萨热克铜矿北矿段矿柱回采研究及实践

高 进，朱先艳，陈仁敏

萨热克铜矿北矿段矿柱回采研究及实践

高 进1，朱先艳1，陈仁敏2

(1.大冶有色金属有限责任公司，湖北 黄石市 435005；2.新疆汇祥永金矿业有限公司萨热克铜矿，新疆 乌恰县 845450)

萨热克铜矿体倾角从缓到陡、矿体厚度从薄到中等、矿岩稳固性好,但遇水力学性质大为下降,主要采用分段空场嗣后充填法采矿。在分段空场嗣后充填法回采过程中,采用堑沟式底部结构,在采场底部留有大量的桃形矿柱,矿柱矿量所占比重较大,采切设计矿柱损失率为15%左右。为安全有效地回采矿柱资源,对部分矿柱分别采用有底部结构的留矿法或无底部结构的留矿法进行回采,矿柱回采率50%以上,取得了一定经济效益,可以在类似矿山推广。

缓倾斜矿体;中厚矿体;矿柱回采;分段空场嗣后充填法

萨热克铜矿位于新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州乌恰县乌鲁克恰提乡北东30 km处，行政区划隶属于乌恰县管辖。萨热克铜矿始建于 2010年，于 2014 年中期建成投产。矿山设计规模为年采选矿石115.5 万t，日采选矿石3500 t。矿山主要采用上向水平分层充填法和分段空场嗣后充填法，其中分段空场嗣后充填法占比80%。当前同时开采中段为 2670 m和2730 m中段。主要分段巷道水平为2670，2730 m和 2790 m。矿石分别从 2670，2730 m分段采场用铲运机装运至各溜井，经溜井利用振动放矿机向卡车装矿，由28 t卡车经斜坡道运往地表破碎站。

经过几年高效采矿，矿山前期对富矿的开采也形成了一定数量的桃形矿柱。为了多回采高品位矿石，需要尽可能多回采矿柱，因此，在对每个中段矿柱在保证安全及不影响下中段矿体开采情况下，通过全局考虑，开展矿柱回采工作[1-3]。

1 矿柱床开采技术条件及资源量

矿区位于西南天山西段,海拔2500～4600 m，山坡坡度40°～60°。矿区南北两侧为区域性逆冲推覆断裂，主要发育两组节理：北东向和北西向相互切割同期形成，赋矿地层为下白垩统克孜勒苏群、上白垩统英吉沙群，陆相砾岩、砂岩建造。矿石的结构主要有细～粗粒状结晶结构、他形粒状结构，交代结构等，矿石构造有星点/斑点浸染状、细脉浸染状、层纹状和带状构造等，金属矿物有辉铜矿、蓝辉铜矿、铜兰、蓝铜矿、孔雀石等。矿石系数为8～10、体重为2.68 t/m3、安息角为36.5°、松散系数为1.78。围岩饱和单轴抗压强度为33.4～112 MPa、抗拉强度为2.75～8.99 MPa、抗剪强度为0.5～3.0 MPa，软化系数为0.35～0.79，矿石单轴抗压强度为87.7～169.9 MPa，平均为124.3 MPa。矿体上、下盘围岩特别是近矿部位硅化强烈，岩石坚硬，稳固性好，不需支护。部分顶板围岩—白垩系上统钙质杂砂岩、粉砂岩及底板围岩（含砾砂岩）局部岩石破碎地段稳固性差。

矿山2730 m分段桃形矿柱分布在1～2线之间，各采场矿柱矿量总计约20071 t，2730 m分段1～2线矿体为单层矿体，水平厚度为6～48 m，平均为20 m，厚度变化较大，且矿体内含有夹石。

根据统计，2670～2730 m桃形矿柱的资源量合计为16.4万t，铜金属量约2350.4 t，平均品位为1.43%，回采率能达到 80%左右，按现时铜矿石价格424.2元/t计算，能为矿山带来约5565.5万元的生产总值，在充分利用资源的同时，能有效延长矿山服务年限[4-6]。

2 桃形矿柱回采方案

根据国内外同类矿山矿柱回采的生产实 践[7-9]，可选择的矿柱回采方法包括：分段空场嗣后充填法、进路充填法、房柱法、点柱式上向分层充填法等。结合萨热克铜矿北矿段桃形矿柱的开采技术条件，推荐采用两步骤上向进路充填法、侧向点柱式房柱法、中深孔扇形空场嗣后充填法。

其中，针对桃形矿柱较连续、厚薄变化不大的矿柱，可采用两步骤上向进路充填法或中深孔扇形空场嗣后充填法；针对连续性较差、矿柱尺寸变化较大的矿柱可采用侧向点柱式房柱法。

