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金川二矿区16行垂直矿柱安全高效回采实践

文档作者：杨志强李立涛高谦文档来源： 1．北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室 2．金川集团股份有限公司		点击数：	更新时间： 2022年04月28日
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第6卷第1期
2 0 1 6年2月
有色金属工程
Nonferrous Metals Engineering
Vo1．6，No．1
February 2 0 1 6
doi：10．3969／j．issn．2095-1744．2016．01．014
金Jllc矿区16行垂直矿柱安全高效回采实践
杨志强 。，李立涛 ，高 谦
(1．北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京1 00083；
2．金川集团股份有限公司，甘肃金昌7371 O0)
摘 要：分析l6行垂直保安矿柱的受力状态以及对整个采场稳定性的作用，以采场稳定性为基础，研究金川I二矿区大面积连续
开采暂时留设的16行垂直矿柱资源回采技术，开展矿柱安全采矿设计和回采实践。结果表明，在二矿区大面积连续开采过程中，
垂直矿柱在高应力作用下产生整体塑性屈服破坏。当回采水平低于垂直保安矿柱以后，整个矿柱对采场的支撑作用逐步减小直
至作用不明显，因此回采矿柱对采场整体稳定将不产生显著影响。实践中有效回采了16行垂直矿柱资源。
关键词：垂直矿柱；设计原则；回采工艺；分层道
中图分类号：TD862；TD853．391 文献标志码：A 文章编号：2095．1744(2016)01-0058-05
Safe and High-efi cient M ining Practice of 1 6-Line Vertical Pillar in Jinchuan 2 M ine
YANG Zhi．qiang 一． Li—tao ．GAO Qian
1．Key Laboratory 0j High Efficient Mining and Safety oj Metal Mine Ministry 0j Education University q Science
and Technology 0厂Beijing，Beqing 100083，China；2．Jinchuan Group Co．Ltd．，Jinchang，Gansu 737100，China)
Abstract：The stress condition and the efect on stope stability of 1 6-line vertical protective pillars
are analyzed，the mining technology of the resources of the temporary leaving 1 6一line vertical pillar in
large area continuous mining of the 2 mining area of Jinchuan Group is investigated based on the stope
stability，and the safe mining engineering is designed and practiced． The results show that there is the
whole plastic yield destruction for the vertical pillars under the high stress in large area continuous mining
of the 2 mining area． The supporting effect of whole pillars on the stope is gradually decreased until
unobvious effects while mining level is lower than that the protective vertical pillars．Therefore，the stope
stability will not be significantly impacted by the mining of the pillars． The resources of the 1 6一line
vertical pillars are safely recovered in the engineering practice．
Key words：vertical pillar；design principle；mining technology；stratified road
金川二矿区历经一期、二期及二期改扩建工程
的建设与生产，现已发展成为年生产能力450万t
以上的多中段连续回采充填法坑采矿山。二期工程
设计中，为回收主井井底撒落的粉矿和解决一、二期
过渡时期1 150 m水平的回风问题，在1 150 m水平
