國內(nèi)外房柱法應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展

黎 飛，郭亞奔

（1.云南馳宏鋅鍺股份有限公司會澤礦業(yè)分公司，云南 曲靖 654211；2.云南安全科學技術(shù)研究院，云南 昆明 650000）

依托于社會的發(fā)展和科學技術(shù)的進步，采礦技術(shù)也隨之飛速發(fā)展。房柱法在地下礦山采礦方法中的比重日益增大，國內(nèi)礦山房柱法所占比重為1/10，國外房柱法的比重約占1/3，其中尤以美國和法國所占比重最大[1]。

房柱法屬空場采礦法，適用于開采礦體和圍巖穩(wěn)固的水平和緩傾斜的礦體，適用范圍較廣。20世紀70年代之前，房柱法主要采用淺孔鑿巖和電耙出礦，生產(chǎn)能力較小；進入70年代之后，隨著生產(chǎn)實踐和無軌設(shè)備的應(yīng)用，房柱法的結(jié)構(gòu)尺寸和采切工程也隨著出現(xiàn)較大的調(diào)整，各種房柱法的方案相繼延伸變形，其礦房生產(chǎn)能力已大幅度提高，尤其隨著大型鑿巖臺車、自卸式汽車、鏟運機和各種錨桿支護的推廣，房柱采礦的采場強度和效率已顯著提高。

1 國內(nèi)外研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)現(xiàn)狀

國內(nèi)現(xiàn)行的房柱法主要開采水平和緩傾斜的礦體，在礦塊或盤區(qū)內(nèi)布置礦房和礦柱，回采礦房時留連續(xù)或間斷的規(guī)則礦柱，以維護頂板巖石。

礦房沿走向、傾斜或偽傾斜方向布置，礦房寬度一般為8m～20m，取決于礦體厚度和頂板穩(wěn)定性，礦柱尺寸：直徑3m～7m，間距5m～8m。房柱法回采包括淺孔落礦和中深孔落礦[2]。淺孔落礦的鑿巖設(shè)備主要為氣腿式鑿巖機和YSP-45型鑿巖機，回采方式包括整層回采和分層回采，主要取決于礦體的厚度，出礦采用電耙絞車進行出礦，礦房生產(chǎn)能力較小，使用淺孔落礦的房柱采礦法；中深孔落礦的鑿巖設(shè)備主要為YG-90，回采方式為先進行切頂，后鉆鑿下向平行中深孔，出礦采用電耙絞車或采用無軌設(shè)備進行裝運，礦房生產(chǎn)能力較大，使用中深孔落礦的房柱采礦法。

隨著國外無軌設(shè)備的推廣，國內(nèi)部分大型礦山普遍引進無軌設(shè)備，房柱法的生產(chǎn)能力日益提高，同時由技術(shù)變革帶來的深部開采和低品位礦石開采，各種理論和軟件逐漸應(yīng)用于礦山，如模糊數(shù)學、灰色理論、價值工程以及數(shù)值模擬等，由此來指導(dǎo)生產(chǎn)實踐，取得了較大的進步，進而提高了礦山的生產(chǎn)能力和效益[2]。但國內(nèi)礦山對于技術(shù)、設(shè)備的投資較小，偏重于勞動力的投入，嚴重制約了礦山企業(yè)的發(fā)展。

1.2 國外現(xiàn)狀

隨著采礦技術(shù)的發(fā)展，國外礦山不同于國內(nèi)礦山勞動力密集型的發(fā)展，其主要發(fā)展方向為集中化、連續(xù)化、智能化開采。隨著大型鑿巖臺車、鏟運機和各種錨桿支護的推廣，房柱采礦法的采場空頂高度和寬狂度相應(yīng)增大，厚度小于6m～8m的礦體一般都不分層開采，采場強度和效率顯著提高。但是由于無軌設(shè)備的爬坡能力有限，房柱采礦法的適用范圍多局限于水平或緩傾斜礦體。近些年來，為了把房柱法擴大應(yīng)用到中等傾斜礦體，許多新的變形方案相繼出現(xiàn)。除分段房柱采礦法外，還有：斜巷運輸房柱法，下向分層房柱法和斜交走向推進的房柱法。

斜巷運輸房柱法（見圖1）應(yīng)用實例：示例為瓦耳韋爾瓦特鐵礦，在礦體內(nèi)布置坡度10%的折返式斜巷。工作面以3%的坡度向上推進，礦房寬9m，礦柱為4m×4m。折返式斜巷又三條平行巷道組成，彼此用4m寬的礦柱隔開，分別用于運輸材料和維修、重車、空車。鑿巖設(shè)備采用BoomerH132型雙機臺車，配用COP1038型液壓鑿巖機；裝載采用斗容2.3m3，Broyt4型液壓鏟和載重35t的K500型汽車，包括容量1000L的銨油炸藥裝藥車、PL820RW型撬頂機等。

