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金川二礦區(qū)16行垂直礦柱安全高效回采實(shí)踐

文檔作者：楊志強(qiáng) 李立濤高謙文檔來(lái)源： 1．北京科技大學(xué)金屬礦山高效開采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2．金川集團(tuán)股份有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年04月28日
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第6卷第1期
2 0 1 6年2月
有色金屬工程
Nonferrous Metals Engineering
Vo1．6，No．1
February 2 0 1 6
doi：10．3969／j．issn．2095-1744．2016．01．014
金Jllc礦區(qū)16行垂直礦柱安全高效回采實(shí)踐
楊志強(qiáng) 。，李立濤 ，高 謙
(1．北京科技大學(xué)金屬礦山高效開采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京1 00083；
2．金川集團(tuán)股份有限公司，甘肅金昌7371 O0)
摘 要：分析l6行垂直保安礦柱的受力狀態(tài)以及對(duì)整個(gè)采場(chǎng)穩(wěn)定性的作用，以采場(chǎng)穩(wěn)定性為基礎(chǔ)，研究金川I二礦區(qū)大面積連續(xù)
開采暫時(shí)留設(shè)的16行垂直礦柱資源回采技術(shù)，開展礦柱安全采礦設(shè)計(jì)和回采實(shí)踐。結(jié)果表明，在二礦區(qū)大面積連續(xù)開采過(guò)程中，
垂直礦柱在高應(yīng)力作用下產(chǎn)生整體塑性屈服破壞。當(dāng)回采水平低于垂直保安礦柱以后，整個(gè)礦柱對(duì)采場(chǎng)的支撐作用逐步減小直
至作用不明顯，因此回采礦柱對(duì)采場(chǎng)整體穩(wěn)定將不產(chǎn)生顯著影響。實(shí)踐中有效回采了16行垂直礦柱資源。
關(guān)鍵詞：垂直礦柱；設(shè)計(jì)原則；回采工藝；分層道
中圖分類號(hào)：TD862；TD853．391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095．1744(2016)01-0058-05
Safe and High-efi cient M ining Practice of 1 6-Line Vertical Pillar in Jinchuan 2 M ine
YANG Zhi．qiang 一． Li—tao ．GAO Qian
1．Key Laboratory 0j High Efficient Mining and Safety oj Metal Mine Ministry 0j Education University q Science
and Technology 0廠Beijing，Beqing 100083，China；2．Jinchuan Group Co．Ltd．，Jinchang，Gansu 737100，China)
Abstract：The stress condition and the efect on stope stability of 1 6-line vertical protective pillars
are analyzed，the mining technology of the resources of the temporary leaving 1 6一line vertical pillar in
large area continuous mining of the 2 mining area of Jinchuan Group is investigated based on the stope
stability，and the safe mining engineering is designed and practiced． The results show that there is the
whole plastic yield destruction for the vertical pillars under the high stress in large area continuous mining
