白山泉鐵礦殘留礦柱回收技術及空區處理

郭生茂，劉 濤，陳小平，雷明禮，劉武團

（西北礦冶研究院，甘肅 白銀730900）

礦產資源是維持礦山可持續發展的基本條件，對殘留礦柱進行回收是維持礦山可持續發展的一條基本途徑，國家也提倡礦山加強對殘留礦柱的回收工作。近年來，我國也探索出了多種回采殘留礦柱和難采礦體的方法，并進行了生產實踐，并對其進行了推廣應用［1－3］。由于礦柱回收要根據礦山的實際情況而定，在保證安全、經濟的條件下，合理采用回采方案，同時也可參考其它相似礦山的成功經驗，采用靈活多變的回收方法。我國在礦柱回收方面已有很多成功案例［4－5］，積累了寶貴的實踐經驗。

國內空區處理大多采用兩種方式進行［6］：地表容許塌陷的采用崩落圍巖處理采空區［7－10］；地表不容許陷落的采用充填采空區控制地壓［11－12］。由于我國礦山以前采礦技術水平較低，很多礦山都未對采空區進行處理，對采空區的處理主要靠上盤及頂板巖石自然冒落或誘導圍巖崩落形式處理空區，存在一定的安全隱患，無法對殘留的礦柱進行回收，造成大量的資源浪費。

本文根據礦山實際情況，對該礦山一中段的礦柱進行回收和采空區處理，為類似礦山的殘礦回收和空區處理提供參考和借鑒。

1 礦山開采概況

哈密博倫礦業有限責任公司于2004年注冊成立。白山泉鐵礦是哈密博倫礦業有限責任公司旗下的生產單位之一，2006年建成投產，設計生產能力為60萬t／a，2008年對礦區二、三采區采礦進行技術改造，目前生產能力為110萬t／a。經過近8年的開采，礦山一中段礦房回采基本全部結束，形成了大量的采空區，礦山一中段的采礦方法為淺孔留礦法和分段空場法，對于中厚和厚礦體采用分段空場法，對于厚度不大的礦體采用淺孔留礦法，礦山二、三采區一中段礦塊沿礦體走向布置，礦塊長50m，寬為礦體厚度，高40m，頂柱5m，間柱7．5m，底柱6～8 m，采用電耙道出礦底部結構。隨著礦體向深部開采，二中段礦量難以滿足礦山現有的生產能力，為了保證礦山的可持續發展，需根據白山泉鐵礦中段礦柱賦存狀況、空區特點，結合白山泉礦區二中段采礦進度，圍繞穩定提高生產能力這一目標，建立下階段礦房回采、上階段礦柱回收和空區處理的安全開采體系。

2 殘留礦柱回采方案

2．1 方案選擇

根據采場頂柱、間柱的結構參數及其空區賦存特征，在充分利用原有工程的條件下，保證礦柱回收過程中的安全性，擬采用兩種方案進行頂柱和間柱的回采。方案1：一次爆破兩側頂柱后，小分段后退式分步回收間柱。方案2：分段鑿巖間柱一次性爆破頂柱和間柱。方案1與方案2主要技術經濟指標和優缺點見表1。方案1貧化率比方案2低，但損失率較高，由于新增工程較多，造成回收時間較長；而方案2一次性爆破頂柱和間柱，新增工程量少、回收期短、成本低、經濟效益較好，且能夠保障礦柱的安全回采。由于礦山礦量吃緊，需短時間內對礦柱進行大量回收進而進行空區處理，以保證二中段礦體的安全高效回采。綜合以上分析，推薦方案二即分段鑿巖間柱一次性爆破頂柱和間柱方案對間柱和頂柱進行回采。

表1 方案1、2主要技術經濟指標及優缺點Table 1 The advantages and disadvantages of main technical and economic indicators of scheme 1and 2

