柿竹园多金属矿高阶段矿柱连续回采工艺研究*

陈 功,刘子强，欧任泽

(1.湖南柿竹园有色金属有限责任公司， 湖南 郴州市 423037；2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012)

0 引 言

柿竹园多金属矿开采对象为Ⅲ矿带中心315 m×313 m范围富矿段。现采用平窿-斜坡道-溜井开拓。有558， 490， 380三个中段，1条由490 m通往610 m水平的斜坡道，4条由380 m中段通向490 m中段的主溜井(1#～4#主溜井)。其558 m为回风中段，490 m为回采中段，380 m为主运输中段，回采中段以上设有514， 536， 586， 610四个分段，各分段间又设525， 547， 570， 603四个凿岩腰分段。490 m中段南面，有2个通地表的出口，490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，490 m中段Ⅲ矿带的315 m×313 m范围内，按矿房长64 m，宽20 m，矿柱宽15 m，阶段高68 m，分段高11～14 m，划分为36个矿房，加上3、4盘区向北扩的2个矿房共38个。至今，已采36个矿房，回采高度为514分段～558中段，490中段做底部结构出矿，558中段-610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

558～610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490～558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52 m。与方案1相比优点有：采切工程量小，回采效率高，不需要在490～558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558， 490两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490中段，高14 m，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、586分段平巷以及各进回风联络道、610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。558 m水平以上矿体和490中段间柱同时进行采准工作。558 m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5 m布置于整条凿岩天井中，人员、设备在间柱凿岩硐室内作业。

图1 采切工程布置剖面图

1.2 凿岩布孔

凿岩布孔采用BQ100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3.2～3.6 m、排距2.5 m,最小抵抗线2.5 m,每个硐室的第一排孔倾角≤5°，最后一排孔倾角≤45°；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。

图2 炮孔布置

图3 炮孔布置

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≥0.35%的矿段)的矿量约48万t。其中房间柱(不含底柱)矿量约15.5万t，盘间柱(不含底柱)矿量约8.5万t，顶柱约24万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48万t，一次爆破炸药量约260～312 t，爆破规模大。

(2) 一个房柱连顶柱带相应的盘间矿柱，分3～4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21～32 m，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490～558房间矿柱，再崩落相应盘柱和558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558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VCR法采矿。

(4) 先崩落558以上矿体，再崩落490～558房柱和盘柱。该法也减小了一次爆破量，但490～558房柱和盘柱高品位矿石，覆盖于558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800 t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558～610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30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20 m，20 m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10～50 m)的矿石回采问题。