2.1 上向分层进路充填法

首先将桃形矿柱沿走向方向每隔50 m划分一个矿块，矿块之间留有5 m间柱；然后在桃形矿柱内分上、下两层，采用进路布置（见图1），先采下层，标准的11.2 m宽矿柱可布置3 条进路，进路尺寸为3.5 m×3 m（宽×高），先采中间进路，待回采结束后及时采用灰砂比1:6或1:8的充填体进行充填，充填养护后再回采两侧进路；为了避免充填体冒落，上层布置1 条进路，进路尺寸缩小为3 m×3 m（宽×高），进路两侧可适当刷帮，刷帮范围不超过矿体与充填体界线，开采结束后进行上层充填。

图1 上向分层进路充填法

配置设备包括YT-28型浅孔钻机2台和1.5～2 m3遥控柴油铲运机1台。

主要技术经济指标：生产能力约150～200 t/d，贫化率为6%，损失率为12.6%，采矿直接成本约为60～75 元/t∙矿。

2.2 中深孔进路式充填法

首先将桃形矿柱沿走向方向每隔50 m划分一个矿块，矿块之间留有5 m间柱；然后在桃形矿柱内布置凿岩巷道，凿岩巷道尺寸为3.5 m×3.2 m（宽×高），在凿岩巷道内采用YGZ90钻机钻凿Φ76 mm的上向扇形中深孔，孔深约5 m，孔底距约1.2～1.5 m，排距约1.2 m。由于YGZ90钻机1.2 m的中心高度无法施工负角度的炮孔，为了避免造成矿石损失，故将凿岩巷道布置在矿柱水平以下3 m左右（见图2）；另外，借鉴国内同类矿山的经验，避免由于矿柱采场边界不明导致中深孔设计不精确而导致贫化率增高，可先在凿岩巷道内每隔 8.4 m（7 排炮孔）施工一排探孔，以便记录矿体与充填体边界，从而控制矿石贫化率。

回采时，用遥控铲运机在凿岩巷道内后退式出矿，待矿块回采结束后一次性充填，充填采用灰砂比1:8或1:10的浆料进行充填。

图2 中深孔进路式充填法

配置设备包括YGZ-90型中深孔钻机2台和 2～3 m3遥控柴油铲运机1台。

主要技术经济指标：生产能力约200～300 t/d，贫化率为9.5%，损失率为14%，采矿直接成本约为50～65 元/t∙矿。

2.3 侧向点柱式房柱法

为防止采场回采过程中顶板暴露面积过大，将桃形矿柱沿走向方向依次划分成若干个矿房和矿柱，矿房尺寸为12 m×11.2 m×7.05 m，矿柱尺寸为 4 m（或5 m）×11.2 m×7.05 m，矿柱不回采（见图3）。矿房内采用侧向台阶式浅孔落矿，具体步骤为：利用原分段空场嗣后充填开采结束未充填的出矿巷道，垂直矿柱走向方向，采用YT-28浅孔凿岩机钻凿深度为1.6~1.8 m，排距为0.6~0.7 m的炮孔，落矿形成阶梯型工作面，阶梯工作面长度为 4~6 m，阶梯高度为1.5~2.0 m，在回采过程中后退式回采，采用1.5~2 m3柴油铲运机进行出矿，出矿过程中要使回采工作面保持1.8 m左右的作业空间，待矿房回采全部结束后进行大量出矿，此时需要采用遥控铲运机进行出矿。待整条桃形矿柱回采结束后，形成的采空区和旁侧的出矿巷道一次性采用1:10的充填料浆进行充填。

图3 侧向点柱式房柱法

配置设备包括YT-28型浅孔钻机2台和1.5～2 m3柴油铲运机（或遥控）1台。主要技术经济指标：生产能力约150～200 t/d，贫化率为4.3%，损失率为28.2%，采矿直接成本约为40～55元/t。

3 结论与建议

（1）矿柱回采应遵循先探后采、统筹规划、分区分类，保证安全可靠、经济可行、切合实际、控制贫化损失、多回采矿量的原则。

（2）井下矿柱赋存形态、矿岩稳固性、矿石品位等变化很大，矿柱形状多样，周围空区的形态各异，变数较大，因此，井下矿柱回采应针对每个矿柱的回采技术条件（包括待采矿柱周边充填体的质量）选择合理的采矿方法和采矿工艺。

（3）结合萨热克铜矿矿柱的开采技术条件，对比分析不同回采方案，根据矿柱回采后二次应力转移特点以及充分利用原有井巷工程，确定合理、具体的矿柱回采顺序。整体回采顺序为：分段间自下而上、分段内自西向东、上盘至下盘V 型后退式回采。

（4）矿柱回采时，要加强对职工的技术培训工作，提高施工人员的操作技术水平，建立健全岗位责任制及操作技术规程规范要求，并进一少加强质量管理，杜绝人为因素造成的工程质量事故和安全隐患。

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高 进(1976—)，男，湖北武汉人，高级工程师，主要从事矿山采矿技术管理工作，Email: 476074705@qq. com。