Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．５０６ 现代矿业 总第５０６期 Ｊｕｎｅ．２０１１ Ｍ０ＤＥＲＮ ＭＩＮＩＮＧ ２０１１年６月第６期 空场采矿法间柱与顶柱回收方法应用 陈 彬 郭广贤 严成涛 （１．首云矿业股份有限公司；２．金诚信矿业管理有限公司） 摘要密云铁矿经多年开采，即将由露天转入地下开采。在露采转入地采的过程中，挂帮矿 体采用了分段凿岩阶段空场法开采，回采结束后形成了体积约５２ ５００ ｍ 的空区，并留下了大量矿 柱，总矿量达４０多万ｔ，随着时间延长，地压不断增加，矿柱已出现局部冒落破坏，随时会有冲击地 压的产生，而以下矿体又改用无底柱分段崩落法，在崩落法正是回采前，需对采空区处理并回收矿 柱遗存矿量。针对密云铁矿挂帮矿开采所留间柱与顶柱回收问题，从回收方法、爆破方案和回收顺 序进行了分析探讨，并对全部遗留矿柱进行成功回收。 关键词矿柱回收采空区 空场法崩落法微差爆破 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｒｅｃｙｃｌｅ ｏｆ Ｐｉｌｌａｒｓ ａｆｔｅｒ Ｓｕｂｌｅｖｅｌ Ｒｏｏｍ Ｍｉｎｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ Ｃｈｅｎ Ｂｉｎ Ｇｕｏ Ｇｕａｎｇｘｉａｎ Ｙａｎ Ｃｈｅｎｇｔａｏ （１．ＳＨＯＵＹＵＮ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．；２．ＪＣＨＸ Ｍｉｎｉｎｇ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｆｔｅｒ ｙｅａｒｓ ｏｆ ｍｉｎｉｎｇ，ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ Ｍｉｙｕｎ ｉｒｏｎ ｍｉｎｅ ｉｓ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｆｒｏｍ ｏｐｅｎ—ｐｉｔ ｍｉｎｉｎｇ ｔｏ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｍｉｎｉｎｇ．Ａｎｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｓｕｂｌｅｖｅｌ ｒｏｃｋ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｔａｇｅ ｒｏｏｍ ｓｔｏｐｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｔａｋｅ ｔｈｅ ｏｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｐｉｔ ｏｕｔｌｉｎｅ．Ａｆｔｅｒ ｉｔｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｎｅｓｓ．ａ ｖａｃａｎｔ ｐｌａｃｅ ａｂｏｕｔ ５２ ５００ ｍ ｗｉｌｌ ｂｅ ｔｏ ｔａｋｅ ｓｈａｐｅ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ａ ｌｏｔ ｏｆ ｐｉｌｌａｒｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｌｅａｖｅｄ ｂｅｈｉｎｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｒｅ ｉｎ ｔｈｏｓｅ ｐｉｌｌａｒｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ４００ ０００ ｔｏｎｓ．Ａｓ ｔｉｍｅ ｐａｓｔ，ｔｈｅ ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ａｌｌ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｐｉｌｌａｒｓ ｈａｖｅ ｃｏｌｌａｐｓｅｄ． Ｓｏ ｉｍｐａｃｔ ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗｉｌｌ ｈａｐｐｅｎ ａｔ ａｎｙ ｔｉｍｅ．