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DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714223
摘要：目前，资源紧张正严重制约着金牛公司生产的可持续发展，有效回采矿柱是解决该问题的一条重要途径。文中针对金牛公司矿山开采的技术经济条件，介绍了留矿采矿法矿柱回采的有效方案，不仅对金牛公司生产有指导作用，对同类矿山也有一定借鉴意义。
关键词：留矿采矿法；矿柱；回采方案
留矿采矿法是金牛公司各矿区长期以来所运用的主要采矿方法。由于各矿区分布分散，矿体产状复杂多变，在留矿采矿法的具体应用上出现了以普通浅孔留矿法和全面留矿法为主，各种留矿法变形方案为辅的局面。多年的开采已在矿山各中段残留了大量矿柱（估计所占矿量总计不下20万吨）。为了避免因急功近利思想盲目回采矿柱而造成资源浪费和在安全前提下最大限度地回收矿柱矿石以缓解日益紧张的供矿矛盾，系统地研究一下矿柱回收方案已成公司生产技术工作的当务之急，同时，这对其它应用留矿法的矿山也有一定借鉴意义。
1 确定留矿采矿法矿柱回采方案时的考虑因素
留矿采矿法矿柱回采方案一般应根据矿体赋存条件，矿房回采结束后，采空区所处充填状态，矿柱所处状况（形状、空间位置、完好性，矿柱中原有巷道的状况，矿房回采结束后对矿柱矿体二次圈定工业合理边界品位等），地表是否允许陷落以及回采矿柱的技术组织要求等进行综合考虑选择，对几种可能采用的回采方案要进行技术经济比较，选出最优方案。
2 留矿法采矿法矿柱回采顺序的确定
留矿采矿底柱因受放矿巷道切割严重，对围岩的支撑能力很差，顶柱受剪应力和弯曲应力，只能承受部分载荷，而间柱由于厚度大且连续，是支撑围岩的主体部分。因此，为了保证矿柱回采方案符合安全、经济、合理的原则，在进行留矿采矿法矿柱回采时一般应先采上中段，后回采下中段，同一中段先采上盘后采下盘矿块，矿柱沿主要开拓巷道方向先采里面后采外面矿块矿柱的后退式回采顺序。同时，考虑到底柱在其上部矿柱（间柱、顶柱及上中段底柱）回采时，具有方便出矿和缓冲机械冲击的作用，因此，矿块垂直方向上，一般宜按照先回采顶柱和上中段底柱，再回采间柱的顺序进行。
3 留矿采矿法矿柱回采的具体方案
3.1 顶底柱的回采
3.1.1 利用中深孔，深孔爆破技术进行回采
利用深孔、中深孔爆破技术回采顶底柱具有适用范围广、作业安全、采切工程量少等优点，尤其是适用金牛公司店房矿区开样的矿体在中厚以上，矿块较长，顶底柱较厚度的留矿采矿法顶底柱的回采。
对于底柱的回采，可以将矿块底部的穿脉，沿脉运输巷道等现有工程进行适当扩大后作为凿岩硐室，然后利用中深孔凿岩机在底柱中凿以束状布置的中深孔，而对于顶柱的回采，可以在矿块天井临顶端的间柱中施工凿岩硐室，利用中深孔，深孔凿岩机在顶柱中凿以水平扇形或束状布署的炮孔。对于炮孔的起爆，一般采用电雷管或导爆索导爆管，而禁止以导火索引爆，炸破时按秒差、毫秒差、半秒差方式起爆，先起爆顶柱，后起爆顶柱上方的底柱。
运用深孔、中深孔爆破技术回采顶底柱应注意以下几点：
1）由于采用扇形布孔，炸药分布不均，爆破容易产生大块。为降低大块产出率，可采用小抵抗线爆破技术，即在保持孔网面积S=a×w（孔间距×最小抵抗线）和单位炸药消耗量基本不变的情况下，减少最小抵抗线W，增大孔间距a，使炮孔密集系数m（m=a/W），为3～6（普通爆破法m=0.8～1.2），小抵抗线爆破，反射波能增强，既增加了自由面矿石的片裂作用，也加强了径向裂隙的延伸，为后排炮孔的炸破创造了良好的破碎条件。但是，减少抵抗线要有个合理界限，抵抗线过小，不能有较大的破碎体积，甚至炮孔间可能残留脊部矿石，有关试验研究表明，最佳的抵抗线应为一般爆破法抵抗线值的1/2左右，这种爆破技术，能显著地减少大块产生率。
