程潮礦業崩落法與充填法過渡區域開采技術研究

梁萬 王西兵

【摘? 要】介紹了程潮礦業由無底柱分段崩落法向充填法過渡，對過渡區域通過開展技術研究，確定了隔離礦柱參數，確保安全順利完成采礦方法過渡。

【關鍵詞】過渡;崩落法;充填法;隔離礦柱

引言

程潮鐵礦以15#勘探線為界劃分為東部和西部兩個礦區。東部范圍為東起攔洪壩、西至公路邊搬運站長約400m。東區自1969年投產以來，已生產50年，采用無底柱分段崩落法開采，地表出現大范圍開裂。西區地表范圍，有選礦廠和居民區。

因此充填法開采將會成為日后礦山開采的主流方法。但一次使用充填法完全取代崩落法是不實際的，因此從崩落法到充填法的過渡階段研究顯得尤為重要，進行崩落法與充填法聯合開采的研究具有重要的意義。

1.開采范圍

1.1開采礦體

開采礦體位于-430m～-500m水平的5#～49#勘探線之間的礦體，主要包含Ⅲ號礦體，Ⅴ號礦體，Ⅵ號礦體，根據礦體的形態、產狀和勘探工程的布置，設計儲量計算采用水平平行斷面法，儲量約1564萬t;儲量分布見下表1。

1.2充填法與崩落法開采區域界線的劃分

程潮礦業東區礦體與西區礦體（以15#勘探線為界）在-430水平相連，如果沿用無底柱分段崩落法開采至-500m水平，地表移動區域將會覆蓋選礦廠等地表重要構筑物，為了保護西區地表選礦廠的建構筑物，西區-430水平以下采用充填法，東區繼續沿用無底柱分段崩落法開采。為保證無底柱分段崩落法和充填法開采互不影響，需在無底柱分段崩落法開采區與充填法開采區之間預留隔離礦柱。

根據回采方式的不同，預留隔離柱有所不同。當充填法由15#勘探線向西回采時，只需在緊鄰-430水平以下的位置留水平隔離頂柱，如圖1所示;當充填法由西向15#勘探線回采時，需要在緊鄰-430m水平以下的位置留水平隔離頂柱，并在15#勘探線附近留垂直保護礦柱，如圖2所示。在兩種隔離礦柱中，水平方向隔離礦柱的穩定性主要與厚度有關，垂直方向隔離礦柱除與厚度有關系外還與巖石的移動角有關。

垂直保護礦柱中的移動角與地質條件有關，根據程潮礦業與科研院校在巖石移動機理研究和移動角實測的大量工作，可以得出以下結論：

程潮礦業東區1#、2#礦體地表監測網實測結果：移動角一般為50°～65°，其中上盤平均為55°，下盤平均為63°。

東區粘土層及斷層面自然安息角=4～20°，滑移角=47～55°大理巖、角礫巖、閃長巖的=26～44°，滑移角=58～67°。矽卡巖=26～36°，滑移角=58～63°。花崗巖=48～62°，滑移角=69～76°，平均58～61.5°

根據實際情況，因此采用上盤移動角61°、下盤和西端部移動角62°圈定開采移動線。程潮礦業西區過渡區充填法生產范圍基本位于15#勘探線以西。15#勘探線以東采用崩落法開采，在隔離礦柱端部形成62°移動角，則垂直保護礦柱的外表面與水平呈62°夾角。預留隔離礦柱如下圖。

1.3開采順序

采用無底柱分段崩落法與充填法同時進行開采，根據所選用的采礦方法，充填法在各自劃定范圍內自下而上開采，無底柱分段崩落法自上而下開采。

2.過渡區域隔離礦柱開采技術研究

對于深部采礦方法轉型的礦山，存在著采礦方法過渡階段，在此期間，上部開采的產量逐漸減少，深部的產量逐漸增加，直至上部完全停產，深部達產。當深部的采礦方法為空場法、留礦法、充填法等采礦方法時，上部和深部在同一垂直面內工作，要求上下部之間要留有一定厚度的隔離礦柱。采用充填采礦法時，為安全生產，必須在開采過程中留適當厚度的隔離礦柱。

所留的隔離礦柱是在充填法開采首中段全部完成后再采用無底柱分段崩落法進行回采，保留時間越長，回采困難，其回收率相對較低，且隔離礦柱是進行了開拓和采準后的準采礦量，現將其推后回采，若隔離礦柱厚度過大，可能會使礦山采掘失衡，造成資金閑置。若隔離礦柱厚度不夠，將會在礦體回采時或空區充填前破壞，影響回采指標和充填效果，甚至造成嚴重的災難事故。因此，必須進行深部崩落法轉充填采礦法隔離礦柱厚度研究，確定合理有效的隔離礦柱厚度，確保礦山安全順利完成采礦方法過渡。

2.1垂直保護礦柱的回采

豎直方向上崩落法向充填法的直接過渡如圖所示。將崩落法的最后一個分段作為崩落法轉充填法的過渡層，同時作為充填法的頂柱。具體回采方案如下：

（1）崩落法回采階段上分段繼續采用崩落法進行回采;

（2）將崩落法回采階段的最后一個分段作為崩落法轉充填法的過渡層，同時作為上向水平分層充填法的頂柱;

（3）可同時對充填法開采階段進行回采;

（4）待充填法階段礦石回采充填完成后，再對其過渡層礦石采用無底柱分段崩落法進行回收。

（5）崩落法回收過渡層內的殘余礦石待充填法回采完畢后使用淺孔爆破回收。

此種過渡方法將形成崩落法轉充填法兩種采礦方法聯合開采的采場布置。崩落法轉充填法開采階段過渡區域布置方案示意圖如圖3。

這種方法回收進行過渡，采場結構劃分簡單，可以在不同階段同時采用崩落法與充填法回收礦石，回收效率高。但過渡區礦石采用崩落法回收，回收率較低，貧化率較高，且長期使用崩落法開采的礦山，直接轉為充填法開采，對于礦山工程技術人員提出了更高的要求，需提前進行充填法的回采培訓。

2.2隔離礦柱穩定性分析與幾何參數確定

隔離礦柱的主要作用是保證充填法采區的穩定，由于隔離礦柱回采一般比較困難，隔離礦柱厚度太大，造成大量礦石滯留;隔離礦柱厚度太小，影響充填法安全回采，因此必須確定合理的隔離礦柱尺寸。

（1）數值模型的建立。采用分段空場嗣后充填法由西向15#勘探線回采時，礦塊垂直礦體走向布置，將礦塊沿礦體走向劃分間隔布置的礦房和間柱，采用隔一采一的方式進行回采，先采礦房，后采間柱。開采中分段少量出礦，礦石崩落完成后階段底部一次出礦，出礦完成后階段充填。因此在回采最后一個礦房時垂直保護礦柱是最不穩定的，模型以階段放礦完成后未充填之前的狀態建立。計算中，考慮圣維南原理，模型除上向的其他方向各延伸3～5倍礦房寬度。模型尺寸長×寬×高為100m×100m×130m。建立的數值模型如圖4所示。在圖4中，垂直隔離保護柱端部寬度D為20m。