of the 2 mining area． The supporting effect of whole pillars on the stope is gradually decreased until
unobvious effects while mining level is lower than that the protective vertical pillars．Therefore，the stope
stability will not be significantly impacted by the mining of the pillars． The resources of the 1 6一line
vertical pillars are safely recovered in the engineering practice．
Key words：vertical pillar；design principle；mining technology；stratified road
金川二礦區(qū)歷經(jīng)一期、二期及二期改擴(kuò)建工程
的建設(shè)與生產(chǎn)，現(xiàn)已發(fā)展成為年生產(chǎn)能力450萬(wàn)t
以上的多中段連續(xù)回采充填法坑采礦山。二期工程
設(shè)計(jì)中，為回收主井井底撒落的粉礦和解決一、二期
過(guò)渡時(shí)期1 150 m水平的回風(fēng)問(wèn)題，在1 150 m水平
下盤16行布置了一條穿越礦體的粉礦回收道。
1995年，二礦區(qū)1 000 m中段各盤區(qū)在1 138 m分
段回采首分層時(shí)，為了保護(hù)這條粉礦道，在1 150 m
水平以下沿礦體走向設(shè)計(jì)保留了30 m寬的垂直礦
體，由此而形成殘留的保安礦柱。由于它垂直向下，
收稿日期：2015-04．28
作者簡(jiǎn)介：楊志強(qiáng)(1957．)，男，山西萬(wàn)榮人，教授級(jí)高級(jí)工程師，博
士，主要從事充填采礦與地壓控制技術(shù)等方面的研究。
后來(lái)也稱“垂直礦柱”。垂直礦柱自形成至今已有
l0多年的歷史。2000年以后，隨著集團(tuán)公司做大做
強(qiáng)步伐的加快，二礦區(qū)作為自產(chǎn)原料供應(yīng)的主力礦
山，按照集團(tuán)公司總體規(guī)劃，出礦量逐年增加，1 000
m中段各盤區(qū)的產(chǎn)量隨之增加，下降速度逐漸加快，
其中礦柱東西兩側(cè)的Ⅲ、Ⅳ兩盤區(qū)下降速度更加明
顯。已經(jīng)采至1 100 m水平以下，垂直礦柱高度已
達(dá)50 m，1 100 m水平以上垂直礦柱含礦量近80萬(wàn)
t。垂直礦柱總高度為150 m，共有礦石總量近260
萬(wàn)t，其中1 100～1 000 m段礦石總量180萬(wàn)t，鎳金
屬量2．1萬(wàn)t，銅金屬量1．3萬(wàn)t。根據(jù)1 000 m 中
段Ⅲ、Ⅳ盤區(qū)的回采標(biāo)高，Ⅲ盤區(qū)正在1 098 n1分段
第三分層回采，實(shí)際底板標(biāo)高1 095 m，1V盤區(qū)準(zhǔn)備

有色金屬工程 第6卷
2 垂直礦柱回采工藝設(shè)計(jì)
2．1 回采順序布置
垂直礦柱劃人盤區(qū)回采，必須納入盤區(qū)整體回
采順序，應(yīng)嚴(yán)格遵守“先下盤后上盤，先兩翼后中
間，后退式”總的回采順序。由于垂直礦柱內(nèi)地壓
大，礦石破碎，考慮到要形成較完整的假頂層。因
此，同時(shí)回采的進(jìn)路不得超過(guò)2條，在具體布置垂直
礦柱回采順序時(shí)，一是應(yīng)考慮盤區(qū)轉(zhuǎn)層，結(jié)合無(wú)假頂
進(jìn)路回采速度，確定好一期進(jìn)路回采序號(hào)，二是采用
“隔三以上采一”的方式進(jìn)行大量二期進(jìn)路的回采，
減少對(duì)三期進(jìn)路的回采數(shù)量，避免回采一期、二期進(jìn)
路礦巖已位移松動(dòng)或因一、二期進(jìn)路充填不接頂，給
回采三期進(jìn)路帶來(lái)的難度，見圖3和圖4。同時(shí)，為
更好控制爆破對(duì)礦體破壞，二期進(jìn)路的回采應(yīng)統(tǒng)一
遵循向礦體上盤一側(cè)倒退回收原則 。
松動(dòng)圈 礦 體
一期進(jìn)路 二期進(jìn)路
圖3 二期進(jìn)路回采與一側(cè)充填體示意
