殘礦回采方案研究與實踐

曹俊

(山西中條山有色金屬集團有限公司，山西 垣曲縣 043700)

1 礦山概況

篦子溝礦業公司是1958 年建成投產的老礦山，礦石以黃銅礦為主，其次為黃鐵礦。屬緩傾斜礦體，含礦巖石主要為矽化大理巖，f=8～12，中等穩固，圍巖大部分是不穩固黑色片巖，f=6～8。礦山采用有底柱分段崩落法，平硐-豎井聯合開拓系統，井下采用電機車運輸，運輸平巷布置在礦體下盤。經過60 余年的不斷開采，資源日益枯竭，采礦能力下降，成本不斷增加，如何延長礦山服務年限成了礦山發展穩定中的關鍵問題。礦業公司技術人員從2016年通過搜集資料和現場調研，對2#礦體厚大且高品位的669～534 m 中段進行了技術攻關，經過近5年的生產實踐，殘礦回采取得很好的成效，探索了一套具有篦子溝特色的技術先進、安全可靠、經濟合理的殘礦回采方案，為其他類似開采技術條件下的礦山提供了參考。

2 殘礦形成原因

自積極開展殘礦回采工作以來，礦業公司技術人員對井下挖潛老窿殘礦區域的地質資料以及開拓、采準、回采、爆破設計等資料進行了收集整理，并經過現場實地調查，對殘礦形成原因進行分析，歸納為以下3 類:

（1）礦體產狀變化大，礦體薄，邊部零星小礦體不具備布置正規采準工程，致使邊部小礦體未能正常開采；

（2）因初期出礦耙道數量多、礦源充足、工藝落后，為了追求效益，對耙距較遠、品位較低的漏斗放棄出礦，致使品位較高的礦石殘留在采空區未能采出；

（3）巖石特別破碎，節理極為發育，地壓活動強烈，且后續砼支護質量差、人為崩炮產生的震動造成耙道“塌腰”，殘留部分礦石無法采出。

3 殘礦回采方法的選擇

3.1 殘礦回采的原則

殘礦回采是一項十分特殊的工作，在選定回采方案時應遵循“安全第一，效益優先，統籌規劃”3 大原則。要求禁止上下層重疊作業，爆區掘進要邊掘進邊支護，快進快出，巷道維護要及時，維護作業與掘進作業不可隔班；上下分層作業時，穿脈指導回采老窿礦量，上層作業面必須在巖石位移線以外作業；在回采過程中要根據殘礦回采工藝進行可行性分析，估算出盈虧臨界點品位，進而對其進行經濟效益評估，確定是否回采。

3.2 殘礦回采方法的選擇

殘礦成因復雜，開采技術條件差別很大，應根據不同的賦存條件和現場實際情況，運用更加經濟合理、安全高效的采礦方法進行殘礦回采。

3.2.1 有底柱分段崩落法回采殘礦方案

對于電耙道破壞不嚴重的殘留礦體，通過疏通各分段層底盤未崩落耙道的方式進行資源回收，對破壞區域進行修復使其具備出礦條件；但對于耙道破壞嚴重，清理難度大的耙道，可通過在相鄰兩條耙道間柱中間重新施工一條耙道，并與相鄰斗穿打透的方法，對采場礦量進行補救，見圖1。

圖1 有底柱分段崩落法回采殘礦方案

優點：電耙道生產能力大，可實現強化開采；所用設備比較簡單，操作與維修都很方便；材料消耗少，采礦直接成本較低；采場存窿礦量多，有利于調節生產；設有專用的進、回風系統，通風效果好。

缺點：勞動強度大，工作效率相對較低；耙道頂板桃形，由于距原電耙道深孔邊孔較近，爆破對周圍巖石產生震動局部冒落，作業安全性較差；間柱內巷道多，對穩定性有消弱，電耙道等維護工作量較大；放礦管理工作比較復雜，難以實現控制放礦。

3.2.2 無底柱分段崩落法回采殘礦方案

對于原電耙道垮冒、破壞嚴重，但上部工程已形成或爆破完畢的殘存礦量，采用無底柱采礦法進行回采。可在原電耙道下掘5 m 至巖石穩固區域，沿耙道方向補打一條鏟車進路，在新開鑿的巷道中鑿上向扇形中深孔，排距為1～1.2 m，以耙道和漏斗為自由面，對上分段的電耙道、斗間柱進行強制性崩落，每次崩2 排，用鏟運機后退式進行鏟裝運輸至端部溜礦井內。683 m 分段殘礦的回采，見圖2。