2）由于采用扇形布孔，方向相对的炮孔的底端位置一般最小抵抗线较大，为保证爆破效果，设计炮孔时，可以使炮孔底端相互错开并保持一定的超前距离。也可以采用复式装药设计方法（即在炮孔下靠近底部分用耦合装药，装密度高，威力大的炸药，而前端由于炮孔密集装药，线密度可取下部装药一半），以减少粉矿和大块产生率。
3）顶底柱回采落矿前，如果下部采场为空场大量放矿结束状态，应在下部矿柱上边保持一定矿量，以减轻落矿时的冲击作用和气浪对底部巷道及设备的破坏。
3.1.2 顶底柱矿房同时向上回采
在上中段采礦（包括间柱及顶柱回采）和放矿工作已经结束和不影响上阶段运输平巷的前提下，顶柱和上中段底柱可随矿房同时向上回采。一般作业时可在顶中首先掘1～2个小井，做为回采自由面，然后在爆堆上向顶柱钻凿浅孔或深孔落矿；顶柱采完后，再上采底柱，当底柱回采至最后一個分层时，可用密集布孔方式一次打完所有炮孔，然后一次起爆，以保证作业安全和落矿效果。这种回采方案目前已在东湾矿区采矿生产中取得初步成功。
采用这种方案，可以尽量减小回采过程中的矿石损失率和贫化率，有利于减少大块产出率。一般适合于急倾斜薄矿脉的留矿法开采，且尚未大量放矿时的采场或结合三强作业而运用。
3.2 间柱的回采
3.2.1 运用深孔，中深孔爆破技术回采
在回采小南沟矿区和店房矿区的缓倾斜，倾斜和急倾斜中厚以上、下盘围岩均较稳固的矿体中的间柱时，可先在间柱中每隔一定距离（视凿岩机钻孔深度和中段高度而定），施工凿岩硐室，以矿房空区或天井为自由面布设上向扇形炮孔，一般排距离1.3～1.5m，孔底距1.5～1.8m，装药后采用电雷管或导爆索一次起爆。
3.2.2 浅孔爆破法
一般适用于回采中厚以下矿体的留矿采矿法矿柱回采，先以天井或联络道作为凿岩巷道，在间柱中凿以扇形孔。一般有三种落矿方案：一是随采场放矿由上而下分段爆破方案，二是矿石快要放完前，以采场全高一次爆破方案，三是利用原天井下部做溜井，上部行人，用浅孔留矿法自下而上回采。
3.3 采场内支撑矿柱的回收
用人工矿柱代替支撑矿石矿柱法
由于小南沟金矿区为缓倾斜碎裂蚀变岩金矿体，在以前所运用的留矿全面法采矿过程中，残留了大量矿石矿柱难以回收，为此，建议在以后的采矿过程中，用人工矿柱代替留设的矿石矿柱来维护顶板安全。具体措施为：在上采过程中，先根据需要预留矿石矿柱，待矿石矿柱周围附近矿石采完后，根据顶板围岩结构及受力状况，在旁边用水泥混凝土或高水速凝材料构筑人工矿柱，借以维护顶板稳定，待人工矿柱强度上来之后，再回采掉预留的矿石矿柱。
4 结语
（1）目前，在嵩县金牛公司七个采区中，已经或即将进入矿柱回收期的矿块不下三十个，由于它们的赋存状态（倾角、厚度、矿岩稳固性等）复杂多样，回采时的技术经济条件不尽相同，限于篇幅，文中不能逐个列举其矿柱回采具体方法，具体设计各个矿块所留矿柱的回采方案时，可结合具体条件，通过技术经济比较儿综合分析加以选定。
（2）本研究的完成为金牛公司大量留矿采矿法矿柱的回采作业顺利进行提供了依据，同时，对其它采用留矿法的矿山也有一定的借鉴意义。目前，它已在金牛公司几个采区的矿柱回采生产中初见成效，预计年可回采矿石10万余吨，可为企业创经济效益300余万元。
参考文献：
[1]武永猛.凡口铅锌矿顶底柱矿体安全高效回采工艺研究[M].中南大学，2013.
[2]姚运华，徐则林.琅琊山铜矿床顶柱回采工艺分析[M].化工矿物与加工，2004年第12期.
[3]李电辉，褚洪涛，等.李子金矿浅孔留矿采矿法底部结构的优化试验[M].黄金，2014年04期.
