膠結充填采礦法頂柱回采實踐

喬小明

(安徽省瑯琊山礦業總公司)

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膠結充填采礦法頂柱回采實踐

喬小明

(安徽省瑯琊山礦業總公司)

瑯琊山銅礦經過50多a的開采,-285m以上中段礦體陸續進入頂柱回采階段。為了實現安全、高效回采頂柱，通過相似工程類比分析、現場試驗，最終選用水平進路分級尾砂膠結充填法。實踐證明，此法回采頂柱能確保施工安全，為礦山實現穩產提供有力支撐。

進路回采膠結充填法頂柱回采

滁州銅鑫礦業有限責任公司(以下簡稱瑯琊山銅礦)位于安徽省滁州市西城區，毗鄰4A級國家森林公園瑯琊山風景區，是安徽省瑯琊山礦業總公司的核心子公司。1958年建礦，2002年改制為國有控股公司，目前生產礦石30萬t/a，年產銅4 200余t、金150kg、銀4.2t、鐵1萬余t。

瑯琊山銅礦礦體規模小、分散、價值高，隨著礦山開采向深部延伸和生產系統的結構調整，為了保證礦山穩產，上部中段遺留頂柱需盡快回收。近年來,很多專家對膠結充填回收礦柱進行了充分的研究[1-2]，且在大部分金屬礦山取得成功，為此，瑯琊山銅礦根據自身實際情況，試驗了水平進路分級尾砂膠結充填法回采頂柱，為盡快關閉上部中段、系統優化提供保障。

1　地質概況及頂柱回采技術條件

1.1地質概況

瑯琊山銅礦床為典型的矽卡巖型富銅礦床，礦體分布在石英閃長玢巖與上寒武系瑯琊山組上段網紋狀或條帶狀結晶灰巖之接觸帶及其前緣。礦體規模較小、數量繁多，礦體一般呈透境狀、扁豆狀、囊狀等，平面走向延長幾十米至百余米，一般延伸數十米至 200余m，厚度2～10m，最大30余m，平均厚度3.2m。礦體側伏方向長度普遍遠大于走向和傾向長度，呈長柱狀向北東方向側伏，側伏角45°～60°，走向隨所處接觸帶位置展布，傾角基本為東傾。

礦體上下盤圍巖基本為石英閃長玢巖和變質結晶灰巖，一般比較堅硬，但上盤時有構造破碎現象，一般為成礦后收縮裂隙，并在后期發生錯動而形成，寬度2～5m。以含銅矽卡巖礦石類型為主的礦體中間，常有石英閃長玢巖脈或后期煌斑巖脈穿插，破壞了矽卡巖的完整性，特別是結構較松軟的煌斑巖脈，存在巖礦石破碎坍塌掉塊的安全隱患，對礦體回采的安全性造成較大危害。

1.2頂柱回采技術條件

為盡量回收礦產資源，適應城區型礦山毗臨風景區環境的地理特點，瑯琊山銅礦的主體開采方法由空場法改為上向分層尾砂充填法。由于礦體多，構造復雜，一般單個礦體作為一個回采單元。在開采水平以單個礦體為對象設計采準工程，采準工程施工完成后，施工礦內沿，然后平面拉開礦體到邊(如遇礦體厚度較大時，根據現場情況采場有可能需留保安礦柱)。礦體第一層回采結束后，為了下部中段礦體的頂柱回采，需在本分層采場底板鋪設50cm厚的鋼筋混凝土底板，作為下部中段頂柱回采時的頂板。在回采頂柱時，頂柱底板為采場充填體，頂板為鋼筋混凝土假頂。

2　水平進路分級尾砂膠結充填法典型方案

回采頂柱可以用正常的分層回采方式全斷面一次回采，還可以選用分條膠結充填進路式回采。因為礦體頂柱回采時上下中段礦房均已回采，采場的原巖應力進行了重新分布，頂柱受力狀態較為復雜。遵循安全可靠、經濟合理、技術可行的原則，借鑒相似礦山的成功經驗，最終選定水平進路分級尾砂膠結充填法進行頂柱回采試驗。

2.1采準布置

根據礦體的賦存狀態及安全狀況，在最后一層回采后應該把頂柱作為一個回采單元進行采準設計。采準時主要是斜坡道、出礦巷道、充填小井等工程設計，特別是進路的劃分工作，包括進路寬度、長度、方向及回采順序等。重點考慮使用原有采準工程，減少新增采準量。其中進路的劃分尤其重要，合理的進路劃分不光能保證安全回采，同時能取得良好的經濟效益。進路劃分要從以下三方面考慮。

(1)進路幾何尺寸。根據相關學者的研究，進路的穩定性主要依靠其自身的承載強度，假頂在水平應力和垂直應力的作用下發生彎曲，當應力達到強度臨界值時發生破壞[3]。瑯琊山銅礦的人工假頂為標號C15的50cm厚鋼筋混凝土，根據進路法回采及頂柱頂板安全厚度的相關研究數據[4]，進路寬度宜在5m以內(3，4，5m)，長度宜在30m以內。

(2)進路布置。進路一般沿走向或垂直走向布置，根據礦體實際情況和現有可利用工程情況，采場進路靈活布置，有單進路、雙進路和多進路。礦體厚度小于6m的布置一條，大于6m的布置兩條或多條。

