注浆工艺在间柱回采中的应用

邵发忠，王 华

（云南锡业集团（控股）有限责任公司老厂分公司，云南 个旧661007）

在有色金属地下矿山的开采过程中，除胶结充填采矿法能比较充分地回收资源外，其它方法均需根据现场开采的矿岩稳固性情况，采用留取独立矿柱或连续间柱的地压管理方式，所留资源的损失直接影响了矿山的经济效益。如何将矿柱或间柱最大化地回收成为提升效益的关键环节。本文结合云南锡业集团（控股）有限责任公司老厂分矿13－2－3#矿体东、西间柱的回采情况，介绍了注浆工艺在间柱回采中的应用实践效果。

1 地质概况

1．1 地质条件

13－2－3#矿体走向长1 020m，宽72～172m，厚0．6～22．86m，平均厚7．71m，矿体走向北东40°至近南北，倾角10°～30°，赋标高1 740～1 820 m，矿体呈似层状、透镜状产出。

1．2 矿体赋存条件

矿体顶板为大理岩，稳固到中等稳固，底板为花岗岩，呈半风化状态，不稳固。矿体呈似层状、透镜状产出，东高西低，南高北低，走向近南北，倾向北西，倾角10°～30°。矿体上部局部氧化，形成氧化矿，中等稳固。矿体中间夹变辉绿岩岩层，节理裂隙发育，产状与矿体产状近似，不稳固到中等稳固，厚薄不均匀，矿体形态复杂多变。

1．3 水文地质条件

该矿段位于老厂矿田南东部，地处红河与南盘江支流的泸江水系之间，地表分水岭地带，地势西高东低，无地表水系，其坑内涌水大小除与揭露含水构造的规模有关外，主要取决于连续降雨强度。矿床水文地质属于岩溶裂隙溶洞含水充水为主的简单—中等类型。

2 矿体开采现状

该矿体前期应用了“有底柱分段空场法”、“房柱法”、“全面法”等采矿方法，经过多年的开采已形成了大量的采空区，其采空区暴露面积包括东盘区－3#至11#矿房12 375m2，中盘区－2#至10#矿房5 735m2，西盘区－3#至9#矿房14 600m2。

东、西间柱走向长132m，宽12m，高1 740～1 805m。经计算，东、西间柱的矿石储量为197 250t，其中锡金属为979t，锡品位0．496%，铜金属为6 114t，铜品位3．099%。

2．1 采空区顶板稳定性

东盘区1#、2#矿房通过中深孔落矿后其顶板已崩落，废石已自然充填采空区，3#至11#矿房局部空区顶板脱落，不稳定，中盘区1#至10#矿房空区顶板局部脱落，稳定到不稳定，西盘区1#至9#矿房空区顶板局部脱落，基本稳定。

2．2 间柱稳固性

东间柱1764（出矿分层）至1785（二分层）1#至7#矿房联道稳固到中等稳固，局部有片帮现象，西间柱4#至5#井之间联道顶板垮落，1#至3#井1764（出矿分层）至二分层联道稳固到中等稳固，5#至7#井联道稳固到中等稳固，局部有片帮现象并伴有间断的岩爆声。

2．3 地压管理现状

东盘区3#至9#矿房，西盘区1#至6#矿房均采用干式（块石）充填，但未接顶，中盘区1#至6#矿房采用块石充填已完成，局部接顶。

3 间柱回采前的顶板管理和空区处理措施

3．1 充填

在安全的前提下，最大限度地对各采空区进行充填，现已充填立方量包括东盘区23 684m3，中盘区44 400m3，西盘区16 288m3，总计84 372m3。

3．2 接顶

在已充填矿房内采用人工接顶方式进行点式接顶。

3．3 放顶

当采取其它措施未能达到安全生产要求时，选择有利空区应力释放的部位进行放顶。

3．4 隔离

在空区与采场联通处采用毛石混凝土墙进行封堵，隔断空区冒落时冲击地压的破坏。

3．5 监测

采用YSS－C型岩体声发射监测仪进行定期观测，及时收集原始数据，及时分析和掌握空区应力集中状态和分布规律，做好生产技术指导和预警。

4 注浆工艺的引入和应用

4．1 注浆方案的选择

13－2－3#矿体矿房已基本开采完毕，东、西间柱已进入备采状态。由于采空区暴露面积大、时间长，间柱受地压破坏明显，给回采工作带来较大的安全威胁。于是，在采空区内充填了块石，但因块石主要来源于掘进废石，它们块度均匀，流动性好，具有松散性和沉缩率较大（15%～25%）的特性，对限制空区围岩移动和间柱变形达不到预期的效果。所以，在回采和出矿过程中极易混入，增加了矿石的贫化率。如留取1～2m隔离层，又会造成矿石再次损失。引进注浆工艺技术，利用液压和气压的原理，通过注浆钻孔或注浆管，把所需液体均匀地注入充填块石中，改善它们的物理力学性质，以满足间柱回采时的安全需要，降低矿石贫损指标和回采过程中的安全风险。

根据采矿方法回采顺序，中5#矿房顶板为大理岩，中等稳固，空区顶板基本稳定，已施工好的1785中段二分层凿平和1777中段一分层凿平均较稳固，在中5#矿房南北两侧4#矿房、6#矿房均进行了块石充填，具备注浆试验工作所需的安全条件和技术条件。因此，选中5#矿房进行注浆工艺试验。依据中5#矿房的安全条件和技术条件，我们对单一式注浆方案和混合式注浆方案进行比较。

