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浅孔房柱法在缓倾斜中厚矿体中的应用

内容摘要：根据大红山矿矿体赋存条件，结合矿山常用的有底柱小中段空场嗣后充填采矿法的相关情况，为了有效的控制采掘千吨比和贫损指标，缩短采掘周期，有效回采倾角大、分支复合严重、构造复杂地段的矿体，分别采用了无底柱房柱法、局部有底柱房柱法进行回采，在有底柱空场法中全面推广留矿法回采切割槽，从而有效的弥补了小中段空场法的不足和提高了切割槽拉槽质量，并有效的回收了资源，取得了较好的经济效益，实践证明这是一种适合大红山铜矿的有效辅助采矿方法。
关键词：浅孔 房柱法 缓倾斜 中厚矿体 应用
大红山铜矿位于云南新平县老厂乡，地理位置东经101°39′，北纬24°06′，靠哀牢山山脉东侧，戛洒江东岸,海拔标高600-1850米，相对高差1250米，属侵蚀剥蚀山地地形，地势陡峻，河谷发育。是1959年发现的大型铁铜矿床，于60年代开始普查勘探，玉溪矿业公司于1983年11月进行详勘。1993年开始基建探矿，一期工程于1997年7月1日建成投产，二期工程于2003年6月26日建成投产。
一、矿区地质概况及开采技术条件
大红山铜矿属海底火山喷发沉积变质中厚缓倾斜高温矿床。矿体走向为东西--北西西，走向长约1800米，倾向南西，倾斜宽约1600米，倾角20—35°（局部地段大于35°），构造及节理裂隙发育，呈层状、似层状产出，矿区共有3个含铁铜矿体（I3、I2、I1）和四个含铜铁矿体（Ic、Ib、Ia、Io），自上而下分别为Ic→I3→Ib→I2→Ia→I1→Io），埋藏深度160-750米，标高-29—821米，其中I3、I2含铁铜矿体规模大，是主要的开采对象，矿石主要金属矿物为黄铜矿、磁铁矿，主要脉石矿物为碳酸岩（白云石为主）、黑云母，矿石整体较稳固，f=8-14，矿岩爆破性能较差。
大红山铜矿含矿层顶板为深灰色条纹条带状石榴黑云白云石大理岩，夹石榴白云石黑云片岩，厚约13米；含矿层底板为深灰绿色石榴黑云角闪片岩、石榴角闪黑云片岩，夹条纹条带状石榴黑云角闪白云石大理岩；含铁铜矿石体重为⒊25T/M3；含铜铁矿石体重为⒊35T/M3；夹石体重⒉9-⒊08T/M3；松散系数为1.71；自然安息角为40°30′-41°；矿石内摩擦角35°20′；围岩内摩擦角35°14′；抗压强度：间接顶板为134.5Mpa；直接顶板为102.9Mpa；矿石为101.3Mpa；底板为66.7Mpa。
二、矿床开拓及采矿方法简介
大红山铜矿采用侧翼反倾斜双斜井开拓，即主皮带斜井加辅助双轨斜井。主井担负矿、废石运输，付井运送人员、材料、设备兼作大件通道和通风。二期主要增加了一条无轨斜坡道、箕斗斜井、辅助斜井和总回风竖井。
采矿方法为地下坑采，采用小中段空场法为主，房柱法为辅。矿区设计采用分期建设方案，一期开采550M以上的矿体，开采顺序为从下往上，先采I3矿体，待上中段I3矿体回采结束后再采I2矿体，同中段原则上从东往西回采；以底盘漏斗空场法为主，房柱法和全面法为辅，垂直走向布置为主，沿走向布置为辅。二期采用无轨采矿、有轨运输，开采550M-400M的矿体，以小中段空场法为主，机械化房柱法和全面法为辅。采后均用尾砂和废石充填处理采空区。盘区结构：一期为50M(走向)×30-70M（倾向），二期为100M（走向）×20-35米（倾向），盘区顶底柱、壁柱均为5米。
三、浅孔房柱法的应用
