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柿竹园多金属矿高阶段矿柱连续回采工艺研究 ＊ 陈 功１， 刘子强１， 欧任泽２ （ １． 湖南柿竹园有色金属有限责任公司， 湖南 郴州市 ４ ２ ３ ０ ３ ７； ２．长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 ４ １ ０ ０ １ ２） 摘 要 柿竹园多金属矿最初采用阶段矿房法回采矿石， 且只回采了１个阶段即４ ９ ０～ ５ ５ ８中段， ５ ５ ８～６ １ ０中段间还有大量的矿石未能进行回采， 为了高效安全回采此部分矿 石， 进行了高阶段顶柱回采工艺研究， 采用潜孔钻钻凿似水平深孔对５ ５ ８～６ １ ０阶段的矿 石作为顶柱进行回采， 取得了良好效果， 累计回采５ ５ ８分层以上矿石６ ０ ０万ｔ。 关键词 高阶段顶柱； 矿柱回采； 扇形似水平深孔； 潜孔钻凿岩； 爆破参数 ０ 引 言 柿竹园多金属矿开采对象为Ⅲ矿带中心３ １ ５ｍ ３ １ ３ｍ范围富矿段。现采用平窿－斜坡道－溜井 开拓。有５ ５ ８，４ ９ ０， ３ ８ ０三个中段， １条由４ ９ ０ｍ 通 往６ １ ０ ｍ 水平的斜坡道，４条由３ ８ ０ ｍ 中段通向 ４ ９ ０ｍ 中段的主溜井（ １ ＃ ～４ ＃主溜井） 。其５ ５ ８ｍ 为回风中段， ４ ９ ０ｍ 为回采中段， ３ ８ ０ｍ 为主运输中 段， 回采中段以上设有５ １ ４，５ ３ ６，５ ８ ６，６ １ ０四个分 段， 各分段间又设５ ２ ５，５ ４ ７，５ ７ ０，６ ０ ３四个凿岩腰 分段。４ ９ ０ｍ中段南面， 有２个通地表的出口， ４ ９ ０ 中段主平硐口位于矿区南东， 硐口外设有井口工业 场地。 矿山最初采用分段凿岩阶段落矿有底柱阶段矿 房法， 只采矿房， 矿柱未采，４ ９ ０ ｍ中段Ⅲ矿带的 ３ １ ５ｍ３ １ ３ｍ 范围内， 按矿房长６ ４ｍ ， 宽２ ０ｍ， 矿 柱宽１ ５ｍ， 阶段高６ ８ｍ， 分段高１ １～１ ４ｍ， 划分为 ３ ６个矿房， 加上３、４盘区向北扩的２个矿房共３ ８ 个。至今， 已采３ ６个矿房， 回采高度为５ １ ４分段～ ５ ５ ８中段， ４ ９ ０中段做底部结构出矿， ５ ５ ８中段－６ １ ０ 中段对应矿房遗留有大量矿柱没有回采， 为了回采 此部分矿体， 进行了高阶段顶柱回采工艺研究。 １ 回采方案选择 ５ ５ ８～６ １ ０段矿体回采有２种方案可选 一是布 置阶段采场， 采用阶段矿房法回采此段矿体； 二是将 此段矿体作为顶柱进行回采。２种方案进行比较， 选择方案２进行回采， 方案２将此段矿体按４ ９ ０～ ５ ５ ８段对应矿块划分出间柱及顶柱（ 矿房） ， 顶柱用 潜孔钻布置水平扇形深孔， 一次性进行大爆破连续 回采， 回采高度为整个顶柱厚度５ ２ｍ。与方案１相 比优点有 采切工程量小， 回采效率高， 不需要在 ４ ９ ０～５ ５ ８段采场顶板作业， 安全得到保证， 不留底 柱降低损失率。 １．１ 采切工程布置 由于矿山一直采用阶段矿房法采矿， 区内中段、 分段、 底部结构均已形成， ４个分段及５ ５ ８，４ ９ ０两个 中段与斜坡道相通， ４个腰分段通过天井与各分段 及中段相连通。底柱位于４ ９ ０中段， 高１ ４ｍ， 底部 结构为铲运机出矿的堑沟底部结构。 为充分利用现有工程和设施， 本工艺利用现有 中段、 分段和底柱布置采准切割工程。出矿利用原 矿房底部结构， 矿柱内不再布置底部结构。出矿方 式采用铲运机出矿。 该工艺的采切工程主要有盘间矿柱内的腰分段 联络平巷、 房间矿柱内的凿岩联络道及凿岩平巷、 为 回采顶柱的分段凿岩天井及凿岩硐室、 ５ ８ ６分段平 巷以及各进回风联络道、 ６ １ ０分段回风道（ 兼作强制 放顶区的凿岩爆破） 及有关硐室工程等。５ ５ ８ｍ 水 平以上矿体和 ４ ９ ０中段间柱同时进行采准工作。 ５ ５ ８ｍ 水平以上顶柱矿体回采采用似水平深孔落矿 时， 凿岩硐室于凿岩天井间每上下相隔５ｍ 布置于 整条 凿 岩天 井 中， 人员、 设备 在间 柱凿 岩硐室内 作业。 