Fig．3 Scheme of two stage of stoping and filling body side
松動(dòng)圈 松動(dòng)圈
圖4 三期進(jìn)路回采與兩側(cè)充填體示意
Fig．4 Scheme of three stage of stoping and filling body
2．2 回采計(jì)劃安排
垂直礦柱進(jìn)路的回采，必須納入到盤區(qū)整體回
采計(jì)劃當(dāng)中，為不影響盤區(qū)轉(zhuǎn)層，按照盤區(qū)所承擔(dān)的
礦量計(jì)劃，結(jié)合礦柱進(jìn)路回采速度，本著“快采快
充”的原則，使本分層礦柱進(jìn)路回采時(shí)間與其他進(jìn)
路的回采時(shí)間相一致。同時(shí)，為便于控制地應(yīng)力，盡
量減少垂直礦柱進(jìn)路同時(shí)回采條數(shù)，基本上回采的
礦柱進(jìn)路不宜超過(guò)3條，始終保持2條為好。
2．3 專用穿脈分層道回采設(shè)計(jì)實(shí)踐
垂直礦柱屬無(wú)假頂采礦，較有假頂進(jìn)路相比，具
有工藝復(fù)雜，回采速度慢，分層服務(wù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，
且礦柱分別集中分布于1098分段Ⅲ 、Ⅳ 盤區(qū)各一
側(cè)，在盤區(qū)內(nèi)占有較大回采面積，地應(yīng)力大，礦巖破
碎。為減小垂直礦柱回采對(duì)盤區(qū)回采計(jì)劃、轉(zhuǎn)層收
尾、采掘平衡所造成的影響，避免出現(xiàn)盤區(qū)一側(cè)已結(jié)
束轉(zhuǎn)入下一分層回采，而另一側(cè)還未回采結(jié)束導(dǎo)致
采掘失衡的不利局面。在Ⅲ 、Ⅳ盤區(qū)回采設(shè)計(jì)方案
實(shí)施過(guò)程中，在靠近垂直礦柱附近增加一條穿脈分
層道，專門為礦柱回采生產(chǎn)組織服務(wù)，加快了垂直礦
柱的回采進(jìn)度，使垂直礦柱進(jìn)路和其它進(jìn)路的回采
進(jìn)度趨于同步，見圖2。同時(shí)，由于專用穿脈分層道
與其他分層道相互循環(huán)連通，生產(chǎn)組織更加方便，協(xié)
調(diào)性更強(qiáng)，采充銜接更加緊密，不僅使分層道服務(wù)時(shí)
間得以延長(zhǎng)，而且充填回風(fēng)等生產(chǎn)系統(tǒng)的效能得到
更有效利用，為垂直礦柱的安全、高效回采和盤區(qū)高
負(fù)荷生產(chǎn)組織創(chuàng)造了條件。
2．4 爆破工藝控制
由于垂直礦柱是無(wú)假頂采礦，壓力大，礦巖破
碎，結(jié)合貧礦與富礦接觸帶、礦體與圍巖接觸帶、礦
體與夾石接觸帶、礦體與充填體接觸帶等部位的地
質(zhì)特點(diǎn)，在爆破作業(yè)過(guò)程中，嚴(yán)格執(zhí)行光面爆破技術(shù)
標(biāo)準(zhǔn)，采取針對(duì)性爆破參數(shù)，有效控制進(jìn)路斷面規(guī)
格，提高工程質(zhì)量，為下道工序支護(hù)形式的選取和減
少支護(hù)量創(chuàng)造條件。
1)上下盤礦體與圍巖接觸帶。層間錯(cuò)動(dòng)發(fā)育，
巖塊表面多具擦痕，斷層泥、角礫石發(fā)育。在回采該
區(qū)段一期、二期進(jìn)路，側(cè)面鑿巖時(shí)進(jìn)路周邊采取多打
眼，少裝藥的措施，盡量控制斷面規(guī)格。
2)中盤礦體與夾石接觸帶。塊狀與軟狀，表面
有擦痕。塊狀完整性較好，巖石一般堅(jiān)硬，爆破時(shí)多
打眼，但眼深不宜過(guò)大。軟狀礦巖一般穩(wěn)固性較好，
堅(jiān)固性差，爆破時(shí)，輔助眼少打，周邊眼多打，少裝
藥。同時(shí)盡可能防止礦巖遇水產(chǎn)生蝕變，體積膨脹
給支護(hù)帶來(lái)困難。
3)下盤礦體破碎散體區(qū)段。層間和塊間為錯(cuò)
動(dòng)面接觸，黏結(jié)力弱穩(wěn)固性差，回采中易發(fā)生片冒現(xiàn)
象。爆破作業(yè)時(shí)，鑿巖不易超過(guò)1 m。爆破后，及時(shí)
出礦，待素噴封閉工作面或噴錨網(wǎng)支護(hù)再進(jìn)行回采。
4)礦柱內(nèi)是以軟弱節(jié)理面的剪切滑移破壞為
第1期 楊志強(qiáng)等：金川二礦區(qū)16行垂直礦柱安全高效回采實(shí)踐 61
主，為及時(shí)控制其對(duì)進(jìn)路兩幫和拱頂?shù)钠茐模诨夭?
