国内外房柱法应用现状及发展

黎 飞，郭亚奔

（1.云南驰宏锌锗股份有限公司会泽矿业分公司，云南 曲靖 654211；2.云南安全科学技术研究院，云南 昆明 650000）

依托于社会的发展和科学技术的进步，采矿技术也随之飞速发展。房柱法在地下矿山采矿方法中的比重日益增大，国内矿山房柱法所占比重为1/10，国外房柱法的比重约占1/3，其中尤以美国和法国所占比重最大[1]。

房柱法属空场采矿法，适用于开采矿体和围岩稳固的水平和缓倾斜的矿体，适用范围较广。20世纪70年代之前，房柱法主要采用浅孔凿岩和电耙出矿，生产能力较小；进入70年代之后，随着生产实践和无轨设备的应用，房柱法的结构尺寸和采切工程也随着出现较大的调整，各种房柱法的方案相继延伸变形，其矿房生产能力已大幅度提高，尤其随着大型凿岩台车、自卸式汽车、铲运机和各种锚杆支护的推广，房柱采矿的采场强度和效率已显著提高。

1 国内外研究和应用现状

1.1 国内现状

国内现行的房柱法主要开采水平和缓倾斜的矿体，在矿块或盘区内布置矿房和矿柱，回采矿房时留连续或间断的规则矿柱，以维护顶板岩石。

矿房沿走向、倾斜或伪倾斜方向布置，矿房宽度一般为8m～20m，取决于矿体厚度和顶板稳定性，矿柱尺寸：直径3m～7m，间距5m～8m。房柱法回采包括浅孔落矿和中深孔落矿[2]。浅孔落矿的凿岩设备主要为气腿式凿岩机和YSP-45型凿岩机，回采方式包括整层回采和分层回采，主要取决于矿体的厚度，出矿采用电耙绞车进行出矿，矿房生产能力较小，使用浅孔落矿的房柱采矿法；中深孔落矿的凿岩设备主要为YG-90，回采方式为先进行切顶，后钻凿下向平行中深孔，出矿采用电耙绞车或采用无轨设备进行装运，矿房生产能力较大，使用中深孔落矿的房柱采矿法。

随着国外无轨设备的推广，国内部分大型矿山普遍引进无轨设备，房柱法的生产能力日益提高，同时由技术变革带来的深部开采和低品位矿石开采，各种理论和软件逐渐应用于矿山，如模糊数学、灰色理论、价值工程以及数值模拟等，由此来指导生产实践，取得了较大的进步，进而提高了矿山的生产能力和效益[2]。但国内矿山对于技术、设备的投资较小，偏重于劳动力的投入，严重制约了矿山企业的发展。

1.2 国外现状

随着采矿技术的发展，国外矿山不同于国内矿山劳动力密集型的发展，其主要发展方向为集中化、连续化、智能化开采。随着大型凿岩台车、铲运机和各种锚杆支护的推广，房柱采矿法的采场空顶高度和宽狂度相应增大，厚度小于6m～8m的矿体一般都不分层开采，采场强度和效率显著提高。但是由于无轨设备的爬坡能力有限，房柱采矿法的适用范围多局限于水平或缓倾斜矿体。近些年来，为了把房柱法扩大应用到中等倾斜矿体，许多新的变形方案相继出现。除分段房柱采矿法外，还有：斜巷运输房柱法，下向分层房柱法和斜交走向推进的房柱法。

斜巷运输房柱法（见图1）应用实例：示例为瓦耳韦尔瓦特铁矿，在矿体内布置坡度10%的折返式斜巷。工作面以3%的坡度向上推进，矿房宽9m，矿柱为4m×4m。折返式斜巷又三条平行巷道组成，彼此用4m宽的矿柱隔开，分别用于运输材料和维修、重车、空车。凿岩设备采用BoomerH132型双机台车，配用COP1038型液压凿岩机；装载采用斗容2.3m3，Broyt4型液压铲和载重35t的K500型汽车，包括容量1000L的铵油炸药装药车、PL820RW型撬顶机等。

