阿爾哈達尾砂膠結體下回采頂柱研究與應用

吳維成，吳寶林，高松濤

（1.錫林郭勒盟山金阿爾哈達礦業有限公司，內蒙古 錫林郭勒 026300；2.華恒能源有限公司，山東 煙臺 265700；3.山東黃金礦業股份有限公司新城金礦，山東 煙臺 261438）

錫林郭勒盟山金阿爾哈達礦業有限公司（下稱阿爾哈達鉛鋅礦）位于內蒙古錫林郭勒盟東烏珠穆沁旗滿都鎮轄區內，東烏旗的北東方向，距離東烏旗約225km。礦區地處內蒙古高原，地表植被發育的丘陵區,海拔高度一般在920m～1060m之間，該區屬典型的大陸性季風氣候?，F有采選能力3000t/d,地下開采。

1 地質概況

礦區位于東烏旗褶皺束額仁高畢復式向斜的東南翼，受多期構造運動影響，區內褶皺、斷裂以及節理、劈理構造發育，后期構造對早期斷裂構造的疊加改造作用強烈。礦區內有三條大的含礦脈帶，Ⅰ號礦脈帶是礦區主要的含礦脈帶，該帶由沿北西向斷裂中一系列規模不等的斷層充填礦化形成[1]。

2 采礦基本情況及存在的問題

2.1 采礦基本情況

2015年以前，阿爾哈達鉛鋅礦采用空場法采礦，采場多為無底柱底部結構，受鉛鋅金屬市場價格低迷及空場法采礦損失貧化兩率指標影響，礦山生產經營一度遇到困難。2015年4月，礦山從768m中段開始對Ⅰ號礦脈帶主礦體進行采礦方法改造，上向水平分層尾砂充填法和上向水平分層膠結充填法成為礦山主要應用的采礦方法。

2.2 采礦存在的問題

礦山經過多年開采，空場法和充填法采礦遺留的礦柱礦量占地質儲量很大比重，僅768m～688m三個充填法采礦改造中段保留的頂柱礦量已接近20萬噸,這部分礦石品位相對高、價值大。隨著礦山生產能力不斷提升，開采向深部伸展和生產系統的結構調整，為保證礦山穩產和持續發展，上部中段遺留的礦柱需要盡快回收。如何安全高效回收這部分資源，提高資源利用率是采礦過程急需解決的問題。

3 采取的措施

2019年3月，礦山開展充填法采場礦柱回采研究，并首選728m中段7219采場頂柱做為試驗對象。

3.1 研究對象地質概況及周圍采場情況

7219采場位于728m中段19線～23線，采用上向水平分層尾砂充填采礦法開采，采場沿礦體走向布置，走向長度70m,賦礦原巖多為凝灰巖，局部夾有板巖，礦體呈脈狀，走向西北、傾向南西，傾角48°，礦體上盤構造明顯穩固性一般，礦體及下盤較穩固。頂柱礦體實測高度6.2m（原設計采場預留5m頂柱）,水平厚度5.5m,品位Pb+Zn=5.18%，地質儲量7232t，金屬量374.6t；7219采場周圍全部為充填法采場，均結束回采，采場頂柱上部對應768m中段7617采場，7617采場原為無底柱淺孔留礦法采場，改造為上向水平分層尾砂充填法采場后，已于2018年10月回采結束。7617采場改造時，采場底部施工了2m厚的無鋼筋分級尾砂膠結體人工假底，人工假底由灰砂比1∶4和1∶10的分級尾砂膠結體兩部分組成，膠結體上下部分厚度各1m。

3.2 采礦方法的選擇及采場結構參數

3.2.1 采礦方法選擇

頂底柱系巖體應力集中區，穩定性差，采場直接頂板為人工假頂（上中段采場人工假底），采場的穩定性主要依靠人工假頂的承載強度，假頂在水平應力和垂直應力作用下發生彎曲，當應力達到強度臨界值時發生斷裂破壞[2]，結合類似礦山的開采技術經驗和有關研究，頂柱回采試驗選用上向小進路充填采礦法[3，4]。

3.2.2 采場結構參數

（1）進路幾何尺寸。根據進路法回采頂柱其頂板安全厚度的相關研究數據[5]，頂板安全厚度（頂柱保護層厚度）達到3m時，沿走向布置進路長度宜控制在35m以內，進路寬度宜在(2～3.5m)取值，綜合考慮試驗采場頂柱礦體厚度、產狀及損失貧化等因素，確定進路寬度2.6m，高度2.6m。

（2）頂柱安全保護層厚度。頂柱采場預留1m原巖礦柱，原巖礦柱與7617采場2m厚的無鋼筋分級尾砂膠結體人工假底構成頂柱回采安全保護層，保護層總厚度3m。

（3）回采高度及進路布置。頂柱采場回采高度5.2m,由兩個分層回采，分層高度2.6m,各分層劃分兩條進路，進路沿礦體走向布置，單側進路回采長度35m。

3.2.3 采準切割工程

主要有脈外斜坡道、分層聯巷、切割巷、脈外溜井、溜井聯巷、充填小井等，頂柱采場脈外溜井仍利用原采場的脈外順路溜井，脈外斜坡道沿頂柱采場中心線垂直礦體走向布置，連接768m中段21線穿脈巷和頂柱分層聯巷，斜坡道坡度17.63%，下坡施工，充填小井布置在采場兩翼?；夭煞桨敢妶D1。