Ｐｉｌｌａｒｌｅｓｓ ｓｕｂｌｅｖｅｌ ｃａｖｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｌｌ ｂｅ ｕｓｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｐｉｔ ｏｕｔｌｉｎｅ，ｓｏ ｉｔ ｉｓ ｎｅｅｄｅｄ ｔｏ ｄｅａｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｖａｃａｎｔ ｐｌａｃｅ ａｎｄ ｒｅｃｙｃｌｅ ｔｈｅ ｐｉｌｌａｒｓ ｂｅｆｏｒｅ ｉｔｓ ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｏｆ Ｐｉｌｌａｒｓ ａｆｔｅｒ ｓｕｂｌｅｖｅｌ ｒｏｃｋ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｔａｇｅ ｒｏｏｍ ｓｔｏｐｉｎｇ ｉｎ Ｍｉｙｕｎ ｉ— ｒｏｎ ｏｒｅ，ｉｔ ｉｎｖｏｌｖｅｓ ｔｈｅ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ａｎｄ ａｌｌ ｔｈｅ ｐｉｌ— ｌａｒｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｂｙ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｐｉｌｌａｒ ｒｅｃｙｃｌｅ，Ｖａｃａｎｔ ｐｌａｃｅ，Ｏｐｅｎ ｓｔｏｐｅ ｍｅｔｈｏｄ，Ｓｕｂｌｅｖｅｌ ｃａｖｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，Ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ ｂｌａｓｔｉｎｇ 首云矿业股份公司密云铁矿目前正由露天转入 时安全地采出，另下部矿体将改用无底柱分段崩落 地下开采，露天边坡内的挂帮矿体由于先期采用空 法，在崩落法正式回采前，需对采空区处理并形成一 场法开采，在＋５６～＋１６４ ｍ水平后形成了数十个 定厚度的覆盖岩层。为此，结合空区处理，对遗留矿 高５０ ｍ，宽２５ ｍ，长４２ ｍ的采空区，空场群的总体 柱的回收方法开展了研究，矿柱回收按照安全、简 积已达５２ ５００ ｍ ，尽管各采空区之间都留有宽８ 单、矿量回收率高的原则开展方案设计和施工，通过 ｍ，长２Ｏ～２５ ｍ的间柱和走向长达３８０多ｍ，宽２Ｏ 全面的分析论证和精心的设计施工，使遗留的矿柱 ～２５ ｍ，厚度１０ ｍ的连续顶柱。但已有部分空场发 矿量得到回收，空区隐患得到消除。 生塌落破坏，遗留矿柱也出现片垮，随开采深度和范 １矿柱回收方案的确定 围的加大，矿柱的稳定性越来越差，随时有产生冲击 １．１矿柱回收顺序 地压的可能，严重威胁安全生产。而且空场内遗留 矿柱回收顺序存在重要的安全问题，不同的矿 间柱和顶柱矿量达４０多万ｔ。对该部分矿量也需及 柱回采顺序将导致不同的回采生产安全度，对安全 有效的回收矿柱矿量具有极其重要的意义。矿柱回 陈彬（１９７９一），男，助理工程师，１０１５０１北京市密云县。 收包括顶柱和间柱两个部分，采场纵投影如图１所 ３３ 总第５０６期 现代矿业 ２０１１年６月第６期 示。从安全角度和施工方便出发，顶柱回收采用了 放顶硐室方案，间柱则利用中深孔集中爆破的方式。 而回收顺序则有以下２种方案。 凿岩道 顶柱 切割天井 间柱 凿岩道 通风行人天 出矿川＼出矿进路 图１采场纵投影 （１）先回收顶柱，再回收间柱。该方案是先将 顶柱部分先崩落至采空的矿房，再将间柱也崩落至 矿房。其回收顺序的优点是回收工艺简单，爆破网 络简单，爆破效果好，一次需用炸药量小；缺点是顶 柱的爆破可能会对间柱造成不同程度的破坏，对间 柱的回收增加了困难，安全得不到保障。