摘要：針對(duì)某黃金老礦山資源衰減問題，為合理利用淺部高品位殘礦資源，提出采用預(yù)留頂柱和不預(yù)留頂柱2種回采方案。預(yù)留頂柱分為預(yù)留1 m頂柱和0.5 m頂柱；不預(yù)留頂柱分為注漿膠結(jié)厚度5 m和10 m。根據(jù)數(shù)值模擬分析結(jié)果，確定采用預(yù)留部分頂柱與注漿固結(jié)干式充填料的綜合護(hù)頂措施，即預(yù)留頂柱厚度1 m，注漿膠結(jié)厚度5 m。詳細(xì)介紹了殘礦回收工藝流程。通過對(duì)試驗(yàn)采場(chǎng)上部采空區(qū)已有松散充填料進(jìn)行注漿固結(jié)，成功回收礦石量4 500 t，金金屬量24 kg，獲得經(jīng)濟(jì)效益661.98萬元。該試驗(yàn)的成功經(jīng)驗(yàn)將指導(dǎo)礦山后續(xù)殘礦的回收工作。

關(guān)鍵詞：高品位；殘礦；松散充填料；注漿；固結(jié)法；頂板；數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)：TD853.34 文章編號(hào)：1001-1277（2024）09-0027-04

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20240906

引 言

隨著國(guó)內(nèi)地下礦山開采深度的逐年遞增，淺部高品位易開采礦產(chǎn)資源量日漸退減。當(dāng)?shù)V山面對(duì)保有儲(chǔ)量不足，三級(jí)礦量不平衡或在深部礦產(chǎn)資源回采方面存在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等問題時(shí)，淺部殘礦的回收優(yōu)勢(shì)更加凸顯［1-2］。

某地下開采黃金礦山已有40多年的開采歷史，開拓方式為平硐+豎井聯(lián)合開拓，現(xiàn)主要采礦方法為上向水平分層全尾砂膠結(jié)充填采礦法、淺孔留礦采礦法和深孔落礦采礦法。經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間開采，該礦區(qū)已進(jìn)入保有資源儲(chǔ)量逐漸減少的困境。為保證企業(yè)持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)，礦區(qū)決定加大對(duì)淺部殘礦資源的回收力度。

該礦山淺部殘礦資源周圍多為老采空區(qū)，部分中段采空區(qū)進(jìn)行了廢石干式充填處理，充填普遍未接頂。如果回采，勢(shì)必引起上覆巖層的沉降與移動(dòng)，因此，上覆巖層的穩(wěn)定性是保證殘采安全的關(guān)鍵所在。此次殘礦回收工作必須與采空區(qū)處理同步進(jìn)行，特別要充分考慮干式充填體的控制和處理措施。

1 工程概況

該礦山淺部中段主要為采用空?qǐng)霾傻V法回采留下的底柱和頂柱及被視為廢石的未回采貧礦等。由于近年金價(jià)持續(xù)攀升，原來低于可采品位的資源量逐漸具備了開采價(jià)值。

1.1 試驗(yàn)采場(chǎng)確定

為保證回采安全，特別是為礦區(qū)以后頂?shù)字夭商峁┖侠淼牟傻V方法、結(jié)構(gòu)參數(shù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，根據(jù)頂?shù)字Y源條件及分布狀況，以及現(xiàn)有的工程條件，選擇916-42采場(chǎng)頂柱、816-42采場(chǎng)底柱作為試驗(yàn)采場(chǎng)，采場(chǎng)位置見圖1。

1.2 試驗(yàn)采場(chǎng)基本情況

916-42采場(chǎng)、816-42采場(chǎng)位于-17中段至063中段16勘探線—18勘探線，均采用淺孔留礦采礦法回采，礦體真厚度為4～5 m，礦房長(zhǎng)度約35 m，金品位5.6 g/t。2個(gè)采場(chǎng)頂?shù)字g留有中段水平沿脈運(yùn)輸巷道，該運(yùn)輸巷道位于試驗(yàn)采場(chǎng)礦塊內(nèi)，斷面規(guī)格為2.0 m×2.0 m。916-42采場(chǎng)頂柱厚度為5～7 m，與其對(duì)應(yīng)的上部816-42采場(chǎng)底柱厚度為5.5 m，采場(chǎng)總厚度為10.5～12.5 m（含巷道高度），礦石量約為5 000 t，金金屬量27 kg。

