矿柱回收技术在猫场地下铝土矿开采中的工业试验

杨远军 刘建龙

（中国铝业贵州分公司）

猫场矿区位于贵州省中部清镇市犁倭镇境内，猫场矿区隶属于中国铝业贵州分公司，也是贵州华锦铝业公司最重要的铝土矿矿石原料供应基地［1］。矿区自2016年6月投产，采矿方法主要采用留矿壁护顶房柱法开采，采场内留设了大量矿柱用于支撑顶板，造成了资源的损失，达不到我国《铝行业准入条件》（2007年第64号）的相关要求［2］。因此，开展矿柱回收技术研究是非常必要且有意义的。

1 开采技术条件

猫场铝土矿为特大型沉积型铝土矿床，含矿岩系为下石炭统大塘组（C1d）。含矿岩系厚度受其下伏地层古喀斯特侵蚀程度制约，凹处厚度大，凸处厚度小。含铝岩系厚度为0.30～25.09 m，由黏土岩、硫铁矿、铝土矿及铝土岩等组成，具工业价值的铝土矿矿体产于含铝岩系中。

矿床间接顶底板由碳酸盐岩组成，直接顶底板由黏土岩类组成，厚为0.27～25.09 m，平均为9.81 m，其中直接顶板厚为0.00～15.62 m，平均为1.77 m；直接底板厚为0.00～112.97 m，平均为3.22 m；矿体直接顶底板平均RQD值为12.50%，属软质岩石块状结构不稳定岩体。

矿床间接顶板摆佐组（C1b）大部分为坚硬岩石，属块状结构的稳定岩体。矿床间接底板娄山关群（Є2-3ls）岩溶发育相对较弱，裂隙多呈闭合性，岩体较完整，除主要断裂带及其影响带之外，为坚硬岩石块状结构稳定岩体。

对于铝土矿层，土状铝土矿属软质岩石块状结构不稳定岩体矿体，致密状铝土矿属硬质岩石、块状结构的稳定岩体，总体属硬质岩石与软质岩石互层的层状结构不稳定岩体。

2 矿柱回收工业试验

2.1 试验采场概况

试验采场位于南部1 160 m中段南西巷与1 180 m中段之间，该采场由钻孔ZK418、ZK425、ZK1180-Z21控制，矿体平均厚度3.64 m，矿体平均倾角7°，直接顶板厚度约1.2 m。

2.2 试验采场结构参数

工业试验采场沿走向布置，矿房走向宽度约55 m，倾向长度约56 m，矿房高度即为矿体的平均厚度，为3.64 m，采场顶底柱水平宽度为5 m。置换矿柱选用混凝土矿柱，混凝土标号为C20。置换矿柱尺寸为4 m×4 m，矿柱边对边间距为6 m，高度为矿体厚度，约3.0 m（考虑护顶矿壁厚度0.6 m）。采用人工矿柱置换原生矿柱时，必须确保人工矿柱的尺寸能满足稳定性要求［3-4］。

2.3 采准切割工程布置

（1）采准工程。采准工程有铲运机平巷、人行回风天井。铲运机平巷沿矿体底板掘进，实际掘进过程中根据矿体变化而调整，人行回风天井从中段运输巷掘进到铲运机运输平巷。

（2）切割工程。切割工程有切割上山和切割平巷。试验采场施工2条切割上山和5条切割平巷。切割工程在矿体内沿矿体底板布置，根据矿体底板变化情况及时对切割工程坡度进行调整，如图1所示。

2.4 混凝土人工矿柱施工工艺

混凝土人工矿柱施工工艺如下。

第一步：施工混凝土人工矿柱槽。

第二步：底板处理。先清理底板上的矿岩碎石并整平，锚杆端部要打入底板稳固岩体不小于0.5 m，锚杆网度为1 m×1 m，锚杆直径大于20 mm。如图2所示。

第三步：立模。混凝土人工矿柱有三面为矿体边界，只需立一面金属模板即可。

第四步：浇筑混凝土人工矿柱。混凝土矿柱分2次浇筑，每次浇筑厚度不宜超过1.5 m，每浇筑30～50 cm时使用振动棒振动，2次浇筑间隔时间应控制在3～5 d，混凝土金属模板在3 d后拆除。为增加抗剪强度，1 m3混凝土添加30 kg钢纤维。

第五步：接顶处理。浇筑混凝土人工矿柱与矿体顶板接近时，采用喷射混凝土方法将混凝土人工矿柱与矿体顶板进行密实接顶。

2.5 矿房回采工艺

试验采场矿体采用沿矿体倾向由上而下的退采回采顺序进行开采，回采工艺为常规的采矿工艺，包括凿岩、爆破、通风、顶板处理、出矿。

（1）落矿。凿岩及铲装设备：采场落矿作业根据现场实际情况采用YT-2870型气腿式凿岩机进行凿岩，钎杆直径为38 mm，炮孔直径为40 mm，钎杆长度为2.5 m；采用铲运机进行铲装。爆破孔网参数：扩帮和压顶炮孔排距b=0.8 m、炮孔间距a=1.0 m，扩帮炸药单耗q=0.5 kg/t，压顶时为保证矿石大块产生率，单位炸药单耗按近似松动爆破取值，压顶炸药单耗q=0.35 kg/t。

（2）出矿。铲运机由各切割平巷，经切割上山将矿石运至1 180 m中段南西巷。出矿设备为LH-204型铲运机，严格按照矿石质量的分运、分装工作。装入UQ-5型自卸汽车后，通过运输巷道运至矿石溜井，再由胶带斜井运出地表。

（3）地压管理。对采场顶板不安全区域进行采取锚杆（网）支护措施，以确保采场顶板的回采安全，采场地压由浇筑的混凝土人工矿柱来支撑上覆岩层压力。

（4）采场通风。新鲜风流由1 160 m中段南主巷进入，经切割上山清洗切割平巷，最终经1 180 m中段南主巷回风巷排出。

2.6 现场施工技术要求

刷帮和压顶时，靠近混凝土人工矿柱附近矿体爆破时，炮孔底部距混凝土人工矿柱间距不小于30 cm。

靠近混凝土人工矿柱的炮孔，要采用YT-2870型气腿式凿岩机凿岩，本着多打孔、少装药原则，以减小对混凝土人工矿柱的爆破影响，炮孔底部与混凝土人工矿柱间的距离不少于50 cm。

为确保混凝土人工矿柱施工人员以及设备的安全，需提前做好采场顶板安全防护［5］。

对混凝土人工矿柱进行喷射混凝土接顶时，要将喷射混凝土喷射管道尽可能插入顶板最里面，才能保证混凝土人工矿柱完全接顶。

在矿体回采过程中，若出现混凝土人工矿柱未完全接顶时，可采用圆木填塞进行接顶。

3 技术经济指标

技术经济指标见表1。

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4 结 语

以贵州猫场铝土矿为例，开展矿柱回收技术工业试验，用混凝土矿柱替代矿石矿柱。工业试验现场采用C20混凝土人工矿柱，自始至终未出现压裂破坏，说明工业试验混凝土人工矿柱尺寸、跨度是合理且安全可靠的，能够对采场顶板起到有效支撑作用，明显增加了单采场矿石资源的回收率，可以为类似矿山提供借鉴和参考，有利于提高铝土矿地下开采回收率。