分层充填采矿法在中厚以上矿体开采中的运用

分层充填采矿法在中厚以上矿体开采中的运用

杜振兴

浙江交通资源投资集团有限公司，浙江省杭州市310000

摘要：针对黄金洞金矿多变产状矿体传统采矿方法效率低、机械化程度低、回采率低、安全风险高等缺点，基于上向水平分层充填采矿法和倾斜竖分条采矿法优点研究提出了复合型充填采矿法，开发了共用采准工程系统进行分区分条分层联合采矿，有效避免了人员在高顶板下作业的安全风险，实现了安全高效机械化开采，采场生产能力提高至86t/d，采矿损失率小于6.3％，贫化率小于5％，综合采矿成本为74.1元/t，较之前降低了15.4元/ｔ，具有较好的推广前景。

关键词：分层充填采矿法；中厚以上；矿体开采；运用

引言

下向进路充填采矿法是自上而下分层回采，在回采上一个分层过程中构筑下一个分层的人工假顶，并在人工假顶保护下以巷道掘进的方式回采下一分层的采矿方法，适用于矿岩不稳固、矿石价值较高的矿体。因此，国内矿岩条件较差的矿山基本采用了进路充填采矿法进行地下回采，均取得了良好的技术经济效益。万仕明等通过调整采场结构布置以及优化充填配比，实现采用机械化盘区下向分层进路胶结充填采矿法在矿体上盘围岩极不稳固条件下的工业应用；马元磊围绕采准布置、回采工艺、充填等等工序，介绍了下向分层进路胶结充填采矿法在马庄铁矿的应用。针对毛坪铅锌矿矿体分散、地应力高、涌水量大等不良地质特征，围绕矩形、六边形两种形状采场的采准工程布置、回采工艺、充填等工序，介绍了下向水平分层进路胶结充填采矿法在毛坪铅锌矿的实际应用情况。

1矿区开采技术条件

1.1新矿体赋

存条件IG3矿体呈浸染、裂隙状产出，整体矿化不均匀，局部呈脉状产出，金属矿物以方铅矿、闪锌矿、自然银、辉银矿等为主，黄铁矿次之，还有毒砂矿、磁黄铁矿、黄铜矿、辉铜矿等矿物.矿体的赋存标高位于＋568~＋328m之间，矿体走向长约为140m，矿体平均真厚度为3.0m，矿体上下盘构造清晰，走向北西，倾向南西，倾角为80°~89°,49—47线矿体铅锌较为富集，47—45线黄铁矿闪锌矿富集，矿块平均品位为4.21％.控矿原岩均为板岩，局部夹有凝灰岩，局部板岩蚀变有绿泥石化现象.矿、围岩完整性一般，中等稳固，局部出现断裂带，矿体向下盘偏移，顶板分级为Ⅱ级.矿区位于侵蚀基准面以下，附近无地表水体，含水层富水性弱，疏干排水产生的地面塌陷可能性小，矿区水文地质条件简单。

1.2深开部采接枝续术工程条件

项目采用箕斗盲斜井＋串车盲斜井＋回风井开拓方案.箕斗盲斜井为深部系统主提升井，其井口设于568m中段，垂直矿体走向布置，倾角为33°，断面规格为5.5m×3.7m，井筒全长为5.16m（不含上部卸载段），垂深为270m，采用双箕斗提升，箕斗为4.4m3后卸式箕斗，提升机为2JKG2.5×1.5/11.2型单绳缠绕式提升机，Z450G4A直流电机，功率为500kW，下设518m、468m、418m、368m、328m共5个提升中段，各中段矿石由箕斗盲斜井提升至568m中段，最终通过现有主井提升至地表.串车盲斜井开口位于568m中段，井筒位于39线至43线之间，垂直矿体走向布置，倾角为26°，净断面为4.3m×3.0m，井筒斜长为547m，配备2JKG2.5×12/20型提升机，采用串车配平衡锤提升，每次提升3辆YCC2G6矿车，各中段采用吊桥连接.下设518m、458m、418m、368m、328m共5个中段.串车盲斜井承担人员升降、材料下放、废石提升等任务，兼作下部采区的进风井和人员上下通道。中段矿废石采用7t电机车牵引2m3侧卸式矿车运输，各中段矿石卸载后经各中段溜井装载至箕斗。IG1矿体主要采用脉外采准方式的盘区上向水平充填采矿法及盘区上向进路充填采矿法，机械化程度较高，各中段均配备凿岩台车及锚杆台车。

