难采残采回采的原因及对策

难采残采回采的原因及对策

锡矿山自开采至今已有110年。解放前因资本家掠夺开采及解放初期开采技术不成熟等原因,在浅部留下了大量残留矿体。为达到尽可能的回收这些残矿,延长矿山寿命,实现持续稳产,提高企业经济效益。锡矿山从1950年代末开始残矿回采,当时主要回采条件好的矿柱和边角矿体,年回收矿石量仅3～4万t,1990年代中期,对浅部难采残矿回采进行了科技攻关,探索出几种类型的难采残矿回采方案,2002年以后,残矿回采产量提高到8～10万t,最高达13.8万t。1尾矿充填采矿1970年代前,南矿使用房柱法进行回采,留下了大量的矿柱、矿壁、顶底柱及冒落矿石等残矿。这些残矿主要分布在南矿7中段及其以上区域,其类型有:(1)两侧采场已进行尾砂充填的矿壁,占残矿总量的25%;(2)地压影响而造成的冒落残矿,占残矿总量的5%;(3)采空区顶、底板或中段顶底柱残矿,占残矿总量的15%;(4)两侧采空区未充填的矿壁,占残矿总量的20%;(5)其它类型矿柱与顶底柱残矿占残矿总量的35%。前4种类型多为难采残矿,矿石平均品位约3%,具有很高回采价值。现以5中段残33切采为例介绍应用人工矿柱回采采场(已充填)底板残留矿体的回采实践。2充填体充填体5中段残33切采属底板残留矿体类型。矿体沿倾向长约18m,宽约9m;矿体平均厚2.5m,倾角5°,顶板为充填体。在采准过程发现其矿石品位实际达到8.35%以上,为尽可能回收这部分高品位矿石,通过方案比较,采用料石砌墩代替留原生矿柱进行回采。2.1采场充填体顶板应力当残留矿体受开采扰动的影响,原有应力平衡被打破而导致应力再次重新分布达到平衡。当回采底板矿体时,上覆岩层产生的应力转移到两侧原岩体,矿柱所承受的是采空区充填体自重产生的应力。当回采中段顶底柱残留矿体时,上覆岩层产生的应力转移到两侧充填体,矿柱所承受的载荷是矿柱担负面积上覆岩层重力所产生的应力;其表达式为:ρ矿=(a+b)arH(1)=(a+b)arΗ(1)式中:H——采空区充填体厚度或底柱矿体冒落高度,m;a——矿柱宽度,m;b——条带矿柱跨度,m;r——上覆岩体或充填体容重,kN/m3。采场顶板在受上覆岩层或充填体自重产生的应力作用下,顶板岩层产生下沉弯曲,在其中央形成拉应力,并在其转角处形成最大拉应力而产生张裂隙,最终导致顶板破坏。因此,采场回采顶板最大跨度可按固端梁理论进行近似估算,其计算式为:b=1.41(σtHr)0.5(2)b=1.41(σtΗr)0.5(2)式中:σt——采场顶板许用抗拉强度,σt=σ/n,n为安全系数;σ——采场顶板岩层抗拉强度,kN/m2;H、r同上。2.2矿区结构参数的确定和系数的确定2.2.1顶板回采长度根据上部采场平均采幅高度H=9.8m(取H=10.0m),考虑原采场底板岩层的整体性在回采时已受严重损坏,同时按常规拉底作业方式在拉底时顶板局部将暴露底板充填体,因此视采场顶板为充填体。根据有关资料,充填体抗拉强度σ=196kN/m2,由于人员在充填体下作业取其安全系数n=5,则σt=39.2kN/m2,查得r=21.56kN/m3;将这些数据代入式(2)得到采场顶板最大回采跨度b=6.0m。人工料石墩砌筑宽度按南矿常规安全支护方式取a=0.9m,其长度根据矿体平均宽度取L=6.0m。2.2.2人工废物系数的修正(1)支撑块承受负荷柱根据上述计算值,由式(1)计算得:ρ柱=1.686MPa。(2)2.2.3采准主采场充填方式由采场结构参数计算得采场开采顶板最大跨度可达6.0m,根据采场矿石品位情况,为减少顶板护顶矿量损失,将料石墩间柱缩小到4.0m,顶板护顶矿厚度由0.8～1.2m减小到0.3～0.6m。采准天井沿矿体走向布置,回采时沿天井逆矿体倾向推进(见图1)。(1)回采前先沿切采天井每隔4.0m打一个上向孔探顶,以便拉底时控制顶板不受破坏。(2)拉底时按矿体厚度沿天井方向拉6.0m宽,拉底结束后处理好采场顶板松石进行出矿。(3)出矿结束后在采空区内用料石砌墩支撑采场顶板,待料石墩强度达安定期后,再进行下一个循环采矿、出矿、砌墩护顶直至采场回采结束。(4)采场在施工期间,地、测、采技术人员每周不少于两次到现场进行施工检查与指导,在整个回采过程实施快采、快出、快支护。施工单位必须按技术交底组织施工,每天要有专人负责安全检查,以确保施工安全。2.2.4经济效果比较(1)减少顶板护顶矿损失的计算按计算修正的回采工艺进行回采,可减小采场矿柱损失量Q1=4×5×2.5×2.65=130t,减少顶板护顶矿损失Q2=18×0.5×9×2.65=210m。按矿石平均品位8.35%计算,多回收锑金属28.39t。按公司锑精矿含量收购成本与南矿锑精矿含量制造成本差价4499.34元/t计算,可获经济效益127736.26元。(2)e银抗氧基砌筑料石墩需增加支护量Q′=2.5×0.9×6.0×3=40.5m3。按近5a支护料石支护平均费用982.3元/m3计算,增加支护费用39783.15元。由以上两项相比得,采用人工料石砌墩回采比用普通房柱法回采多获效益87953.11元。3充填材料验算实践证明,在难采残矿中回采高品位矿石时,采用料石砌墩可最大限度地回收矿石资源,为企业创造可观的经济效益。该方法回采工艺简单,安全可靠,技术可行,经济合理,在高品位残留矿石回采时具有一定的适用性,现已在该矿13中段77至87采底柱推广应用。该方法可供类似条件矿山难采残矿回采方案选择提供参考。井下料石墩砌筑采用200～300mm毛料石,则按料石MU