根据大红山铜矿矿体赋存条件，在构造发育地段，虽然矿体较为厚大，但可控性差，底漏法回采难度大，贫损指标难以控制，特别是运输大巷一旦定型，在构造发育地段加密探矿后，若矿体底板下掉，用底漏法回采，溜子将会形成平底漏斗或盘区南端矿体损失较大，导致盘区生产能力低、运输系统不顺畅、损失指标难以控制，因此在局部矿体厚大地段，在原有房柱法（矿体厚度小于8M）的基础上优化了人行系统和回采顺序，采用了房柱法（图一）进行，从而有效地回收了资源，提高了生产能力。在矿体倾角大于25°的地段，用电耙底漏法难以确保出矿安全和中深孔施工质量及安全的情况下，采用了普通房柱法和局部有底柱房柱法（图二），有效地解决了回采质量和人员安全；针对二期局部地段矿体倾角大、矿体较薄小（6米以下），采用机械化小分段空场法贫损指标难以控制，若采用机械化房柱法，同样存在贫损指标难以控制和生产能力低等问题，适时的采用了采场电耙清场、铲运机出矿的房柱法（图三），有效地解决了贫损指标控制和生产能力问题；为解决有底柱空场法盘区中深孔拉槽质量低，存在悬顶、拒爆、成本高等问题，结合盘区大药量一次爆破工艺的应用，从2000年全面推广了浅孔留矿法回采切割槽（图四、图五）。大红山铜矿自1999年应用房柱法以来，不断总结经验，有效弥补了底漏法的不足，为达产达标、超产超标（大红山铜矿设计生产能力为4800T/日，现生产能力已超过8000T/日）及均衡生产作出了重要贡献，比例有逐年上升趋势（见表一），随着回采量的加大，指标实现情况较好（见表二）。下面就大红山铜矿所用的几种房柱法及浅孔留矿法回采切割槽作简要介绍。

房柱法应用统计表 表一
年份
结束盘区数（个）
房柱法盘区数（个）
比例（%）
备注
2000年
5
1
20
比例为盘区个数，若按矿量计算，比例在20%左右
2001年
9
2
22
2002年
16
5
31
2003年
21
10
48
2004年
21
7
33
2005年1-5月
6
2
33

房柱法盘区指标及参数统计表 表二
中

段
盘 区
号
采 幅 （宽×长）（m）
采高（m）
矿体倾角(度)
暴露面积（m2）
采
矿量（T）
生产能力(t/日)
万吨周期（月/万吨）
最终矿房损失率
（％）
贫化率（％）
采掘千吨比（m）
535
44-I
41×25
16
20
1000
37760
162
4.38
8.60
9.87
4.8
535
70-I
47×36
11
38
1692
43962
173
6.61
8.42
9.73
7.9
550
22
45×36
8
20
1620
30299
165
5
7.78
4.33
11.6
550
34
57×48
8
13
2500
64615
214
2.69
8.98
6.29
11.6
550
28
44×18
14
20
770
32231
161
2.28
2.54
5.29
8.7
575
34-I
42×19
19
14
777
32034
189
4.65
9.33
8.55
7.5
575
48
47×36
8
19
1715
31905
210
3.23
7.81
1.17
11.3
600
66
44×37
8
26
1628
35766
212
4.41
0.79
10.58
9.28
550
32
43×35
8
15
1800
38073
190
3.1
2.1
5.83
7.93
535
28
45×20
11
20
896
14917
170
5.48
3.49
8.99
9.7
535
66
29×49
10
34
1450
46936
179
4.77
3.8
7.31
7.48
