浅孔房柱法在麦坝铝土矿地下矿山的应用

张永申，钱 宇，赵剑英

（中国铝业贵州分公司矿业公司，贵州 清镇 551413）

浅孔房柱法是空场采矿法中的一种，在小型金属矿山开采中应用广泛，主要针对直接顶板不稳固的薄矿体和中厚矿体。应用浅孔房柱法开采时，通过控制采场（切割上山）回采跨度，严格控制矿柱（特别是点柱）留设成型，能够有效确保采场回采安全，并能提高采场回采率，降低贫化率。

1 矿床开采条件

（1）矿山水文地质条件。中国铝业贵州分公司矿业公司麦坝铝矿是中国铝业第一家自主开采的地下矿山，年生产能力40万t/a。矿山水文地质条件复杂，主要为一向斜构造，大部分为碳酸盐岩层所覆盖，形成起伏不大的岩溶丘陵地形。最高峰为龙头山，标高1585.8m，最低为上麦坝，标高1273.6m，比高312.2m。地势由北往南逐渐低下，降雨补给面积北迄中寨，南至高石坎，东抵龙头山，西止五台山一带，除龙滩坝有一水沟自四号暗河入口进入地下外，无大的地表水流。

矿区出露地层从老至新有寒武系高台组(Є2g)；下石炭系大塘组（C1d，原九架炉组）、摆佐组(C1b，原黃龙灰岩)；下二叠系梁山组（P1L，原铜矿溪层）、栖霞组（P1q，原阳新灰岩）、茅口组（P1m）。

下石炭系摆佐组(C1b，原黃龙灰岩)：为矿体顶板承压裂隙水含水层。出露于向斜两翼边缘，出露宽度80m～100m，泉水出露12个，流量0.00025l/s～2.8628l/s，地下水位标高1274.56m～1444.02m。岩溶不太发育，钻孔岩心较完整，仅见溶孔、晶洞，常被白云石及少量粘土充填。该层两翼水位高，轴部水位低，北部水位高，南部水位低，地下水循环受褶曲构造控制，向南西方向排泄，富水性中等，水质为重碳酸盐钙镁弱碱性水。

下石炭系大塘组(C1d，原九架炉组)：为矿区含矿层，由铝土岩、铝土页岩、铝土矿、铁质页岩及少量赤铁矿组成，厚0m～26.14m，一般在15m～20m为一隔水层。

寒武系高台组(Є2g)：为矿体直接底板承压裂隙水含水层。地表组成矿区分水岭，分布于向斜两翼边缘，矿区内埋藏深度较大。泉水出露13个，流量0.00025l/s～2.6142l/s，地下水位标高1374.64m～1393.35m。区内未见溶洞出露，钻孔岩心极为完整，富水性极微弱，水质为重碳酸盐钙镁弱碱性水[1]。

（2）矿床地质特征。麦坝铝矿矿厚在0.8m～8m间达89.1%，2m～6m占56.1%，小于0.8m或大于10m，各占1.9%。矿体东西方向呈锅底状产出，地表平均出露标高1480m，最低控制标高1235m。矿体沿倾向连续，向北东侧伏。矿体倾向260°～280°，矿体东翼倾角较大，最大到45°，平均倾角为27.1°，平均厚度3.5m；西翼较缓，最大35°，平均倾角为12.7°，平均厚度3.8m。整个矿段矿体上部倾角较大，下部较缓，平均倾角20°，矿体走向长1350m左右，平均水平厚3.55m左右[2]。

（3）矿山开采技术条件。麦坝矿区含矿岩系均为石炭系下统大塘组（C1d），该含矿岩系覆盖于寒武系中统高台组(Є2g)白云岩的古侵蚀面上，侵蚀面起伏不平。上部与摆佐组灰岩呈渐变过渡，整合接触。

矿系顶板为结晶的灰质白云岩，矿系底板为白云岩和泥质白云岩，稳固性良好。矿体直接围岩为铝土岩、铝土页岩、铁质页岩、赤铁矿，其中铁质页岩、疏松赤铁矿稳固性较差。

根据矿体赋存条件,结合开采技术条件分析，可供选择的采矿方法有“全面法”、“房柱法”、“分段全面法”、“缓倾斜矿体分段房柱法”、“分段切顶中深孔房柱法”及“倾斜矿体房柱法”等六种采矿方法。根据现场实际情况，麦坝铝矿所使用的浅孔房柱法为“缓倾斜矿体分段房柱法”和“倾斜矿体房柱法”两种。

2 采场结构参数

采场沿矿体走向连续布置，其宽度为50m，高度为矿体垂直厚度，斜长视矿体倾角而定，一般在60m以内，最大不超过70m。上下矿块之间由顶底柱相隔，顶底柱的水平厚度为4m，相邻矿块之间由间柱相隔，间柱的水平厚度为5m。顶底柱和间柱均为连续矿柱，一系列采矿作业均在顶底柱和间柱所划定的矿房内进行。