1.3矿体开采技术难点

IG3矿体开采存在以下技术难题：体为急倾斜薄矿体，大型采矿设备作业空间受限;矿体含有断层等地质构造，矿体中出现夹石;矿体产状变化较大，且矿体之间的连续性、规整性较差;矿体勘探程度低，整体品位低;IG1矿体浅部采场消失迅速，生产压力大，急需回采IG3矿体，以补充矿量.为解决上述开采技术难题，结合现有工程开采设备及技术，通过优化采矿参数、回采工艺、凿岩爆破、充填技术等措施，提出一种针对性的采矿方法，以满足现阶段生产能力及采场稳定性要求。

2新型复合型充填采矿法

新型复合型充填采矿法属于一种应对特殊矿体的复合型采矿方法，目前具有一定的开创性。该方法主要为金塘坑口１＃矿体特殊开采技术条件而专门开发的，适合该矿体产状复杂多变（厚度和倾角变化）的情况下使用。该方法兼具上向水平分层充填采矿法和垂直竖分条采矿法的共同特点，在一个盘区内按照矿体的开采技术条件划分一定的区域，对不同区域采用不同的采矿方法。两种采矿方法在使用时共同利用同一套采准工程系统，其产生的空区可以相互利用作为采矿的准备条件，从而有效结合了两种采矿方法的特征。首先利用水平分层开采充填数层后，形成一个中间部分的分层采空区暂时不充填，利用该分层采空区，进行上部矿体的分区开采。分区内的矿石通过电耙集合至该分层空区内，实现了机械化凿岩和出矿。该方法可以有效克服矿体产状突变的制约，实现薄矿脉内的全机械化生产，在保障生产能力的同时，可以较好地控制机械化开采带来的偏高贫化率和损失率。

2.1采场布置与划分

将矿体沿走向划分独立盘区，设置采场长度为100ｍ，宽度为矿体厚度，高度为阶段高度，采场间不留设间柱。依据现场情况考虑是否留设2～3ｍ的顶柱保护现有中段巷道。在采场首层部位矿体厚大的区域布置数层上向水平分层充填采场，在上部较缓的薄矿体内采用垂直竖分条的采场进行开采。水平采场的宽度为4ｍ左右，高度为3ｍ左右。垂直竖分条的采场宽度为6～8ｍ。

2.2采切工程布置

总体采准工程布置包括脉外斜坡道、分层联络道、脉外溜井及联络道，部分竖分条的切割上山工程，端部考虑架设一条回风脉内井。这种脉内外联合采准工程布置构成了盘区的全套采准系统工程。具体采切工程量和规格参数。该采场的总采切工程量为400ｍ（2324．5ｍ3）。地质矿量约40320t，采出矿量为37800ｔ，总回采率为93.7％，采切比为10.5ｍ/ｋｔ（61.5ｍ3/ｋｔ），两种采矿方法采用机械化工艺结合后的出矿贫化率控制在5％以内。

2.3采矿工程施工顺序及周期。首先施工采场上下中段间的脉外斜坡道、溜井及联络道、首层分层联络道，回采数层后，形成端部的竖分条采场的切割上山，然后形成全套的采准系统工程，采准工程施工总周期为130ｄ。

2.4支护与控顶

由于该处顶板围岩和矿体的稳固性基本情况较好，采准工程内采用锚杆网支护即可。采场内支护和控顶：分层进路内将对上盘形成斜长4～5ｍ（约400～500ｍ2）的暴露范围，回采过程中必须对上盘及时进行部分锚杆支护。

2.5凿岩爆破

采准斜坡道、溜井联络道、分层联络道掘进采用小型单臂掘进台车进行掘进。采准工程要求用卷状乳化炸药实施光面爆破。分层采场采用小型单臂掘进台车采矿，拉底巷道（进路）不需要开掘废石。分层拉底巷道完整形成后，竖分条采场钻凿3ｍ上向倾斜浅孔，整个分条采场炮孔一次性施工，采用卷状乳化炸药一次性大规模侧崩爆破，实现进路分层加竖分条采场的联合高效采矿。单个采场内的水平分层区域和竖分条区域共计174ｄ完成全部落矿工作。

2.6出矿

分层内采用2ｍ3电动铲运机将矿石铲运至就近的溜井，边采边出边充，最上分层采场暂时不进行充填。上部竖分条开采区域内的矿石则采用高效电耙耙运至原下分层回采采场内，继续采用电动铲运机出矿，分条采场内的矿石全部由该分层采场进行出矿。局部区域内矿体较薄，为确保采场内机械化设备的运行，必须实行矿废分采分出，以减少贫化。第一条分层内的废石在矿石溜井内放出，其后的部分废石则直接运输至同水平的分层采场内平铺充填。采用电动铲运机出矿必须确保日集中连续出矿效率达到500～600ｔ，该采场全部出矿总时间为70～80ｄ。