中多采取兩步爆破控制。第一步，先對(duì)進(jìn)路上部實(shí)
施第一次光面爆破，形成拱頂，爆破后的礦石堆積在
進(jìn)路底角，然后站在礦石堆上，立即對(duì)暴露出的拱頂
進(jìn)行支護(hù)。第二步，將第一步爆破產(chǎn)生的礦石清理
后，對(duì)進(jìn)路下部實(shí)施第二次光面爆破，最終形成直墻
拱頂?shù)臄嗝嫘螤?，待所產(chǎn)生的礦石清理后，立即對(duì)暴
露出的兩幫進(jìn)行支護(hù)，一個(gè)作業(yè)循環(huán)結(jié)束。
5)垂直礦柱沿脈方向布置后，進(jìn)路的前段為假
頂，后段為無(wú)假頂，在充填體與礦巖接觸部位，是最
薄弱的部位。為控制該部位受應(yīng)力破壞，在爆破作
業(yè)實(shí)施過(guò)程中，合理布置鑿巖角度、深度、眼數(shù)、眼位
和裝藥量，將該部位頂板降低200 mm，爆破進(jìn)尺控
制在I m 左右，順利完成平頂板到弧形無(wú)假頂?shù)?
過(guò)渡。
2．5 采掘工程支護(hù)工藝
垂直礦柱全為無(wú)假頂進(jìn)路，設(shè)計(jì)斷面寬×高=4
m×4 m，半圓拱。根據(jù)垂直礦柱不同區(qū)段的巖石特
點(diǎn)，采用不同的支護(hù)形式，剛?cè)峄パa(bǔ)。中盤礦巖整體
性好，塊度均勻，硬度大，采用噴錨網(wǎng)支護(hù)。上盤礦
巖整體性差，節(jié)理發(fā)育，滑面大，采用素噴+噴錨網(wǎng)
支護(hù)。下盤礦巖整體性差，礦巖破碎，易風(fēng)化，采用
素噴+噴錨網(wǎng)支護(hù)。
在二期進(jìn)路回采過(guò)程中，靠充填體側(cè)的拱角部
位，不可避免會(huì)出現(xiàn)一個(gè)懸空的半拱形散狀礦塊，該
懸空部位在地應(yīng)力作用和采礦撓動(dòng)下，容易發(fā)生冒
落，形成安全隱患。為控制該隱患，采取加密錨桿對(duì)
該部位進(jìn)行加固，使充填體與相鄰懸空部位成為一
個(gè)整體，從而消除安全隱患，加密錨桿如圖5所示。
圖5 采掘巷道工程加密錨桿支護(hù)示意
Fig．5 Scheme of concentrated bolt in mining
roadway engineering
垂直礦柱在軟弱節(jié)理面剪切滑移破壞和完整礦
石塊的塑性屈服破壞作用下，礦體整體處于破碎狀
態(tài)，不同區(qū)段破碎程度不一，進(jìn)路回采結(jié)束后，如不
及時(shí)對(duì)進(jìn)行有效支護(hù)，在應(yīng)力作用下，不可避免會(huì)發(fā)
生局部冒落現(xiàn)象。因此，在每一條進(jìn)路回采結(jié)束后，
都根據(jù)揭露后的礦體特點(diǎn)，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)及時(shí)進(jìn)行支
護(hù)，不因個(gè)別進(jìn)路礦巖整體性好而支護(hù)不及時(shí)、不到
位，從而造成礦巖移動(dòng)加劇，不利于地應(yīng)力控制。
2．6 礦柱回采充填過(guò)程管理
在進(jìn)路回采結(jié)束組織充填過(guò)程中，為保證充填
體強(qiáng)度，將充填用鋼筋網(wǎng)度加密，提高充填體強(qiáng)度。
充填作業(yè)時(shí)盡可能減少跑水，以免充填水浸入結(jié)構(gòu)
面，造成結(jié)構(gòu)面中黏土礦物膨脹，使巖體產(chǎn)生膨脹應(yīng)
力，造成圍巖流變。加強(qiáng)充填過(guò)程控制，保證充填接
頂率，減少采空區(qū)暴露面積，對(duì)充填進(jìn)路揭露后未接
頂部位，立即用剎幫木進(jìn)行剎頂處理，控制地
