礦柱回收指某段礦場開採完畢後對礦山開採所留設的安全礦柱、岩柱進行回收回採的方法，經濟評價結果說明，礦柱回收工程具有較高的社會效益和經濟效益。礦柱回收最關鍵的問題是合理控制地壓，防止大規模地壓活動發生，安全順利回收礦柱。
基本介紹
- 中文名：礦柱回收
- 外文名：Pillar recovery
- 目的：開採留設安全礦柱回收
- 本質：經濟效益最大化
概述,礦柱回採現狀,礦柱回採順序,回收方案,頂底柱施工方案,間柱施工方案,注意事項,
概述
礦柱回收是指某段礦場開採完畢後對礦山開採所留設的安全礦柱、岩柱，根據用途不同，分為保護地面建築及井筒的礦(岩)柱、開拓礦(岩)柱、採區礦(岩)柱等礦柱的回收。礦產資源屬於不可再生資源，在加強礦產資源的勘探開發的同時，還應不斷提高礦石回收效率，最大程度的從正在開採的礦床中回收礦產資源。
有色金屬礦山大部分保留各種類型的礦柱，礦柱礦量據統計數據顯示大約占礦山可采量的30%~40%。礦柱大量積壓，會造成礦石資源的大量損失，而且也存在嚴重的安全隱患，因此，礦柱的回採對礦山的生產、安全、經濟效益有重大的影響。
礦柱回採現狀
國外金屬礦山套用房柱法回採比較多。原蘇聯的馬格涅季特鐵礦礦山工業場和高山機械廠在地下有6000多萬噸的保全礦柱儲量，回採使用的採礦方法是房柱法嗣後膠結充填，這樣既能夠保證工業場地穩定，同時也能成功回採保全礦柱；前蘇聯茲良洛夫礦在殘留礦柱的二次回採上使用的是振動出礦技術，房間礦柱和頂柱向采空的礦房崩落，同時振動放礦機出礦，這會有益於對殘留礦柱的回採；美國馬格蒙特礦為了對礦柱中的高品位礦石成功回採，採取了錯索支撐保護大約27m的礦房跨度；墨西哥的格雷羅礦則同時回採礦柱和進行採空區充填作業，最終成功回收得到高品位礦石；加拿大湯普森礦也取得一定的成果，垂直礦塊採礦法（VBM）被使用，進行對房間礦柱大量崩礦回收，並且採用圓木假頂護頂；羅德礦，地處加拿大，採用圓木假頂護頂，在高應力錯索支撐的護頂的保護之下，回收礦柱頂柱，創造了一個非常安全的作業環境。
日本在礦往回採的安全管理研究上同樣作了許多工作，分析回採礦柱及圍岩的相關有限元分析結果，在礦柱回採中，對殘留礦柱及空區圍岩兩者周圍的壓力及變形進行多次監測，使用的主要監測裝置有：位移計、壓力盒及聲發射裝置，實時監測，再根據得到的數據的分析結果，放入礦山生產指導工作中；俄羅斯研究者在西賓斯克憐礦高水平構造應力礦區關於有衝擊地壓危險的礦塊礦柱回採方面也收穫了一定的寶貴成果，比如如何合理正確的選擇礦塊及礦柱的分布位置、推進方向、進行局部卸載、設定合理的卸壓區及加強必要的支護等。圖2是國外一些礦山充填礦房及其礦柱回採概括。
我國有許多擁有多年開採歷史的礦山，不同種類礦床採用了不同回採礦柱方法，提供了有價值的經驗參考。開採緩傾斜及傾斜中厚礦體方面，貴州隸礦、荊襄劉沖磯礦、新冶銅礦等採用人工岩柱支撐法，回採礦房內礦柱，並用中深孔或淺眼來抽采局部礦柱等方式來回採全面法、房柱法的礦塊礦柱，從而極大地增加了礦床回採率。其中貴州萬山礦區效果顯著，隸礦回採率高達95%。厚礦體開採中，獅子山銅礦、銅官山銅礦、壽王墳銅礦、大吉山鶴礦、赤馬山銅礦等十幾個大中型礦山在回採礦柱上大量採用崩落法，回收得到大量礦柱，為完善礦床開採順序，實現採礦計畫有著重要意義，並提供了寶貴的實際經驗。
圖1.國外礦山充填礦房及其礦柱回採概況上個世紀五十年代，銅官山鋼礦為了更好的提高礦柱的回採率隊及回採強度而採用有底柱分段崩落法回採礦塊間柱和頂底柱。從走十年代開始，礦柱回採中開始套用充填法。凡口鉛巧礦回收間柱及頂底柱時採用尾砂礦柱；柏坊銅礦在由於具備複雜的採礦技術條件和較大岩層壓力，所W使用了膠結充填法來回採礦柱；銅山銅礦為了實現保護露天採礦場的目的，在礦柱回收上採用膠結礦柱，在礦房回收上使用尾砂礦柱的方式。金川鎮礦則在下向分層膠結礦柱的套用上取得一定的成功。圖2是國內一些礦山用空場法回採充填礦房間柱的簡況。
可以看出，國內普遍使用上向膠結充填法進行礦柱的回採。
圖2.國內一些礦山用空場法回採填充礦房間柱的簡況礦柱回採順序
在理想的狀態下，間柱、頂底柱的回採施工應與礦房回採同步，以保證在礦房回採結束後，及時回收礦柱。但在實際生產中，由於關係到生產的接續、生產安全及人員短缺等問題，往往是礦柱回收滯後於礦房的回採。由於礦柱回採的滯後，當礦房內的礦石出空後，礦柱就成為安全隱患，這時如果不及時進行頂底柱及間柱回採施工，極易出現安全事故。在爆破順序上，如果間柱的爆破遲於頂底柱爆破，必然導致岩石混入率加大，影響回收質量和回採率，因此間柱、頂底柱的爆破施工要同時進行。