下向分层房柱法（见图2）应用实例：示例为加拿大加佩斯铜矿，矿体赋存在石榴石的石灰岩中，走向长914m，平均厚度34m，倾角23°，采用下向分层房柱法开采，矿房宽15m，高度约36m，矿柱尺寸13.5m×21m。从下盘斜坡道向矿体掘进联络横巷，联络横巷之间的垂直距离为12m，即分层高度。回采分层时，先从上盘接触线处沿矿体走向切顶，采用履带式双机凿岩台车钻凿水平炮孔，孔径48mm，孔深4.9m。靠近矿柱的炮孔间距加密，采用光面爆破减少对矿柱的破坏。爆出的矿石采用2m3～2.8m3的轮胎式装载机装入载重18t～30t的自卸式汽车，经联络横巷和斜坡道运往主溜矿井。

图1 瓦耳韦尔瓦特铁矿斜巷运输房柱法

图2 加斯佩铜矿下向分层房柱法

上述两个实例仅是根据现行无轨设备和矿山现状衍伸出来的房柱采矿法，其生产能力较大，且管理方便。

2 存在问题

房柱采矿法的主要特点为矿块分矿房和矿柱，这意味着矿柱矿量在矿块中所占的比重较大，普遍在25%以上，尤其在法国矿柱比重达50%。房柱采矿法中预留矿柱的目的主要为支撑采空区，减小地表移动范围。如何回收矿柱且避免采空区影响到地表安全是房柱采矿法的主要改进方向。由此引发的技术和安全问题是必须引起注意的，其中包括改进采场结构参数提高矿石回收率、改用混凝土支柱替代矿柱、矿房回采嗣后充填等，这些问题的关键课题包括岩石力学、工程地质及采场监测等。

比较国内和国外的房柱法研究和应用现状，国外的采矿方法发展速度较快，采场的结构参数变化较快，其矿房的生产能力也大幅提高，这不仅源于国外自身采掘设备的大型化和智能化，更源于计算机的应用和学科的交互适用。国内的采矿方法因局限于国内现状，很多采矿方法和设备都无法应用于国内矿山，其主要问题包括采掘设备作业能力低、人力消耗大、矿房结构尺寸变化较小等。

3 发展方向

借鉴于国外矿山采矿技术的迅猛发展，开采范围深部化、规模大型化、操作自动化、生产连续化、管理现代化是势在必行的，因此优化采场结构尺寸、提高设备采掘效率、合理制定施工组织计划、最大限度提高劳动生产力是现行房柱法的发展方向，同时保证矿山的生产能力时，必须最大限度的提高矿石回收率或者在后期回采低品位和深部矿体时提供合适的回采条件。

优化采场结构尺寸要求对学科理论进行发展和完善，能够作为指导矿山生产实践的有力武器；采掘设备大型化和智能化对于提高矿房采掘效率是至关重要的，这需要对工程和材料力学、计算机的应用进行相互应用；合理的施工组织计划是矿山组织链条，起承上启下的作用，混乱的施工组织会严重制约矿山的生产能力，这需要矿山通过计算机的应用及时调整才能优化施工计划；最大限度提高劳动生产力是结合国外的高劳动消耗所提出的，随着社会的发展，人力消耗已越来越少，高素质人才日益紧缺，努力提高劳动效率是势在必行的。

4 结论

国内中小型金属矿山较多，房柱法大多局限于矿山的采掘设备，生产能力较小，劳动消耗大，而国外房柱法多以大型采掘、运输设备为主，技术设备投资在成本中所占比重较大，不同于国内的生产状况。因此国内矿山在改善采掘设备的同时，矿山还应根据矿山的工程、水文地质条件，应用各种学科理论来建设矿山，例如优化采场结构尺寸、合理制定施工组织计划等。