2.4充填

分层采场回采完毕后，封堵采场分层联络道后即可进行尾砂胶结充填。分层采场底部可以充填部分掘进废石，分层采场内的充填体强度要求为0.3～0.5ＭＰａ。对于竖分条区域则只需要对第一步骤采场进行封堵，对第二步骤采场则不需要进行封堵。采场充填总耗时为119ｄ。在采场充填前先进行平场、铺筋。矩形进路铺筋工艺为：假底布单层筋，选用φ12ｍｍ螺纹钢，布筋网度350ｍｍ×350ｍｍ，交叉处用铁丝捆绑牢固。相邻进路钢筋网相互焊接牢固，焊接长度为不低于10ｄ，敷设时沿进路两帮预留500ｍｍ。钢筋网用石块垫高50～100ｍｍ；进路与矿体上盘或端部围岩接触时，需打入锚杆悬吊假底钢筋网，锚杆采用φ30ｍｍ圆铁加工的倒楔锚杆，长度1200ｍｍ，间距1200ｍｍ。六边形进路铺筋工艺为：假底及侧帮均布单层筋，选用φ12ｍｍ螺纹钢，钢筋间距1000ｍｍ×1000ｍｍ，交叉处用铁丝捆绑，底与帮钢筋网要相互焊接，焊接长度为不低于10ｄ，进路底钢筋网用石块垫高100～150ｍｍ；倒梯形进路与分层道铺网要搭结好。主筋铺网与吊挂用φ12ｍｍ圆钢加工并焊接在一起，主筋长度分3.2ｍ、3.7ｍ、4.0ｍ、4.2ｍ、5.2ｍ五种规格，主筋网度1000ｍｍ×1000ｍｍ；进路底角处制作吊环，用φ12ｍｍ圆钢加工并带弯钩，备下分层充填吊筋连接之用。铺设底部辅钢筋网φ6.5ｍｍ，网度300ｍｍ×400ｍｍ，网片必须铺设在主筋网上方，均要搭接，两侧原岩帮均用金属网护帮。挡墙采用混凝土浇筑，墙体厚度不低于400ｍｍ，强度不低于C15强度；搅拌必须人工完成；挡墙浇灌时必须进行人工振捣且必须一次完成，不允许出现蜂窝麻面。在进路口最高处预留观察孔，观察孔高500ｍｍ、宽300ｍｍ。在挡墙混凝土凝固后，将外挡墙内侧的立柱和模板回收拆下；在充填结束浆体凝固达到强度要求后，将外挡墙的斜撑、立撑、横撑和模板回收拆下。进路长度大于40ｍ时，采用双挡墙方式进行充填。

2.8采场作业效率及周期安排

工艺作业工程量和进度效率及各分支工艺和总的作业进度周期安排。取得的主要技术经济指标。通过对金塘坑口165ｍ中段2＃采场进行采矿方法工业试验，采用场内分区分层分条复合型充填采矿法开采工业试验采场，取得的技术经济指标统计结果。通过对该采矿方法进行工业试验和研究，分析其取得的技术经济指标较之前的采矿方法指标均有较大的进步，特别是生产能力提高到86t/d，较之前提高了36t/d，采矿成本控制至目前行业内较好的100元/t之内。只是采准工程量稍微增加了0.8ｍ/kt，后期可通过调整优化采场结构参数来降低采切比。

结语

总的来说，分层充填采矿法是一种在保护资源、提高开采效率、保障安全和环境可持续等方面都具有明显优势的采矿技术。尽管在应用过程中可能会面临一些挑战，如成本较高、充填材料研发等问题，但随着科技的不断进步和采矿工艺的持续优化，我们有理由相信，分层充填采矿法将在未来的中厚以上矿体开采中发挥更大的作用，为矿产资源的可持续开发利用提供强有力的技术支持。

参考文献

[1]徐飞.“三下”矿体开采全尾砂胶结充填体强度研究[D].长沙矿山研究院,2014.

[2]熊有为．缓倾斜破碎薄矿体盘区机械化进路充填采矿法研究［Ｊ］．采矿技术，2016，16（5）：1－3．

[3]李伟明．难采缓倾斜富贵金属矿体采矿方法研究［Ｊ］．矿业研究与开发，2013，33（6）：1－13＋19．