535
22
65×35
7
18
2100
23034
115
5.81
9.97
9.10
10.8
注：采幅长指平均长；倾角、采高均为平均数；万吨周期指从施工盘区溜子开始计算；场内损失率大于10%的盘区，临时点柱因各种原因没有全部回收；贫化率大于10%的盘区，经加密探矿后，构造增加、矿体分支复合，导致表外矿及废石增加。盘区生产能力指从开始回采至结束日历天数的平均能力。
1、中厚矿体浅孔房柱采矿法
1.1 适用条件：此方法主要用于运输大巷确定后，用有底柱空场法回采形成平底漏斗、南端矿体损失大、溜子储矿段低或构造复杂的矿段。
1.2 采场布置及结构参数：盘区沿走向或垂直走向布置，盘区尺寸为45-62m（走向）×30-50m（倾向），在盘区内布置三条溜子、三条电耙道、人行材料井、电耙联道、进路井、进路平巷和充填回风系统。在盘区两端矿柱内布置进路井和进路平巷，两层进路平巷间距在5-6m，可用充填回风井作为备用人行通道。根据盘区大小、构造发育及岩石稳固情况，在盘区内留4-6个4m×4m或4m×5m的点柱（见下图）。
1.3、回采工艺
1.3.1 人行通风：人员及新鲜风从运输大巷经盘区人材井进入联道，再经联道从电耙道或进路井进入工作面。污风从盘区充填回风井排出。在回采至6米以上时人员可从进路井或充填井进入工作面。
1.3.2 回采顺序：在掘进期间，电耙道沿矿体底板施工，从而进一步摸清矿体底板界线。盘区各系统形成后，若溜子高度在6米以内的，先把溜子扩开作为盘区南端集矿槽，以便回采南端上部矿体时控制矿堆高度，再沿矿体底板采通各条电耙道，形成统一的人行进风系统；回采高度在4米左右时，矿房采用从北往南后退式回采，以确保用电耙进行平场及控制矿堆高度。回采过程中，选择进路井位置的采场滞后回采作为安全人行通道，必要时可采取护顶措施；回采至南端矿体时，从电耙道已无法进入工作面，此时，用进路井或充填井进入工作面，矿堆用扩开的溜子集矿槽控制矿堆高度。在回采期间，临时点柱可根据岩石稳固情况预留，规格为上大下小的锥体，回采矿房过程中，在点柱四周施工好炮孔，矿房回采全部结束后，点柱视顶板稳固情况，一次装药爆破后进行回收。盘区底柱根据人行进风系统，可采用后退式回采进行部分回收。
1.3.3 评价：采用此方法进行回采，只要控制好回采顺序、块度，加强顶板管理，可节约探矿工程，减少贫化、损失。对矿山实现均衡生产具有重要的补充作用。

2、倾斜矿体局部有底柱浅孔房柱法
1.1 适用条件：此方法主要用于矿体倾角在30°以上，部分矿石可形成自流，矿体厚度在5米以上，斜长在30米左右，用有底柱空场法或普通房柱法难以确保施工安全的矿段。
1.2 采场布置及结构参数：盘区垂直走向布置，盘区尺寸为45m（走向）×30-40m（倾向），在盘区南端壁柱内布置一条溜子、人行材料井，在矿体下盘布置一条电耙道，在电耙道北端布置三条措施溜子（按采场划分和受矿漏斗要求布置），在矿体底板平行电耙道布置一条电耙联道和人行措施井，在电耙道末端布置一条回风井，作为供矿期间的专用回风井，沿矿体底板布置三条电耙道，在底柱和采场内布置进路及充填回风系统。根据盘区大小、构造发育及岩石稳固情况，在盘区内留2-4个4m×4m或4m×5m的点柱（见下图）。
1.3、回采工艺
1.3.1 人行通风：人员及新鲜风从运输大巷经盘区人材井进入电耙道，再经电耙道或人行措施井进入电耙联道，从电耙道或进路井进入工作面，也可从盘区充填井中进入，污风从盘区充填回风井排出。
