程潮矿业崩落法与充填法过渡区域开采技术研究

梁万 王西兵

【摘  要】介绍了程潮矿业由无底柱分段崩落法向充填法过渡，对过渡区域通过开展技术研究，确定了隔离矿柱参数，确保安全顺利完成采矿方法过渡。

【关键词】过渡;崩落法;充填法;隔离矿柱

引言

程潮铁矿以15#勘探线为界划分为东部和西部两个矿区。东部范围为东起拦洪坝、西至公路边搬运站长约400m。东区自1969年投产以来，已生产50年，采用无底柱分段崩落法开采，地表出现大范围开裂。西区地表范围，有选矿厂和居民区。

因此充填法开采将会成为日后矿山开采的主流方法。但一次使用充填法完全取代崩落法是不实际的，因此从崩落法到充填法的过渡阶段研究显得尤为重要，进行崩落法与充填法联合开采的研究具有重要的意义。

1.开采范围

1.1开采矿体

开采矿体位于-430m～-500m水平的5#～49#勘探线之间的矿体，主要包含Ⅲ号矿体，Ⅴ号矿体，Ⅵ号矿体，根据矿体的形态、产状和勘探工程的布置，设计储量计算采用水平平行断面法，储量约1564万t;储量分布见下表1。

1.2充填法与崩落法开采区域界线的划分

程潮矿业东区矿体与西区矿体（以15#勘探线为界）在-430水平相连，如果沿用无底柱分段崩落法开采至-500m水平，地表移动区域将会覆盖选矿厂等地表重要构筑物，为了保护西区地表选矿厂的建构筑物，西区-430水平以下采用充填法，东区继续沿用无底柱分段崩落法开采。为保证无底柱分段崩落法和充填法开采互不影响，需在无底柱分段崩落法开采区与充填法开采区之间预留隔离矿柱。

根据回采方式的不同，预留隔离柱有所不同。当充填法由15#勘探线向西回采时，只需在紧邻-430水平以下的位置留水平隔离顶柱，如图1所示;当充填法由西向15#勘探线回采时，需要在紧邻-430m水平以下的位置留水平隔离顶柱，并在15#勘探线附近留垂直保护矿柱，如图2所示。在两种隔离矿柱中，水平方向隔离矿柱的稳定性主要与厚度有关，垂直方向隔离矿柱除与厚度有关系外还与岩石的移动角有关。

垂直保护矿柱中的移动角与地质条件有关，根据程潮矿业与科研院校在岩石移動机理研究和移动角实测的大量工作，可以得出以下结论：

程潮矿业东区1#、2#矿体地表监测网实测结果：移动角一般为50°～65°，其中上盘平均为55°，下盘平均为63°。

东区粘土层及断层面自然安息角=4～20°，滑移角=47～55°大理岩、角砾岩、闪长岩的=26～44°，滑移角=58～67°。矽卡岩=26～36°，滑移角=58～63°。花岗岩=48～62°，滑移角=69～76°，平均58～61.5°

根据实际情况，因此采用上盘移动角61°、下盘和西端部移动角62°圈定开采移动线。程潮矿业西区过渡区充填法生产范围基本位于15#勘探线以西。15#勘探线以东采用崩落法开采，在隔离矿柱端部形成62°移动角，则垂直保护矿柱的外表面与水平呈62°夹角。预留隔离矿柱如下图。

1.3开采顺序

采用无底柱分段崩落法与充填法同时进行开采，根据所选用的采矿方法，充填法在各自划定范围内自下而上开采，无底柱分段崩落法自上而下开采。

2.过渡区域隔离矿柱开采技术研究

对于深部采矿方法转型的矿山，存在着采矿方法过渡阶段，在此期间，上部开采的产量逐渐减少，深部的产量逐渐增加，直至上部完全停产，深部达产。当深部的采矿方法为空场法、留矿法、充填法等采矿方法时，上部和深部在同一垂直面内工作，要求上下部之间要留有一定厚度的隔离矿柱。采用充填采矿法时，为安全生产，必须在开采过程中留适当厚度的隔离矿柱。

所留的隔离矿柱是在充填法开采首中段全部完成后再采用无底柱分段崩落法进行回采，保留时间越长，回采困难，其回收率相对较低，且隔离矿柱是进行了开拓和采准后的准采矿量，现将其推后回采，若隔离矿柱厚度过大，可能会使矿山采掘失衡，造成资金闲置。若隔离矿柱厚度不够，将会在矿体回采时或空区充填前破坏，影响回采指标和充填效果，甚至造成严重的灾难事故。因此，必须进行深部崩落法转充填采矿法隔离矿柱厚度研究，确定合理有效的隔离矿柱厚度，确保矿山安全顺利完成采矿方法过渡。

2.1垂直保护矿柱的回采

竖直方向上崩落法向充填法的直接过渡如图所示。将崩落法的最后一个分段作为崩落法转充填法的过渡层，同时作为充填法的顶柱。具体回采方案如下：

（1）崩落法回采阶段上分段继续采用崩落法进行回采;

（2）将崩落法回采阶段的最后一个分段作为崩落法转充填法的过渡层，同时作为上向水平分层充填法的顶柱;

（3）可同时对充填法开采阶段进行回采;

（4）待充填法阶段矿石回采充填完成后，再对其过渡层矿石采用无底柱分段崩落法进行回收。

（5）崩落法回收过渡层内的残余矿石待充填法回采完毕后使用浅孔爆破回收。

此种过渡方法将形成崩落法转充填法两种采矿方法联合开采的采场布置。崩落法转充填法开采阶段过渡区域布置方案示意图如图3。

这种方法回收进行过渡，采场结构划分简单，可以在不同阶段同时采用崩落法与充填法回收矿石，回收效率高。但过渡区矿石采用崩落法回收，回收率较低，贫化率较高，且长期使用崩落法开采的矿山，直接转为充填法开采，对于矿山工程技术人员提出了更高的要求，需提前进行充填法的回采培训。

2.2隔离矿柱稳定性分析与几何参数确定

隔离矿柱的主要作用是保证充填法采区的稳定，由于隔离矿柱回采一般比较困难，隔离矿柱厚度太大，造成大量矿石滞留;隔离矿柱厚度太小，影响充填法安全回采，因此必须确定合理的隔离矿柱尺寸。

（1）数值模型的建立。采用分段空场嗣后充填法由西向15#勘探线回采时，矿块垂直矿体走向布置，将矿块沿矿体走向划分间隔布置的矿房和间柱，采用隔一采一的方式进行回采，先采矿房，后采间柱。开采中分段少量出矿，矿石崩落完成后阶段底部一次出矿，出矿完成后阶段充填。因此在回采最后一个矿房时垂直保护矿柱是最不稳定的，模型以阶段放矿完成后未充填之前的状态建立。计算中，考虑圣维南原理，模型除上向的其他方向各延伸3～5倍矿房宽度。模型尺寸长×宽×高为100m×100m×130m。建立的数值模型如图4所示。在图4中，垂直隔离保护柱端部宽度D为20m。