Ｉ Ｓ Ｓ Ｎ １ ６ ７ １－２ ９ ０ ０ Ｃ Ｎ ４ ３－１ ３ ４ ７／Ｔ Ｄ 采矿技术 第１ ９卷 第１期 Ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，Ｖ ｏ ｌ ． １ ９，Ｎ ｏ ．１ ２ ０ １ ９年１月 Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ９ ＊基金项目 “ 十二五” 国家科技支撑计划项目（２ ０ １ ５ Ｂ Ａ Ｂ １ ４ Ｂ ０ １）． ChaoXing 图１ 采切工程布置剖面图 １．２ 凿岩布孔 凿岩布孔采用Ｂ Ｑ １ ０ ０型潜孔钻机钻凿似水平 扇形中深孔 （ 见图 ２ 、 图 ３ ） ， 布孔参数 为 孔 底 距 ３．２～３．６ｍ、 排距２．５ｍ， 最小抵抗线２．５ｍ， 每个硐 室的第一排孔倾角≤５ ， 最后一排孔倾角≤４ ５ ； 每 个硐室布孔排数不超过５排。 １．３ 回采爆破 由于矿柱是阶段矿房法回采矿房后留下来用于 支撑采空区顶板的。它经历了爆破损害和应力重新 分布的过程， 且两面临空， 在长时间的开采扰动中， 出现了新节理裂隙， 有不同程度的片帮垮塌和变形。 因而其凿岩爆破条件与矿房不同， 与矿房回采相比， 有以下特点 （ １）矿房回采后， 受矿房爆破的影响， 矿柱两侧 已产生大量微裂纹， 由于矿柱在空场中暴露时间长， 在应力变化和集中下产生裂纹、 裂隙。而裂纹、 裂隙 在爆破能量传播过程中有泄能和阻断作用， 使爆破 能量在两侧临空面处利用率降低， 能量分布不均匀。 对矿柱爆破不利， 使矿柱爆破更易产生大块。 （ ２）矿柱两侧为临空面， 为充分利用这些临空 区作爆破自由面， 炮孔排面须平行于矿柱长度方向， 爆破方向尽量与自由面垂直。这可降低矿石大块产 出率， 还可降低回采成本、 降低爆破地震效应， 保护 采场和底部结构。 （ ３）除开始回采的矿柱外， 在随后的矿柱回采 中， 其中一侧已有崩落矿石， 这一侧可利用挤压爆破 技术降低大块产出率。 据此， 必须进行爆破技术试验， 确定合理的凿岩 图２ 炮孔布置 图３ 炮孔布置 孔径、 孔底距、 排距、 装药结构等凿岩爆破参数和爆 破工艺以及合理的起爆方式和起爆顺序， 为在生产 中取得良好的爆破效果创造条件。 一个矿房所属的矿柱， 包括房间柱和盘间柱及 其对应的顶柱（ 即房间柱和盘间柱上部块段品位 ＷＯ３≥０．３ ５％的矿段） 的矿量约４ ８万ｔ。其中房间 柱（ 不含底柱） 矿量约１ ５．５万ｔ， 盘间柱（ 不含底柱） 矿量约８．５万ｔ， 顶柱约２ ４万ｔ 。在矿房已采未充的 条件 下， 爆 破 也 是 一 项 技术难 度大、 要求 高的工 作［ １－２］。为此， 本工艺依照长沙矿山研究院 多金属 矿床连续开采方案的研究 考虑如下４种爆破方案 （ １）一个房柱连顶柱带相应盘柱， 一次微差爆 破落矿。这种方案可控制崩落矿岩的堆积效果， 出 矿的贫化损失易控制， 爆破效率高， 但一次爆破矿量 约４ ８万ｔ， 一次爆破炸药量约２ ６ ０～３ １ ２ｔ ， 爆破规 模大。 （ ２）一个房柱连顶柱带相应的盘间矿柱， 分３～ ８ 采矿技术 ２ ０ １ ９，１ ９（１） ChaoXing ４次微差爆破。即将一个房柱连顶柱沿矿柱长度方 向分为２～３段， 每段长度２ １～３ ２ｍ， 每段进行一次 微差爆破。由于缩小了一次爆破量， 技术要求和施 工组织较简单， 较易控制。但分次爆破的崩落矿石 堆积时上部品位较低的矿石与下部品位较高的矿石 互相参杂， 使出矿时损失贫化难以控制。贫化损失 较高。 （ ３）先崩落４ ９ ０～５ ５ ８房间矿柱， 再崩落相应盘 柱和５ ５ ８以上顶柱。该方案也缩小了一次爆破量， 技术和管理较简单。由于从下向上顺序爆破， 矿石 也顺序堆积， 不会有上部品位较低矿石参杂到下部 品位较高矿石中， 因而出矿贫化损失好控制； 但回采 ５ ５ ８以上矿体时， 因下部矿柱已爆破， 而矿石又无法 堆满空区， 造成在空区上面作业， 回采安全性差。须 用下向孔配合回采， 类似于Ｖ Ｃ Ｒ法采矿。 （ ４）先崩落５ ５ ８以上矿体， 再崩落４ ９ ０～５ ５ ８房 柱和盘柱。该法也减小了一次爆破量， 但４ ９ ０～５ ５ ８ 房柱和盘柱高品位矿石， 覆盖于５ ５ ８以上较低品位 矿石之上， 贫化损失较大。