岩体发射器在铜绿山矿底柱回采的应用与研究

徐 喜

(大冶有色金属有限责任公司铜绿山铜铁矿， 湖北 大冶市 435101)

岩体发射器在铜绿山矿底柱回采的应用与研究

徐 喜

(大冶有色金属有限责任公司铜绿山铜铁矿， 湖北 大冶市 435101)

针对铜绿山矿为了回采底柱矿体以解决无矿可采的问题，根据底柱工程的地质条件，选择间隔条柱式进路充填法进行底柱回采，并采用岩体声发射监测仪监测底柱回采过程中岩体的声发射信号，以确保底柱安全高效回采。声发射监测结果表明，底柱回采前后岩音监测无明显变化，基本无大事件发生，该采矿方法可满足现场生产需要。

采矿方法；岩体发射器;底柱回采

1 概 述

铜绿山矿井下经过几十年开采，资源量逐年减少。尤其是近几年来，矿山加快资源开发战略，井下采场消失加快。目前，井下采矿已经全面转入-425 m中段，大部分采场面积较小；而-485 m中段正在开拓基建，且进度缓慢，前期勘探与现场工程揭露情况表明，深部矿体厚度变薄与井下矿石品位下降趋势明显。根据坑采车间井下生产技术统计的数据，目前井下采场仅有40多个，可采面积大约23000 m2，平均供矿品位在1%左右，面临700 t/月的开采任务，井下经常遇到无矿可采的困境。

为了提高资源开发利用效率，缓解井下生产压力，必须加强井下探矿与矿产利用力度，主要从以下两个方面着手：一是加强端部和零星矿体探矿，增加地质保有储量；二是通过采矿技术攻关，加大残矿与底柱矿体回收力度。

2 工程地质条件

铜绿山矿井下-305 m中段Ⅳ号矿体基本回采结束，根据前期地质勘探报告与坑探揭露二次工程圈定，Ⅳ号矿体底柱地质保有矿量约40万t。Ⅳ号矿体属于矽卡岩型的岩浆岩矿床， -305 m中段位于该矿体比较厚大的一部分，矿体铜平均品位1.5%，铁平均品位36.46%，矿体地质条件总体属于中等稳固。矿体围岩总体上盘大理岩，地质条件属于稳固；下盘矽卡岩，地质条件属于中等稳固。

工程地质条件表明，在没有开采扰动下，原岩应力条件下，-305 m底柱岩体工程属于中等复杂，但在矿体回采或者围岩开挖条件下，岩体扰动比较大，局部地段岩体可能变化较大，岩体可能处于塑性状态，甚至一些岩体可能已经发生了破坏；尽管回采区域内已经充填，但充填体抗拉与抗剪强度比原岩应力小很多。因此，-305 m底柱工程地质条件为复杂型，底柱安全回采难度较大。

由于-305 m底柱工程地质条件复杂,对应试验回采区域内上下均为充填体，且底柱厚度仅8 m，因此崩落法和空场法不适用，必须考虑采用充填法。铜绿山原采用矿普通采矿法—点柱式上向水平分层充填法，回采后形成空场然后充填，也不适合底柱回采。通过分析，认为进路充填法配套岩体发射监控顶邦围岩是唯一能够适用于这种复杂地质条件下的采矿方法。

3 岩体发射器简介

岩体声发射是岩体受力产生裂隙扩展或断裂而产生的现象。岩体声发射监测技术与其它岩体稳定性监测技术具有各自不同的特点与技术优势，岩体声发射监测技术具有如下特点:

(1) 岩体声发射代表着岩体受力实时动态特征，其监测结果可以反映岩体稳定性的发展趋势和有效预报岩体失稳的危险状态；

(2) 声发射监测可以更早地提供岩体受力损伤或破坏的信息，对于预报岩体灾害性事故而言，则是提供了更多的宝贵防灾时间；

(3) 监测范围广；

(4) 声发射监测技术可以实现声源定位。所以岩体声发射反映了岩体的动态变化特征，可以作为预测预报，评价岩质工程结构稳定性的依据。岩体声发射监测仪及其工作原理见图1和图2。