試驗(yàn)采場(chǎng)兩端均留有礦壁，因礦體負(fù)變不具備回收價(jià)值，因此試驗(yàn)采場(chǎng)暫不考慮礦壁的回收工作。采場(chǎng)兩端16勘探線和18勘探線行人天井均可正常使用，天井?dāng)嗝嬉?guī)格為2.0 m×2.0 m。

1.3 礦區(qū)充填系統(tǒng)現(xiàn)狀

礦區(qū)地表充填站位于罐籠井東側(cè)100 m，距尾砂排放點(diǎn)約3 km，充填站利用山體地形采用階梯式布置，充填系統(tǒng)主要建筑物由1個(gè)尾砂濾餅儲(chǔ)存車間、2個(gè)尾砂造漿池、1個(gè)水泥倉(cāng)、1個(gè)充填車間及其配套的配電儀表室等組成。

充填材料選用礦山不含氰化物的浮選尾砂作為充填料，浮選尾砂經(jīng)陶瓷過濾機(jī)過濾，含水率10 %～12 %，尾砂密度2.73 t/m3，排入尾礦庫(kù)作為充填系統(tǒng)的充填料，膠結(jié)劑采用強(qiáng)度等級(jí)32.5硅酸鹽水泥。

充填系統(tǒng)服務(wù)范圍為-137～-57 m。充填系統(tǒng)充填能力：①充填料漿制備輸送能力5～40 m3/h；②充填料漿濃度62 %～64 %；③充填系統(tǒng)一次最大充填量120～200 m3；④灰砂比1∶4～1∶15。

2 殘礦回收方案

2.1 方案的提出

結(jié)合礦區(qū)現(xiàn)有成熟的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)條件，殘礦回收方案確定為利用916-42采場(chǎng)未接頂?shù)某涮蠲婧驮卸嗡窖孛}運(yùn)輸巷道作為回采空間，施工上向深孔，同時(shí)分段爆破；利用新掘進(jìn)的下向斜坡道作為出礦巷道，通過遙控電鏟，將爆下礦石倒入916-42采場(chǎng)行人天井改造成的溜井，從-17中段水平運(yùn)出。該方案的關(guān)鍵在于回采和出礦過程中試驗(yàn)采場(chǎng)頂板的穩(wěn)定性，主要考慮在深孔鑿巖爆破和出礦過程中，上部松散狀態(tài)的充填料對(duì)礦石貧化的影響。根據(jù)以往充填經(jīng)驗(yàn)，確定采用超前注漿固結(jié)干式充填料，使干式充填料形成具有一定強(qiáng)度的膠結(jié)體作為采場(chǎng)頂板，具有一定的承載能力。待試驗(yàn)采場(chǎng)大量出礦結(jié)束后，再通過膠結(jié)充填的方式將試驗(yàn)采場(chǎng)接頂充填密實(shí)。

2.2 頂板穩(wěn)定性模擬

為最大程度保證試驗(yàn)采場(chǎng)頂板的穩(wěn)定性，假設(shè)模擬現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員在頂板下的直接作業(yè)環(huán)境來進(jìn)行模擬試驗(yàn)。本方案前期采用有限元分析軟件COMSOL Mutiphysics建立模型，對(duì)保留礦柱、注漿厚度等進(jìn)行數(shù)值模擬分析。

選取注漿試驗(yàn)的基礎(chǔ)模擬數(shù)值，選用強(qiáng)度等級(jí)32.5硅酸鹽水泥，對(duì)該環(huán)境下的底柱進(jìn)行開挖，分為預(yù)留頂柱及不預(yù)留頂柱2種情況，主要確定是否預(yù)留頂柱及預(yù)留頂柱的厚度，以及不預(yù)留頂柱時(shí)，需要膠結(jié)廢石充填體的高度。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)，按采空區(qū)面積最大值建立試驗(yàn)礦房三維仿真模型，長(zhǎng)×寬×高=40 m×18 m×40 m，分別建立了上下盤、預(yù)留頂柱和膠結(jié)體等部分，試驗(yàn)礦房三維仿真模型見圖2。

依據(jù)要求，本次分為預(yù)留頂柱和不預(yù)留頂柱2種情況，其中預(yù)留頂柱分為預(yù)留1 m頂柱和0.5 m頂柱；不預(yù)留頂柱分為注漿膠結(jié)厚度5 m和10 m［3］。

