礦柱回收概述

礦柱回收是指某段礦場(chǎng)開(kāi)采完畢后對(duì)礦山開(kāi)采所留設(shè)的安全礦柱、巖柱，根據(jù)用途不同，分為保護(hù)地面建筑及井筒的礦(巖)柱、開(kāi)拓礦(巖)柱、采區(qū)礦(巖)柱等礦柱的回收。礦產(chǎn)資源屬于不可再生資源，在加強(qiáng)礦產(chǎn)資源的勘探開(kāi)發(fā)的同時(shí)，還應(yīng)不斷提高礦石回收效率，最大程度的從正在開(kāi)采的礦床中回收礦產(chǎn)資源。

有色金屬礦山大部分保留各種類(lèi)型的礦柱，礦柱礦量據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示大約占礦山可采量的30%~40%。礦柱大量積壓，會(huì)造成礦石資源的大量損失，而且也存在嚴(yán)重的安全隱患，因此，礦柱的回采對(duì)礦山的生產(chǎn)、安全、經(jīng)濟(jì)效益有重大的影響。

國(guó)外金屬礦山應(yīng)用房柱法回采比較多。原蘇聯(lián)的馬格涅季特鐵礦礦山工業(yè)場(chǎng)和高山機(jī)械廠在地下有6000多萬(wàn)噸的保安礦柱儲(chǔ)量，回采使用的采礦方法是房柱法嗣后膠結(jié)充填，這樣既能夠保證工業(yè)場(chǎng)地穩(wěn)定，同時(shí)也能成功回采保安礦柱；前蘇聯(lián)茲良洛夫礦在殘留礦柱的二次回采上使用的是振動(dòng)出礦技術(shù)，房間礦柱和頂柱向采空的礦房崩落，同時(shí)振動(dòng)放礦機(jī)出礦，這會(huì)有益于對(duì)殘留礦柱的回采；美國(guó)馬格蒙特礦為了對(duì)礦柱中的高品位礦石成功回采，采取了錯(cuò)索支撐保護(hù)大約27m的礦房跨度；墨西哥的格雷羅礦則同時(shí)回采礦柱和進(jìn)行采空區(qū)充填作業(yè)，最終成功回收得到高品位礦石；加拿大湯普森礦也取得一定的成果，垂直礦塊采礦法（VBM）被使用，進(jìn)行對(duì)房間礦柱大量崩礦回收，并且采用圓木假頂護(hù)頂；羅德礦，地處加拿大，采用圓木假頂護(hù)頂，在高應(yīng)力錯(cuò)索支撐的護(hù)頂?shù)谋Ｗo(hù)之下，回收礦柱頂柱，創(chuàng)造了一個(gè)非常安全的作業(yè)環(huán)境。

日本在礦往回采的安全管理研究上同樣作了許多工作，分析回采礦柱及圍巖的相關(guān)有限元分析結(jié)果，在礦柱回采中，對(duì)殘留礦柱及空區(qū)圍巖兩者周?chē)膲毫白冃芜M(jìn)行多次監(jiān)測(cè)，使用的主要監(jiān)測(cè)裝置有：位移計(jì)、壓力盒及聲發(fā)射裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，再根據(jù)得到的數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，放入礦山生產(chǎn)指導(dǎo)工作中；俄羅斯研究者在西賓斯克憐礦高水平構(gòu)造應(yīng)力礦區(qū)關(guān)于有沖擊地壓危險(xiǎn)的礦塊礦柱回采方面也收獲了一定的寶貴成果，比如如何合理正確的選擇礦塊及礦柱的分布位置、推進(jìn)方向、進(jìn)行局部卸載、設(shè)置合理的卸壓區(qū)及加強(qiáng)必要的支護(hù)等。圖1是國(guó)外一些礦山充填礦房及其礦柱回采概括。

我國(guó)有許多擁有多年開(kāi)采歷史的礦山，不同種類(lèi)礦床采用了不同回采礦柱方法，提供了有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)參考。開(kāi)采緩傾斜及傾斜中厚礦體方面，貴州隸礦、荊襄劉沖磯礦、新冶銅礦等采用人工巖柱支撐法，回采礦房?jī)?nèi)礦柱，并用中深孔或淺眼來(lái)抽采局部礦柱等方式來(lái)回采全面法、房柱法的礦塊礦柱，從而極大地增加了礦床回采率。其中貴州萬(wàn)山礦區(qū)效果顯著，隸礦回采率高達(dá)95%。厚礦體開(kāi)采中，獅子山銅礦、銅官山銅礦、壽王墳銅礦、大吉山鶴礦、赤馬山銅礦等十幾個(gè)大中型礦山在回采礦柱上大量采用崩落法，回收得到大量礦柱，為完善礦床開(kāi)采順序，實(shí)現(xiàn)采礦計(jì)劃有著重要意義，并提供了寶貴的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