3 回采工艺

3.1 采切工程

中段运输平巷沿矿体走向布置于矿体下盘，于其中在矿房范围内均匀布置四条采场溜矿井进入矿体，形成采场下放矿石的通路，同时于其中在采场间柱范围内上掘人行通风材料井进入矿体并与沿走向布置的电耙联道相通，再分别通过四条电耙硐室进入矿房，形成采场上下人员、材料及设备的通道，然后于矿房宽度方向的中央沿矿体倾斜方向顺矿体底板上掘切割上山至上中段回风巷，上山之间的距离在10m左右，形成采场完整的通风风路，即可形成采场最初的回采工作面（见图1）。

图1 房柱法采场采切工程示意图

图2 麦坝铝矿龙滩坝矿段1330中段 13#采场采切工程布置图

3.2 采场（上山）回采顺序及回采跨度控制

回采工作面自矿房（上山）下部向上分梯段逐步推进，采用YTP-28型凿岩机配FT170气腿浅孔落矿，其钎杆长2m～2.5m，钻头直径为φ38mm。孔深一般为1.8m～2.0m，最小抵抗线为1.0m左右，炮孔间距为1.0m～1.5m。上山回采时回采跨度控制在6m～7m（矿体厚度在4m～6m时，回采跨度控制在6m～7m；矿体厚度在2m～4m时，回采跨度控制在4m～5m；采场顶板一般不支护，顶板有特殊情况的视现场情况而定。），上山之间先留设4m宽的条形间柱（见图3、图4）。上山刷帮回采到位后，再进行压顶，压顶时先用钻杆上向钻孔，探明矿体的厚度，再确定一次压顶的厚度，一般一次压顶厚度0.6m～1.0m，压顶采用导爆索光面爆破，降低贫化率的同时保证顶板的平整性和完整性，确保回采安全。

图3 房柱法采场回采示意图

图4 麦坝铝矿龙滩坝矿段1330中段 13#采场回采现状图

3.3 采场矿柱留设。

刷帮、压顶完成后，开始将上山之间的条形间柱打断成点柱（矿体较厚或是顶板比较稳固时，压顶和打点柱可以同时进行），点柱尺寸开始预留4m×5m（见图5、图6），压顶时根据上向钻孔探明矿体厚度(根据岩浆颜色判断是否到顶板)（图7），预留0.5m～0.8m的护顶矿。采场之间的间柱开始留设成条形间柱。当两相邻采场回采至靠近间柱的上山时，将采场之间的间柱打断成点柱，点柱尺寸留设为5m×6m或5m×7m，以提高采场回采率。

图5 房柱法采场形成点柱示意图

图6 麦坝铝矿龙滩坝矿段1330中段 13#采场形成点柱现状图

3.4 采场矿柱（顶底柱）回采

矿房回采完成后，为充分利用矿产资源，提高采场回采率，在确保安全的前提下，要对采场矿柱进行有序的回收。首先回收的是点柱，回收点柱时，不能采用直接将单个点柱全部回收，而是采用将点柱尺寸缩小，由原来的4m×5m，刷成3m×4m或3m×3m（见图8）；对于回采过程中局部顶板不稳固地方的点柱不予回收。

点柱回收结束后，开始回采顶柱或底柱（根据中段回采顺序进行回收，确保不影响上中段或下中段的回采时的通风和安全）。回采顶柱或底柱时要编制专项安全措施，以保证安全。

图7 采场压顶前上向钻孔探矿体厚度

图8 采场回采完闭后采场点柱

4 采场经济技术参数

浅孔房柱法回采铝土矿，采场采切完成后，回采时沿切割上山自下而上进行回采，通过刷帮—压顶—打点柱—点柱回收—顶柱或底柱回收等工艺流程。刷帮时严格控制回采跨度，压顶时采用导爆索光面爆破层层压顶，点柱留设和回收严格工序，顶柱或底柱回收做好专项安全措施。

麦坝铝矿经过近两年的实践，矿体厚度在4m～6m的采场回采率可达到70%～75%，贫化率可控制在6%以下；矿体厚度在2m～4m的采场回采率可达到50%～65%，贫化率可控制在9%以下。

5 结语

铝土矿地下矿山普遍存在回采率低、贫化率大的情况，在房柱法采矿的基础上，通过规范和有效的回采工艺和回采顺序具有以下优点。

（1）根据矿山水文地质条件，合理控制采场上山或矿房的回采跨度，主动进行顶板管理，保证回采过程的安全。

（2）合理预留矿柱并有序的回收矿柱，可充分利用资源，提高采场回采率。

（3）通过导爆索光面爆破压顶，有效保证采场顶板的完整性和稳固性，防止顶板局部或大面积垮塌，提高采场回采率并降低矿石贫化率。