2.3 結(jié)果及分析

2.3.1 預(yù)留1 m頂柱

回收底柱殘礦，試驗(yàn)采場(chǎng)底柱厚度3.5 m，預(yù)留1 m頂柱，回采高度2.5 m，礦房長(zhǎng)度40 m，寬度5 m。通過模擬得出，預(yù)留頂柱頂面施加的載荷為6.17 MPa，模擬結(jié)果見圖3。

由圖3可知：預(yù)留1 m頂柱時(shí)最大位移為0.001 m，為頂面中點(diǎn)，位移量較小，可認(rèn)為此時(shí)穩(wěn)定，但在回采過程中，必須時(shí)刻注意頂板的變化，以保證回采過程的安全。

2.3.2 預(yù)留0.5 m頂柱

回收底柱殘礦，試驗(yàn)采場(chǎng)底柱厚度3.5 m，預(yù)留0.5 m頂柱，回采高度3 m，礦房長(zhǎng)度40 m，寬度5 m。通過模擬得出，預(yù)留頂柱頂面施加的載荷為6.17 MPa，模擬結(jié)果見圖4。

由圖4可知：預(yù)留0.5 m頂柱時(shí)最大位移約為0.537 m，為頂面中點(diǎn)，位移量超過預(yù)留頂柱厚度，可認(rèn)為此時(shí)頂柱已垮，故此預(yù)留厚度無法滿足實(shí)際需要。

2.3.3 不預(yù)留頂柱，注漿膠結(jié)厚度5 m

回收底柱殘礦，試驗(yàn)采場(chǎng)底柱厚度3.5 m，不預(yù)留頂柱，回采高度3.5 m，礦房長(zhǎng)度40 m，寬度5 m。通過模擬得出，預(yù)留頂柱頂面施加的載荷為5.15 MPa，模擬結(jié)果見圖5。

由圖5可知：不預(yù)留頂柱，注漿膠結(jié)厚度5 m時(shí)，最大位移約為0.061 m，可認(rèn)為此時(shí)回采頂板有較大移動(dòng)，對(duì)回采安全有較大的影響。

2.3.4 不預(yù)留頂柱，注漿膠結(jié)厚度10 m

回收底柱殘礦，試驗(yàn)采場(chǎng)底柱厚度3.5 m，不預(yù)留頂柱，回采高度3.5 m，礦房長(zhǎng)度40 m，寬度5 m。通過模擬得出，預(yù)留頂柱頂面施加的載荷為4.45 MPa，模擬結(jié)果見圖6。

由圖6可知：不預(yù)留頂柱，注漿膠結(jié)厚度10 m時(shí)，最大位移約為0.030 m，為頂柱頂面中點(diǎn)，膠結(jié)體底面位移為0 m，可認(rèn)為此時(shí)回采過程較為安全［4-6］。

2.4 方案的確定

根據(jù)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，當(dāng)采用不注漿預(yù)留1 m頂柱和注漿膠結(jié)厚度為10 m時(shí)，均可保證殘礦回收方案的安全性。但基于此次試驗(yàn)的特殊性，為最大限度保證頂板安全，設(shè)計(jì)采用預(yù)留部分頂柱與注漿固結(jié)干式充填料的綜合護(hù)頂措施，預(yù)留頂柱厚度為1 m，注漿膠結(jié)厚度為5 m。

3 頂柱殘礦回收

3.1 充 填

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸送水平距離和高度，計(jì)算充填倍線范圍，利用自有充填系統(tǒng)和已有井巷，確定試驗(yàn)采場(chǎng)采用自流輸送的充填方式［7］。

用水泥擋墻對(duì)各分層聯(lián)絡(luò)巷道進(jìn)行封堵，同時(shí)在水平擋墻留有濾水孔，保障濾水通暢。

3.2 鑿巖爆破

因?yàn)闈{液流動(dòng)的隱蔽性，很難直觀通過數(shù)據(jù)描述充填效果，故在充填養(yǎng)護(hù)完成一個(gè)月后，在中段水平沿脈運(yùn)輸巷道靠近礦壁的位置，先用鉆桿鉆鑿5個(gè)4 m鉆孔穿透底柱厚度，然后以該鉆孔作為掏槽孔，在其周圍施工3.5 m深的上向孔，嚴(yán)格控制爆破藥量，分2次進(jìn)行爆破（2次爆破時(shí)間不小于7 d），爆破后禁止無關(guān)人員入內(nèi)。設(shè)專人每天觀察膠結(jié)體頂板的變化，同時(shí)在中段水平沿脈運(yùn)輸巷道頂板，采用單通道聲發(fā)射監(jiān)測(cè)+多通道聲發(fā)射監(jiān)測(cè)+應(yīng)力監(jiān)測(cè)+位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)頂板變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