應(yīng)力
3 結(jié)論
1)1 100～1 000 m段垂直礦柱回采后，原回采
面積較小的Ⅲ 、Ⅳ盤區(qū)有效回采面積增加，兩個(gè)盤區(qū)
共增加有效回采面積約5 000 m ，每個(gè)分段可增加
礦量約30萬(wàn)t，擴(kuò)大了單盤區(qū)的生產(chǎn)能力。1 100～
1 000 m段垂直礦柱的回采，彌補(bǔ)I 150 m中段各盤
區(qū)進(jìn)入水平礦柱回采后生產(chǎn)能力下降的不利。
2)垂直礦柱納入1 098 m分段Ⅲ、Ⅳ 盤區(qū)三分
層回采后，使1 000 m中段原下降速度最快的Ⅲ、Ⅳ
盤區(qū)得到有效減緩，控制低位盤區(qū)的下降速度，使
1 000 m中段盤區(qū)間下降速度不均衡的矛盾得到緩
解，采掘關(guān)系趨于平衡，有利于今后全礦生產(chǎn)的組織
與協(xié)調(diào)，也便于礦體整體的地應(yīng)力控制。
3)通過(guò)對(duì)垂直礦柱回采計(jì)劃、生產(chǎn)進(jìn)度和充填
過(guò)程等科學(xué)控制，在1098分段Ⅲ 、Ⅳ盤區(qū)垂直礦柱
首采層安全地形成充填假頂，垂直礦柱基本上得到
全部回收，假頂段與無(wú)假頂段已經(jīng)形成整體，為下分
層的安全回采和盤區(qū)高負(fù)荷生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
4)回采實(shí)踐中，針對(duì)不同地質(zhì)條件下的應(yīng)力變
化趨勢(shì)，靈活運(yùn)用多種支護(hù)方式，有效地控制地應(yīng)力
集中釋放可能導(dǎo)致的局部巷道垮塌或冒落，對(duì)今后
礦柱回采具有重要的借鑒意義。
5)通過(guò)加強(qiáng)垂直礦柱回采過(guò)程控制，形成垂直
礦柱無(wú)假頂連續(xù)回采的理論依據(jù)和安全措施，對(duì)今
后機(jī)械化盤區(qū)回采工藝、盤區(qū)劃分、回采順序、地應(yīng)
力管理等方面，具有很好的指導(dǎo)價(jià)值，為二礦區(qū)今后
深部高應(yīng)力無(wú)假頂進(jìn)路回采積累豐富的施工管理
經(jīng)驗(yàn)
62 有色金屬工程 第6卷
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(上接第44頁(yè)，Continued from P44)
7 結(jié)論
1)礦石中礦物組成復(fù)雜，種類繁多，鎢礦物主
要以黑鎢礦形式產(chǎn)出，少量為白鎢礦，鎢華含量稀
少；其他金屬礦物主要為黃銅礦、閃鋅礦、含銀輝
鉛鉍礦、方鉛礦、錫石、黃鐵礦等，因此確定以鎢為
主元素，錫、銅、鉛、鋅、硫、銀為伴生元素進(jìn)行綜合
回收。
2)礦石中礦物嵌布特征復(fù)雜，鎢錫礦物多呈柱
狀、粒狀、半自形晶、浸染狀等形態(tài)分布于綠泥石、絹
云母、石英等脈石礦物中，被脈石礦物交代包裹，且
分布不均勻，嵌布粒度以中粒為主，呈中一細(xì)粒嵌布，
導(dǎo)致目的礦物單體解離不一，影響碎磨工藝流程的
選擇。
3)礦石中螢石、方解石等含鈣脈石礦物含量
高，其與鎢礦物可浮性相近，對(duì)鎢的浮選分離影響較
大。綠泥石、絹云母等脆性脈石礦物易粉碎而泥化，
容易消耗浮選藥劑并加劇有用礦物與礦泥之間的團(tuán)
聚現(xiàn)象，進(jìn)而惡化選礦流程，影響鎢及伴生礦物的分
選效果和精礦品位的提高。因此，按照“能收早收，
能丟早丟”的原則，以“重選一浮選”聯(lián)合工藝為主
流程，并充分考慮“階段磨礦一階段選別”的特點(diǎn)進(jìn)
行回收。
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