[科普中国]-矿柱回收

概述

矿柱回收是指某段矿场开采完毕后对矿山开采所留设的安全矿柱、岩柱，根据用途不同，分为保护地面建筑及井筒的矿(岩)柱、开拓矿(岩)柱、采区矿(岩)柱等矿柱的回收。矿产资源属于不可再生资源，在加强矿产资源的勘探开发的同时，还应不断提高矿石回收效率，最大程度的从正在开采的矿床中回收矿产资源。

有色金属矿山大部分保留各种类型的矿柱，矿柱矿量据统计数据显示大约占矿山可采量的30%~40%。矿柱大量积压，会造成矿石资源的大量损失，而且也存在严重的安全隐患，因此，矿柱的回采对矿山的生产、安全、经济效益有重大的影响。1

矿柱回采现状国外金属矿山应用房柱法回采比较多。原苏联的马格涅季特铁矿矿山工业场和高山机械厂在地下有6000多万吨的保安矿柱储量，回采使用的采矿方法是房柱法嗣后胶结充填，这样既能够保证工业场地稳定，同时也能成功回采保安矿柱；前苏联兹良洛夫矿在残留矿柱的二次回采上使用的是振动出矿技术，房间矿柱和顶柱向采空的矿房崩落，同时振动放矿机出矿，这会有益于对残留矿柱的回采；美国马格蒙特矿为了对矿柱中的高品位矿石成功回采，采取了错索支撑保护大约27m的矿房跨度；墨西哥的格雷罗矿则同时回采矿柱和进行采空区充填作业，最终成功回收得到高品位矿石；加拿大汤普森矿也取得一定的成果，垂直矿块采矿法（VBM）被使用，进行对房间矿柱大量崩矿回收，并且采用圆木假顶护顶；罗德矿，地处加拿大，采用圆木假顶护顶，在高应力错索支撑的护顶的保护之下，回收矿柱顶柱，创造了一个非常安全的作业环境。

日本在矿往回采的安全管理研究上同样作了许多工作，分析回采矿柱及围岩的相关有限元分析结果，在矿柱回采中，对残留矿柱及空区围岩两者周围的压力及变形进行多次监测，使用的主要监测装置有：位移计、压力盒及声发射装置，实时监测，再根据得到的数据的分析结果，放入矿山生产指导工作中；俄罗斯研究者在西宾斯克怜矿高水平构造应力矿区关于有冲击地压危险的矿块矿柱回采方面也收获了一定的宝贵成果，比如如何合理正确的选择矿块及矿柱的分布位置、推进方向、进行局部卸载、设置合理的卸压区及加强必要的支护等。图2是国外一些矿山充填矿房及其矿柱回采概括。

我国有许多拥有多年开采历史的矿山，不同种类矿床采用了不同回采矿柱方法，提供了有价值的经验参考。开采缓倾斜及倾斜中厚矿体方面，贵州隶矿、荆襄刘冲矶矿、新冶铜矿等采用人工岩柱支撑法，回采矿房内矿柱，并用中深孔或浅眼来抽采局部矿柱等方式来回采全面法、房柱法的矿块矿柱，从而极大地增加了矿床回采率。其中贵州万山矿区效果显著，隶矿回采率高达95%。厚矿体开采中，狮子山铜矿、铜官山铜矿、寿王坟铜矿、大吉山鹤矿、赤马山铜矿等十几个大中型矿山在回采矿柱上大量采用崩落法，回收得到大量矿柱，为完善矿床开采顺序，实现采矿计划有着重要意义，并提供了宝贵的实际经验。

上个世纪五十年代，铜官山钢矿为了更好的提高矿柱的回采率队及回采强度而采用有底柱分段崩落法回采矿块间柱和顶底柱。从走十年代开始，矿柱回采中开始应用充填法。凡口铅巧矿回收间柱及顶底柱时采用尾砂矿柱；柏坊铜矿在由于具备复杂的采矿技术条件和较大岩层压力，所W使用了胶结充填法来回采矿柱；铜山铜矿为了实现保护露天采矿场的目的，在矿柱回收上采用胶结矿柱，在矿房回收上使用尾砂矿柱的方式。金川镇矿则在下向分层胶结矿柱的应用上取得一定的成功。图2是国内一些矿山用空场法回采充填矿房间柱的简况。

可以看出，国内普遍使用上向胶结充填法进行矿柱的回采。1

矿柱回采顺序在理想的状态下，间柱、顶底柱的回采施工应与矿房回采同步，以保证在矿房回采结束后，及时回收矿柱。但在实际生产中，由于关系到生产的接续、生产安全及人员短缺等问题，往往是矿柱回收滞后于矿房的回采。由于矿柱回采的滞后，当矿房内的矿石出空后，矿柱就成为安全隐患，这时如果不及时进行顶底柱及间柱回采施工，极易出现安全事故。在爆破顺序上，如果间柱的爆破迟于顶底柱爆破，必然导致岩石混入率加大，影响回收质量和回采率，因此间柱、顶底柱的爆破施工要同时进行。