下盘16行布置了一条穿越矿体的粉矿回收道。
1995年，二矿区1 000 m中段各盘区在1 138 m分
段回采首分层时，为了保护这条粉矿道，在1 150 m
水平以下沿矿体走向设计保留了30 m宽的垂直矿
体，由此而形成残留的保安矿柱。由于它垂直向下，
收稿日期：2015-04．28
作者简介：杨志强(1957．)，男，山西万荣人，教授级高级工程师，博
士，主要从事充填采矿与地压控制技术等方面的研究。
后来也称“垂直矿柱”。垂直矿柱自形成至今已有
l0多年的历史。2000年以后，随着集团公司做大做
强步伐的加快，二矿区作为自产原料供应的主力矿
山，按照集团公司总体规划，出矿量逐年增加，1 000
m中段各盘区的产量随之增加，下降速度逐渐加快，
其中矿柱东西两侧的Ⅲ、Ⅳ两盘区下降速度更加明
显。已经采至1 100 m水平以下，垂直矿柱高度已
达50 m，1 100 m水平以上垂直矿柱含矿量近80万
t。垂直矿柱总高度为150 m，共有矿石总量近260
万t，其中1 100～1 000 m段矿石总量180万t，镍金
属量2．1万t，铜金属量1．3万t。根据1 000 m 中
段Ⅲ、Ⅳ盘区的回采标高，Ⅲ盘区正在1 098 n1分段
第三分层回采，实际底板标高1 095 m，1V盘区准备

有色金属工程 第6卷
2 垂直矿柱回采工艺设计
2．1 回采顺序布置
垂直矿柱划人盘区回采，必须纳入盘区整体回
采顺序，应严格遵守“先下盘后上盘，先两翼后中
间，后退式”总的回采顺序。由于垂直矿柱内地压
大，矿石破碎，考虑到要形成较完整的假顶层。因
此，同时回采的进路不得超过2条，在具体布置垂直
矿柱回采顺序时，一是应考虑盘区转层，结合无假顶
进路回采速度，确定好一期进路回采序号，二是采用
“隔三以上采一”的方式进行大量二期进路的回采，
减少对三期进路的回采数量，避免回采一期、二期进
路矿岩已位移松动或因一、二期进路充填不接顶，给
回采三期进路带来的难度，见图3和图4。同时，为
更好控制爆破对矿体破坏，二期进路的回采应统一
遵循向矿体上盘一侧倒退回收原则 。
松动圈 矿 体
一期进路 二期进路
图3 二期进路回采与一侧充填体示意
Fig．3 Scheme of two stage of stoping and filling body side
松动圈 松动圈
图4 三期进路回采与两侧充填体示意
Fig．4 Scheme of three stage of stoping and filling body
2．2 回采计划安排
垂直矿柱进路的回采，必须纳入到盘区整体回
采计划当中，为不影响盘区转层，按照盘区所承担的
矿量计划，结合矿柱进路回采速度，本着“快采快
充”的原则，使本分层矿柱进路回采时间与其他进
路的回采时间相一致。同时，为便于控制地应力，尽
量减少垂直矿柱进路同时回采条数，基本上回采的
矿柱进路不宜超过3条，始终保持2条为好。
2．3 专用穿脉分层道回采设计实践
垂直矿柱属无假顶采矿，较有假顶进路相比，具
有工艺复杂，回采速度慢，分层服务时间长的特点，
且矿柱分别集中分布于1098分段Ⅲ 、Ⅳ 盘区各一
侧，在盘区内占有较大回采面积，地应力大，矿岩破
碎。为减小垂直矿柱回采对盘区回采计划、转层收
尾、采掘平衡所造成的影响，避免出现盘区一侧已结
束转入下一分层回采，而另一侧还未回采结束导致
采掘失衡的不利局面。在Ⅲ 、Ⅳ盘区回采设计方案
实施过程中，在靠近垂直矿柱附近增加一条穿脉分
层道，专门为矿柱回采生产组织服务，加快了垂直矿
柱的回采进度，使垂直矿柱进路和其它进路的回采
进度趋于同步，见图2。同时，由于专用穿脉分层道
与其他分层道相互循环连通，生产组织更加方便，协
调性更强，采充衔接更加紧密，不仅使分层道服务时
间得以延长，而且充填回风等生产系统的效能得到
更有效利用，为垂直矿柱的安全、高效回采和盘区高
负荷生产组织创造了条件。
2．4 爆破工艺控制
由于垂直矿柱是无假顶采矿，压力大，矿岩破
碎，结合贫矿与富矿接触带、矿体与围岩接触带、矿
体与夹石接触带、矿体与充填体接触带等部位的地
质特点，在爆破作业过程中，严格执行光面爆破技术
标准，采取针对性爆破参数，有效控制进路断面规
格，提高工程质量，为下道工序支护形式的选取和减
少支护量创造条件。
1)上下盘矿体与围岩接触带。层间错动发育，
岩块表面多具擦痕，断层泥、角砾石发育。在回采该
区段一期、二期进路，侧面凿岩时进路周边采取多打
眼，少装药的措施，尽量控制断面规格。
2)中盘矿体与夹石接触带。块状与软状，表面
有擦痕。块状完整性较好，岩石一般坚硬，爆破时多
打眼，但眼深不宜过大。软状矿岩一般稳固性较好，
坚固性差，爆破时，辅助眼少打，周边眼多打，少装
药。同时尽可能防止矿岩遇水产生蚀变，体积膨胀
给支护带来困难。
3)下盘矿体破碎散体区段。层间和块间为错
动面接触，黏结力弱稳固性差，回采中易发生片冒现
象。爆破作业时，凿岩不易超过1 m。爆破后，及时
出矿，待素喷封闭工作面或喷锚网支护再进行回采。
4)矿柱内是以软弱节理面的剪切滑移破坏为
第1期 杨志强等：金川二矿区16行垂直矿柱安全高效回采实践 61
主，为及时控制其对进路两帮和拱顶的破坏，在回采
中多采取两步爆破控制。第一步，先对进路上部实
施第一次光面爆破，形成拱顶，爆破后的矿石堆积在