1.3.2 回采顺序：在掘进期间，电耙道沿矿体底板施工，从而进一步摸清矿体底板界线。盘区各系统形成后，先把电耙道北端的措施溜子扩开作为盘区集矿槽，再沿矿体底板采通各条电耙道，形成统一的人行进风系统；回采高度在4米左右时，矿房采用从北往南后退式回采，矿堆高度用集矿槽进行控制，也可在进路平巷中安装7.5Kw电耙进行清场；此时顺序控制、临时点柱回采要求及人行安全要求与上述的中厚矿体浅孔房柱法相同。在大量供矿期间，若部分矿石无法进入集矿槽，则用7.5Kw或15KW电耙进行清场。
1.3.3 评价：采用此方法进行回采，只要控制好回采顺序、块度，加强顶板管理，可充分利用矿石势能，节约探矿工程，减少贫化、损失。对矿山实现均衡生产具有重要的补充作用。对盘区尺寸较大的，可与普通房柱法结合使用，灵活性较大。

3、倾斜矿体无轨房柱法
1.1 适用条件：此方法主要用于大红山矿二期工程（无轨开采），矿体倾角在30°以上，部分矿石可形成自流，矿体厚度在6米左右，用小分段空场法或机械化房柱法难以控制贫损指标和施工安全的矿段。
1.2 采场布置及结构参数：盘区垂直走向布置，盘区尺寸可以根据矿体赋存条件进行灵活调整，在盘区南端底柱下盘（2-3米）布置一条集矿堑沟，通过出矿进路与分段采准干线连通，在集矿堑沟北边按采场划分要求布置集矿槽（4×4M或4×5M）与电耙道连通，在集矿槽南端布置电耙硐室，在盘区内按采场划分要求布置电耙道，在北端矿柱内布置上联道与电耙道连通。上联道通过出矿进路与上分段采准干线相连，通过扩刷后作为上段盘区的集矿堑沟。盘区内布置充填回风井与回风顶沿连通，形成充填回风系统。根据盘区大小、构造发育及岩石稳固情况，在采场间预留条柱，回采后期可留为点柱，最后回收点柱。
1.3、回采工艺
1.3.1 人行通风：人员及新鲜风从采准干线经出矿进路进入集矿堑沟，经集矿堑沟从电耙道进入工作面，也可从上分段出矿进路经盘区上联道进入工作面，污风从盘区充填回风井排出。
1.3.2 回采顺序：在掘进期间，先施工好出矿进路、集矿堑沟和集矿槽后，沿矿体底板施工电耙道，从而进一步摸清矿体底板界线。盘区各系统形成后，先把集矿槽扩开，以加大受矿范围，再沿矿体底板采通各条电耙道，把条柱留为点柱，形成统一的人行进风系统；回采高度在4米左右时，矿房采用从北往南后退式回采，矿堆高度用集矿槽进行控制，部分坡度较小的可安装电耙进行平场。此时顺序控制、临时点柱回采要求及人行安全要求与上述的中厚矿体浅孔房柱法相同。在大量供矿期间，若部分矿石无法进入集矿槽，则用7.5Kw或15KW电耙进行清场。矿堆进入集矿槽后，用铲运机经出矿进路进入盘区溜子。采矿及出矿顺序上以出矿进路为界，采用后退式回采。
1.3.3 评价：采用此方法进行回采，只要控制好回采顺序、块度，加强顶板管理，可充分利用矿石势能，充分利用传统设备，节约探矿工程，减少贫化、损失，且灵活性大。对矿山实现均衡生产具有重要的补充作用。

4、浅孔留矿法回采切割槽
1.1 使用背景：切割槽拉槽质量的好坏，将直接影响到矿房爆破质量和效果。大红山铜矿从投产初期，在有底柱空场法盘区一直使用中深孔进行拉槽，通过多次改进，但始终存在悬顶、拒爆、成本高、拉槽质量低等问题，特别是结合盘区大药量一次爆破工艺的应用，从2000年在一期全面推广了浅孔留矿法回采切割槽（图四），2004年在二期全面推广了浅孔留矿法回采切割槽（图五），通过多年的实践，取得了较好的经验和效果。
1.2 适用条件：此方法全面用于有底柱空场法（一期）和小分段空场法盘区（二期）的切割槽回采。
