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摘要：铜矿的开采与利用能够有效促进我国经济快速高水平增长，但铜等金属属于不可再生资源，存在着后备资源有限、人均占有量较少等现实情况。因此，在此背景下，提高铜矿资源回采率、分选回收率成为节约资源、助力资源可持续发展的重要举措。某铜矿含铜资源较为丰富，但开采效率有待提升。文章基于实际问题，提出进路部分充填优化的思路，研究-319中段的顶柱回采工艺优化技术，旨在提高铜矿开采效率，降低不必要的人工损耗成本。
关键词：铜矿开采；顶柱回采；工艺优化；开采技术
矿产资源是人类社会发展进步的重要生产资料，是维持市场正常运转的物质基础。随着经济的不断发展，各行各业对金属的需求逐渐增多，随之出现一系列矿产资源问题亟待解决。有关人员通过研究某铜矿的开采工艺中顶柱安装及回收的相关问题，据此设计出一种新型的优化开采技术，用以改进传统工艺中的不足之处，在已有工艺的基础上，延长矿山的使用周期，遵循可持续发展战略，真正做到节约资源、保护环境。
1工程概况
某铜矿位于广西省，距离省会南宁较近，毗邻红水河，国道323、210以及243，公路、水路较为便捷。该铜矿现有工程如下：主井布置水管、电缆，负责拉取矿石、人员，兼顾通风和排水等功能；副井主要用于拉取机器设备，兼备逃生出口功能；南风井已废弃封堵。矿山中段开拓分为-319m以上和-319m以下。-319m以上中段高度为前期开拓工程，-319m以下是即将结束开采的部分工程。矿山现行的采矿途径是上向水平分层尾砂充填法，顶柱较高时可进行回收再利用处理，有关人员采取进路胶结充填回采。假使顶柱较低则无需回收，作为矿业废材进行集中处理。该铜矿的矿物成分较为复杂，主要包括黄铜矿、磁铁矿、辉铜矿以及黄铁矿等；矿石结构多为浸染状构造、条带型结构。
2某铜矿段间顶柱回采工艺
采矿方法因矿山性质和矿石价值、生产规模而定。为落实保护环境的策略，开采过程中尽量避免出现塌降现象，且由于铜的生产价值较高，我国采矿技术较为成熟，因此，开采选用上向水平分层尾砂充填采矿法。首先，有关人员利用浅眼凿岩机进行凿岩。采取多班轮流制的方法不间断作业，设置进路长度约为15m，宽度约为3m。预设开采第一层的炮眼利用率不得低于75%。其次，进行有组织的科学爆破。有关人员先清理顶板，再进行倾斜孔多排同段微差延时爆破施工，装药进行降顶。再次，每个矿区动用电动铲运机运输矿石，并及时在回采结束后充填，在不影响其他程序作业时，间隔24h后再次充填。最后，注重通风。第一层进行回采时，第二层可临时充当回风道，起到辅助通风的作用，为第一层创造出较好的通风条件。但当第二层进行胶结充填时，则需要借助外力（如工业电扇等）进行大力吹风，使之满足顶柱回采的风量标准。但在顶柱回采过程中，存在充填体凝固时间影响顶柱回收效率的问题。由于采用全部充填的方式，充填使用的人工、材料费用较高。经有关人员研究，实施过程中实施部分进路不充填的方式，能够有效提高充填效率，降低不必要的各类成本支出。
3段间顶柱回采工艺优化
3.1段间顶柱的分布构成
在传统的开采过程中，一中段采用分层尾砂充填开采方法，在二中段位置填充钢筋混凝土作为充填体的底板。在第三中段向上分层充填后，将段间预留的顶柱进行回收。一般情况下，顶柱回采形成进路时，上一段中段易出现钢筋混凝土底板被揭露的情况。有关人员设计的进路尺寸、混凝土底板自身所具备的稳定性是影响顶柱回采工艺方法的重要因素，既影响工程的实效性，又关系着经济成本支出的问题。钢筋混凝土在进路形成之后，承受来自上部中段充填的非胶结尾砂重量负荷，两端顶柱矿体并未得以开采，钢筋混凝土底板在矿体内部支撑固定。由于受矿体风化侵蚀的速率不同，导致矿体横截面有所不同，在顶柱设计时，尤其注重将尺寸略微倾斜。钢筋混凝土的假顶通常与矿体厚度保持一致，厚度与进路方向趋于一致，结合该铜矿的实际情况，采用稳定性较强的弹性矩形薄板进行操作更加具有便捷性。因此，段间顶柱回采工艺的优化较为紧迫。
3.2段间顶柱进路回采混凝土假顶稳定性分析