另外，顶柱 崩落后，顶柱上方垮落的围岩也会将进入采空的矿 房，造成矿石提前贫化，回收间柱时，崩落的矿石又 会覆盖在围岩上，造成再次贫化，直接影响矿石回收 质量和回采率¨。 。 （２）间顶柱同时回收。即间柱和顶柱采用微差 爆破方式同时爆破回收，只是间柱爆破稍超前于顶 柱部分。该方案的优点是间柱先于顶柱崩落，顶柱 随着间柱的崩落而滞后崩落，顶柱上方冒落的围岩 就可与覆盖废石隔离，由此减少了废石的混入，使贫 化率降低，同时回收率也有所提高。缺点是爆破网 络复杂，一次需用炸药量较大。 综合分析以上２种回收顺序特点，认为第２种 方案回收顺序比较合理，能达到生产安全可靠、矿石 回采效率较高、贫化率低等要求。 １．２矿柱爆破方案 根据所确定的回收顺序，间柱和顶柱回收需要 大爆破，而目前矿山大爆破主要采用２种方式，即微 差爆破和整体齐发爆破。 （１）整体齐发爆破。对于整体齐发爆破来说，排 与排之间的炮孔，在爆破过程中，药包爆轰应力波互 相叠加，容易形成应力极高的爆轰应力场，使矿岩的 破碎效果得到改善，这种多排同段整体爆破，爆破功 有效利用率高，能减少大块产出率，同次爆破使用雷 管的段数也可以大大减少。但不利方面是由于多排 ３４ 成组药包整体齐发爆破时，只有第一排药包的爆破 具有自由面的优越条件，而后排药包的爆破则因没 有自由面而受到很大的夹制作用，容易出现拒爆现 象，影响爆破质量 。 （２）微差爆破。而微差爆破方式，不同段位炮孔 的起爆是相对独立的，炮孔按顺序依次起爆，先爆炮 孔为后爆炮孔创造更多的自由面，爆破应力波反射 充分，从而达到充分利用炸药能量的叠加作用，使炸 药用量最经济、合理，产生的爆破作业震动也最小。 而当相邻炮孔的微差间隔时间选取合理时，相邻炮 孔间的矿岩在移动时，还会发生相互碰撞挤压，从而 保证了岩石的进一步破碎。相对而言，微差爆破方 式容易保证大爆破的成功率。另从爆破有害震动比 较，毫秒爆破与齐发爆破相比，爆破震动能量低 ５０％左右， 综合各方面因素，矿柱回收选用了多排同段和 同排多段微差爆破技术。其矿柱回收具体爆破方案 为：先爆破矿体间柱，后爆破矿体的顶柱，多排分层， 毫秒微差一次点火起爆。问柱采用多排同段爆破技 术，以东西两侧采空区为自由面微差爆破。顶柱采 用同排多段爆破技术，以下方的采空区为自由面微 差爆破。 ２矿柱爆破参数设计 ２．１炮孔布置参数 （１）深孔布置方式。深孔布置方式采用上向扇 形深孔，即顶、间柱均采用上向的扇形中深孔，在顶 柱及间柱中的凿岩巷道打扇形中深孔。顶柱炮孔布 置与阶段矿房法相同，即上向扇形中深孔排面，孔底 距不大于２．５ ｍ，排距１．６ ｍ，边孔角０。～１。；问柱孔 底距不大于１．９ ｍ，排距不大于１．４ ｍ，边孔角１５。。 炮孔底部距离采空区、巷道或硐室，应留０．５ ｍ不透 穿。深孔的布置方式见图２和图３。 图２顶柱中深孔布置 （２）孔径、孔深。炮孔直径５５ ｉｒｌｍ。孔深对凿 岩速度、采准工作量影响很大，随着孔深的增加，凿 岩速度下降，深孔偏斜增大，施工质量变差。但是随 着孔深的增加，则使凿岩道之间的距离加大，因而采 准工作量降低。使用ＹＧＺ－９０凿岩机时，一般施工 ２４ Ｉｎ左右 陈 彬 郭广贤等：空场采矿法间柱与顶柱回收方法应用 ２０１１年６月第６期 度造成过多的粉矿损失，而且影响装矿、运输、提升设 备效率的提高。单位炸药消耗量并不是越低越好，而 是在具体情况下有其合理的范围。根据以往爆破经 验，炸药消耗量确定为０．５—０．６ ｋｇ／ｔ。 ２．２凿岩爆破实施工艺 （１）凿岩施工。中深孔采用ＹＧＺ一９０型钻机钻凿 上向扇形中深孔，其排距１．４～１．６ ｍ，施工结束后，需 全部量测验收，不合格炮孔及时进行补孔处理。 （２）装药结构。深孔装药全部采用ＢＱＦ．１００型 装药器，炮孔设计最大孔深为２５ ｍ，所选用半导体 塑胶装药管长２９ ｍ，管径为２５ ｍｍ。炸药采用粒状 铵油炸药，非电导爆管起爆，装药密度１ ｇ／ｃｍ 。为 了防止爆破时冲击波破坏起爆网络，同时考虑深孑Ｌ 安装起爆药包的难度问题，孔深大于１６ ｍ的孔，起 爆药包安装在孔深１６ ｍ的位置；孔深小于１６ ｍ的 图３间柱中深孔布置 孔，起爆药包安装在孔底。起爆药包采用直径４２ （３）最小抵抗线。顶柱最小抵抗线为１．２～１．６ ｍ，间柱最小抵抗线为１．４ ｍ。 