Ⅰ方案（单一式注浆方案）：即由1785中段二分层凿平施工下向扇形注浆孔，孔径90mm，排间距5m，最大孔深22m。注浆范围：长38m，南北宽分别为5m，高8m。

Ⅱ方案（混合式注浆方案）：即利用一分层已穿充填体的部分中深孔首先进行水平和上向式注浆，待一分层注浆工作完成后，在1785中段4#矿房和6#矿房充填体上部进行下向式注浆，待下向式注浆工作完成后，最后采用充填体表层浇淋注浆，浇淋注浆工作完成后即完成整体注浆工程，5#矿房井下注浆现场和效果见图1、2、3。

图1 5#矿房井下注浆现场Fig．1 The scene of underground grouting in 5#room

图2 5#矿房井下现场注浆效果1Fig．2 The first effect of underground grouting in 5#room

图3 5#矿房井下现场注浆效果2Fig．3 The second effect of underground grouting in 5#room

4．2 方案比较

Ⅰ方案

优点：1）仅在二分层凿平内施工下向扇形注浆孔，施工组织简单，易于管理；2）注浆设备移动点少，管线短，采用下向式注浆利于高压注浆的压力控制。

缺点：向下施工注浆孔，是在破碎的变辉绿岩中施工，成孔率低，且在充填块石内注浆孔难以形成，需采用下套管等措施，加大了施工难度和注浆成本。

Ⅱ方案

优点：1）采用多方位、多形式注浆，有利于浆液的多方位多层次渗透，形成的注浆体连续性好，力学性能好；2）制作专用的注浆管进行注浆，不再专门掘进注浆孔，减少工序过程和难度，降低成本消耗；3）在间柱压力大、变形大的情况下，缩短注浆时间，通过减少作业时间，降低安全风险。

缺点：1）浇淋注浆需在空区内作业，安全隐患大；2）注浆设备移动点多，不利现场操作。

通过以上综合分析比较，决定采用Ⅱ方案作为实施方案，见图4、5。

图4 中盘区5#矿房注浆设计布置平剖图Fig．4 The profile of grouting in 5#room of middle zone

图5 中盘区5#矿房注浆设计布置纵剖图Fig．5 The longitudinal section of grouting in 5#room of middle zone

4．3 技术经济指标比较

通过表1可知，如不注浆，按常规回采间柱，其损失率、贫化率较大，不利于资源的充分回收利用，采用注浆工艺后，实际多采出锡金属23t，铜金属216t，经济效益显著。

表1 常规回采和采用注浆工艺回采的生产指标比较Table 1 The production indicators comparison between the normal mining and the grouting mining

5 结论与建议

实践证明，正确选取间柱回采参数后，在经干式（块石）充填的空区内，引入注浆工艺提高充填体强度后，确实能起到有效控制空区地压和限制围岩移动的作用，提高间柱回采时开采空间的稳固性［1］。

但由于将注浆工艺技术引入地下间柱的回采，在老厂分矿属首次，因此在回采过程和工艺试验中主要存在以下几个方面的问题：1）由于充填块石是在暴露和不暴露的空场内，其块石的大小和均匀程度都无法获取，给注浆量的多少和流向判断带来难度。2）由于间柱因受力变形大，间柱内部节理裂隙发育，且间柱内的通口多，渗漏点多，浆液极易从孔内裂隙和各通口处渗漏，达不到注浆目的。3）因注浆体在空区内，注浆后的效果检查（如渗透半径、注浆体强度和自立性等）难度大。4）因注浆设备对注浆液体的配比及水玻璃浓度要求苛刻，如超过一定浓度，则极易造成堵管、堵机事故，且很难处理；如浓度不够，则易造成浆液流失、注浆体强度不够等情况，影响注浆效果，达不到注浆目的。因此，工人现场独立操作难度大，不易掌握。

因此，应开展以下几个方面的工作：1）积极开展技术科研活动，提高采矿专业整体技术综合素质，达到科研技改项目的质量要求。2）根据中盘区5#矿房注浆总结获得的各个试验参数和经验，针对存在的问题进行深入探讨和研究，为下一步在全矿的注浆试验打基础，确保注浆工艺技术的推广和应用。3）继续进行注浆工艺推广试验，收集有关原始数据，为综合分析研究提供准确可靠的依据。4）在条件允许的情况下，适当购置有关注浆体的事前和事后的检测设备，收集相关原始数据，以确保注浆质量并达到解决生产实际问题的目的。

最大限度安全、高效、合理地回收原预留的间柱资源，对于云锡老厂分矿乃至整个云锡集团公司的可持续发展具有十分重要的意义。

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［4］ 《采矿手册》编辑委员会 ．采矿设计手册（4）采矿方法［M］．北京：冶金工业出版社，2006：135－170．

［5］ 王 青 ．采矿学［M］．北京：冶金工业出版社，2005：35－70．

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［7］ 张海军，李 涛，衣淑钰，等 ．特大型水平间柱底柱资源回收的技术问题分析及对策［J］．有色金属（矿山部分），2011，63（3）：1－4．

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