为保证绝对安全，对于浅孔留矿法顶底柱的回收施工应该与浅孔采矿同步，否则在矿房采矿结束后对顶底柱进行回采施工，使人员在采空区上部作业，存在极大的安全隐患。因此，在进行人行天井施工的同时，须进行间柱回采施工；在矿块进行切割与浅孔采矿的同时，进行顶底柱的回采施工。这样，在浅采结束后，就可以对间柱与顶底柱同时进行爆破落矿，从而避免了人员在空区上部作业，保证施工安全。同时，这种回采顺序不仅能有效地保证出矿产量，更保证了矿石质量。2

回收方案顶底柱施工方案浅孔采矿结束后，要放出一部分矿石作为顶柱爆破的补偿空间。为避免发生冒顶事故，应尽快进行顶柱爆破。一般顶柱采用硐室回收，其主要方案有 3种。

（1）主巷式

由于在采场的上水平留有顶底柱，通常在水平掘凿一层硐室，回收顶柱；在二段掘凿一层硐室回收底柱。

这时采用“主巷式” ，即在水平掘凿一条贯通矿体的硐室主巷，再在主巷中根据抵抗线布置成“丁” 、 “干”或“一”字形硐室；在二段以电耙巷道为硐室主巷，在两帮掘凿“丁” 、“干”或“一”字形硐室。其布置如图 4所示。

该方式工程量大、工期长、出碴距离远及劳动强度大。根据爆破需要放出矿房内的矿石，但很难把握采场空间，因此爆破效果也难以控制；但因不在采场内作业，通风好、物资供应及行人方便、采场内不积压大量矿石。

（2）多井式

对于一些顶柱靠近地表的采场，或上部水平已经采空崩落或无法进行硐室施工时，可采用“多井式” 。此时采场不能放空，要留有大量矿石作为施工平台，在采场内向顶柱掘凿若干便于下碴与行人的下碴行人天井，根据矿柱厚和抵抗线掘凿若干层硐室。硐室可采用“一” 、 “丁”或“干”字形，如图 5所示。

该方式施工管理简单、工期短、见效快，由于有施工下碴行人井，增加了自由面，破碎效果好，保证了后续出矿工作顺行；但人员在采场内行走作业，施工时通风效果不好，降低了安全性，而且采场积压大量矿石。

（3）混合式

有时因为矿块的特殊条件限制，采用以上两种方式均不适宜时，为保证生产的接续，采用多井与主巷式相结合回收顶底柱，如图 6所示。

该方式由于有两条井，通风效果好，人员不在采场内作业，行人上下通过天井，提高了安全性；又由于有下碴井，施工碎碴直接倒入采场，降低劳动强度，管理简单；但需掘凿硐室主巷，工期长、见效慢。2

间柱施工方案理论上，在天井施工的同时进行各段硐室回采施工，爆破时在起爆顺序上间柱先于顶底柱。但在实际生产中，由于人员、设备及生产进度等要求，往往不能按正常顺序进行。恰恰相反，顶底柱先回收，而间柱最后回采或作为永久损失。如果在顶底柱回收之后，再回收间柱就相当于窄矿体的回收，且比窄矿体回收更复杂、更不安全。

（1）二段有底柱回收

施工时在二段沿矿柱方向进行小耙道施工，按回收面积掘凿 1～2 个漏斗。如果原行人天井可利用，就用作行人通风；如果不能利用，就新掘凿一条行人天井。为保证安全，先在四段以上掘凿硐室，硐室施工可根据实际采用“丁”或“一”字形硐室,施工结束后再到三段进行切割施工，完成采矿作业。

该方式优点是机械化出矿程度高，能利用现有设备出矿，矿石回收效果好、数量大、质量好。能够在耙道里进行二次爆破，破坏少。但三段切割作业不安全。

（2）二段无底柱回收

如果原行人天井可利用,就用作行人通风；如果不能利用，就新掘凿一条行人天井。施工时为保证安全，先在三段以上进行硐室施工，可根据实际采用“丁”或“一”字形硐室，施工结束后，在二段聚矿井四周按回收面积进行开帮切割施工，完成采矿作业。

该方式虽然机械化出矿程度低，但能利用自重完成矿石运搬；矿石回收效果不好；在振动漏口进行二次爆破，作业危险、破坏性大、效率低。2

注意事项在矿房填充类型相同时，选用回采矿柱方法，需要注意以下几个因素：

1.矿石和围岩的稳定性；

2.矿体倾角和形态、矿岩接触线的变化特征；

3.矿石的品位和价值；

4.地表是否需要维护；

5.矿房的采矿方法及充填材料；

6.上阶段的开采状况。

在矿柱回采时要注意矿房回采方法，矿柱回采方法，充填材料和强度之间的合理选配。在保证实现矿房充填的基本目标的前提下，尽量节约充填费用，适应矿山地压控制，简化生产和技术管理，利于矿房矿柱回采比例进行。一般应先采顶底柱，后采间柱。1