由于人工假顶的强度较高、性能较好，而充填体性能较之人工假顶还有进步空间，因此，段间进路以人工假顶为主，两侧与上方都辅以充填体。人工假顶在外力作用下进行物理性质变化，当受力达到临界值时，人工假顶会出现断裂破坏的情况，不能继续使用。在顶板发生变形的过程中，人工假顶的黏结力会在一定程度上缓解假顶弯曲效果。回采过程中对顶柱上部的混凝土假顶稳定性产生影响的因素主要有以下几点：其一，进路尺寸的大小。进路尺寸，即单次进路的宽度、进路高度以及进路长度。单次进路的宽度是机器的宽度；进路高度是指顶柱安装时需要预先留出的高度；进路长度是指深入矿体长度的最小值。其二，充填次序。段间顶柱回收空间需要采用胶结体作为主要的充填物质，用来控制上部分段间的尾砂和人工假顶的稳定性。其三，进路空场时间。由于回采、填充、顶柱等都需要等待时间，如爆破炸顶后需要清理现场碎石才能继续充填工作。从安置炸药到最终立起支撑板，两者存在的时间间隔会影响混凝土假顶的稳定性。
3.3仿真模型设计
根据某铜矿的实际条件及-319m中段的开采现状，采用UDEC数值模拟软件建立仿真模型设计。模型长为150m，高度为150m，两侧废石的宽度为60m。中段矿体的宽度为50m，矿体开采模型的尺寸值为60m～90m。根据矿山开采中段的实际特点，在-319m中段顶端设置10m高度的段间顶柱，与-175m中段相隔，-175m中段的底板部分采用钢筋混凝土设计，-319m中段的顶柱顶部是-175m中段的钢筋混凝土人工假顶。此外，其他区域采用尾砂进行填充。通常情况下，金属矿山多开采金属矿石类资源，岩石的硬度、强度较之煤油开采更大，且开采的范围多以块状、山脉状为主，因此引起的岩层运动较小。
3.4段间顶柱采充配合对混凝土底板的影响
段间顶柱回采后，需要有关人员进行充填，进行地压层次管理、回填上覆围岩的移动控制。某铜矿的开采使用对所有开采空间进行胶结充填，但受其充填不全面的影响，可能导致人工假顶的稳定性出现问题。经研究发现，由于中段的进路尺寸较大，因此人工假顶的下沉情况相对较小。因此，在顶柱回采的过程中，有关人员可以进行甄别，选出可进行间隔充填的矿体空间，进行部分充填。
3.5段间顶柱采充优化方案
根据某铜矿进行的资源开采活动分析，段间顶柱高度6m，下方2m切槽，上方4m处安装爆破放顶落矿。在铜矿中，各进路宽度多为2m，开采后的空间全部进行胶结充填，此举需要大量人力物力，投入成本较大。经研究发现，上部中段的尾砂充填在物理外力压实作用下，在下端中段的钢筋混凝土的促进下，进路宽度逐渐增加，由原来的3m扩展到5m。此时，仍采用全部胶结充填的方法可能使开采效率提高，进路数量逐渐减少。因此，段间顶柱的优化方案可选用采取胶结充填，单个进路尺寸增加到5m，中部1个～2个进路选择不充填，利用中部的连续充填体支撑人工顶板，节省部分胶结充填费用。
4顶柱回采工艺的实际应用
4.1-319m中段矿体情况
某铜矿-319m中段的矿体分布于021-018线之间，整体矿体偏向东北方倾斜，水平位置-290m的面积约为572m2，受外力影响贯穿为三个矿体，矿体其质量一般；水平位置-185m的面积约为658m2，矿体质量较好；水平位置在-175m的面积约为90m2。顶柱顶底板的高度差为7.2m，东部、东北部矿体受倾斜原因影响，收缩较之西部、南部更为明显。-319m是铜矿主要的运输路段，其中中段运用10t拉力车搭配2.3m3矿车合力运输至主井，经有关人员确认无误后拉至地表。由于矿体边角处较为陡峭，延伸线较长，因此，有关人员利用机器作业在侵蚀基准面及以下部位进行开采。由于含铜磁铁矿、含铜石灰岩等矿物质的岩石多为浸染状结构，质地紧密厚实，坚固不易损坏。矿体围岩大多是石英岩和变质的结晶灰岩，质地较为坚硬密实，但上部受挤压和收缩原因，易出现裂纹甚至破碎现象，后期可能导致岩石纹理层发生错乱，形成宽达几米的破碎痕迹。有关人员根据矿石结构、物理性质、矿山开采实践经验等依据，判断暴露面积的质地，确定矿体及顶底盘岩石性能稳定。
4.2-319中段顶柱回采工艺的实践路径
