特大型水平矿柱底柱资源回收的技术问题分析及对策*

承担着国家最大镍矿资源生产基地-金川集团有限公司三分之二以上自产矿石原料生产的二矿区,采用多中段大面积连续回采,在两个采矿中段之间形成大面积水平矿柱。为最大限度地回收矿石资源,对水平矿柱矿石资源进行了回采,引起了国内各同行专家的高度重视与关注。特大型水平矿柱的开采在金川矿山尚属首次,在国内外矿山也没有先例,对于金川集团公司的可持续发展具有重要意义。本文结合金川二矿区目前水平矿柱回采形状和遇到的问题,对水平矿柱底柱回采面临的问题进行分析,提出建设性的措施,对水平矿柱矿石资源的安全、高效、合理地回收提供指导。     

特大型水平矿柱稳定性数值模拟

金川二矿区采用多中段大面积连续回采工艺,水平矿柱开采稳定性是关系到二矿区乃至整个金川集团公司能否持续稳步发展的关键技术问题。采用FLAC三维有限元数值分析方法对此进行了研究,研究表明,在多中段回采过程中,水平矿柱的开采是个平稳回采过程,今后水平矿柱回采不会出现应力过大集中,也不可能出现水平矿柱灾变失稳。     

金川二矿区16行垂直矿柱安全高效回采实践

分析16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。     

金川二矿区1000m中段水平矿柱形成及回采技术研究

金川二矿区采用双中段同时开采方式,随着两中段之间剩余矿体垂直厚度变薄,逐渐形成水平矿柱,及时准确地判定水平矿柱形成并安全将其回采,对于矿山的可持续发展至关重要。采用数值模拟手段分析了水平矿柱随着开采深度变化的形成过程,提出水平矿柱厚度为20m以下,矿柱完全破坏。通过对1 000m中段水平矿柱安全高效回采进行探索和研究,形成了矿柱回采的方案,最大限度地避开了现有在用的重点工程,保障了二矿区安全生产和出矿任务在后续中段衔接过程中有序进行。     

倾斜厚大矿体低贫损回采顺序优化研究

针对某大型岩金矿倾斜厚大矿体开采技术条件及中段盘区矿柱采场,提出采场连续回采连续崩落与隔一采一间隔崩落2种方案。结合矿区上部空场法与下部充填法、多中段同时开采的复杂采矿环境,提出了合理的中段回采及采场顺序,合理布置与回采分段切割立槽及上盘三角矿体,可最大限度地回收地下矿产资源,为满足矿山生产能力要求及改扩建工程的衔接奠定了基础,同时可为类似条件的矿山开采提供借鉴与参考。     

高应力环境水平矿柱稳定性对回采顺序响应特征

深部资源高效开采逐步常态化,深部高应力环境引发的系列安全问题已突出显现,为深部资源高效回采提出了巨大挑战。针对深部多中段多矿房同时回采中的安全问题,从回采顺序合理优化的角度,阐述了回采顺序让压作用原理,通过数值模拟试验进行了水平矿柱稳定性观测,分析了水平矿柱稳定性对回采顺序的响应特征,提出了水平矿柱稳定性调控方案。研究结果表明:回采顺序对水平矿柱稳定性影响较大,在同时开挖条件下,水平矿柱内最大主应力迅速增加,极易造成矿柱破坏性失稳;顺序回采条件下,水平矿柱内最大主应力产生缓慢调整和转移,水平矿柱内最大主应力均小于同时开挖工况。隔一采一条件下最大主应力较顺序回采增加2%,但能有效保证多盘区同时施工,同时降低了高应力集中效应,为深部资源安全高效回采提供有利环境。     

胶结充填采矿法充填作用机理与稳定性研究

结合金川二矿区的充填采矿工艺，采用现场观测方法及三维有限元分析方法研究了机械化下向分层水平进路胶结充填和无底柱大面积连续开采的充填机理和稳定性，研究表明充填体承受采场地压和变形，盘区间以不留矿柱为宜，推荐采用交错布置的回采与充填方式。     

安庆铜矿特大型采场回采工艺实践

随着安庆铜矿特大型采场的开采范围向深部延伸,围岩与矿体的原始应力都不同程度的发生改变,次生应力的出现造成大型采场凿岩硐室局部大面积垮落,矿房采场回采时大空区顶板中间位置和两侧矿柱都有不同程度垮塌现象。研究表明,特大型采场回采工作是否安全,不完全取决于矿床的地质条件,而且与采矿方法结构参数选择是否合理有很大关系。合适的采矿方法结构参数可保证特大型采场的安全有序回采,降低采矿成本,提高综合经济效益。     

高应力条件下矿柱群安全开采技术研究

大规模矿柱群开采和采空区处理,涉及应力状态分析、合理顺序崩落控制、贫化损失控制、必要的效率及低成本等问题,一直是采矿界的一大难题。课题结合华锡集团铜坑矿高应力条件下矿柱群开采实践,开展了矿山地压活动与规律的分析模拟,基于大量开采的不同类型矿柱回采技术方案设计,应用束状大直径深孔爆破技术,实施一次爆破总装药量32.1 t的矿柱回采爆破工程,实现铜坑矿92#矿体矿柱群的安全高效开采。     

深部高应力复杂环境特大型水平矿柱开采方案优化研究

针对金川二矿区1000m中段厚60m的特大型水平矿柱开采面临的矿岩稳固性差,地压显现剧烈,上、下充填体贯通等不利条件,初选出两种连续回采方案,即:方案一,1000m与850m双中段单"V"型开采;方案二,1000 m双"V"型与850m单"V"型开采。利用有限差分软件FLAC~(3D)对初选的两种方案进行数值模拟,从连续回采过程中矿岩和充填体稳定性两方面对两种方案进行了对比分析。综合分析结果表明,方案二对水平矿柱的开采扰动相对较小,矿柱的整体稳定性较好。