某铀矿顶柱回收上向扇形深孔爆破开采技术

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摘要：某铀矿采场采用传统的人工进入采场回收顶柱的方法，存在安全风险。通过对常规工艺、下向扇形深孔爆破、上向扇形深孔爆破在顶柱回收中的优缺点比较，最终确定选用安全高效的上向扇形深孔爆破工艺回收顶柱。通过对该采场顶柱现状、地质构造、安全性等参数的综合分析，采用脉外凿岩及脉外出矿、上向扇形深孔布孔方式、BQF-100装药器、电子雷管进行网络连接起爆的上向扇形深孔爆破方式，达到了安全高效回收该采场顶柱的目标。

铀矿资源是国家的战略性资源，对于铀矿资源必须尽可能地回采利用，减少资源损失。顶柱回收受矿体岩性、厚度、地质条件、回采设备、环境条件等因素影响，不同的条件适宜的回收方法也不同[1-2]。在铀矿采场顶柱回收中，普遍采用的方法是人工在采场顶柱下采用凿岩机进行凿岩作业；但某铀矿采场因顶柱有较大裂缝，存在冒顶塌方风险，因此禁止作业人员进入采场进行回收施工作业。

为了充分回收铀矿资源，寻求安全高效的顶柱回收模式，通过对顶柱回收方法的优缺点比较，结合顶柱实际情况，选择适合该采场的经济、安全的回收方法，实现对顶柱的安全高效回收。

1 采场概况

1.1 地质概况

某铀矿床位于211矿区中部偏西，北接305矿床，西为306矿床，位于棉花坑断裂带(走向50～60°)与油洞断裂带(295～310°)的夹持部位。该矿床属于热液充填型矿床，矿体走向330～355°，倾向南西，倾角70～85°，局部近于直立。

矿体为急倾斜脉状矿体，矿石主要为含赤铁矿化硅化岩和含矿蚀变破裂花岗岩，矿石密度2.56 t/m3，松散系数1.5，赋矿围岩为花岗岩或石英脉岩，矿石及围岩的含水性极弱，渗透性差。矿区内无大的地表水体，且区内地势较陡，沟壑纵横，利于自然排水，地表水垂直渗入差，水文条件总体简单。

围岩硬度系数介于8～12，坚硬完整。围岩蚀变普遍而强烈，自岩浆晚期的自变质至岩浆期后的高、中、低温蚀变作用均很发育，岩性致密，裂隙不发育，含水率低。各类蚀变主要受近南北向断裂构造控制，特别是中低温热液蚀变，具有显著的水平分带性[3]。自构造带中心向两侧依次为硅化、赤铁矿化、绢云母化、绿泥石化、高岭石化，直至正常花岗岩；而在垂直方向上的分带性不明显[4]。与铀矿化关系密切的蚀变主要是硅化、赤铁矿化、黄铁矿化及紫黑色萤石化。

某采场矿体主要以硅化碎裂岩为主，偶见硅化破裂花岗岩，围岩为粗、中粒蚀变花岗岩，绢云母化、绿泥石化明显。矿体整体呈梯形，下部矿体厚长，越往上矿体厚度越薄、长度越短。矿体靠近顶柱，晚期构造活动越强烈，硅化碎裂岩越发育，矿体越破碎，矿带两边存在主裂隙和次级陡倾斜裂隙。

1.2 采场现状

某采场位于302矿床，纵向位于-50 m中段至0 m中段，高50 m；横向位于33号勘探线以北30 m，31线以南24 m，矿体倾向属急倾斜矿体，倾角88°，走向NNW。采场共布置3个顺路井，3个充填井(10Z01、10T02、10T01)，采场底部保留5 m自然底柱，采用上向水平分层干式充填采矿法。采场从切割层开始拉底往上回采，分层高度2 m，采用两采一充方式，即每回采4 m高度后，采场内崩落的矿石通过顺路井集中出矿，采空区通过充填井下放充填料进行充填。充填平场完成后，保留2 m的作业空间，进行下一循环回采。

