8第八章--矿柱回采与采空区处理汇总

1第八章矿柱回采与采空区处理第一节概述第二节矿柱回采方法第三节采空区处理方法2两步骤回采的采矿方法——空场采矿法和部分充填采矿法回采矿房以后，要按照正常的开采顺序回采矿柱——顶柱、底柱和间柱，空场采矿法矿房回采形成的采空区，生产过程中要有计划地进行处理。第一节概述3（一）矿柱回采的重要性首先，与煤炭相比，非煤矿产价值一般较高，而资源较少；其次，采矿方法所留矿柱量大。以缓倾斜单一薄及中厚煤层走向长壁采煤法为例，采区煤柱一般只占采区煤炭储量的10％～15％。开采近距离煤层群和厚煤层时，采区上山布置在最下一层煤或其底板岩层中，工作面跨上山开采，区段采用无煤柱护巷，采区煤柱所占比重则更小。开采非煤矿床则不然，采矿方法所留矿柱占矿块储量的比重较大，缓倾斜和倾斜矿体为15％～25％，急倾斜厚矿体可高达40％～60％。据凡口铅锌矿的统计资料，该矿历年生产阶段的矿房矿量只占42％，矿柱矿量占58％。第一节概述4（二）矿柱回采的特殊性（1）地压管理方面矿柱整体性能受到不同程度的削弱，使矿柱的稳固性降低。例如，当间柱两侧是未处理的采空区时，则矿柱往往是应力集中的部位，如果在间柱底部再一拉底，则间柱就过于四面悬空状态，就有可能因应力集中而产生破坏或垮落。（2）落矿方面矿柱的自由面比较多，落矿的方向及顺序比较难于控制。矿柱的边界不平直，炮孔布置不均匀（束孔），落矿质量差，矿石大块多。第一节概述5（二）矿柱回采的特殊性（3）放矿方面倾角为55～70°时，用空场法回采矿房，自重放矿，而用崩落法回采矿柱时，是在上部有覆盖岩石条件下放矿，同样倾角，放矿效果差。矿石在下盘损失。（4）通风方面通风条件较差。设计时，必须统一考虑它们的地压管理、结构尺寸、采矿巷道、通风系统、回采工艺以及矿块的生产能力和技术经济指标。生产时要统筹安排。第一节概述6（三）影响矿柱回采方法选择的因素矿房采空区的状态（充填与否）、地压显现情况、矿柱倾角的大小、矿柱的形态、矿量及矿石价值等。（四）矿柱回采的时间矿柱的回采可以和下一阶段的矿房回采同时进行。矿柱的回采速度和矿房的回采速度适应。第一节概述7第一节概述（五）矿柱回采与采空区处理应遵循一定的原则(1)统一性原则。矿房回采、矿柱回采与采空区处理方案应在矿块开采设计即采矿方法设计时统一考虑，包括矿块结构参数、采准工程布置和回采工艺等。8第一节概述（五）矿柱回采与采空区处理应遵循一定的原则(2)正常采序原则。矿柱回采与采空区处理应按照正常的开采顺序，以不破坏正常的生产系统为前提，在矿房回采以后有计划地及时进行。一般，当阶段运输巷(作为下阶段的回风巷)布置在下盘脉外，回采矿柱不致破坏正常的运输和通风等生产系统时，矿柱回采可以与矿房回采在同一阶段内进行。否则，矿柱回采应滞后一个阶段进行，即下阶段回采矿房，上阶段回采矿柱。矿柱与矿房同阶段回采时，为了减轻爆破影响，矿柱回采应滞后矿房回采一定距离。合理的滞后值，要根据矿岩稳固性，所采用的采矿方法、矿柱回采与采空区处理方法等因素确定。9第一节概述（五）矿柱回采与采空区处理应遵循一定的原则(3)时间性原则。矿柱回采以后，将进一步引起围岩变形、破坏，甚宜完全失稳，从而影响矿井安全与正常生产。因此，矿柱回采与采空区处理在时间上应同时进行。为了叙述方便，下面将分别介绍矿柱回采方法与采空区处理方法。10矿柱回采可以用空场法、崩落法或充填法，主要取决于矿柱的回采条件，包括：已采矿房的存在状态；矿岩稳固性；矿体厚度与倾角；矿石品位及价值；地表允许塌陷的可能性等。第二节矿柱回采方法11已采矿房的存在状态有敞空和充填两种。敞空状态的矿房是指用空场采矿法采完以后没有进行充填的矿房。充填状态的矿房包括：(1)用充填采矿法回采的矿房；(2)虽用空场采矿法回采，但采完以后又用充填材料充填的矿房。第二节矿柱回采方法12出于某种需要，如开采稀有、贵重金属、非金属矿石或高品位富矿，条件适合用空场采矿法，但为了提高回收率，需要给矿柱回采创造有利条件，故在用空场采矿法回采矿房以后，又用充填材料对矿房进行一次性充填。