圖1 上向小進路充填法回采頂柱方案

3.2.4 回采前準備及施工順序

（1）回采前的準備：①7219采場最后一分層結束后，在采場內礦體兩翼分別施工一個充填小井，貫通768m中段穿脈巷，封閉原采場內的順路人行泄水井，對原采場的脈外溜井聯巷、溜井硐室進行挑頂，順路架設脈外溜井至頂柱底板水平。②接頂充填采場空區，先進行分級尾砂充填，后采用分級尾砂膠結充填0.8m，要求膠結體充分接頂，膠結體灰砂比1∶4。③采空區接頂充填后，下掘脈外斜坡道至頂柱底板水平，施工分層聯巷、切割巷控制礦體，施工溜井聯巷貫通脈外順路溜井，完成頂柱回采前的準備工作。

3.2.5 施工順序

（1）頂柱采場分層間自下而上逐層回采，同一分層內進路由上盤向下盤逐條回采。

（2）一分層（下面分層）回采，由切割巷向礦體兩翼前進式進行。

（3）二分層（上面分層）采用短進路回采，以減小頂柱安全保護層的暴露面積和縮短空頂時間。先由切割巷向礦體一翼推進，一翼進路結束回采并接頂充填后，再由切割巷向礦體另一翼推進。

（4）進路由切割巷向礦體兩翼控制3‰上坡回采，并與充填小井施工貫通，使充填小井底板略高于進路頂板，便于充填充分接頂。然后后退式擴采進路上下盤的三角礦體，直至設計回采邊界。

3.2.6 主要回采工藝

（1）鑿巖爆破。YT28型氣腿式鑿巖機鑿巖，使用2#巖石粉狀乳化炸藥，非電毫秒延期起爆，延期間隔50～100毫秒，以降低爆破對頂柱安全保護層和相鄰進路膠結充填體的破壞。同時采用光面爆破技術，光爆炮孔孔間距0.6m,光爆層厚度0.8m,炮孔密集系數m=0.75,光爆層線裝藥密度q=0.1～0.2kg/m[6],以消除進路頂板應力集中。

（2）通風。采用混合式局部通風，壓入式局扇將新鮮風流經采場下盤斜坡道送入工作面，污風由抽出式局扇經采場下盤斜坡道送入768m中段回風系統。

（3）頂板管理。一分層回采進路主要采用管縫式錨桿聯合鋼帶支護，錨桿網度1.5m×1.5m。二分層回采過程，使用YT28型氣腿式鑿巖機施工超前探孔(孔徑∮38mm),控制頂柱安全保護層預留的原巖礦柱厚度，不得超采。同時考慮到上部人工假底膠結體厚度的不均勻性，及時跟進金屬支架支護，以增強頂柱安全保護層的承載荷能力，提高安全保護層的穩定性。金屬支架與回采進路掌子面間空頂距不得超過2m,金屬支架現場加工制作，材料為16號礦用工字鋼，支架間距1.5m～2m,支架間采用金屬梁連接，支架頂部與巖體間充填圓木或背板接頂。

（4）出礦。WJD-1型電動鏟運機運搬礦石至采場脈外順路溜井，728m中段振動漏斗放礦后，電機車運輸至27線主溜井卸載。

（5）充填。進路回采結束立即清理散礦，架設充填管路、安設泄水籠、構筑鋼網板墻封閉進路口，利用充填小井對進路及時接頂充填。為充分接頂，一次充填結束后，間隔24小時再進行補充充填；上盤進路采用分級尾砂膠結充填，膠結體灰砂比1∶4，下盤進路先分級尾砂充填,后采用分級尾砂膠結充填0.4m，膠結體灰砂比1∶4，既要保證接頂，又要保證轉層后設備在膠結體上安全運行。膠結充填體養護72小時后，相鄰進路才允許進行回采，二分層下盤進路結束后，采用分級尾砂接頂充填采空區。

（6）轉層。一分層下盤進路充填前，脈外溜井挑頂并順路架設至二分層礦體底板水平，將一分層下盤進路、切割巷、溜井聯巷、分層聯巷一并接頂充填，完成轉層工作。然后由脈外斜坡道施工二分層聯巷、切割巷控制礦體，施工溜井聯巷貫通脈外順路溜井，進入二分層回采。

4 取得的效果

經過近半年的研究實踐，解決了無鋼筋水泥尾砂膠結體下頂柱回采安全問題，安全高效經濟地回收了資源，實現利潤135.6萬元。

5 結語

阿爾哈達鉛鋅礦從空場法采礦到充填法采礦，多年開采遺留大量的高價值礦柱，在無鋼筋水泥尾砂膠結體下，通過控制頂柱回采安全保護層厚度，選用上向小進路充填采礦法回采工藝，采用非電毫秒延期起爆技術和光面爆破技術，應用錨桿聯合鋼帶支護和金屬支架支護等技術手段和措施，有效地解決了資源回收安全問題，促進了礦山生產系統結構調整和持續性發展，經濟、社會效益雙贏，為本礦山殘礦回收提供了技術支持,也為同行業類似礦山提供技術借鑒。