2．2 工程布置

采切工作：礦柱回采的采準工作包括通風人行井、人行設備井、分層鑿巖巷道、頂柱回采鑿巖巷道和電耙道。

1）通風人行天井

主要負責礦柱回收時人行及通風使用，盡量利用原礦房回采時的遺留通風天井，減少工程量。

2）人行設備井

該工程為礦柱回采新增工程量，為掘進鑿巖巷道和中深孔提供人行和設備通道。

3）分層鑿巖巷道

該工程為礦柱回采新增工程量，根據礦體厚度不同采用不同的布置方式，若礦體較薄，鑿巖巷道布置在礦柱中央，為中深孔鑿巖工作提供必需的工作空間，若礦體較厚，每分層布置兩條鑿巖巷道，如圖1所示，分層鑿巖巷道與人行通風天井相聯通。

4）頂柱回采鑿巖巷道

該工程為礦柱回采新增工程量，為頂柱回采提供必要的鑿巖空間。

5）電耙道

電耙道位于礦體下盤，與出礦穿脈相聯通。

鑿巖：回采間柱時，采用YG－90向上鑿扇形孔，排距1m，分層高度8m，回采頂柱時，采用YGZ100鉆鑿水平孔，排距2m。

爆破：炸藥采用礦用硝銨炸藥，爆破網絡采用復式爆破網絡結構，孔底反向起爆技術，一次性爆破，安全高效。

通風：新鮮風流從階段運輸平巷進入出礦穿脈巷道，經過通風天井清洗工作面后從通風天井排出。

出礦：采用電耙出礦。

2．3 安全措施

1）天井擴幫后按規范架設梯子間，以便人員、材料、設備的上下，確保安全。

2）施工時，在鑿巖巷道兩端和各水平天井口安裝護欄和井箅子，以防墜落事故發生。

3）施工時采用超前鉆孔，超前探測采空區，為巷道的安全掘進奠定基礎。

4）巷道掘進在高應力區，做好地壓的監測工作，發現異常情況，應立即與相關部門聯系。

3 空區處理

白山泉鐵礦礦巖穩固，一中段采空區距地表高度約為50m，采空區暴露體積及頂板暴露面積均比較大，井下生產安全出口少。隨著礦柱的逐步回收和下階段礦房開采，如不對空區進行處理，必然會造成重大安全隱患，影響礦山生產。結合礦山實際情況，強制崩落圍巖形成一定厚度的廢石覆蓋層，采用充填采空區控制采場地壓的方法對空區進行處理。經過研究，擬采取兩種方案對采空區進行處理。方案1：下向平行深孔崩落頂柱處理采空區；方案2：硐室爆破崩落上下盤圍巖處理采空區。方案1將地表覆蓋巖層（厚50m）自下而上分次分層大規模進行爆破充填，首先從地表施工下向平行深孔，其次利用深孔向回采結束的礦房大規模崩落巖石，形成覆蓋層。方案2在礦體的上下盤，向上開掘30m的通風人行天井和溜渣井，之后布置上下盤平巷和裝藥硐室，采用硐室爆破崩落圍巖形成覆蓋層。從安全性和費用投資兩方面對方案1和方案2進行比較，最終確定采用方案1對空區進行處理，其示意圖見圖3。

圖1 標準間柱回采工程布置剖面圖Fig．1 The mining project layout of standard rib pillar

1－通風天井；2－梯子間 ；3－頂柱回采鑿巖平巷；4－間柱；5－水平中深孔

圖3 空區處理方案1示意圖Fig．3 Mined－out area treatment of scheme 1

4 結論

1）實踐證明，采用分段鑿巖間柱一次性爆破頂柱和間柱的方案是可行的，取得了較好的經濟效益，累計回收礦柱54萬t，但貧化損失相對較高，現場實際施工中，應采取相關措施，降低損失和貧化。

2）采用下向平行深孔崩落頂柱處理采空區的方法是可行的，各排平行深孔交錯布置或呈梅花形布置，周邊孔的孔距適當加密，嚴格控制鉆孔傾斜率，應保證大部分的炮孔與空區貫通。

3）在礦柱回收和空區處理過程中，應加強采空區圍巖監測和空區探測，保證礦柱回收過程中的安全，同時應加強對空區邊界線的控制，提高鉆孔利用率。

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