階段空場嗣后充填法采場底部礦柱回收實例

李亮 張光軍

（新疆阿舍勒銅業股份有限公司哈巴河 836700）

1 概況

西北地區某地下銅礦床為塊狀硫化物銅鋅礦床，其中一號礦體是該礦床的主要礦體，銅金屬量占比達97%。該礦體走向長度約850m，埋藏深度達930 米，礦體平均厚度為20m 至45m，最大厚度可達80m，傾角45°至75°，礦體與圍巖中等穩固。對于該部分厚大礦體，采用大直徑深孔采礦嗣后充填的方法回采礦石。采場垂直礦體走向布置，礦體厚度即為采場長度，采場高度為50m，寬度為12m。采場底部采用中深孔爆破形成拉底空間，拉底高度為13m，回采上部礦體時需在上中段施工大孔硐室，采用潛孔鉆機鉆鑿大直徑深孔，切割槽爆破形成后正排炮孔側向崩礦，采場出礦結束后對采空區進行膠結充填。由于采場底部中深孔鑿巖采用上向扇形中深孔，爆破后會在相鄰采場之間殘留桃形礦柱，且下中段采場采礦時無法對其進行回收。首采礦柱采場地質儲量可達24000t，Cu 品位：3.31%，Zn 品位:5.32%，為避免資源浪費，需對此類型礦柱進行回收。

2 采切工程布置

桃形礦柱首采采場450-0504#采場布置在450中段2#穿脈與3#穿脈之間，首先需在450 中段2#穿脈與3#穿脈的礦柱之間施工0504#穿脈，穿脈凈斷面3.4m*3.2m（1/4 三心拱），掘進斷面3.6m*3.3m，支護方式為錨網拱架噴砼聯合支護，噴砼厚度100mm，每個拱架均勻施工7 根Φ40mm 管縫式錨桿，拱頂部分均勻增加3根3m長Φ18mm水泥卷錨桿，錨網與拱架之間用鐵絲綁扎牢固。掘進至破碎巖層時采用工字鋼+超前管棚支護，短掘短支。由于3#穿脈未進行充填，3#穿脈與0504#穿脈相距僅3～4m，導致整個礦柱均在采幅之內，故首采采場暫無法布置出礦巷，采場切割巷道及切割天井布置在采場上盤，穿脈及切割巷道累計工程量70m。穿脈巷道掘進時可將3#穿脈北側出礦巷充填擋墻炸開，為長距離獨頭巷道掘進提供有利的通風條件。采場切割天井采用中深孔輔助切割槽天井鉆機一次爆破成井技術，在切割巷道內使用CY-R40C 天井鉆機施工3 個Φ650mm 大孔，呈“品”字形布置，切割井大孔周圍布置13個擴井孔，以切割天井為自由面布置切割槽中深孔，炮孔施工均采用YGZ-90導軌式鑿巖機，切割槽高度需根據探礦結果確定，本采場切割槽高度確定為12m。

3 采場炮孔布置與回采

在450-0504#穿脈施工之前，僅針對450 中段所有的桃形礦柱施工了6 個呈“米”字型布置的地質鉆孔，圈定比較粗略的礦體邊界，但單個采場詳細地質信息還不能滿足采場中深孔設計的要求。為解決這一問題，決定使用中深孔炮孔承擔部分探礦的功能，具體做法是：首先，要求炮孔按照設計傾角施工，鉆進至殘礦堆或充填體即停止施工，作業人員將施工參數以及鑿巖情況逐孔記錄，同時可對鉆孔產生的巖粉取樣化驗，技術人員根據實際的施工參數圈定每一排炮孔的地質剖面。但這一做法也存在問題：當炮孔深度大于設計值時，相鄰炮孔的孔底距將會大于設計值（2m）,此時需要在兩炮孔之間施工加密炮孔。具體做法是：當炮孔深度小于設計值，按設計施工；當炮孔深度介于設計值至12m時，兩炮孔之間加密1 個炮孔；當炮孔深度大于12m 時，兩炮孔之間加密2個炮孔。根據此方法，可以得到450-0504#采場比較詳細的地質信息，從而為采場回采提供必要的地質數據。根據中深孔炮孔施工參數，在采場上盤仍存在較厚的殘留礦體，本采場將切割槽布置在殘留礦體最高的位置，即采場上盤。切割槽的高度取12m 為宜。首先在切割巷道內施工切割天井大孔，大孔周圍布置相應的擴井孔。在三個大孔中間布置2 個擴井孔，其余擴井孔均勻布置在大口周圍，總計13個擴井孔，最終天井規格為2.6m*2.1m。切割槽炮孔以切割天井為自由面展開，排距為1m，孔底距0.8m至2.0m。切割槽炮孔總計49個，炮孔直徑均為Φ75mm，鑿巖量為543m。采場正排扇形炮孔排距為1.6 米，孔底距為2m，根據礦體可采邊界，總計施工炮孔41 排，炮孔直徑均為Φ75mm，鑿巖量為4211.3m。最終，450-0504#采場正排地質剖面面積最大者達80m2,總計圈定的地質礦量為24000t,地質品位為：Cu:3.31%,Zn:5.32%。