为有效保护环境，减少矿产资源开发对环境造成的负面影响，开发矿产的主体单位坚持使用上向分层尾砂充填法，以便更好地适应城区型矿山性质。由于矿体较为复杂，通常情况下，以具体的某一单矿为标准，设计回采单元，采准工作结束后保留安全矿柱，再拉开矿体平面，确保完成本次回采之后，下部中段的矿体回采工作能够得以继续开展。有关人员在施工区域底部加设钢筋混凝土，以便开采下一层时的顶板。顶柱回采的方式可采用全断面一次回采，还可使用填进式回采。由于矿体顶柱回采已包含上中下段，采场的原岩完成新的布局构造，为顶柱施加多种力，影响施工人员判断方案的选择。有关人员根据该铜矿的赋存状态进行安全监测，在每一层回采后进行顶板和底板的设计施工，在最后一层回采完成后将顶柱作为回采单元进行采准设计。有关人员对坡道、矿道、井道进行缜密设计，安排好进路宽度及前进方向，做好新增工程的收尾工作。科学、合理的进路划分能够有效保证安全回采工作顺利完成，同时兼顾经济效益，在-319m段的顶柱回采工作中，进路的宽度经计算，在3m～4m范围内，长度则在25m以内。根据矿体厚度小于5m的间距进行单线布置和多线布置。
首先，准备施工前期工作。在上向水平尾砂充填法的收尾工作中，有关人员正常建构充填物，保留3m左右的空间，为后续顶柱回采做准备工作。准备进路充填使用的井道，规格为2.5m×2m，利用铲运机器在矿柱上部中间地带挖掘小道，满足铲运机性能参数需要。有关人员尽量使用原采场漏斗，上部分设计1m左右的铲顶，便于进行钢筋混凝土的浇筑。充填1m左右的尾砂后，剩余部分以分层尾砂胶结法进行充填。目前，应用于施工活动中的胶结剂为散装水泥，辅以尾砂可加强灰砂比的充填体强度，确保胶结体的灰砂比，在充填结束后有关人员从斜坡继续施工回采运输，施工联络通道直达漏斗。其次，在工程到位后，利用凿岩机对岩面进行切割，再帮刷至进路设计边界，进路一次性降底到达钢筋混凝土假顶，有关人员利用铲运机进行出矿拉伸。再次，有关人员利用钢筋混凝土进行进路的封闭工作，在进路中设置滤水塔。将分级尾砂胶结按1：4进行充填，间隔一天后进行二次充填。按照原计划和顶板实际情况，可对胶结体作适度改变，例如将间隔充填改为一次性充填。最后，做好收尾工作。有关人员将顶柱回采工作的安全管理视为第一要务。由于采光环境较差、顶板岩石受力复杂等情况影响，施工过程需要注重安全，切勿过度追求经济效益，忽视施工人员的人身安全。当检查时发现顶板存在裂纹等现象，需要及时报告、会诊，共同根据实际情况分析成因，决定后续是否继续开展工作。
某铜矿部分地区已进入顶柱回采阶段。为降低出现开采事故的概率，有关人员准备大量新型技术，尝试将技术应用于开采过程中。在准备顶柱时，有关人员选择适宜的位置挑选顶柱以便安放，确保留有空间进行后续改造安装。先试阶段的实验取得成功后，后续各阶段进行安装时可减少大量的采准工程。在施工过程中，有关人员需要采用充填接顶在施工钻孔中加强充填，间隔一天后查看情况，根据实际情况决定后续是否进行二次充填加固，以确保充填体与接顶保持贴合。有关人员通过实地观察充填体填充情况，得出胶结体接顶的充填接顶率超过80%。顶柱回采工作需要有关人员在采矿结束后尽早实施，便于节省施工成本，也有利于对矿山进行二次结构优化，坚持绿色发展战略。水平进路分级尾砂胶结充填法的顶柱回收率高达90%以上，仅-319m中段顶柱的铜矿资源便较为可观。在进行工艺优化后，有关人员对中段顶柱的进路宽度进行重新设计，能够有效提升有关人员的开采效率，在某一片区内的顶柱回采时间将缩短一周以上，极大程度地减少人力物力成本。
5结论
综上所述，针对某铜矿段间顶柱使用与回收等方面存在的问题，经过实际情况分析，选择出-319m中段顶柱进路回采的优化方案，并在某铜矿-319m中段顶柱回采的实践活动中得以应用。实践结果表明，该优化方案具有可操作性，值得在行业内进行推广使用。后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
本文标签：
某铜矿段间顶柱回采工艺优化及开采技术探究论文
人参与 2025-05-30 10:28:22 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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