下向分層房柱法（見圖2）應(yīng)用實例：示例為加拿大加佩斯銅礦，礦體賦存在石榴石的石灰?guī)r中，走向長914m，平均厚度34m，傾角23°，采用下向分層房柱法開采，礦房寬15m，高度約36m，礦柱尺寸13.5m×21m。從下盤斜坡道向礦體掘進聯(lián)絡(luò)橫巷，聯(lián)絡(luò)橫巷之間的垂直距離為12m，即分層高度。回采分層時，先從上盤接觸線處沿礦體走向切頂，采用履帶式雙機鑿巖臺車鉆鑿水平炮孔，孔徑48mm，孔深4.9m。靠近礦柱的炮孔間距加密，采用光面爆破減少對礦柱的破壞。爆出的礦石采用2m3～2.8m3的輪胎式裝載機裝入載重18t～30t的自卸式汽車，經(jīng)聯(lián)絡(luò)橫巷和斜坡道運往主溜礦井。

圖1 瓦耳韋爾瓦特鐵礦斜巷運輸房柱法

圖2 加斯佩銅礦下向分層房柱法

上述兩個實例僅是根據(jù)現(xiàn)行無軌設(shè)備和礦山現(xiàn)狀衍伸出來的房柱采礦法，其生產(chǎn)能力較大，且管理方便。

2 存在問題

房柱采礦法的主要特點為礦塊分礦房和礦柱，這意味著礦柱礦量在礦塊中所占的比重較大，普遍在25%以上，尤其在法國礦柱比重達50%。房柱采礦法中預(yù)留礦柱的目的主要為支撐采空區(qū)，減小地表移動范圍。如何回收礦柱且避免采空區(qū)影響到地表安全是房柱采礦法的主要改進方向。由此引發(fā)的技術(shù)和安全問題是必須引起注意的，其中包括改進采場結(jié)構(gòu)參數(shù)提高礦石回收率、改用混凝土支柱替代礦柱、礦房回采嗣后充填等，這些問題的關(guān)鍵課題包括巖石力學、工程地質(zhì)及采場監(jiān)測等。

比較國內(nèi)和國外的房柱法研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，國外的采礦方法發(fā)展速度較快，采場的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化較快，其礦房的生產(chǎn)能力也大幅提高，這不僅源于國外自身采掘設(shè)備的大型化和智能化，更源于計算機的應(yīng)用和學科的交互適用。國內(nèi)的采礦方法因局限于國內(nèi)現(xiàn)狀，很多采礦方法和設(shè)備都無法應(yīng)用于國內(nèi)礦山，其主要問題包括采掘設(shè)備作業(yè)能力低、人力消耗大、礦房結(jié)構(gòu)尺寸變化較小等。

3 發(fā)展方向

借鑒于國外礦山采礦技術(shù)的迅猛發(fā)展，開采范圍深部化、規(guī)模大型化、操作自動化、生產(chǎn)連續(xù)化、管理現(xiàn)代化是勢在必行的，因此優(yōu)化采場結(jié)構(gòu)尺寸、提高設(shè)備采掘效率、合理制定施工組織計劃、最大限度提高勞動生產(chǎn)力是現(xiàn)行房柱法的發(fā)展方向，同時保證礦山的生產(chǎn)能力時，必須最大限度的提高礦石回收率或者在后期回采低品位和深部礦體時提供合適的回采條件。

優(yōu)化采場結(jié)構(gòu)尺寸要求對學科理論進行發(fā)展和完善，能夠作為指導(dǎo)礦山生產(chǎn)實踐的有力武器；采掘設(shè)備大型化和智能化對于提高礦房采掘效率是至關(guān)重要的，這需要對工程和材料力學、計算機的應(yīng)用進行相互應(yīng)用；合理的施工組織計劃是礦山組織鏈條，起承上啟下的作用，混亂的施工組織會嚴重制約礦山的生產(chǎn)能力，這需要礦山通過計算機的應(yīng)用及時調(diào)整才能優(yōu)化施工計劃；最大限度提高勞動生產(chǎn)力是結(jié)合國外的高勞動消耗所提出的，隨著社會的發(fā)展，人力消耗已越來越少，高素質(zhì)人才日益緊缺，努力提高勞動效率是勢在必行的。

4 結(jié)論

國內(nèi)中小型金屬礦山較多，房柱法大多局限于礦山的采掘設(shè)備，生產(chǎn)能力較小，勞動消耗大，而國外房柱法多以大型采掘、運輸設(shè)備為主，技術(shù)設(shè)備投資在成本中所占比重較大，不同于國內(nèi)的生產(chǎn)狀況。因此國內(nèi)礦山在改善采掘設(shè)備的同時，礦山還應(yīng)根據(jù)礦山的工程、水文地質(zhì)條件，應(yīng)用各種學科理論來建設(shè)礦山，例如優(yōu)化采場結(jié)構(gòu)尺寸、合理制定施工組織計劃等。