(3)進路回采順序。總體上采用后退式，在互相平行各進路回采時采用間隔式，一般按數字順序編號進路(如圖1)。根據壓力拱原理[5]，首先回采1#、3#等奇數進路，回采結束后即進行分級尾砂膠結充填充分接頂，使充填體有足夠的強度保證后續回采安全，后回采2#、4#等偶數進路，一般采用尾砂充填或廢石充填，要求充分接頂。這種方法回采頂柱，每條進路在回采時周圍都有支撐，安全可靠。

圖1　頂柱進路回采示意

2.2回采前準備施工順序

最后一層回采結束后，正常上升構筑物、充填，保留2.5m左右的空間，做頂柱回采前準備工作：①根據采準設計施工充填小井(為進路充填準備)，規格2.0m×2.0m；②為了提高礦柱的采出強度，一般采用WGD-1型電動鏟運機出礦，因此在礦柱上部中段平面巷道下掘一下坡道至頂柱底板水平，斜坡道規格3.0m×2.5m，坡度一般根據鏟運機的性能參數確定(≤13°)；③施工漏斗，盡量利用原采場漏斗刷幫，礦石刷完后充填，如利用原漏斗，漏斗上要鏟頂1.5m左右，便于漏斗的澆注；④繼續利用的漏斗正常上升至頂柱底板高度，不用的人行道及漏斗用混凝土封閉；⑤對空區進行充填，充填1.5m尾砂后剩余1m空間采用分級尾砂膠結充填，使膠結體充分接頂，膠結體灰砂比為1∶4，28d抗壓強度要求達到5MPa；⑥充填結束后從斜坡道繼續施工回采運輸平巷(根據進路布置情況設置其在合適位置)，施工聯絡道至漏斗。

2.3進路回采

采準工程到位后，按照采準設計順序回采進路。一般先采奇數進路，視采場狀況可同時施工：①在進路范圍內利用YT-28鑿巖機施工3.0m×2.5m斷面的切割，直至進路盡頭的充填小井；②刷幫至進路設計邊界；③進路一次性降頂至鋼筋混凝土假頂，施工時要注意對假頂保護，防止爆破破壞頂板；④利用WGD-1型電動鏟運機快速出礦。

2.4充填

進路礦石出完后應及時充填，縮短空頂時間：①采用鋼筋混凝土墻封閉進路，在進路中部設濾水塔；②采用分級尾砂膠結充填，膠結體灰砂比為1∶4，28d抗壓強度要求達到5MPa；③充填要求充分接頂，可以在一次充填后待24h再補充一次；④按設計要求及頂板實際情況膠結體強度可作適當調整，偶數編號進路一般回采結束后一次性充填尾砂接頂。

2.5安全管理工作

頂柱回采的安全狀況和采出環境都比礦房回采時差，特別是頂板巖石力學狀態復雜，頂板結構狀況不清，在施工過程中要小心謹慎。發現頂板問題要及時會診，根據實際情況分析原因，確定后續工作。

2.6通風

進路切割未與充填小井貫通時，一般是獨頭掘進，如有需要可使用局扇加強通風。

3　礦柱回采中的探索

由于多年的開采，瑯琊山銅礦上部中段陸續進入頂柱回采階段。為了安全、高效回采頂柱，工程技術人員進行了一些有益的探索：

(1)利用電耙和T2G出礦，省去了斜坡道的施工。在頂柱準備工作中，選擇合適位置挑頂，確保回采頂柱時有足夠的作業空間，為后期頂柱的大量快速回采做好準備，同時節省大量的采準工程。

(2)充填接頂問題一直是充填工作中的難題，通過施工鉆孔至進路中加強充填，上坡找通小井，使小井位置高于頂板；一次充填結束后，24h后再補充等措施，確保充填體充分接頂。通過實際揭露充填體情況看，充填接頂率一般能達到60%以上。

4　結　論

(1)瑯琊山銅礦采用水平進路分級尾砂膠結充填法回采頂柱，已安全回收礦柱20萬t，頂柱回收率在90%以上。

(2)在頂柱回收過程中，由于頂柱處于復雜的應力狀態，因此要“快”，強采、強出、快速充填。

(3)頂柱回采環境復雜，在施工前要掌握礦柱頂板的實際情況，根據采場安全狀況進行采準設計。對照采場頂板位置圖，靠近上下盤的兩條進路時，不能設計到邊，盡量根據實際情況保留1m左右連續礦柱作為頂板支撐，在回采時根據安全狀況，可以間隔回收部分高品位礦石，把握好頂柱回采順序。

(4)礦房回采結束后及時進行頂柱回采，不僅對安全管理工作大有益處，同時能節省采準工程。及時回采頂柱，有利于礦山的系統優化和礦山的可持續發展。

[1]王運敏.現代采礦手冊[M].北京:冶金工業出版社,2012.

[2]王新民，古德生，張欽禮.深井礦山充填理論與管道輸送技術[M].長沙:中南大學出版社,2010.

[3]趙伏軍，李夕兵，趙國彥，等.進路法回采頂柱人工假頂的穩定性分析[J].金屬礦山，2002(4):27-29.

[4]胡偉，周愛民.進路法回采頂柱其頂板安全厚度的數值分析方法[J].礦業研究與開發，2001，21(2):14-17.

[5]張春芳.膠結充填采礦法礦柱回采可行性論證[J].采礦技術，2014，14(1):9-13.

2016-03-10)

喬小明( 1984—)，男，工程師,239000 安徽省滁州市瑯琊區瑯琊西路1號。