上個(gè)世紀(jì)五十年代，銅官山鋼礦為了更好的提高礦柱的回采率隊(duì)及回采強(qiáng)度而采用有底柱分段崩落法回采礦塊間柱和頂?shù)字?。從走十年代開(kāi)始，礦柱回采中開(kāi)始應(yīng)用充填法。凡口鉛巧礦回收間柱及頂?shù)字鶗r(shí)采用尾砂礦柱；柏坊銅礦在由于具備復(fù)雜的采礦技術(shù)條件和較大巖層壓力，所W使用了膠結(jié)充填法來(lái)回采礦柱；銅山銅礦為了實(shí)現(xiàn)保護(hù)露天采礦場(chǎng)的目的，在礦柱回收上采用膠結(jié)礦柱，在礦房回收上使用尾砂礦柱的方式。金川鎮(zhèn)礦則在下向分層膠結(jié)礦柱的應(yīng)用上取得一定的成功。圖2是國(guó)內(nèi)一些礦山用空?qǐng)龇ɑ夭沙涮畹V房間柱的簡(jiǎn)況。

可以看出，國(guó)內(nèi)普遍使用上向膠結(jié)充填法進(jìn)行礦柱的回采。

在理想的狀態(tài)下，間柱、頂?shù)字幕夭墒┕?yīng)與礦房回采同步，以保證在礦房回采結(jié)束后，及時(shí)回收礦柱。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于關(guān)系到生產(chǎn)的接續(xù)、生產(chǎn)安全及人員短缺等問(wèn)題，往往是礦柱回收滯后于礦房的回采。由于礦柱回采的滯后，當(dāng)?shù)V房?jī)?nèi)的礦石出空后，礦柱就成為安全隱患，這時(shí)如果不及時(shí)進(jìn)行頂?shù)字伴g柱回采施工，極易出現(xiàn)安全事故。在爆破順序上，如果間柱的爆破遲于頂?shù)字疲厝粚?dǎo)致巖石混入率加大，影響回收質(zhì)量和回采率，因此間柱、頂?shù)字谋剖┕ひ瑫r(shí)進(jìn)行。

為保證絕對(duì)安全，對(duì)于淺孔留礦法頂?shù)字幕厥帐┕?yīng)該與淺孔采礦同步，否則在礦房采礦結(jié)束后對(duì)頂?shù)字M(jìn)行回采施工，使人員在采空區(qū)上部作業(yè)，存在極大的安全隱患。因此，在進(jìn)行人行天井施工的同時(shí)，須進(jìn)行間柱回采施工；在礦塊進(jìn)行切割與淺孔采礦的同時(shí)，進(jìn)行頂?shù)字幕夭墒┕ぁ＿@樣，在淺采結(jié)束后，就可以對(duì)間柱與頂?shù)字瑫r(shí)進(jìn)行爆破落礦，從而避免了人員在空區(qū)上部作業(yè)，保證施工安全。同時(shí)，這種回采順序不僅能有效地保證出礦產(chǎn)量，更保證了礦石質(zhì)量。

礦柱回收頂?shù)字┕し桨?/h3>

淺孔采礦結(jié)束后，要放出一部分礦石作為頂柱爆破的補(bǔ)償空間。為避免發(fā)生冒頂事故，應(yīng)盡快進(jìn)行頂柱爆破。一般頂柱采用硐室回收，其主要方案有 3種。

（1）主巷式

由于在采場(chǎng)的上水平留有頂?shù)字?，通常在水平掘鑿一層硐室，回收頂柱；在二段掘鑿一層硐室回收底柱?

這時(shí)采用“主巷式” ，即在水平掘鑿一條貫通礦體的硐室主巷，再在主巷中根據(jù)抵抗線布置成“丁” 、 “干”或“一”字形硐室；在二段以電耙巷道為硐室主巷，在兩幫掘鑿“丁” 、“干”或“一”字形硐室。其布置如圖 4所示。

該方式工程量大、工期長(zhǎng)、出碴距離遠(yuǎn)及勞動(dòng)強(qiáng)度大。根據(jù)爆破需要放出礦房?jī)?nèi)的礦石，但很難把握采場(chǎng)空間，因此爆破效果也難以控制；但因不在采場(chǎng)內(nèi)作業(yè)，通風(fēng)好、物資供應(yīng)及行人方便、采場(chǎng)內(nèi)不積壓大量礦石。

