礦柱回收概述

礦柱回收是指某段礦場開采完畢后對礦山開采所留設的安全礦柱、巖柱，根據(jù)用途不同，分為保護地面建筑及井筒的礦(巖)柱、開拓礦(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，在加強礦產(chǎn)資源的勘探開發(fā)的同時，還應不斷提高礦石回收效率，最大程度的從正在開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型的礦柱，礦柱礦量據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示大約占礦山可采量的30%~40%。礦柱大量積壓，會造成礦石資源的大量損失，而且也存在嚴重的安全隱患，因此，礦柱的回采對礦山的生產(chǎn)、安全、經(jīng)濟效益有重大的影響。

國外金屬礦山應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)場和高山機械廠在地下有6000多萬噸的保安礦柱儲量，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)場地穩(wěn)定，同時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出礦技術，房間礦柱和頂柱向采空的礦房崩落，同時振動放礦機出礦，這會有益于對殘留礦柱的回采；美國馬格蒙特礦為了對礦柱中的高品位礦石成功回采，采取了錯索支撐保護大約27m的礦房跨度；墨西哥的格雷羅礦則同時回采礦柱和進行采空區(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，進行對房間礦柱大量崩礦回收，并且采用圓木假頂護頂；羅德礦，地處加拿大，采用圓木假頂護頂，在高應力錯索支撐的護頂?shù)谋Ｗo之下，回收礦柱頂柱，創(chuàng)造了一個非常安全的作業(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有限元分析結(jié)果，在礦柱回采中，對殘留礦柱及空區(qū)圍巖兩者周圍的壓力及變形進行多次監(jiān)測，使用的主要監(jiān)測裝置有：位移計、壓力盒及聲發(fā)射裝置，實時監(jiān)測，再根據(jù)得到的數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，放入礦山生產(chǎn)指導工作中；俄羅斯研究者在西賓斯克憐礦高水平構(gòu)造應力礦區(qū)關于有沖擊地壓危險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、推進方向、進行局部卸載、設置合理的卸壓區(qū)及加強必要的支護等。圖1是國外一些礦山充填礦房及其礦柱回采概括。

我國有許多擁有多年開采歷史的礦山，不同種類礦床采用了不同回采礦柱方法，提供了有價值的經(jīng)驗參考。開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，回采礦房內(nèi)礦柱，并用中深孔或淺眼來抽采局部礦柱等方式來回采全面法、房柱法的礦塊礦柱，從而極大地增加了礦床回采率。其中貴州萬山礦區(qū)效果顯著，隸礦回采率高達95%。厚礦體開采中，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，為完善礦床開采順序，實現(xiàn)采礦計劃有著重要意義，并提供了寶貴的實際經(jīng)驗。

上個世紀五十年代，銅官山鋼礦為了更好的提高礦柱的回采率隊及回采強度而采用有底柱分段崩落法回采礦塊間柱和頂?shù)字淖呤甏_始，礦柱回采中開始應用充填法。凡口鉛巧礦回收間柱及頂?shù)字鶗r采用尾砂礦柱；柏坊銅礦在由于具備復雜的采礦技術條件和較大巖層壓力，所W使用了膠結(jié)充填法來回采礦柱；銅山銅礦為了實現(xiàn)保護露天采礦場的目的，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)礦柱的應用上取得一定的成功。圖2是國內(nèi)一些礦山用空場法回采充填礦房間柱的簡況。

可以看出，國內(nèi)普遍使用上向膠結(jié)充填法進行礦柱的回采。

在理想的狀態(tài)下，間柱、頂?shù)字幕夭墒┕c礦房回采同步，以保證在礦房回采結(jié)束后，及時回收礦柱。但在實際生產(chǎn)中，由于關系到生產(chǎn)的接續(xù)、生產(chǎn)安全及人員短缺等問題，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?shù)V房內(nèi)的礦石出空后，礦柱就成為安全隱患，這時如果不及時進行頂?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е聨r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進行。

為保證絕對安全，對于淺孔留礦法頂?shù)字幕厥帐┕撆c淺孔采礦同步，否則在礦房采礦結(jié)束后對頂?shù)字M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，在進行人行天井施工的同時，須進行間柱回采施工；在礦塊進行切割與淺孔采礦的同時，進行頂?shù)字幕夭墒┕?。這樣，在淺采結(jié)束后，就可以對間柱與頂?shù)字瑫r進行爆破落礦，從而避免了人員在空區(qū)上部作業(yè)，保證施工安全。同時，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償空間。為避免發(fā)生冒頂事故，應盡快進行頂柱爆破。一般頂柱采用硐室回收，其主要方案有 3種。

（1）主巷式

由于在采場的上水平留有頂?shù)字ǔＴ谒骄蜩徱粚禹鲜?，回收頂柱；在二段掘鑿一層硐室回收底柱?