与充填采矿法不同，这种充填是在矿房采完以后一次完成的，它不是回采工艺的一道必不可少的工序。因此，为了区别起见，对空场采矿法采完的矿房进行一次性充填称为“嗣后充填”。第二节矿柱回采方法13一、敞空矿房的矿柱回采矿房呈敞空状态时，视矿岩稳固性、矿体规模、倾角与厚度以及地表允许塌陷的可能性不同，可以采用空场法或崩落法回采矿柱。一般，开采矿岩稳固的水平和缓倾斜薄及中厚矿体或者规模不大的倾斜、急倾斜盲矿体时，若地表允许塌陷，可用空场法回采矿柱。开采规模较大的倾斜、急倾斜连续矿体时，若地表允许塌陷，可用崩落法回采矿柱。第二节矿柱回采方法14一、敞空矿房的矿柱回采（一）全面采矿法的矿柱回采第二节矿柱回采方法15一、敞空矿房的矿柱回采（一）全面采矿法的矿柱回采全面采矿法用于开采水平和缓倾斜矿体。由于矿体倾角小，在矿房敞空的条件下回采矿柱比较困难，安全性差，故一般不回收。由于全面采矿法所留矿柱一般为夹石或贫矿不准备回采。因此，矿房回采过程中应尽量利用矿体中的无矿段、夹石或贫矿作为矿柱，以减少矿石损失。第二节矿柱回采方法16一、敞空矿房的矿柱回采（一）全面采矿法的矿柱回采开采稀有、贵重金属、非金属矿石和高品位富矿时，为了充分回收矿产资源，应尽可能不留矿柱，用人工支柱（如木垛、混凝土垛和废石垛等）代替。有时，若地表不需要保护，也可以很据顶板稳固性、矿石品位及其分布情况等因素选择性地回采一部分矿柱。第二节矿柱回采方法17一、敞空矿房的矿柱回采（二）房柱采矿法的矿柱回采第二节矿柱回采方法18一、敞空矿房的矿柱回采（二）房柱采矿法的矿柱回采房柱采矿法的矿柱回采条件与全面采矿法相同（开采水平和缓倾斜矿体）。但是，房柱采矿法留有大量规则矿柱，矿柱矿量大——间断矿柱为矿块储量的15％～20％，连续矿柱达40％，并且，所留矿柱不可能全是夹石或贫矿，因此，应尽可能回收。通常，在下列条件下不回采矿柱：(1)矿石价值低，地表又需要保护；(2)所留矿柱多为无矿带，夹石或贫矿；(3)回采矿柱安全上难以保证。第二节矿柱回采方法19一、敞空矿房的矿柱回采（二）房柱采矿法的矿柱回采需要回采矿柱时，可以用抽柱法，替柱法或削柱法，选择性地回采一部分。回采的部位和数量取决于矿柱和顶板的稳固性、矿石价值、品位与分布，以及地表是否需要保护等因素。抽柱法是选择性地间隔回采一部分间断矿柱。间隔大小视顶板稳固性而定，可采一留一、采一留二、采二留一，此法适用于矿石品位分布均匀、地压不大的条件。第二节矿柱回采方法20一、敞空矿房的矿柱回采（二）房柱采矿法的矿柱回采替柱法是用人工支柱替换矿柱，适用于矿石价值高、品位分布不均匀的条件。为了安全起见，应先在拟回采的矿柱附近架设木垛或混凝土垛等人工支柱，然后回采矿柱。削柱法是将连续矿柱回采后成为间断矿柱，或者将尺寸较大的间断矿柱回采后成为尺寸较小的矿柱。通常，三种方法往往同时采用。第二节矿柱回采方法21一、敞空矿房的矿柱回采（三）留矿采矿法的矿柱回采第二节矿柱回采方法22一、敞空矿房的矿柱回采（三）留矿采矿法的矿柱回采留矿采矿法用于开采急倾斜矿体，除极薄矿脉以外，一般留有顶柱、底柱和间柱。若地表允许塌陷，所留矿柱一般用崩落法回采。回采矿柱时，为了确保运输和通风安全可靠，并使顶、底柱便于回采，本阶段的底柱一般暂时不采，留到下阶段与其顶柱一起回采。第二节矿柱回采方法普通留矿法23一、敞空矿房的矿柱回采（三）留矿采矿法的矿柱回采留矿采矿法的矿柱回采不需要再掘进任何采准巷道。(上阶段)底柱和(本阶段)顶柱的回采直接从阶段回风巷凿岩(回采顶柱的炮孔也可以在留矿堆上钻凿)，间柱的回采在联络道凿岩。为了使矿柱回采安全起见，上述炮孔均应在矿房大量放矿(最终放矿)以前凿完。待放出矿房中的全部矿石以后，再爆破矿柱，从矿块底部结构放出崩落的矿柱矿石。第二节矿柱回采方法24一、敞空矿房的矿柱回采（三）留矿采矿法的矿柱回采随着顶、底柱被爆破，上阶段(处理采空区)崩落的覆盖废石层将随即下放到本阶段，故采下的矿柱矿石是从覆盖废石层下放出的。