1.3 结构参数：根据盘区爆破次数、爆破顺序和周边相邻关系布置切割槽，并确定切割槽回采高度和宽度。若盘区矿体厚度在10米以内，用一个分层进行回采的，则要考虑人行进路系统。进路系统可结合盘区充填回风井，在矿体顶板施工一条切顶上山连通切割槽，若采用两个分层进行回采，二分层凿岩上山离矿体顶板在6米以内的，则用二分层作为上部回采期间的人行进风通道，距离在6米以上的则结合盘区充填回风井考虑人行通风系统。对于二期小中段空场法盘区，下分段切割槽回采可以从上分段进路中进入，上分段切割槽回采可以从充填中或回风巷中进入。有条件的盘区可以考虑独立的人行进风系统。
1.4、回采工艺
1.4.1 人行通风：一期回采盘区，人员及新鲜风从运输大巷，经盘区人材井进入电耙道，再经电耙道、斗穿斗颈或措施井（盘区联络井）进入工作面，二期回采盘区，从采准干线经出矿进路进入工作面或从措施井（措施巷）、充填井进入工作面，污风从盘区充填回风井排出。
1.4.2 回采顺序：在盘区掘进工程施工完后，在切割槽两边各施工5排左右的中深孔，把切割槽位置的漏斗扩开后即可进行回采，回采期间，进路口位置滞后回采，并确保回采范围内的矿堆高度。
1.4.3 评价：采用此方法进行切割槽回采，只要控制好回采顺序、块度，加强顶板管理，可以节约大量的探矿工程和切割井、切割平巷。另外，切割槽回采可以与盘区中深孔施工、扩漏（一期）同步进行，可以缩短盘区建设周期，并准确的控制了切割槽回采范围，从而确保矿房大爆破质量，减少盘区损失；加之为矿房一次爆破或减少爆破次数创造了充分条件，也为进一步提高了盘区生产能力提供了较好的平台，是一种值得推广应用的切割槽拉槽方法。

5、顶板管理
用房柱法或留矿法进行回采的矿段，在控制好施工顺序、回采质量的同时，应着重加强顶板管理。可以采取如下措施：（1）、在回采至顶板时，所施工的炮孔应尽量与矿层产状一致，以避免炮孔对顶板的破坏；（2）、在大量供矿前，利用现场较好的施工条件进行松石、浮石的彻底清理，必要时对不稳固及人员通道地段进行护顶，以确保供矿期间人员的安全；（3）、在回采期间，点柱应按设计要求进行预留；（4）、回采期间，通过进路井、进路平巷等人行通道对顶板变化情况进行辅助观测，为顶板管理提供科学依据；（5）、在回采期间应加强块度控制，尽量减少二次爆破对顶板的破坏；（6）、加强地质资料的综合研究，使地质资料对顶板的描述更准确和全面，以便及时采取相应的措施；（7）、采用“强掘、强采、强供”等措施，尽量缩短回采周期。
6、今后应加强的工作
浅孔房柱法和浅孔留矿法在大红山铜矿已应用多年，也取得了一定的经验，但今后还需加强以下几方面的工作：（1）、进一步加强综合研究，特别是在二期的推广应用及总结工作；（2）、不断总结顶板管理经验，采取科学的辅助观测手段，以降低贫化率及确保人员安全；（3）、加强对盘区点柱、壁柱和顶底柱回采的研究工作，进一步降低损失率；（4）、采取灵活多样的护顶措施，并不断总结分析，以进一步降低成本，为临时点柱和间壁柱、顶底柱的充分回收创造条件；（5）、确保系统排放、加强施工指导和生产管理，进一步缩短回采周期。
四、结论
大红山铜矿属缓倾斜中厚矿体，但西部及中部部分矿段矿体倾角大、构造复杂、矿体分支复合现象较为突出，在这些矿段适时推广应用上述浅孔房柱法，可以充分回收资源、降低贫化和损失率、确保回采质量和安全；在小中段空场法盘区全面推广应用浅孔留矿法回采切割槽，提高了拉槽质量，进一步缩短了盘区建设周期，并确保了矿房爆破质量和效果，为减少盘区爆破次数和提高生产能力创造了条件。上述方法的推广应用，为企业获得了较好的经济和社会效益，为矿山均衡生产创造了条件，为矿山达产达标和超产超标作出了重要贡献。