這時采用“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、出碴距離遠及勞動強度大。根據(jù)爆破需要放出礦房內(nèi)的礦石，但很難把握采場空間，因此爆破效果也難以控制；但因不在采場內(nèi)作業(yè)，通風好、物資供應及行人方便、采場內(nèi)不積壓大量礦石。

（2）多井式

對于一些頂柱靠近地表的采場，或上部水平已經(jīng)采空崩落或無法進行硐室施工時，可采用“多井式” 。此時采場不能放空，要留有大量礦石作為施工平臺，在采場內(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。

該方式施工管理簡單、工期短、見效快，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；但人員在采場內(nèi)行走作業(yè)，施工時通風效果不好，降低了安全性，而且采場積壓大量礦石。

（3）混合式

有時因為礦塊的特殊條件限制，采用以上兩種方式均不適宜時，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，通風效果好，人員不在采場內(nèi)作業(yè)，行人上下通過天井，提高了安全性；又由于有下碴井，施工碎碴直接倒入采場，降低勞動強度，管理簡單；但需掘鑿硐室主巷，工期長、見效慢。

礦柱回收間柱施工方案

理論上，在天井施工的同時進行各段硐室回采施工，爆破時在起爆順序上間柱先于頂?shù)字?。但在實際生產(chǎn)中，由于人員、設備及生產(chǎn)進度等要求，往往不能按正常順序進行。恰恰相反，頂?shù)字然厥?，而間柱最后回采或作為永久損失。如果在頂?shù)字厥罩?，再回收間柱就相當于窄礦體的回收，且比窄礦體回收更復雜、更不安全。

（1）二段有底柱回收

施工時在二段沿礦柱方向進行小耙道施工，按回收面積掘鑿 1～2 個漏斗。如果原行人天井可利用，就用作行人通風；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)實際采用“丁”或“一”字形硐室,施工結(jié)束后再到三段進行切割施工，完成采礦作業(yè)。

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

（2）二段無底柱回收

如果原行人天井可利用,就用作行人通風；如果不能利用，就新掘鑿一條行人天井。施工時為保證安全，先在三段以上進行硐室施工，可根據(jù)實際采用“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行開幫切割施工，完成采礦作業(yè)。

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

在礦房填充類型相同時，選用回采礦柱方法，需要注意以下幾個因素：

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.礦石的品位和價值；

4.地表是否需要維護；

5.礦房的采礦方法及充填材料；

6.上階段的開采狀況。

在礦柱回采時要注意礦房回采方法，礦柱回采方法，充填材料和強度之間的合理選配。在保證實現(xiàn)礦房充填的基本目標的前提下，盡量節(jié)約充填費用，適應礦山地壓控制，簡化生產(chǎn)和技術管理，利于礦房礦柱回采比例進行。一般應先采頂?shù)字蟛砷g柱。 2100433B

礦柱回采是指對開采單元中的礦柱進行的回采工作。使用兩個回采步驟的采礦法時，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，也與礦體賦存要素、礦石和圍巖的穩(wěn)固程度、礦石的品位和價值、以及地表是占允許陷落等因素有關，但選擇礦柱回采方法都應遵循下列原則：

(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、切割、回采和采空區(qū)處理；

(3)礦房回采后及時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費用 。

1.房柱采礦法和全面采礦法礦柱的回采

回采這類礦柱需要在暴露面積大和暴露時間長的采場頂板下進行，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，在待采礦柱周圍用木垛等支護頂板后回采，從礦柱中將高品位部分采出。為了安全，對頂板和礦柱嚴密監(jiān)控，快速地自上而下和由遠而近地后退回采、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，有條件時可采用遙控出礦設備。

2.留礦采礦法和階段礦房采礦法礦柱的回采

對薄和極薄礦體中的礦柱片淺孔爆破，對其他礦體中的礦柱，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，在空場狀態(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場狀態(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 。

與礦房回采的開采條件相比，在總體上，礦柱回采的開采條件差，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。充填體強度和自立性很好，暴露面自立高度可達200m。礦房和礦柱都在空場條件下放礦。一個礦柱的最大崩礦量高達130萬t。

礦柱回采的主要發(fā)展趨勢是：研究采場地壓規(guī)律，發(fā)展礦塊結(jié)構(gòu)要素的計算技術，從提高礦塊開采總效果出發(fā)，合理確定礦房礦柱尺寸和開采工藝匹配，發(fā)展連續(xù)開采工藝，不留或不留臨時礦柱，發(fā)展空場下回采礦隴的頂板監(jiān)控技術和遙控作業(yè)設備(如遙控鏟運機)，堅持統(tǒng)籌安排、按比例及時回采礦柱，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，簡化充填礦房的頂?shù)字鶉蛇^程，研究新的有效的回采工藝等 。2100433B