因此，用崩落法回采矿柱时，矿石损失与贫化较大，可达40％～60％。为了降低矿柱回采的矿石损失与贫化，在进行矿块开采设计时，应尽可能增大矿房矿量，减少矿柱矿量。此外，回采矿柱时，应采用合理的爆破顺序——先爆破间柱，后爆破顶、底柱。第二节矿柱回采方法25一、敞空矿房的矿柱回采（四）分段凿岩阶段矿房法的矿柱回采第二节矿柱回采方法图5-19分段凿岩阶段矿房法（沿走向布置）1—阶段运输巷；2—阶段回风巷；3—天井；4—电耙巷道；5—分段凿岩巷道；6—矿石溜井；7—漏斗；8—切割天井；9—联络道；10—拉底巷道26一、敞空矿房的矿柱回采（四）分段凿岩阶段矿房法的矿柱回采分段凿岩阶段矿房法用于开采急倾斜厚矿体，若地表允许塌陷，所留矿柱用崩落法回采。分段凿岩阶段矿房法的不同矿柱回采方案，主要是回采顶、底柱的炮孔布置不同，因而为回采矿柱需要增加的采准工程也不同。同留矿采矿法的矿柱回采一样，分段凿岩阶段矿房法的顶、底柱爆破以后，上阶段崩落的覆盖废石层将随即转放到本阶段，因而采下的矿柱矿石只能从覆盖废石层下放出，造成较大的矿石损失与贫化。要降低矿石损失与贫化，同样应通过矿块结构参数的合理设计和正确确定顶柱、底柱与间柱的爆破顺序来实现。第二节矿柱回采方法27一、敞空矿房的矿柱回采（四）分段凿岩阶段矿房法的矿柱回采第二节矿柱回采方法图8-2分段凿岩阶段矿房法的矿柱回采1—分段凿岩巷道；2—顶底柱回采凿岩巷道;3—电耙道；4—垂直扇形中深孔；5—垂直深孔；6—水平深孔；28二、充填矿房的矿柱回采充填矿房的矿柱回采，可以用充填法、空场法或崩落法，与充填材料种类(干式、水砂或胶结充填料)、矿岩稳固性、矿体倾角与厚度、矿石价值与品位以及地表是否允许塌陷等因素有关。充填状态矿房比敞空状态矿房的矿柱回采条件好;胶结充填矿房比松散料(废石、水砂)充填矿房的矿柱回采条件好;充填类型的矿房，顶、底柱和间柱回采的难易程度也不同。由于顶底柱(主要是底柱)被大量出矿巷道切割，不仅回采困难，而且安全性差，因此，目前回采顶底柱的有效方法还不多。主要有：胶结充填矿房的间柱回采、松散充填矿房的间柱回采、顶底柱回采。第二节矿柱回采方法29二、充填矿房的矿柱回采（一）胶结充填矿房的间柱回采除用胶结充填法回采的矿房外，采用水力充填法回采但在两侧砌筑了混凝土隔墙的矿房（如上向水平分层水力充填采矿法回采的矿房，见图7-1），也可视为胶结充填矿房处理。第二节矿柱回采方法30二、充填矿房的矿柱回采（一）胶结充填矿房的间柱回采胶结充填矿房的间柱回采，视矿岩稳固性、矿体倾角及矿石价值等条件不同，可以采用房柱法、留矿法和阶段矿房法等空场法；与上向水平分层和下向水平分层等充填法。第二节矿柱回采方法31二、充填矿房的矿柱回采（一）胶结充填矿房的间柱回采第二节矿柱回采方法开采矿岩较稳固的急倾斜矿体，如矿石价值高，可用上向水平分层充填法回采间柱（图8-3）；32二、充填矿房的矿柱回采（一）胶结充填矿房的间柱回采第二节矿柱回采方法若矿岩稳固，且其他条件也适合时，可用留矿法回采间柱（图8-4）。33二、充填矿房的矿柱回采（一）胶结充填矿房的间柱回采矿房采用胶结充填采矿法回采，多数是因为矿石价值或品位高，因此应选用矿石损失与贫化小的方法回采间柱;有时，矿房采用胶结充填是出于保护地表的需要。因此，应采用胶结充填回采间柱，否则可采用水力充填法。用水力充填法回采间柱时，其底部高5-6m范围内应胶结充填，以便为下阶段回采顶底柱创造条件，若条件适合用空场法回采胶结充填矿房的间柱时，回采间柱形成的采空区一般采用水力或干式嗣后一次充填。第二节矿柱回采方法34二、充填矿房的矿柱回采（二）松散充填矿房的间柱回采松散充填矿房的形成有两种情况：(1)用干式或水力充填采矿法回采矿房；(2)用空场法回采矿房并用干式或水砂充填料嗣后一次充填。松散充填矿房的间柱回采，可以采用充填法或崩落法，根据矿石价值和地表是否允许塌陷确