进路底角，然后站在矿石堆上，立即对暴露出的拱顶
进行支护。第二步，将第一步爆破产生的矿石清理
后，对进路下部实施第二次光面爆破，最终形成直墙
拱顶的断面形状，待所产生的矿石清理后，立即对暴
露出的两帮进行支护，一个作业循环结束。
5)垂直矿柱沿脉方向布置后，进路的前段为假
顶，后段为无假顶，在充填体与矿岩接触部位，是最
薄弱的部位。为控制该部位受应力破坏，在爆破作
业实施过程中，合理布置凿岩角度、深度、眼数、眼位
和装药量，将该部位顶板降低200 mm，爆破进尺控
制在I m 左右，顺利完成平顶板到弧形无假顶的
过渡。
2．5 采掘工程支护工艺
垂直矿柱全为无假顶进路，设计断面宽×高=4
m×4 m，半圆拱。根据垂直矿柱不同区段的岩石特
点，采用不同的支护形式，刚柔互补。中盘矿岩整体
性好，块度均匀，硬度大，采用喷锚网支护。上盘矿
岩整体性差，节理发育，滑面大，采用素喷+喷锚网
支护。下盘矿岩整体性差，矿岩破碎，易风化，采用
素喷+喷锚网支护。
在二期进路回采过程中，靠充填体侧的拱角部
位，不可避免会出现一个悬空的半拱形散状矿块，该
悬空部位在地应力作用和采矿挠动下，容易发生冒
落，形成安全隐患。为控制该隐患，采取加密锚杆对
该部位进行加固，使充填体与相邻悬空部位成为一
个整体，从而消除安全隐患，加密锚杆如图5所示。
图5 采掘巷道工程加密锚杆支护示意
Fig．5 Scheme of concentrated bolt in mining
roadway engineering
垂直矿柱在软弱节理面剪切滑移破坏和完整矿
石块的塑性屈服破坏作用下，矿体整体处于破碎状
态，不同区段破碎程度不一，进路回采结束后，如不
及时对进行有效支护，在应力作用下，不可避免会发
生局部冒落现象。因此，在每一条进路回采结束后，
都根据揭露后的矿体特点，严格按设计及时进行支
护，不因个别进路矿岩整体性好而支护不及时、不到
位，从而造成矿岩移动加剧，不利于地应力控制。
2．6 矿柱回采充填过程管理
在进路回采结束组织充填过程中，为保证充填
体强度，将充填用钢筋网度加密，提高充填体强度。
充填作业时尽可能减少跑水，以免充填水浸入结构
面，造成结构面中黏土矿物膨胀，使岩体产生膨胀应
力，造成围岩流变。加强充填过程控制，保证充填接
顶率，减少采空区暴露面积，对充填进路揭露后未接
顶部位，立即用刹帮木进行刹顶处理，控制地
应力
3 结论
1)1 100～1 000 m段垂直矿柱回采后，原回采
面积较小的Ⅲ 、Ⅳ盘区有效回采面积增加，两个盘区
共增加有效回采面积约5 000 m ，每个分段可增加
矿量约30万t，扩大了单盘区的生产能力。1 100～
1 000 m段垂直矿柱的回采，弥补I 150 m中段各盘
区进入水平矿柱回采后生产能力下降的不利。
2)垂直矿柱纳入1 098 m分段Ⅲ、Ⅳ 盘区三分
层回采后，使1 000 m中段原下降速度最快的Ⅲ、Ⅳ
盘区得到有效减缓，控制低位盘区的下降速度，使
1 000 m中段盘区间下降速度不均衡的矛盾得到缓
解，采掘关系趋于平衡，有利于今后全矿生产的组织
与协调，也便于矿体整体的地应力控制。
3)通过对垂直矿柱回采计划、生产进度和充填
过程等科学控制，在1098分段Ⅲ 、Ⅳ盘区垂直矿柱
首采层安全地形成充填假顶，垂直矿柱基本上得到
全部回收，假顶段与无假顶段已经形成整体，为下分
层的安全回采和盘区高负荷生产打下坚实的基础。
4)回采实践中，针对不同地质条件下的应力变
化趋势，灵活运用多种支护方式，有效地控制地应力
集中释放可能导致的局部巷道垮塌或冒落，对今后
矿柱回采具有重要的借鉴意义。
5)通过加强垂直矿柱回采过程控制，形成垂直
矿柱无假顶连续回采的理论依据和安全措施，对今
后机械化盘区回采工艺、盘区划分、回采顺序、地应
力管理等方面，具有很好的指导价值，为二矿区今后
深部高应力无假顶进路回采积累丰富的施工管理
经验
62 有色金属工程 第6卷
参考文献：
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(上接第44页，Continued from P44)
7 结论
1)矿石中矿物组成复杂，种类繁多，钨矿物主
要以黑钨矿形式产出，少量为白钨矿，钨华含量稀
少；其他金属矿物主要为黄铜矿、闪锌矿、含银辉
铅铋矿、方铅矿、锡石、黄铁矿等，因此确定以钨为
主元素，锡、铜、铅、锌、硫、银为伴生元素进行综合
回收。
2)矿石中矿物嵌布特征复杂，钨锡矿物多呈柱
状、粒状、半自形晶、浸染状等形态分布于绿泥石、绢
云母、石英等脉石矿物中，被脉石矿物交代包裹，且
分布不均匀，嵌布粒度以中粒为主，呈中一细粒嵌布，
导致目的矿物单体解离不一，影响碎磨工艺流程的
选择。
3)矿石中萤石、方解石等含钙脉石矿物含量
高，其与钨矿物可浮性相近，对钨的浮选分离影响较
大。绿泥石、绢云母等脆性脉石矿物易粉碎而泥化，
容易消耗浮选药剂并加剧有用矿物与矿泥之间的团
聚现象，进而恶化选矿流程，影响钨及伴生矿物的分
选效果和精矿品位的提高。因此，按照“能收早收，
能丢早丢”的原则，以“重选一浮选”联合工艺为主
流程，并充分考虑“阶段磨矿一阶段选别”的特点进
行回收。
参考文献：
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