沿傾斜預控頂下向平行中深孔卸壓回采采礦法礦柱留存加固及補強

李 闖，唐 濤

（1.長春黃金研究院有限公司，吉林 長春 130000；2.河北大白陽金礦有限公司，河北 張家口 075110）

1 工程概況

河北大白陽金礦有限公司位于河北省宣化區趙川鎮安家窯村，前身為河北省宣化縣大白陽金礦。采選規模到從初期到目前為止有了很大的提升，100t/d增長為600 t/d。

大白陽金礦中由于成礦構造活動和長期的風化侵蝕，導致了部分礦體松動、破碎，很大程度上降低了礦體的穩定性。中厚礦體的賦存特點為傾角3°～5°、厚度6m～10m。

礦區水文地質條件簡單，礦床開采對當地水文環境破壞很小，開采過程中也不會有透水、突水危害事故。

礦區針對緩傾斜中厚礦體也就是傾角3°～5°、真厚度6m～10m的緩傾斜中厚礦體的開采采用沿傾斜預控頂下向平行中深孔卸壓回采采礦法，如何保證預留礦柱的穩定性，降低礦塊的損失率對公司的發展和提高公司的經濟效益都有著重要的意義[1]。

2 采礦方法簡述

沿傾斜預控頂下向平行中深孔卸壓回采采礦法。

2.1 礦塊結構參數

沿礦體傾斜方向劃分中段，礦塊長沿礦體傾斜方向布置，中段高度15m，礦塊斜長80m，回采時在礦塊斜長中間部位留有5m～7m寬點柱。礦塊寬14m。采場跨度10m，房間礦柱寬4m。礦塊布置及結構參數見圖1所示。

圖1 沿傾斜預控頂下向平行中深孔卸壓回采采礦法

采場結構參數主要是利用FLAC3D軟件進行數值模擬，通過建立模型開挖方案，對整體回采方案考慮三種跨度參數進行分析和對比，分別為8m、10m、12m跨度。通過以上挖掘方案試驗后，從最大主應力、頂板位移沉降，以及采場周邊塑性區等參數進行對比分析、總結。通過模型破壞規律從而制定合理的采場結構參數。

2.2 采準、切割

采準：首先在礦塊上中段在礦體頂板掘進沿脈巷道，并通過聯絡道與采場相通。以此作為采場出礦、通風的通道。

切割：利用礦塊下中段沿脈巷道和采場聯絡道在采場內由底板向頂板掘進切割天井，并在天井內沿礦體頂板向上中段掘進切割上山與上中段頂板沿脈巷道相通。同時利用切割天井在切割上山內沿礦體走向方向拉切割槽，作為采礦作業補償空間。

2.3 回采工藝

回采是沿礦體傾向方向由采場一端向另一端推進。采礦由淺孔切頂和下向中深孔落礦兩部分構成。在采場完成切頂、頂板維護及上部礦柱加固、補強后，接著就進行采場下部礦體的下向中深孔回采，采用SD-M90T環形淺孔鉆機打下向中深孔進行爆破，爆破的礦石，采用1m3柴油鏟運機配2輛3t三輪出礦車，再由溜井人工放斗裝入2列3t電機車牽引一列14個～15個0.75m3礦車，運輸到露天礦堆場。

2.4 采場通風

新鮮風流由中段主平硐進入，再經過采場切割礦井進入。污風經采場頂板聯絡道、中段采準巷道排到中段回風巷道。

2.5 地壓管理

采場地壓監測采用了ZLGH-20型鉆孔應力計與MCL型錨桿（索）測力計進行現場監測。在采場首塊預留的點柱和間柱共布置鉆孔應力監測點，在采場礦塊內布置2處頂板應力監測點。

3 礦柱（點柱）加固、補強技術

針對礦體節理、裂隙發育的情況，尤其豎向片理極其發育的特點，采場礦柱極易發生片幫破壞，使礦柱的穩定性和強度大幅度降低。為了增加礦柱的整體性、穩定性和自身強度，在礦塊回采過程中對礦柱進行分段加固、補強，以滿足安全回采的需要。首先在采場切頂層和4×4m2礦柱形成后，立即對3m高礦柱進行錨-網-噴作業，混凝土噴層厚度為70mm～100mm，上部與采場頂板錨-網-噴維護形成一體，起到了對礦柱上部進行加固與補強的作用[2，3]；接著隨著中深孔回采上一分層采場出礦完成，礦柱中部形成了3m～4m高的裸露礦柱，為了保證礦柱的完整性和自身強度以及中深孔回采下一分層采場出礦作業安全，需對礦柱進行噴射混凝土維護，噴層厚度70mm～100mm。這樣徹底解決了緩傾斜中厚礦體采場內出礦作業的安全難題，這項采場礦柱加固、補強技術也是采礦方法試驗研究的關鍵技術。礦柱加固、補強技術見圖2所示。

圖2 礦柱加固、補強示意圖（單位：mm）

4 礦柱（點柱）留存工藝

試驗針對房間點礦柱（4×4m2）5m～8m高、穩定性差及留存難的特點，除了對礦柱進行加固、補強技術外，對礦柱的結構及留存工藝進行了試驗研究。為了減少中深孔爆破對礦柱的影響，增強礦柱自身的穩定性，采用“連體礦柱”的結構形式（見圖3所示）。它既增強了礦柱自身的穩定性，還大幅度降低了礦柱的留存難度，對于緩傾斜中厚礦體開采中又一個技術難題提供了很大幫助。

圖3 “連體礦柱”結構示意圖

5 主要技術經濟指標

（1）采場生產能力：切頂淺孔回采：100t/d；中深孔回采 ：200t/d。

（2）采場綜合生產能力：150t/t。

（3）鑿巖臺效：切頂淺孔鑿巖：102t/臺.班；中深孔鑿巖：376t/臺.班。

（4）鑿巖工效：切頂淺孔回采：51t/工.班；中深孔回采：125t/工.班。

（5）采場綜合工效：18.09t/工.班。其中切頂回采工效14.29t/工.班；中深孔回采工效20.00t/工.班。

（6）損失率：17.50%。其中采場“連體礦柱”損失率14.50%；頂、底柱損失率3%。

（7）貧化率：4.75%。

（8）炸藥單耗：切頂回采：0.361kg/t；中深孔回采：0.204kg/t。

6 結語

礦柱的破壞需要引起足夠的重視，她可能導致大規模地壓災害的發生。在對大白陽金礦地質調查及方案設計、采場結構參數優化等多項工作的調查中得出了如下結論：

（1）礦柱破壞是由于礦柱自身節理裂隙過多，尤其是陡傾節理過多，在開采過程中由于應力的轉移導致礦柱所受載荷增加，采用錨+網同時進行噴射混凝土支護對礦柱進行加固及補強，能夠保證礦柱的完整性，隨著回采工作的進行，礦柱在補強及加固之后沒有出現明顯的破壞，預留礦柱的完整性較好。保證采場的正常安全開采。

（2）礦柱應力監測結果表明，采場回采過程中礦柱圍巖中的應力雖然出現了變化，但后期均趨于穩定，未監測到破壞性地壓活動，這也在一定程度上印證了采場結構參數、采礦工藝選擇的合理性與科學性。

（3）對礦體節理裂隙發育，尤其豎向薄狀片理極其發育的特點，為了保證采場礦柱的完整性、穩定性和自身強度，試驗采用了“連體礦柱”的結構形式，同時采用了對礦柱進行分段加固、補強技術，有效的解決了礦柱極易發生片幫破壞及礦柱的穩定性差強度低的難題。此項技術在中厚礦體安全、高效開采方面具有創新性。