極弱，部分礦段因下中段首采時發生嚴重垮塌冒頂事故，對礦體造成極大的破壞;另外礦柱周圍相關井巷工程較多，也對頂底柱的回收帶來了困難等［1］。

3.1 礦柱回收顯現的幾個主要問題

(1)礦柱裂隙發育，松散破碎嚴重，下部膠結充填體水泥水化放出大量熱量隨著裂隙進入回采空區，使采場溫度驟升，溫度高達40℃，高溫作業危及作業人員安全。

(2)礦柱底部的破碎層裂隙使充填料漿發生泄漏，充填跑漿現象嚴重，泄露的充填料漿污染作業場所，同時大量水泥漿料進入水倉，造成水倉堵塞。

(3)因該礦膠結充填采取分期充填，第一期充填高度為回采巷道高度的一半，第二期充填剩余部分，但從充填現場多次試驗得知第二期充填后，采空區內仍有30厘米高的空間不能接頂。為確保充填接頂，該礦采取尾沙補充空區以確保充分接頂。在回收雙中段礦柱充填過程中，膠結充填料將隨著礦柱底板及兩幫裂隙大量進入下中段采空區內，將接頂尾沙洗空，嚴重的會導致采礦進路下沉，造成安全生產事故發生［2］。

(4)隨著礦柱的回采，膠結充填體頂板下沉量較大，開裂、脫層現象嚴重［3］。

3.2 礦柱回收主要措施

根據對雙中段礦柱的受力分析［4］，并結合礦山企業的生產實際，決定沿用該礦近幾年日漸成熟的下向水平分層進路式膠結充填采礦工藝對礦柱進行回收，但具體的操作方法則是根據礦柱的特點進行優化，具體如下:

3.2.1 變更回采順序，采用房柱法回收

上部充填體的支撐能力極弱，在使用分層進路式回采的前提下，變更回采順序，采用房柱法回收，如下圖1所示:

示意圖中＜3＞、＜6＞、＜9＞、＜3'＞、＜6'＞、＜9'＞分條作為采場的分條礦柱先行回采，待上述分條礦柱回采完畢后，對采空區進行膠結充填。充填前用坑木在采空區內垂直礦體走向施工頂柱，間距4－5m，礦柱采空區充填完畢，膠結體包裹坑木形成人工礦柱，給頂板膠結體以足夠的支撐力，較好地解決了相鄰分條因充填不接頂暴露面積過大而帶來的隱患。礦柱回采后再回采礦房，空區按常規工藝進行膠結充填。另外房柱式回采也有效的控制了頂板應力有序釋放［5］。

1、無軌分段巷道;2、聯絡道;3、溜礦井;4、泄水井;5、切割巷道(3.5m×4.0m);6、礦柱礦體;7、條住(3.5m×4.0m)圖1 變更回采順序的房柱法采礦

3.2.2 優化膠結充填工藝

采空區內噴漿支護，預防充填料漿跑漿，造成充填質量事故。武山銅礦膠結充填分兩步實施，分條采空區高度的1/2(1.8m左右)按1:4的灰砂比進行膠結充填，剩余1/2按1:8的灰砂比充填，頂部殘留空間用尾砂充填接頂。考慮雙中段礦柱礦巖松散、破碎，裂隙發育，充填采空區時極易泄漏充填料漿，同時充填料漿會大量清洗下層采空區內接頂尾砂，造成環境污染以及充填質量事故。故充填前必須對采空區邊幫和底板進行噴漿處理，堵塞裂隙，裂隙規模較大地段還需用混凝土加固處理，充填濾水墻底部也需要鋪設一層200mm～300mm混凝土墊層，以防跑漿。

調整雙中段礦柱回采采空區充填高度，確保充填順利進行。多次膠結充填采空區泄露事故分析，大多是第一期高度超過1m后發生的，隨著采空區充填高度的增加，靜壓力隨之增大，對底板及邊幫松散體的破壞力也隨之加大，充填料漿在這種情況下，極易突破噴漿體的束縛，發生泄漏事故［6］。為此將第一期充填高度由采場斷面高度的1/2降至為1m，而提高第二期充填量，這樣減少一期充填料漿對底板的壓力，最大限度的減少充填泄漏事故。