（2）多井式

對(duì)于一些頂柱靠近地表的采場(chǎng)，或上部水平已經(jīng)采空崩落或無(wú)法進(jìn)行硐室施工時(shí)，可采用“多井式” 。此時(shí)采場(chǎng)不能放空，要留有大量礦石作為施工平臺(tái)，在采場(chǎng)內(nèi)向頂柱掘鑿若干便于下碴與行人的下碴行人天井，根據(jù)礦柱厚和抵抗線掘鑿若干層硐室。硐室可采用“一” 、 “丁”或“干”字形，如圖 5所示。

該方式施工管理簡(jiǎn)單、工期短、見(jiàn)效快，由于有施工下碴行人井，增加了自由面，破碎效果好，保證了后續(xù)出礦工作順行；但人員在采場(chǎng)內(nèi)行走作業(yè)，施工時(shí)通風(fēng)效果不好，降低了安全性，而且采場(chǎng)積壓大量礦石。

（3）混合式

有時(shí)因?yàn)榈V塊的特殊條件限制，采用以上兩種方式均不適宜時(shí)，為保證生產(chǎn)的接續(xù)，采用多井與主巷式相結(jié)合回收頂?shù)字?，如圖 6所示。

該方式由于有兩條井，通風(fēng)效果好，人員不在采場(chǎng)內(nèi)作業(yè)，行人上下通過(guò)天井，提高了安全性；又由于有下碴井，施工碎碴直接倒入采場(chǎng)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，管理簡(jiǎn)單；但需掘鑿硐室主巷，工期長(zhǎng)、見(jiàn)效慢。

礦柱回收間柱施工方案

理論上，在天井施工的同時(shí)進(jìn)行各段硐室回采施工，爆破時(shí)在起爆順序上間柱先于頂?shù)字５趯?shí)際生產(chǎn)中，由于人員、設(shè)備及生產(chǎn)進(jìn)度等要求，往往不能按正常順序進(jìn)行。恰恰相反，頂?shù)字然厥眨g柱最后回采或作為永久損失。如果在頂?shù)字厥罩?，再回收間柱就相當(dāng)于窄礦體的回收，且比窄礦體回收更復(fù)雜、更不安全。

（1）二段有底柱回收

施工時(shí)在二段沿礦柱方向進(jìn)行小耙道施工，按回收面積掘鑿 1～2 個(gè)漏斗。如果原行人天井可利用，就用作行人通風(fēng)；如果不能利用，就新掘鑿一條行人天井。為保證安全，先在四段以上掘鑿硐室，硐室施工可根據(jù)實(shí)際采用“丁”或“一”字形硐室,施工結(jié)束后再到三段進(jìn)行切割施工，完成采礦作業(yè)。

該方式優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械化出礦程度高，能利用現(xiàn)有設(shè)備出礦，礦石回收效果好、數(shù)量大、質(zhì)量好。能夠在耙道里進(jìn)行二次爆破，破壞少。但三段切割作業(yè)不安全。

（2）二段無(wú)底柱回收

如果原行人天井可利用,就用作行人通風(fēng)；如果不能利用，就新掘鑿一條行人天井。施工時(shí)為保證安全，先在三段以上進(jìn)行硐室施工，可根據(jù)實(shí)際采用“丁”或“一”字形硐室，施工結(jié)束后，在二段聚礦井四周按回收面積進(jìn)行開(kāi)幫切割施工，完成采礦作業(yè)。

該方式雖然機(jī)械化出礦程度低，但能利用自重完成礦石運(yùn)搬；礦石回收效果不好；在振動(dòng)漏口進(jìn)行二次爆破，作業(yè)危險(xiǎn)、破壞性大、效率低。

在礦房填充類(lèi)型相同時(shí)，選用回采礦柱方法，需要注意以下幾個(gè)因素：

1.礦石和圍巖的穩(wěn)定性；

2.礦體傾角和形態(tài)、礦巖接觸線的變化特征；

3.礦石的品位和價(jià)值；

4.地表是否需要維護(hù)；

5.礦房的采礦方法及充填材料；

6.上階段的開(kāi)采狀況。

在礦柱回采時(shí)要注意礦房回采方法，礦柱回采方法，充填材料和強(qiáng)度之間的合理選配。在保證實(shí)現(xiàn)礦房充填的基本目標(biāo)的前提下，盡量節(jié)約充填費(fèi)用，適應(yīng)礦山地壓控制，簡(jiǎn)化生產(chǎn)和技術(shù)管理，利于礦房礦柱回采比例進(jìn)行。一般應(yīng)先采頂?shù)字?，后采間柱。 2100433B