作者简介：郭瑞杰（1982），男，河南洛阳人，采矿助理工程师，从事矿山采矿技术及管理工作。
摘要：目前，资源紧张正严重制约着金牛公司生产的可持续发展，有效回采矿柱是解决该问题的一条重要途径。文中针对金牛公司矿山开采的技术经济条件，介绍了留矿采矿法矿柱回采的有效方案，不仅对金牛公司生产有指导作用，对同类矿山也有一定借鉴意义。
关键词：留矿采矿法；矿柱；回采方案
留矿采矿法是金牛公司各矿区长期以来所运用的主要采矿方法。由于各矿区分布分散，矿体产状复杂多变，在留矿采矿法的具体应用上出现了以普通浅孔留矿法和全面留矿法为主，各种留矿法变形方案为辅的局面。多年的开采已在矿山各中段残留了大量矿柱（估计所占矿量总计不下20万吨）。为了避免因急功近利思想盲目回采矿柱而造成资源浪费和在安全前提下最大限度地回收矿柱矿石以缓解日益紧张的供矿矛盾，系统地研究一下矿柱回收方案已成公司生产技术工作的当务之急，同时，这对其它应用留矿法的矿山也有一定借鉴意义。
1 确定留矿采矿法矿柱回采方案时的考虑因素
留矿采矿法矿柱回采方案一般应根据矿体赋存条件，矿房回采结束后，采空区所处充填状态，矿柱所处状况（形状、空间位置、完好性，矿柱中原有巷道的状况，矿房回采结束后对矿柱矿体二次圈定工业合理边界品位等），地表是否允许陷落以及回采矿柱的技术组织要求等进行综合考虑选择，对几种可能采用的回采方案要进行技术经济比较，选出最优方案。
2 留矿法采矿法矿柱回采顺序的确定
留矿采矿底柱因受放矿巷道切割严重，对围岩的支撑能力很差，顶柱受剪应力和弯曲应力，只能承受部分载荷，而间柱由于厚度大且连续，是支撑围岩的主体部分。因此，为了保证矿柱回采方案符合安全、经济、合理的原则，在进行留矿采矿法矿柱回采时一般应先采上中段，后回采下中段，同一中段先采上盘后采下盘矿块，矿柱沿主要开拓巷道方向先采里面后采外面矿块矿柱的后退式回采顺序。同时，考虑到底柱在其上部矿柱（间柱、顶柱及上中段底柱）回采时，具有方便出矿和缓冲机械冲击的作用，因此，矿块垂直方向上，一般宜按照先回采顶柱和上中段底柱，再回采间柱的顺序进行。
3 留矿采矿法矿柱回采的具体方案
3.1 顶底柱的回采
3.1.1 利用中深孔，深孔爆破技术进行回采
利用深孔、中深孔爆破技术回采顶底柱具有适用范围广、作业安全、采切工程量少等优点，尤其是适用金牛公司店房矿区开样的矿体在中厚以上，矿块较长，顶底柱较厚度的留矿采矿法顶底柱的回采。
对于底柱的回采，可以将矿块底部的穿脉，沿脉运输巷道等现有工程进行适当扩大后作为凿岩硐室，然后利用中深孔凿岩机在底柱中凿以束状布置的中深孔，而对于顶柱的回采，可以在矿块天井临顶端的间柱中施工凿岩硐室，利用中深孔，深孔凿岩机在顶柱中凿以水平扇形或束状布署的炮孔。对于炮孔的起爆，一般采用电雷管或导爆索导爆管，而禁止以导火索引爆，炸破时按秒差、毫秒差、半秒差方式起爆，先起爆顶柱，后起爆顶柱上方的底柱。
运用深孔、中深孔爆破技术回采顶底柱应注意以下几点：
1）由于采用扇形布孔，炸药分布不均，爆破容易产生大块。为降低大块产出率，可采用小抵抗线爆破技术，即在保持孔网面积S=a×w（孔间距×最小抵抗线）和单位炸药消耗量基本不变的情况下，减少最小抵抗线W，增大孔间距a，使炮孔密集系数m（m=a/W），为3～6（普通爆破法m=0.8～1.2），小抵抗线爆破，反射波能增强，既增加了自由面矿石的片裂作用，也加强了径向裂隙的延伸，为后排炮孔的炸破创造了良好的破碎条件。但是，减少抵抗线要有个合理界限，抵抗线过小，不能有较大的破碎体积，甚至炮孔间可能残留脊部矿石，有关试验研究表明，最佳的抵抗线应为一般爆破法抵抗线值的1/2左右，这种爆破技术，能显著地减少大块产生率。