圖2 無底柱分段崩落法殘礦回采方案

優點：回采工藝簡單較成熟，機械化程度和出礦效率相對較高；在回采巷道端部放礦，可減少處理卡斗事故并簡化二次破碎工作；崩礦步距小，易于不同品位礦石分掘分出；地壓管理簡單。

缺點:覆巖下放礦，礦石損失貧化較大；出礦部位均為獨頭巷道，通風比較困難，通風管理也較為復雜；無軌設備維護工作量大。

3.2.3 耙道底盤損失殘礦回采方案

篦子溝礦業公司回采邊界線下盤角度一般都在60°，礦石回采率在80%左右。但根據放礦橢球體理論，每個漏斗負擔的礦石只能按照橢球體形狀至上而下放出。對于傾角在55°以上的礦體，下盤漏斗單個橢球體損失率在20%左右；對于傾角小于55°且大于40°的礦體，下盤漏斗單個橢球體損失率在35%左右。可以看出，采用崩落法放礦時，礦石損失主要集中在漏斗脊部、下盤和形成的礦巖混雜層。針對下盤漏斗馱礦的問題，采取在耙道底盤補加出礦漏斗，深孔進行側向擠壓擴漏拉底的方式進行回采，見圖3。

圖3 礦體下盤損失礦量回采

優點：所用設備比較簡單，操作與維修都很方便；材料消耗少，采礦成本低；充分回采了下盤損失礦量。

缺點：在臨近崩落區周圍施工部分采準工程，巖石條件不好，尺度不易掌控，深孔施工中易出現掉塊、堵孔現象。

3.2.4 聯合淺采回采方案

對于一些礦體產狀變化大，礦體薄而緩的邊部分支零星小礦體的回采，篦子溝礦業公司采用多種靈活的采礦方法。如根據礦體形態和賦存條件運用淺孔留礦法、爆力運搬法等回采礦石。

4 采場主要技術經濟指標

通過上述4 種方法，從2016—2020 年分別對534 分段、550 分段、567 分段、579 分段、595 分段礦體下盤及邊部小礦體進行回采設計，共有效回采礦量218.044 萬t，見表1。

表1 2016 年—2020 年回采指標

5 注意事項

（1）統籌規劃，循序漸進，確定合理的回采順序。防止掘進與出礦出現斷檔，避免出現無礦可出或采場閑置，產生次生應力場、耙道變形需二次開幫等情況，造成浪費。

（2）選擇合理的采掘方式。對于一些巖石破碎支護困難的采場，采用出礦效率高的鏟運機配合承受壓力大、支撐時間長、可收縮的U 型鋼支護，并實行“強掘、強采、強出”的三強原則，實行強化開采，縮短回采周期，在地壓沒有大的變化之前，將礦石采出。

（3）注意地壓活動的影響。殘礦的不斷推進嚴重影響了原采場礦體的空間賦存狀態，破壞了原巖的應力平衡，引起了上部巖層的地壓活動和移動，產生了次生應力場。經過一段時間后，巖層逐漸發生變形、移動乃至破壞。

（4）殘礦回采過程中的通風問題。無底柱鏟運機出礦巷道都是獨頭巷道，通風比較困難，基本上采用局扇加風筒混合式通風方式進行通風，在有底柱殘礦回采時，盡量在耙道層兩端形成獨立的進、回風系統，通過通風改善作業環境。

6 結論

（1）殘礦回采采場設計應最大限度地利用原有井巷工程設施,可大大降低出礦成本。

（2）鑒于殘礦回采工程多在礦石品位較高的區域，該區域往往地壓變化較大，安全風險增強，因此在開采過程中要充分重視采場地壓管理，并采用聯合支護的方式進行井巷工程維護，確保安全生產。

（3）按照選礦技術水平和金屬價格，預先制定經濟合理的放礦截止品位，并嚴格加以控制，從而延長礦山服務年限的同時發揮殘留礦石的價值，為企業創造經濟效益。

（4）殘礦回采方案設計之前，必須進行可行性分析，應預估出施工條件、可采礦量、采礦成本等因素，進而對其進行經濟效益評估,確定是否回采。

（5）同一礦山不能只局限于一種采礦方法和現有設備，應根據不同的礦體賦存條件靈活運用多種聯合采礦方法，對于挖掘礦山廢舊采場潛力、提高礦石回采率，具有較好的效果。

（6）殘礦回采工作對于資源萎縮型礦山可以在創造經濟效益的同時帶來一定的社會效應。