水平干式充填采矿法回采顶底柱方案的改进探讨1

第一篇：水平干式充填采矿法回采顶底柱方案的改进探讨1

水平干式充填采矿 法回采顶底柱方案的改进探讨

贾元新

（中国黄金集团夹皮沟矿业有限公司）

摘要

本文主要叙述了夹皮沟矿业有限公司，在使用水平干式充填采矿法回采顶底柱中存在的问题，改用电耙充填法在技术上和安全上的可行性，还介绍了改变脉内运输巷道木支护形式、采用人工钢筋混泥土保护层与喷射混泥土支护结合，对安全回采顶底柱的作用。关键词

铲运充填法

电耙充填法

人工保护层

一、夹皮沟矿业有限公司采矿方法及顶底柱回采现状简介：

1、矿床地质概况

夹皮沟矿区矿体为含金石英脉型，矿体倾角为70°～85°，平均厚度为0.6～1.5m，多为1.0 m左右，矿脉中含有长石、石英、方解石、绢云母、绿泥石等，裂隙、节理较发育，断层错动现象较为突出；近矿围岩主要为蚀变斜长片麻岩、斜长角闪岩、混合片麻岩，裂隙、层理较发育、稳固性较差。矿体与围岩接触界线清楚、接触面光滑，且有较厚的断层泥存在。矿岩坚固性系数在6～12，因此，矿岩属中等稳固或中等稳固以下，脉内巷道或采场顶板暴露面宽度在1.8～2.0m以下时，不易冒顶，在2.0m以上时，易发生冒顶和上盘片落。

2、采矿方法及顶底柱回采情况：

1)我公司在使用微型铲运机出矿，水平干式充填采矿法（铲运充填 法）以前，传统的浅孔溜矿法占主导地位，实践证明：这种采矿方法具有采切工程量小，回采效率高，工人劳动强度低，矿房生产能力大等优点，配合接杆中深孔凿岩，回收顶底柱的效果也较好，一般回收率可达70～80%，但浅孔溜矿在回采过程中损失贫化较大，特别是回采完毕后，大量放矿时，由于上盘围岩片落、矿石损失贫化更为突出，为此公司引进了微型铲运充填法，此法在八家子矿首次试验成功，进而在二道沟矿、小北沟矿得到推广，使房采的损失贫化得到大幅度下降，有效地回收了矿房的工业矿量，但水平干式充填采矿在配合顶底柱回收上还存在一定弊端，我公司由于处在新老采矿方法交替时期，加之矿体赋存条件复杂，顶底柱回采方法单一，矿量损失严重，这一问题至今没有得到解决。目前，我公司顶底柱处于以下几种回采状态：(一)上部中段已用溜矿法采完的矿块剩下的底柱和下部用水平干式充填采矿法开采所剩下的顶柱，如图1—1ab(二)上部已用水平干式充填采矿法采完剩下的顶底柱，和下部用水平干式充填采矿法采完剩下的顶柱，如图1—2 针对上述两种情况的顶底柱，我公司一般设计采用充填法回收顶柱（既用正常房采的形式进行），待顶柱采至上中段水平，并且充填至上中段水平底板，再用崩落法回采图1—1的底柱，用空场法回采1—2的底柱。实践证明，这种方法获得成功的例子几乎不多，其原因有如下几点：⑴由于矿脉赋存条件复杂，矿脉与上下盘围岩多呈光滑的断层面接触，且矿脉裂隙节理发 育，使用正常充填法回收顶柱时，由于出矿和充填过程中，顶板悬顶过高（一般在4.0米左右），上盘围岩极易发生片落，进而造成顶板暴露面较大（有时宽度可达3-4m）发生冒顶事故。

（2）因矿脉与围岩呈滑面接触，加之顶板暴露面大，当顶柱上采至距中段水平3-4m高时，靠近人道井和充填井的矿体稳固性极差，有大面积滑脱现象，严重者可直脱到上部采场人工假底位置，如图1—3（3）在我公司脉内运输巷道普遍采用木支护形式。顶柱上采逾接近运输巷道，地压活动逾强烈，因而巷道发生变形，木支护出现倒塌，棚梁断裂，迫于安全威胁，只能停止上采图1—3。（4）即使顶柱能够正常上采至运输巷道底板、崩落的最后一层矿量由于悬顶过高，也无法安全出矿和充填，导致上部采场底柱不能回采，如图1—4