该方案顶柱可采用水平 扇形中深孔分次爆破， 也可以采用上向扇形中深孔 分次爆破。它可以将爆破规模控制在较小范围， 但 爆破次数多， 占用工作面的时间长。 上述４种爆破方法各有优缺点， 如若在技术上 有突破， 取得地下８ ０ ０ｔ级大爆破的经验［ ５］， 采用 （ １） 方案为最佳。其次可采用（４） 方案。本工艺按 （ １） 方案设计一次性微差爆破崩落整个５ ５ ８～６ １ ０段 顶柱。 ２ 讨 论 该采矿工艺流程复杂， 采准工程布置量较小， 一 次回采矿石量大， 爆破装药量大， 雷管段别数量多 （ 达３ ０多段） ， 雷管排布复杂， 爆破施工难度大、 时间 长， 柿竹园公司经过多次大爆破作业施工， 总结经验 形成了一套完善的大爆破施工组织方案， 保证了该 顶柱回采工艺采矿爆破成功实施［ １－２，５］。 ３ 结 论 高阶段矿柱连续回采工艺的成功实施， 有效解 决了柿竹园矿多金属矿区大量间柱及顶柱的回采利 用问题， 延续了矿山寿命， 降低了矿石回采成本， 值 得在类似矿山推广应用。如许多矿山存在矿石民采 现象， 民采技术及设备力量有限， 其采矿方法多为全 面空场采矿， 回采高度一般低于２ ０ｍ，２ ０ｍ以上的 矿石则作为顶柱不能进行回采利用， 造成资源浪费 和矿石损失， 若采用该顶柱回采工艺可有效解决高 顶柱（ 顶柱高度１ ０～５ ０ｍ） 的矿石回采问题。 参考文献 ［１］袁节平， 宋嘉栋， 欧任泽． 地下中深孔大规模爆破的研究与实 践［Ｊ］． 矿业研究与开发， ２ ０ ０ ８，２ ８（１） ７ ６－８ ０． ［２］袁节平．用潜孔钻机钻凿水平炮孔的试验研究［Ｊ］．采矿技术， ２ ０ ０ ４，４（３） ５ ２－５ ３．５ ７． ［３］采矿设计手册编辑部．采矿设计手册（ 矿床开采卷） ［Ｍ］．北 京 中国建筑工业出版社，１ ９ ８ ７． ［４］白复锌， 姜顺鹏， 林承恩， 张 雷， 张玉刚， 姜 峰， 吴永岐， 王 晓宁．复杂顶柱高效回采综合技术的研究与应用［Ｊ］．采矿技 术，２ ０ １ １， １ １（３） ３ ４－３ ７． ［５］袁节平， 袁子钢． ８ ２ １ｔ炸药 柿竹园井下爆破落矿规模一 举突破百万吨级大关［Ｊ］．采矿技术， ２ ０ １ ０，１ ０（１） ３ ８． （ 收稿日期 ２ ０ １ ８－０ ７－２ ６） 作者简介 陈 功（１ ９ ８ ４－） ， 男， 新疆人， 工程师， 主要从事有 色金属矿山采矿 技 术 及 管理 工作，Ｅｍ ａ ｉ ｌ２ ５ ２ ７ ８ ３ ５ ８ ８＠ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｍ。 櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂 （ 上接第４页） 参考文献 ［１］王荣祥， 任效乾， 张晶晶．地下矿山无轨采矿设备的发展与创 新［Ｊ］．矿业装备， ２ ０ １ ２（４） ４ ２－４ ７． ［２］蒋先尧， 张东红， 姚 松． 谦比希铜矿数字信息化集成管理系 统建设［Ｊ］．铜业工程， ２ ０ １ ７（１） ８ １－８ ５． ［３］余南中， 谭 锐．无轨采矿设备在大红山铁矿的应用［Ｊ］．现代 矿业，２ ０ １ ０， ２ ６（１） １ ２－１ ５． ［４］张木毅， 付廷森， 颜克俊．凡口铅锌矿无轨采矿工艺及设备的 应用［Ｊ］． 采矿技术， ２ ０ ０ １（３） ７－１ ０． ［５］龚开福， 李夕兵， 李国元， 时增辉．大型机械化金属矿山通风 系统优化［Ｊ］．金属矿山， ２ ０ １ ５（１） １ ２ ２－１ ２ ７． （ 收稿日期 ２ ０ １ ８－０ ７－１ ４） 作者简介 杨清平（１ ９ ６ ６－） ， 男， 湖北孝感人， 高级工程师， 主 要从事金属矿开采方面的研究工作，Ｅｍ ａ ｉ ｌ２ ５ １ ６ ７ １ １ ７ ０＠ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｍ。 ９ 陈 功 柿竹园多金属矿高阶段矿柱连续回采工艺研究 ChaoXing
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