ｍｍ的大药卷与非电导爆管加工而成，微差雷管全 部插入药卷后用胶布包好，导爆索敷设整个中深孔， 炮孔最后采用粘土炮泥堵塞。 （３）起爆顺序和起爆网络。为了充分利用自由 面，问柱爆破采用多排同段微差爆破技术，顶柱采用 同排多段微差爆破技术。顶柱分南北两区，同时爆 破。间柱分东西两区同时爆破。问柱同段爆破层厚 度为１．２～１．４ ｍ，顶柱同段爆破层厚度为１．２～２．４ （４）单位炸药消耗量。单位炸药消耗量是影响 爆破效果和经济技术指标的重要爆破参数之一。它 主要同矿石性质、炸药性能和采幅宽度因素有关。选 取合适的单位炸药消耗量，不仅要考虑能否将矿石全 部崩下来，还要求崩下的矿石有合适的块度，以减少 二次破碎工作量。实践表明，初次爆破的单位炸药消 耗量过小，虽然能将矿石崩下来，然而在二次爆破上 却需要使用更多的单位炸药消耗量。不良的爆破块 ｍ。间柱段数为１ ～５ ，顶柱段数为６ ～１５ 。矿柱 回收起爆顺序如图４所示。 中深孔 顶柱 空区 天井 间柱 凿岩道 出矿Ｊ ｔ苎 ｊ 图４矿柱回收起爆顺序 为了安全、可靠、准确地起爆，整个爆破网络采 用复式起爆网络（图５）。采用起爆器引爆非电导爆 ３５ 总第５０６期 现代矿业 ３结论 ２０１１年６月第６期 管，利用非电导爆管引爆导爆索后由导爆索传爆至 孔内导爆管，而后由毫秒差导爆管雷管引爆起爆药 包，继而引爆炸药。 阶段空场采矿法因其管理简单，出矿强度大而 被广泛应用，但其矿柱的回收和采后空区处理都是 一大难题，不但安全性差，而且矿柱矿量损失率高， 密云铁矿在空区处理和矿柱回收过程中，采用多种 技术，通过精心设计，使数万立方米空区得以安全处 导爆管雷纠 图５起爆网络 理，消除了生产安全隐患，保证了露天转地下开采的 按期进行，同时回收了大量矿石。密云铁矿矿柱回 收的成功，不但获得了巨大经济效益，也为类似矿山 空区处理提供安全实施方法，具有重要的推广应用 价值。 参考文献 ２．３矿柱爆破回收效果 为了观察爆破效果，特在上一个中段对应出矿 进路中的废石上喷上自喷漆做上标记，待爆破结束 炮烟散尽以后，进入上一个中段观察，发现做上标记 的废石已经消失，说明顶柱已顺利崩下。经过精心 设计和施工，首云铁矿２０多个采场顶柱和间柱都得 ［１］《采矿手册》编辑委员会．采矿手册：第四卷［Ｍ】．北京：冶金 工业出版社，２００６． 到安全爆破回收，对其爆破回收效果进行了标定与 测试。表１和表２为所测定矿柱的爆破工程量统计 和回收指标统计数据。 表１ 单一采场顶柱间住柱爆破工程量 ［２］ 刘恒贵．矿柱采准布置形式与回收率［Ｊ］．有色矿冶，１９９７ （１）：７－ｌ０ 【３］ 陈长志．上西坑钼矿矿柱回采方案探讨［Ｊ］．湖南有色金属， ２００９（１）：４＿６ ［４］ 陶颂霖．凿岩爆破［Ｍ］．北京：冶金＿ｒ－／ｋ出版社，１９９５． ［５］ 李雪林．浅谈逐孔微差爆破技术的应用［Ｊ］．科学之友，２００７ （２）：２１＿２２． 表２矿柱回采主要技术经济指标 【６］ 中国工程爆破协会．工程爆破理论与技术［Ｍ］．北京：冶金工 业出版社．２００９． 矿石量 单耗 出矿能力损失率贫化率热 笪丝遨 直直 接成本 ／ｔ ／（ｋｇ／ｔ）／（ｔ／ｄ） ／％ ／％ 顶柱间柱／（元／ｔ）６８ ０００ ０．５Ｏ ７００ ６０ ２０ ４５ ５４ ２４．８３ （收稿日期２０１ｌ 一１４） ・记者在线・ 国资委支持央企并购拥有专利技术和知名品牌的境外公司 中国央企“走出去”再次获得政府支持。上海 证券报周三援引国资委文件称，加快“走出去”步伐 企业开发利用海外资源，提高国内资源的保障能力。 以石油石化行业为例，要求相关企业提高海外 份额油产量和比例；有色金属行业，将加快培育和发 被列为“十二五”（２０１１－２Ｏ１５年）期间央企发展的 主要任务之一，将支持央企收购兼并拥有核心技术、 专利技术和知名品牌的境外公司。 国资委在近期下发的《中央企业“十二五”发展 规划纲要》（徵求意见稿）中并指出，鼓励央企利用 海外资源投资建厂，就地转化加工；支持具备条件的 展以有色金属为主、具有较强国际竞争力的多金属 矿冶集团。 报道称，财政部、商务部和政策性金融机构等部 门在支持央企“走出去”方面已走在前列，分别在直 接补助、融资等方面提供支持。 ３６