礦柱回采是指對(duì)開(kāi)采單元中的礦柱進(jìn)行的回采工作。使用兩個(gè)回采步驟的采礦法時(shí)，礦柱礦量在中厚以下礦體中占礦塊礦量的5%-20%，在中厚以下礦體中占20%-50%，甚至55%-60%，個(gè)別情況外，礦柱都在回采完礦房后回采。

礦柱回采方法與礦柱回采前礦房處于敞空或充填狀態(tài)有關(guān)，也與礦體賦存要素、礦石和圍巖的穩(wěn)固程度、礦石的品位和價(jià)值、以及地表是占允許陷落等因素有關(guān)，但選擇礦柱回采方法都應(yīng)遵循下列原則：

(1)從回采礦房和礦柱的綜合效果最優(yōu)出發(fā)；

(2)統(tǒng)一考慮采準(zhǔn)、切割、回采和采空區(qū)處理；

(3)礦房回采后及時(shí)回采礦柱和處理采空區(qū)。

以免礦柱因在地壓作用下破壞而難回采，而且也利于縮短采掘作業(yè)線、集中管理和減少巷道維護(hù)費(fèi)用 。

1.房柱采礦法和全面采礦法礦柱的回采

回采這類(lèi)礦柱需要在暴露面積大和暴露時(shí)間長(zhǎng)的采場(chǎng)頂板下進(jìn)行，安全性較差。因此僅部分回采或不采，部分回采的方式是：間隔回采，在待采礦柱周?chē)媚径獾戎ёo(hù)頂板后回采，從礦柱中將高品位部分采出。為了安全，對(duì)頂板和礦柱嚴(yán)密監(jiān)控，快速地自上而下和由遠(yuǎn)而近地后退回采、避免爆破損壞頂板和不同采礦柱，并使爆堆集中從而利于快速出礦，有條件時(shí)可采用遙控出礦設(shè)備。

2.留礦采礦法和階段礦房采礦法礦柱的回采

對(duì)薄和極薄礦體中的礦柱片淺孔爆破，對(duì)其他礦體中的礦柱，用中深孔、深孔或藥室爆破向敞空礦房落間柱、頂柱和上階段底柱，在空?qǐng)鰻顟B(tài)下或在崩落巖石覆蓋下放礦。后一種放礦中的礦石損失率和礦石貧化率常高達(dá)40%-60%。因此，需從回采順序和起爆順序上減少這種放礦的比例，并在使用這種放礦時(shí)減少崩落礦巖接觸面面積，在上階段底柱上已堆積崩落巖石條件下，先爆破間柱和頂柱井在空?qǐng)鰻顟B(tài)下放完礦，后爆破底柱。并在崩落巖石覆蓋下放礦。與一起爆破這幾種礦柱并在崩落巖石覆蓋下放礦相比，在崩落巖石覆蓋下放礦占的比例就小得多 。

與礦房回采的開(kāi)采條件相比，在總體上，礦柱回采的開(kāi)采條件差，主要是礦石承受支撐壓力的穩(wěn)固性較差，作業(yè)不安全，經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)能力低，資源利用受影響。這就使一些礦山未及時(shí)回采礦柱。澳大利亞的芒特艾薩礦從1979年起，將礦房和礦柱布置成蛋格式，將礦房和礦柱也作為同等重要的結(jié)構(gòu)要素去回采。礦房和礦柱都用分段落礦階段礦房采礦法回采，事后膠結(jié)充填。充填體強(qiáng)度和自立性很好，暴露面自立高度可達(dá)200m。礦房和礦柱都在空?qǐng)鰲l件下放礦。一個(gè)礦柱的最大崩礦量高達(dá)130萬(wàn)t。

礦柱回采的主要發(fā)展趨勢(shì)是：研究采場(chǎng)地壓規(guī)律，發(fā)展礦塊結(jié)構(gòu)要素的計(jì)算技術(shù)，從提高礦塊開(kāi)采總效果出發(fā)，合理確定礦房礦柱尺寸和開(kāi)采工藝匹配，發(fā)展連續(xù)開(kāi)采工藝，不留或不留臨時(shí)礦柱，發(fā)展空?qǐng)鱿禄夭傻V隴的頂板監(jiān)控技術(shù)和遙控作業(yè)設(shè)備(如遙控鏟運(yùn)機(jī))，堅(jiān)持統(tǒng)籌安排、按比例及時(shí)回采礦柱，采取綜合措施、完善大量崩落回采礦柱的工藝、降低礦石損失和貧化，發(fā)展頂?shù)字偷V房連采的工藝，簡(jiǎn)化充填礦房的頂?shù)字鶉蛇^(guò)程，研究新的有效的回采工藝等 。2100433B