二、顶底柱回采方案的改进探讨

综上所述，夹皮沟顶底柱回采效果差的主要原因就是：没有适当的回采方案与顶底柱自然状况相适应，回采中安全威胁大，造成大部分矿量损失。据不完全统计，我公司顶底柱矿量占矿块矿量25～30%，回采含金300kg的矿量，就会有含金60kg左右的矿量损失在顶底柱上，其数字是惊人的。因此，如何解决充填采矿法中顶底柱回采问题，成为工程技术人员的一大课题，为此，改进顶底柱回采方案势在必行。

笔者认为，要想选择出切实可行的顶底柱回收方案，必须解决回 采过程中的地压管理问题，否则，经济上再合理的方案如控制不了冒顶、片帮及矿脉滑落等地压活动，都是无济于事的。下面来探讨一下回采方案的改进措施：

1、回采方案的选择

把原水平干式充填（铲运机出矿）回采顶柱改为电耙充填法回采顶柱，原回采底柱的方案不变。即对图1—1和图1—2两种类型的顶柱采取如下方案：

第一方案：对图1—1a的顶底柱情况，采用电耙充填法回采顶柱（用YSP-45凿岩机凿岩），顶柱采完后，用中深孔（YG-80导轨式凿岩机凿岩）崩落法后退式回采底柱。

第二方案：对图1—1b的顶底柱情况，顶柱回采与第一方案相同，顶柱采完之后，用接杆（YSP-45凿岩机凿岩）崩落法后退式回采底柱。

第三方案：对图1—2的顶底柱情况，仍采用电耙充填法回采顶柱，顶柱采完后，用空场法（YSP-45凿岩机凿岩）后退式回采底柱。与上述三方案相配合的支护形式是，把脉内运输巷道木支护形式（木棚子）改为喷射混凝土支护，在巷道底板浇灌400mm厚的人工钢筋混凝土保护层（简称：人工保护层）

在下部采矿没有接近顶柱之前，脉内运输巷道地压还没有活动时，提前施工喷射砼和人工保护层，针对不同底柱回采形式喷射砼和保护层的形成如下：

对于第一方案，由于底柱采用YG-80中深孔凿岩，因此要 对巷道进行片帮、挑顶、形成足够的凿岩空间，之后，进行浇灌人工保护层，保护层施工完后，还没有进行养生时，立即对巷道进行喷射砼，以保证喷射砼与保护层牢固结合在一起，共同承担底柱的压力。施工保护层之前，要在巷道底板向两帮打1.0～1.5m深的锚杆眼，插入∮32圆钢，并与保护层浇灌在一起，以增强其稳固性。如图2—1a 对于第二、第三方案，喷射砼和保护层的形成与上述原理相同，但运输道不需片帮挑顶，如图2—1b

2、顶柱回采方案：

如前所述，三方案的顶柱回采均采用电耙充填法，在人工保护层下进行回采，出矿和充填均采用电耙配以人工进行，其工艺简述如下：（1）铲运充填法正常上采至顶柱界线附近，用YT-27或YT-24水平凿岩机压平采场，出矿充填后，使顶板保持1.8～2.0m高度，使顶柱保持6～7m的高度。

（2）对采场顶板及两帮进行支护，支护办法一般采用废石块砌筑，见示意图2—1c。一般要求石墙跨度在1.5～1.8m范围内（原则上能保证电耙正常耙矿和充填），但特殊情况矿脉较宽处的跨度矿体和水平厚度一致。

（3）废石墙初步养生后（一昼夜），采用耙矿充填法正常上采顶柱，为减少矿石损失贫化，矿体与围岩分次爆破，出矿后按1.2～1.5m的采幅崩落围岩进行充填。崩落围岩充填料不够，用外采充填料补充。见图2—1d(4)顶柱上采完毕并且充填后，留1.8m高对保护层进行支护，支护 形式是沿采场每隔2m左右打木顶子，采幅较宽处，根据实际情况适当加密，其作用是保证上部底柱回采安全。如图2—1d