調整充填料灰沙比，降低膠結充填成本。該礦工程技術人員充分分析雙中段礦柱采空區膠結充填體作用;雙中段礦柱回收為最后一個分層，充填體下方已無礦體回采，無需作為下分層的頂板。只要能滿足本層相鄰分條回采時，充填體能自立，并能承擔自身自重的能力即可，故可將充填體抗壓強度由以往的4MPa降至1.5～2MPa即可。為此該礦雙中段礦柱回采后采空區均采用灰砂比1∶10的充填料進行充填，有效降低了充填成本。

3.2.3 超前準備，預先調節好礦柱厚度

在臨近雙中段礦柱的回采過程中，需根據下一中段首采層的頂柱標高來調節最后幾個分層的回采高度，使雙中段礦柱厚度預留在3～3.5m左右，保證合理的開采高度，確保安全生產。

4 實施效果

針對雙中段礦柱的賦存情況而制定科學合理的回收方案，并得以有力的實施后，該礦在雙中段作業的情況下，礦柱的回收工作取得較好的效果;其一:從近期回收的北礦帶－260m中段E1、E2、E4三個盤區的礦柱統計情況得知，礦柱回收率突破81%，是原來的2倍，如表1所示:

表1 各盤區頂底柱回采礦量統計結果

從以上統計數據可以看出，該礦的礦柱回收工作伴隨著膠結充填工藝的日趨成熟而不斷完善，回收率也由過去的40%左右急速提升至81%以上，較充分回收了礦產資源，有效延長了中段服務時間。其二:通過對雙中段礦柱回采采取的各項措施，確保了安全生產，杜絕了安全生產事故發生。其三:為后期中段礦柱回收工作奠定了堅實基礎。

5 結語

武山銅礦在礦柱回收方面的成功經驗促進了企業采礦技術經驗的積累，充分回收了礦產資源，取得了較好的經濟效益。同時對采用雙中段開采擴大礦山生產能力和回收礦柱積累了經驗，為其它礦山提供了經驗借鑒。

［1］ 江文武，徐國元.復雜采礦條件下臨時水平礦柱穩定性分析［J］.金屬礦山，2010(3):29－31，65.

［2］ 趙傳卿，胡乃聯.膠結充填對采場穩定性的影響［J］.遼寧工程技術大學學報(自然科學版)，2008，27(1):13－16.

［3］ 趙奎.殘留礦柱回采與空區穩定性的有限元模擬研究［J］.采礦技術，2002，2(2):51－53.

［4］ 秦艷華，王曉軍，鐘春暉，等.礦柱回采對采空區穩定性影響數值模擬研究［J］.銅業工程，2007(3):8－10.

［5］ 楊殿.金屬礦山地下開采［M］.長沙:中南工業大學出版社，1999:277－293.

［6］ 王運敏.現代采礦手冊(中)［M］.北京:冶金工業出版社，2012:981－986.

［7］ 高華林.緩傾斜礦體多中段回采穩定性分析［C］//中國金屬學會采礦學會。首屆全國青年采礦學術會議論文集.湖南大庸，1991:83－87.

Brief Discussion on Double Sublevel Pillars Recycling in Wushan Copper Mine

BAO Wen－jun，JIANG Qin－cai，ZHANG Bao－chun，ZHAO Yong－he
(Wushan Copper Mine，Jiangxi Copper Corporation，Ruichang，Jiangxi 332204，China)

As the opportunity of cemented back filling promoted in Wushan Copper Mine，the writers positive discovery the ways of sublevel pillars recycling based on current mining method and equipment.Through changing the backstoping sequence，optimizing the cemented filling process，adjusting the thickness of ore pillars，the double sublevel pillars recycling difficulties are solved;and ensure safety production，the ore recovery rate is improved to more than 80%.

cemented back－filling;double－sublevel mining;ore pillars;stoping sequence;safety production;recovery rate

book=57,ebook=10

TD26

B

1009－3842(2012)05－0057－03

2012－05－02

保文俊(1977－)男，云南陸良人，主要從事井下礦山安全生產管理。E－mail:baowenjun@sina.com