最后利用礦區(qū)成熟的采礦技術(shù)條件，采用YSP-45型鑿巖機(jī)施工孔徑50 mm的上向孔，一次性對(duì)頂?shù)字M(jìn)行爆破。為減少?zèng)_擊波對(duì)膠結(jié)體的影響，增加爆破分段段數(shù)，通過對(duì)數(shù)碼雷管的設(shè)置，控制沖擊波在膠結(jié)充填體承壓范圍內(nèi)。

3.3 出 礦

為防止出礦過程中作業(yè)人員靠近試驗(yàn)采場(chǎng)，在整個(gè)出礦階段采用遙控電鏟出礦，將礦石經(jīng)916-42采場(chǎng)溜井倒運(yùn)至-17中段水平，然后提升至地表，進(jìn)入選礦廠。

3.4 采場(chǎng)接頂充填

試驗(yàn)采場(chǎng)大量出礦結(jié)束后，在留有充填進(jìn)路和濾水口的前提下，封堵試驗(yàn)采場(chǎng)采空區(qū)其他透口，然后對(duì)試驗(yàn)采場(chǎng)進(jìn)行接頂膠結(jié)充填。

3.5 經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)試驗(yàn)采場(chǎng)頂?shù)字夭杉夹g(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及礦區(qū)實(shí)際情況，可回收金金屬量24 kg、礦石量4 500 t，采礦成本212元/t，掘進(jìn)成本1 000元/m，充填成本120元/m3，注漿成本1 000元/m3，選礦成本150元/t，充填管路成本4萬元，地壓監(jiān)測(cè)成本30萬元。經(jīng)計(jì)算：產(chǎn)值970.08萬元，采礦成本95.4萬元，采切掘進(jìn)成本6萬元，選礦成本67.5萬元，充填成本25.2萬元，注漿成本80萬元，充填管路成本4萬元，地壓監(jiān)測(cè)成本30萬元。因此，試驗(yàn)采場(chǎng)頂?shù)字夭煽色@得經(jīng)濟(jì)效益661.98萬元。

4 結(jié) 語(yǔ)

此次試驗(yàn)采場(chǎng)的回收工作歷時(shí)周期較長(zhǎng)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)較為保守，但整個(gè)過程成功的安全回采為殘礦回收工作起了一個(gè)好的開端。這些殘礦資源的回收工作在延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限的同時(shí)，增加了企業(yè)效益，后續(xù)將在試驗(yàn)過程中持續(xù)優(yōu)化參數(shù)，在保證安全的前提下，合理有效回收更多礦產(chǎn)資源。

［參 考 文 獻(xiàn)］

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Application of grouting consolidation method in the recovery of residual ore

Shi Yuening1，Wei Cheng1，Gong Jianguo2

（1.Hebei Zhongjin Gold Co.，Ltd.; 2.Hebei Jinchangyu Mining Co.，Ltd.）

Abstract：In response to the issue of resource depletion in an old gold mine，this study proposes 2 recovery schemes to effectively utilize shallow high-grade residual ore resources：one with reserved crown pillars and one without.The reserved crown pillar scheme includes options for 1 m and 0.5 m pillars，while the no reserved pillar scheme involves grouting consolidation with thicknesses of 5 m and 10 m.Based on the results of numerical simulations，the joint support method of partial crown pillar reservation and grouting consolidation of dry backfill materials was selected，withgfB4WIje/UViqbcqnla0fA== a reserved crown pillar thickness of 1 m and grouting consolidation thickness of 5 m.The process flow for residual ore recovery is detailed.By grouting and consolidating the existing loose backfill material in the upper voids of the trial stope，4 500 t ores containing 24 kg gold were successfully recovered，yielding an economic benefit of 6.619 8 million yuan.The success of this trial will continue to guide future residual ore recovery efforts in the enterprise.

Keywords：high-grade;residual ore;loose backfill material;grouting;consolidation method;roof;numerical simulation