采矿环境再造技术在垮落区边缘残矿回收中的运用*

李建辉，梁耀东，王 雷

(广西华锡集团股份有限公司铜坑矿， 广西南丹县 547207)

0 前言

广西华锡集团铜坑矿是我国著名的铟锑锡多金属生产基地之一。矿山主要开采对象为细脉带矿体、91号矿体和92号矿体，经过30多年的开采，出窿矿石总量达2800万t，矿山目前主要开采92号矿体，年生产能力达到220万t。

井下部分采场由于采用空场崩落组合法进行回采，留下了大量的垮落区。垮落区附近往往积存了大量残矿未能及时回收［1］，因此，研发垮落区环境下的残矿回收技术不仅有利于矿山最大限度提高资源回收率，保证矿山可持续发展，而且对于类似开采环境下的残矿回收具有重要的推广价值。在河池市科学研究与技术开发计划项目“复杂多空区条件下残矿开采与空区协同处理综合技术研究”的支持下，以92号 矿体S1采场内垮落区边缘残矿资源为工程背景，引入采矿环境再造理念［2-3］，系统开展了垮落区边缘残矿回收的采矿环境再造技术开发应用研究。

1 工程概况

S1采场位于92号矿体I盘区201#－202#线内，垂直标高在410～505 m之间，倾角在35°左右。矿体分为两层，上富下贫。S1采场455 m水平以上富矿部分已采空，暴露面积有1850 m2。S1采场回采结束后，采场周边矿柱沿原回采边界由深部逐步向外垮落，致使该区域内残留了大量高品位矿石。为回收这部分残矿，决定在455 m水平延伸出矿进路进行出矿。

因455 m水平S1采场东端202#线盘区矿柱垮落深度较大，若直接在垮落区边沿布置出矿穿脉将导致的问题是出矿川进路深度不足，只能回收出矿穿眉线附近的部分矿量，而垮落区深部大量高品位残矿将无法回收。

垮落区残矿资源分布情况如图1所示。基于上述因素考虑，在采矿环境再造理念的指导下，提出了在垮落区内构建人工出矿进路的想法。首先在上部水平下向注浆加固松散体，再在固结后的松散体中掘进支护形成出矿进路，最终实现S1采场垮落区边缘残矿的安全回收。

2 采矿环境再造技术

垮落区边缘残矿资源回收采矿环境再造技术的关键在于松散体注浆加固［4-5］，预先营造一个良好的开采环境。其总体思路是:在472 m水平202#线往下施工注浆孔，通过固结455 m水平出矿进路残矿眉线以上松散体后，再往内掘进出矿进路，即再造人工假巷完成残矿的回收。

472 m水平注浆孔施工位置如图2所示。人工构建假巷流程为:施工下向注浆孔→现场注浆→掘进与支护。

2.1 施工下向注浆孔

由于注浆孔施工的要求，首先将图2标示的巷道采用光面爆破压至3.3 m高，以满足凿岩设备的打孔需要。然后由矿山中孔施工队严格按照图3所示的各个注浆孔设计的方位与角度施工下向注浆孔，孔深以现场打通垮落区为准。

图1 垮落区残矿分布

图2 472 m水平注浆孔施工位置

2.2 现场注浆

施工完注浆孔后，在注浆前往各个注浆孔底放入几条小炸药卷，对松散体结坊进行松动，以使浆液能渗入松散体，达到固结的目的。注浆试验设备及现场布置如图4所示。

图3 各注浆孔剖面

图4 现场设备布置

注浆前，要求先用清水对注浆系统进行测试，以确保额定压力下不爆管、不跑浆，设备可正常运行。如无任何问题，方可进行高压注浆。施工时，首先按设计的浆液配比搅拌好水泥浆和水玻璃浆液。水泥浆的水灰比为1∶1，双液注浆时水泥浆水玻璃体积比 C∶S=1∶(0.3 ～0.8)。开始注浆时，通过快速注浆接头将锚杆尾端与注浆机相连。高压注浆过程中，开始时先使用单液浆，用水灰比2∶1的稀浆充填毛细裂隙，使注浆半径扩大。当外围的裂隙出现浆液时，改用水灰比为1∶1的浓液注浆，之后用水泥－水玻璃双液注浆(水灰比为1∶1，水玻璃35Be'，C∶S 为 1∶0.5)，促使水泥快速凝结，达到既能加强破碎岩体强度又能控制扩散半径在理想的范围内。当压力表在低档注浆下达到1 MPa并能稳定很长一段时间后，停止注浆。注浆结束后，必须及时取下注浆管连接件，并用清水冲洗整个注浆管路，防止浆液凝固堵塞设备管路。

2.3 掘进与支护

注浆养护一段时间后，即可开始掘进与支护。掘进前先安装一组棚架进行临时支护，在棚架的支撑下利用风镐向前掘进0.5 m后再安装一组棚架，完成一个循环，如此往复向前推进。

临时棚架支护达到施工条件后，再进行混凝土拱支护，要求拱支护厚度为0.4 m，支护后巷道净断面规格3 m×2.6 m。按形成2 m混凝土拱支护的人工再造出矿进路为一个施工循环。施工时严格按照安全生产操作规范，完成人工假巷的施工。

掘进支护过程如图5所示。

图5 掘进支护过程

3 安全技术措施

(1)钻孔施工要保证钻孔精度，要求严格按照设计方位和设计深度施工。

(2)注浆施工要保证注浆量和注浆压力，注浆管或注浆泵堵塞后应尽快处理，防止浆液凝固;注浆施工期间严禁正对注浆管出口或在孔口管附近休息;注浆结束后必须认真清洗所有管道和设备，整理好工具，切断电源、关紧水管。注浆过程中，可根据实际情况适当调整浆液配合比，使配合比更加合理，确保注浆效果，注浆压力和浆液由跟班技术员确定，其他人员不得随意改变。

(3)施工人员作业过程中必须佩戴好劳保用品，每次作业前处理好顶板、边帮松石，做好工作面的照明工作。在对松散体进行注浆及其后的拱支护程中必须做好相关安全防护工作，严禁人员进入松散体内进行作业。

(4)建立健全各种岗位责任制，分工到位、责任到人。严格交接班制度，交接班时井下作业情况要交代清楚。

4 结论

引入采矿环境再造技术，在472 m水平施工下向注浆孔，注浆固结455 m水平出矿穿眉线上部松散体，待养护一段时间后开始掘进与支护，首先安装棚架进行临时支护之后，再施工混凝土拱，掘支一循环后再继续向前推进，最终形成出矿进路，利用该人工假巷完成垮落区边缘残矿的安全高效回收。

［1］韦方景.铜坑矿高大冒落区残矿回收浅析［J］.采矿技术，2009，9(4):13-15.

［2］周科平，高 峰，古德生.采矿环境再造与矿业发展新思路［J］.中国矿业，2007，16(4):34-36.

［3］古德生，李夕兵.现代金属矿床开采科学技术［M］.北京:冶金工业出版社，2006.

［4］文武军，朱 靖，王永春.注浆加固技术在巷道冒落区支护中的应用［J］.采矿技术，2009，9(3):59-60.

［5］李建新，王来贵.采空区垮落带注浆加固实验［J］.辽宁工程技术大学学报(自然科学版)，2013，32(2):149-152.