图1 岩体声发射监测仪

图2 岩体声波发射监测仪工作原理

根据施工技术条件，选择试验采场区域范围，然后在试验区域范围内第一次进行声发射试验，监测岩体工程稳定性；根据回采区域特征和测试岩体声发射结果，设计进路式回采巷道，待进路回采巷道形成后，进行第二次声发射试验，监测矿柱岩体与进路顶板的稳定性；根据声发射监测结果，设计巷道刷扩断面，断面刷扩完毕后，进行第三次声发射试验，监测矿柱岩体与进路顶板的稳定性；工程试验完成后，迅速对回采区域进行接顶充填。根据以上监测结果，试验得出合理回采断面尺寸，确保底柱安全高效回采。监测顺序如图3所示。

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图3 监测顺序

4 试验回采区域选择

4.1 试验回采区域选择

为了避免底柱回采对-305 m以上采场扰动，所选回采区域必须保证对应上方-305 m区域已回采充填完毕；同时试验区域对应下方的-365 m采场顶柱回采并接顶充填完毕，确保底柱回采是在实体上安全作业。

根据井下目前生产状态，-305 m底柱Ⅳ号矿体七穿与八穿之间满足回采的上述两个基本条件，本次试验回采区域即选择北沿七穿与八穿之间的底柱回采区，前期进行试验回采区域的设计，回采过程中通过监测手段预测，为底柱安全回采提供技术依据。

4.2 试验技术方案

4.2.1 技术方案

-305 m底柱Ⅳ号矿体七穿与八穿之间对应-305 m的6417，6418采场，对应-365 m为7417，7418，7419采场，以上回采采场均采用点柱式上向水平分层充填法，因此底柱回采区域内存在以下几个问题：

(1) 对应-365 m为7417，7418，7419采场回采过程中可能存在采场顶部充填后未完全接顶；

(3) 进路采矿法回采底柱过程中，不能达到较好充填接顶效果。

根据上述存在的问题，最终选择间隔条柱式进路充填法(如图4所示)。

图4 底柱回采方案

4.3 试验监测方案

本方案间隔进路式回采过程中，地压显现最突出的位置为：

(1) 回采进路顶板容易产生下沉或者冒顶的部位；

(2) 预留条柱容易发生失稳，不足以支撑上部岩体。为了预报进路式采矿安全及时准确，试验过程中选择进路的顶板与两邦作为试验监测的测点部位(见图5)。

图5 探孔布置剖面图

4.4 试验监测结果分析

进路回采前和回采中声发射监测结果见表1～表4。

表1 回采前穿脉巷道声波监测

表2 进路回采时声发射监测

表3 进路刷扩时声发射监测

表4 进路充填后沿脉声发射监测

由表1～表4可知，回采前后岩音监测无明显的变化，基本无大事件概率，按照目前设计的要求，采用间隔条柱式进路充填法基本能满足现场实际生产的需要。

5 结 论

(1) 铜绿山矿过度开发资源，导致目前可采资源量较少，深部矿体储量及品位急剧下降，难以满足矿山开采任务。因此，必须加强端部和零星矿体探矿以及加大残矿与底柱矿体的回采。

(2) 根据底柱矿体的保有储量，决定回采底柱矿体，然而底柱矿体工程地质条件复杂，回采难度大，提出了进路充填法配合岩体声发射监控围岩的方法以便安全开采底柱，并对底柱回采方案进行了设计。

(3) 采用岩体声发射监测仪进行回采前穿脉巷道、进路回采时、进路扩刷时、进路充填后的声发射监测，结果显示岩音监测无明显变化，基本无大事件发生，可以安全回采底柱矿体。

2017￣08￣15)