3、底柱回采方案：

（1）YSP-45接杆中深孔崩落法回采底柱。见图2—1d。炮眼间距1.0m，崩矿步距1.0m，即每次崩落一排炮孔。

（2）YG-80中深孔崩落法回采底柱。爆破与放矿在覆盖岩下进行，见图2—1e，从底柱的一端后退式回采，炮眼间距和排距为1.0米。崩矿步距分1.0米和2.0米两种。

（3）YSP-45浅孔空场法回采底柱。见图2—1f以溜井为界把底柱划分为若干个小矿房，以每个小矿房作为回采单元，从底柱的一端向另一端回采，其回采作业是在人工假底下进行。开采小矿房时，首先开凿中央天井，以其自由面进行回采，最后一层回采时，炮眼空底距假底要保持0.3米距离，以防破坏假底，炮孔与各溜井混凝土距离也要保持在0.2米。

三、改进方案的可行性分析：

1、在技术和安全上的可行性

（1）改变脉内巷道的木支护为喷射混凝土支护对回采顶底柱的作用：木支架（即木棚子）支护形式主要是靠棚梁和棚腿承担巷道顶板的垂直压力和两帮的侧压力。由于木支架不能充分与围岩接触，所以，上部和两帮的围岩松动后作用在支架上，木支架的作用原理是承受松动围岩和原岩的共同压力，因此这种支护形式应用在底柱的巷道中，对底柱的回采十分不利，脱落的岩石压在棚 梁上，回采底柱时，必须拆掉支架，作业危险性较大，有时没有拆除的可能性，底柱无法上采。更严重者影响到顶柱的回采，当顶柱上采到一定程度时，由于巷道底板下沉，这时木支护基本失去作用，如前所述，巷道发生扭曲变形，棚梁倒塌，进而导致顶柱亦无法上采。

改用喷射混凝土支护，能避免上述矛盾。巷道开挖之后，迅速以喷射混凝土支护，使支护层与巷道周边围岩紧密接触，共同承担原岩应力，保证原岩不松动，因此对将来回收底柱创造了必要条件。

（2）人工保护层对回采顶底柱的作用：

在巷道底板浇灌钢筋混凝土人工保护层与巷道两帮及顶板喷射混凝土支护相结合，其作用之一就是共同承担来自巷道顶板及两帮的压力，保持底柱的稳固性，除此之外，还能够保证顶柱上采时的安全，防止顶板冒顶及整个顶底柱的滑脱。人工保护层还能满足底柱回采时运输设备、人员在其上部行走及出矿要求。（3）选择电耙充填法回采顶柱，较铲运充填法的优越性： 如图2—1c，铲运充填法要求最小采幅在1.5米以上，而且在采场中还需要开凿调车硐室和避炮硐室，这样采场顶板的暴露面较大，易发生冒顶事故，影响正常上采，采用电耙充填能够缩小采幅，它要求最小采幅在1.2米即可，无需开凿调车硐室，能有效控制采幅，避免两帮片落及顶板冒落，有利于回采安全。（4）废石墙支护作用： 顶柱上采之前，对采场上下盘围岩进行废石墙支护，能保证上下盘围岩在顶柱上采时不脱落，废石墙支护视采场围岩稳固情况而定。若围岩稳固，可不支护。

由于电耙耙矿与充填，喷浆支护，石墙砌筑，在我公司有能力进行施工，因此，笔者认为改进后的支护形式与顶底柱回采方案，在技术和安全上是可行的。

2、经济分析

按开采长50.0m，高11.0m，平均脉幅1.0m，品位10g/t的顶底柱进行经济比较。

工业矿量Q=1540t,含金量P=15.400kg 采用电耙充填法回采顶柱，空场法回采底柱，采幅1.2米。一次贫化率15%，一次损失率5%。则：Q采=1721t

C采=8.501g/t

p采=14.630kg回采1吨矿石的直接成本见下表。由表中可见，采1吨矿石直接成本费为 19.9元，选冶实收率按87.5%计算，采每吨矿石可回收黄金8.501×87.5%=7.483g。07年黄金价格为150元，故采一吨矿石工业总产值为1115元，远远超出直接成本费的价值，以上是改进顶底柱采矿方法后，直接成本与工业总产值的粗略比较，在这里不与原铲运充填法相比较，因原方法回采率仅达25-30%，大部分矿石损失掉，因此，与之比较无实际意义，由此可见，采用改进后的顶底柱回采方案在经济上是合理的。