采場爆破根據現場實際施工的炮孔參數進行設計，采場切割天井采用中深孔爆破一次成井技術，將切割天井大孔周圍的擴井孔裝填炸藥，采用毫秒延期爆破形成切割天井，雷管段位設計為4至5個段位為宜，位于切割井三個大孔中心兩個擴井孔最先起爆,將三個切割井大孔爆通，剩余的擴井孔每3 個孔設置為同一個段位，雷管采用普通毫秒延期導爆管雷管。切割槽炮孔以切割天井為自由面逐排起爆形成切割槽，正排排孔以切割槽為自由面逐排起爆，正排炮孔爆破時，中間炮孔首先起爆，兩翼炮孔隨后響應，也可根據現場實際情況設置為1個段位。所有炮孔均采用孔底起爆，爆破產生的高溫高壓氣體不會在孔口提前泄露，從而延長高溫、高壓氣體的作用時間，以取得較好的爆破能量利用效率。

采場每爆破一次需及時安排出礦，由于首采采場未設計出礦巷，同時由于爆破后0504#穿脈與3#穿脈貫通，導致采空區面積較正常采場偏大，故鏟運機只能在采場穿脈內出礦。在采場出礦末期，鏟運機無法將采場內礦石全部出完，此時需遙控鏟運機進入采場，以便回收采場內存礦，避免造成不必要的資源浪費。采場出礦結束后需對采空區進行充填，通往采空區的巷道需砌筑充填擋墻以封閉采空區，由于采空區最高處位于上盤，需從486分段施工充填大孔，充填漿由充填大孔進入采場。

根據以上方法，高品位礦柱可以得到較好的回收，但此方法用于回收低品位礦柱時，成本壓力將會大大增加。礦柱本身位于兩個以回采完畢的采場之間，穿脈掘進過程中可能會穿過殘礦堆或地質弱面，鑿巖及支護困難較一般穿脈掘進大，從而增大了掘進成本。

4 問題與優化

作為450 中段桃形礦柱采場首采采場，450-0504#采場在實際施工過程中存在不少困難，首先，大直徑深孔采場充填質量直接影響出礦品位，當膠結強度小于設計強度時，礦柱采場爆破會對采場頂板產生破環，充填體混入礦石之中，導致貧化；另外采場濾水滲入礦柱裂隙中，弱化了礦體的穩固性，而充填漿的膠結作用有限，對穿脈掘進帶來負面影響。因此，采場充填時因保證充填體強度，尤其是充填底層時，灰砂比不小于1：6，以保證充填體強度不小2MPa。其次，巷道長度達70m，在掘進過程中，工作面通風只能采用壓抽混合式通風，由于3#穿脈未進行充填，因此0504#穿脈掘進過程中可將南側出礦巷充填擋墻炸開，將兩條平行巷道貫通，能有效地加快污風的排除速度。最后，采場爆破后與3#穿脈貫通，空頂面積比正常采場大，且充填質量達不到設計要求時，礦石貧化加大。后續采場應保證在采幅之外布置至少一條穿脈，同時在兩穿脈之間布置出礦巷，不僅可控制空頂面積，同時還可為巷道通風以及采場出礦提供便利條件,縮短下一相鄰礦柱采場的準備時間。

5 結束語

首先，地質探礦在此方法中的作用不可忽視，2#與3#穿脈的地質編錄結果為回收礦柱提供了先決條件，中深孔不僅承擔了爆破的作用，還為地質剖面的圈定提供了必不可少的信息。其次，巷道掘進過程中，穿脈穿過殘礦堆、充填體或軟弱結構面時，支護方式需及時改變。最后，通過此方法，高品位礦柱能夠得到有效利用，減少了資源損失，首采采場回采過程中存在的問題為后續礦柱采場提供了寶貴的經驗。