為保證絕對安全，對於淺孔留礦法頂底柱的回收施工應該與淺孔採礦同步，否則在礦房採礦結束後對頂底柱進行回採施工，使人員在採空區上部作業，存在極大的安全隱患。因此，在進行人行天井施工的同時，須進行間柱回採施工；在礦塊進行切割與淺孔採礦的同時，進行頂底柱的回採施工。這樣，在淺采結束後，就可以對間柱與頂底柱同時進行爆破落礦，從而避免了人員在空區上部作業，保證施工安全。同時，這種回採順序不僅能有效地保證出礦產量，更保證了礦石質量。
圖3.淺孔留礦法縱剖面結構回收方案
頂底柱施工方案
（1）主巷式
由於在采場的上水平留有頂底柱，通常在水平掘鑿一層硐室，回收頂柱；在二段掘鑿一層硐室回收底柱。
這時採用“主巷式” ，即在水平掘鑿一條貫通礦體的硐室主巷，再在主巷中根據抵抗線布置成“丁” 、 “乾”或“一”字形硐室；在二段以電耙巷道為硐室主巷，在兩幫掘鑿“丁” 、“乾”或“一”字形硐室。其布置如圖 4所示。
該方式工程量大、工期長、出碴距離遠及勞動強度大。根據爆破需要放出礦房內的礦石，但很難把握采場空間，因此爆破效果也難以控制；但因不在采場內作業，通風好、物資供應及行人方便、采場內不積壓大量礦石。
圖4.主巷式硐室設計示意圖（2）多井式
對於一些頂柱靠近地表的采場，或上部水平已經采空崩落或無法進行硐室施工時，可採用“多井式” 。此時采場不能放空，要留有大量礦石作為施工平台，在采場內向頂柱掘鑿若干便於下碴與行人的下碴行人天井，根據礦柱厚和抵抗線掘鑿若干層硐室。硐室可採用“一” 、 “丁”或“乾”字形，如圖 5所示。
該方式施工管理簡單、工期短、見效快，由於有施工下碴行人井，增加了自由面，破碎效果好，保證了後續出礦工作順行；但人員在采場內行走作業，施工時通風效果不好，降低了安全性，而且采場積壓大量礦石。
圖5.多井式硐室施工方案示意圖（3）混合式
有時因為礦塊的特殊條件限制，採用以上兩種方式均不適宜時，為保證生產的接續，採用多井與主巷式相結合回收頂底柱，如圖 6所示。
該方式由於有兩條井，通風效果好，人員不在采場內作業，行人上下通過天井，提高了安全性；又由於有下碴井，施工碎碴直接倒入采場，降低勞動強度，管理簡單；但需掘鑿硐室主巷，工期長、見效慢。
圖6.混合式硐室施工方案示意圖間柱施工方案
理論上，在天井施工的同時進行各段硐室回採施工，爆破時在起爆順序上間柱先於頂底柱。但在實際生產中，由於人員、設備及生產進度等要求，往往不能按正常順序進行。恰恰相反，頂底柱先回收，而間柱最後回採或作為永久損失。如果在頂底柱回收之後，再回收間柱就相當於窄礦體的回收，且比窄礦體回收更複雜、更不安全。
（1）二段有底柱回收
施工時在二段沿礦柱方向進行小耙道施工，按回收面積掘鑿 1～2 個漏斗。如果原行人天井可利用，就用作行人通風；如果不能利用，就新掘鑿一條行人天井。為保證安全，先在四段以上掘鑿硐室，硐室施工可根據實際採用“丁”或“一”字形硐室,施工結束後再到三段進行切割施工，完成採礦作業。
該方式優點是機械化出礦程度高，能利用現有設備出礦，礦石回收效果好、數量大、質量好。能夠在耙道里進行二次爆破，破壞少。但三段切割作業不安全。
（2）二段無底柱回收
如果原行人天井可利用,就用作行人通風；如果不能利用，就新掘鑿一條行人天井。施工時為保證安全，先在三段以上進行硐室施工，可根據實際採用“丁”或“一”字形硐室，施工結束後，在二段聚礦井四周按回收面積進行開幫切割施工，完成採礦作業。
該方式雖然機械化出礦程度低，但能利用自重完成礦石運搬；礦石回收效果不好；在振動漏口進行二次爆破，作業危險、破壞性大、效率低。
注意事項
在礦房填充類型相同時，選用回採礦柱方法，需要注意以下幾個因素：
1.礦石和圍岩的穩定性；
2.礦體傾角和形態、礦岩接觸線的變化特徵；
3.礦石的品位和價值；
4.地表是否需要維護；
5.礦房的採礦方法及充填材料；
6.上階段的開採狀況。
在礦柱回採時要注意礦房回採方法，礦柱回採方法，充填材料和強度之間的合理選配。在保證實現礦房充填的基本目標的前提下，儘量節約充填費用，適應礦山地壓控制，簡化生產和技術管理，利於礦房礦柱回採比例進行。一般應先採頂底柱，後采間柱。