2）由于采用扇形布孔，方向相对的炮孔的底端位置一般最小抵抗线较大，为保证爆破效果，设计炮孔时，可以使炮孔底端相互错开并保持一定的超前距离。也可以采用复式装药设计方法（即在炮孔下靠近底部分用耦合装药，装密度高，威力大的炸药，而前端由于炮孔密集装药，线密度可取下部装药一半），以减少粉矿和大块产生率。
3）顶底柱回采落矿前，如果下部采场为空场大量放矿结束状态，应在下部矿柱上边保持一定矿量，以减轻落矿时的冲击作用和气浪对底部巷道及设备的破坏。
3.1.2 顶底柱矿房同时向上回采
在上中段采礦（包括间柱及顶柱回采）和放矿工作已经结束和不影响上阶段运输平巷的前提下，顶柱和上中段底柱可随矿房同时向上回采。一般作业时可在顶中首先掘1～2个小井，做为回采自由面，然后在爆堆上向顶柱钻凿浅孔或深孔落矿；顶柱采完后，再上采底柱，当底柱回采至最后一個分层时，可用密集布孔方式一次打完所有炮孔，然后一次起爆，以保证作业安全和落矿效果。这种回采方案目前已在东湾矿区采矿生产中取得初步成功。
采用这种方案，可以尽量减小回采过程中的矿石损失率和贫化率，有利于减少大块产出率。一般适合于急倾斜薄矿脉的留矿法开采，且尚未大量放矿时的采场或结合三强作业而运用。
3.2 间柱的回采
3.2.1 运用深孔，中深孔爆破技术回采
在回采小南沟矿区和店房矿区的缓倾斜，倾斜和急倾斜中厚以上、下盘围岩均较稳固的矿体中的间柱时，可先在间柱中每隔一定距离（视凿岩机钻孔深度和中段高度而定），施工凿岩硐室，以矿房空区或天井为自由面布设上向扇形炮孔，一般排距离1.3～1.5m，孔底距1.5～1.8m，装药后采用电雷管或导爆索一次起爆。
3.2.2 浅孔爆破法
一般适用于回采中厚以下矿体的留矿采矿法矿柱回采，先以天井或联络道作为凿岩巷道，在间柱中凿以扇形孔。一般有三种落矿方案：一是随采场放矿由上而下分段爆破方案，二是矿石快要放完前，以采场全高一次爆破方案，三是利用原天井下部做溜井，上部行人，用浅孔留矿法自下而上回采。
3.3 采场内支撑矿柱的回收
用人工矿柱代替支撑矿石矿柱法
由于小南沟金矿区为缓倾斜碎裂蚀变岩金矿体，在以前所运用的留矿全面法采矿过程中，残留了大量矿石矿柱难以回收，为此，建议在以后的采矿过程中，用人工矿柱代替留设的矿石矿柱来维护顶板安全。具体措施为：在上采过程中，先根据需要预留矿石矿柱，待矿石矿柱周围附近矿石采完后，根据顶板围岩结构及受力状况，在旁边用水泥混凝土或高水速凝材料构筑人工矿柱，借以维护顶板稳定，待人工矿柱强度上来之后，再回采掉预留的矿石矿柱。
4 结语
（1）目前，在嵩县金牛公司七个采区中，已经或即将进入矿柱回收期的矿块不下三十个，由于它们的赋存状态（倾角、厚度、矿岩稳固性等）复杂多样，回采时的技术经济条件不尽相同，限于篇幅，文中不能逐个列举其矿柱回采具体方法，具体设计各个矿块所留矿柱的回采方案时，可结合具体条件，通过技术经济比较儿综合分析加以选定。
（2）本研究的完成为金牛公司大量留矿采矿法矿柱的回采作业顺利进行提供了依据，同时，对其它采用留矿法的矿山也有一定的借鉴意义。目前，它已在金牛公司几个采区的矿柱回采生产中初见成效，预计年可回采矿石10万余吨，可为企业创经济效益300余万元。
参考文献：
[1]武永猛.凡口铅锌矿顶底柱矿体安全高效回采工艺研究[M].中南大学，2013.
[2]姚运华，徐则林.琅琊山铜矿床顶柱回采工艺分析[M].化工矿物与加工，2004年第12期.
[3]李电辉，褚洪涛，等.李子金矿浅孔留矿采矿法底部结构的优化试验[M].黄金，2014年04期.
作者简介：郭瑞杰（1982），男，河南洛阳人，采矿助理工程师，从事矿山采矿技术及管理工作。