该采场在回采到距离上中段运输巷道5 m左右时，采场矿体长度沿走向从104 m减小至65 m。采场目前处于充填阶段，采场10T01天井以南的充填已完成，10T01天井以北采空区为空顶状态，空顶高约5.5 m。该采场顶柱长65 m，剩余高度4.6 m，矿石量2 908 t。

采场在充填阶段作业时，顶板出现冒顶脱层现象，10T01天井和10Z01天井之间顶板的东西两侧出现大口裂隙，上部中段沿脉顶板有裂隙。出于安全考虑，避免造成冒顶塌方生产安全事故，作业人员不能再进入采场进行施工作业。

2 顶柱回收工艺优选

2.1 常规工艺回收顶柱

采用常规工艺回收顶柱，需要作业人员进入采场，每班通过YT-28型风动凿岩机对顶板进行凿岩布孔爆破，崩落的部分矿石需要留在采场内作为作业平台，同时要留有足够的作业空间；多余的矿石需要用电耙耙至顺路井出矿格内，在顶柱全部回收完后集中出矿。

2.2 下向扇形深孔爆破工艺

下向扇形深孔爆破工艺即根据采场顶柱现状，布置合理的深孔爆破参数，利用原上部中段沿脉作为凿岩巷道，在上部沿脉内使用钻机向底部采场顶柱施工下向扇形深孔，在完成凿岩装药爆破工作后，通过在顶柱脉外布置的出矿巷道与采场连通，用无轨铲运机出矿。

2.3 上向扇形深孔爆破工艺

根据采场顶柱现状，在顶柱脉外布置1条上向扇形深孔凿岩巷道，在凿岩巷道内进行深孔凿岩布孔，然后通过一次性装药爆破来崩落顶柱矿体，再通过在顶柱脉外布置的出矿巷道与采场连通，用无轨铲运机出矿。

2.4 工艺优选比较

根据各顶柱回收工艺内容，结合生产实际情况，对比分析优缺点(表1)，优选出合适、安全的顶柱回收工艺。

为降低作业难度和强度，降低安全风险，提高作业效率，通过顶柱回收工艺的比较，选用上向扇形深孔爆破技术回收顶柱，满足安全生产需要的同时高效回收铀矿资源。

3 采矿设备配置

3.1 凿岩设备

选择凿岩设备主要考虑炮孔深度、矿体赋存条件、矿岩性质、采矿方法和装药方式等因素。矿岩坚固性系数(f)为8～12，矿石密度为2.56 t/m3，松散系数为1.5，炮孔直径为55 mm。为节约生产成本，充分利用原有设备，本次深孔凿岩最深炮孔长为10.5 m，结合矿山现有设备情况，选取YGZ-90型矿用圆盘式钻机作为凿岩设备，可满足炮孔深度施工要求。

3.1.2 装药设备

目前矿山有BQF-100型风动装药器，是专门使用散装铵油炸药的装药设备。为节省成本和采购时间，选取BQF-100型风动装药器作为本次深孔爆破散装铵油炸药的装药设备。

3.1.3 出矿设备

采用无轨铲运机进行出矿作业，出矿巷道断面为2.6 m×2.6 m，属于小断面巷道，巷道转弯半径最大5.8 m、最小3.2 m。矿山现有WJ-1内燃铲运机机身宽1.3 m，转弯半径最大4.3 m、最小2.6 m，满足要求，可选为出矿设备。

3.3 爆破参数设计

地下矿山深孔爆破采矿，首先要形成自由面和补偿空间，然后进行崩矿作业。在回采过程中，通过设置炮孔、排距、抵抗线等爆破参数，提高爆破效果。

根据采准工程布置，本次采场顶柱回收在凿岩巷道进行炮孔凿岩，炮孔深度在5 m以上，炮孔布置采用上向扇形方式，炮孔直径(d)为55 mm。根据最小抵抗线经验计算公式W=(25～30)d，可得最小抵抗线为1.37～1.65 m，即最大不能超过1.65 m。根据采场顶板矿石岩性，本次爆破炮孔排间距取1.40 m。