點柱式上向分層充填法在大紅山鐵礦的應用

馬文標　劉明許　徐萬壽　胡耀鋒

(昆明鋼鐵集團玉溪大紅山礦業有限公司)

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點柱式上向分層充填法在大紅山鐵礦的應用

馬文標劉明許徐萬壽胡耀鋒

(昆明鋼鐵集團玉溪大紅山礦業有限公司)

摘要大紅山鐵礦Ⅰ#銅礦帶150萬t/a工程是其800萬t/a擴產工程的一部分，該銅礦帶現采用點柱式上向分層充填法開采。通過分析該方法在Ⅰ#銅礦帶應用過程中存在的問題，并討論相應的解決措施，供類似礦山參考。

關鍵詞點柱式上向分層充填法回采方法措施

大紅山鐵礦Ⅰ#銅礦帶位于A29#～A49#勘探線，標高50～850 m，近EW向展布，走向長2.2 km，傾斜寬0.879 km，勘探面積1.93 km2。該礦帶自上而下有Ⅰc#鐵礦體、Ⅰ3#銅礦體、Ⅰb#鐵礦體、Ⅰ2#銅礦體、Ⅰa#鐵礦體、Ⅰ1#銅礦體、Ⅰ0#鐵礦體，主要開采對象為Ⅰ3#、Ⅰ2#及Ⅰ1#礦體。礦體間夾層厚度從零米至幾十米不等，礦體傾角一般為12°～55°，平均35.7°，礦體厚1.7～21.4 m，平均6.9 m。為進一步指導該礦帶開采，本研究對點柱式上向分層充填法在應用過程中出現的問題及應對措施進行詳細探討。

1采礦方法

Ⅰ#銅礦帶采用點柱式上向分層充填法[1]，階段高度100 m，分段高度20 m，分層高度4 m，礦塊長度50 m，礦塊寬度為礦體水平厚度，礦塊高度按1個分段高度劃分，采場溜井、回風上山等按300 m間距設置。

1.1采場布置及結構參數

采場垂直于礦體走向布置，盤區長300 m，每個盤區布置1條溜井和1條回風上山。礦塊長50 m，寬為礦體水平厚度，礦房長50 m，寬為礦體水平厚度，間柱寬4 m，點柱尺寸6 m×6 m，間距18 m，充填回風上山尺寸2 m×2 m。首采分層高5 m，其后每分層回采高度為4 m，首分層用膠結充填3.3 m，其余分層充填分級尾砂3.5 m，膠結充填0.5 m，空頂高度為1.7 m。主要開采指標見表1。

表1　主要開采指標

1.2采切工程布置及施工順序

采切工程采用下盤脈外斜坡道、脈外分段巷的采準方式，首先由斜坡道緩坡段每隔20 m垂高向礦體方向掘進分段聯絡道，然后在距礦體50 m之外沿礦體走向掘進分段采準干線，在分段巷內相應采場中間部位掘進分段采場回采聯道。第1分層聯絡道按≤15%下坡掘進，以上分層聯絡道以挑頂、墊底方式進行，最大爬坡不大于10°。在各采場回采聯道內最頂層礦體上盤布置回風上山，與上中段回采聯道相通。

1.3回采工作

回采工作由回采聯道與切割巷叉口挑頂開始，挑至設計分層頂板標高后向兩幫拉開工作面，形成回采工作面，采用由回采聯道向兩翼推進的方式進行回采，推進至采場間柱位置，相鄰2條進路推進到位后，從采場兩翼向采聯后退剔出頂留點柱。采場內遵循由回采聯道向兩側條柱推進、自兩側向回采聯道后退變點柱、先上盤后下盤的回采順序，直至采至設計邊界，分層回采工作便完成。

(1)鑿巖。采用單臂臺車Boomer281鑿巖，孔深3.5 m，炮眼排距0.7～0.9 m，孔距0.8～1.0 m；頂板光爆層炮眼間距0.7～0.8 m，光爆層厚0.6～0.8 m，一次性將整條進路炮眼打完。

(2)爆破。選用φ35 mm巖石乳化炸藥，毫秒非電導爆雷管起爆，排間進行微差爆破[2]，間隔時間25～50 ms，光爆層采用導爆索起爆，后續一次齊發爆破。

(3)出礦。采用鏟運機或運輸汽車運至溜井后下放至380 m運輸水平。

(4)采場通風線路。新鮮風流→分段干線→回采聯道→采場→污風→礦塊回風上山→上分段回采聯道→上分段干線→回風系統。

1.4采場充填

首層充填先鋪設直徑12 mm螺紋鋼筋，間距200 mm，首層充填高度3.3 m，為尾砂膠結充填，灰砂比1∶4。后分層回采后應進行膠結尾砂混合充填，下層高3.5 m，全尾砂充填，每分層最后0.5 m都進行尾砂膠結充填，灰砂比1∶6，并且每分層充填時預留1.7 m空頂。采場排水通過采場內部泄水孔或下盤泄水孔排至下分段干線水溝進入井下污水處理站[3]。首分段采場二分層充填泄水原理如圖1所示，二分段采場充填泄水原理如圖2所示。

圖1　首分段采場二分層充填泄水示意

圖2　二分段采場充填泄水示意

1.5頂板管理

采礦作業過程中，人員設備直接暴露于采空區，頂板管理較關鍵，除采用頂板層光面爆破方法外，在生產實際中還應根據頂板分級情況采取不同方式的護頂措施，確認頂板安全后人員設備方可進入。

2存在問題及應對措施

Ⅰ#銅礦帶深部位于Ⅱ1#主礦體下盤，下段與Ⅱ1#主礦體相距3～10余m，隨著Ⅱ1#主礦體回采深度的不斷下降，應力集中、地壓顯現將越來越明顯，加之Ⅰ#銅礦帶深部礦巖呈層狀產出，節理、裂隙較發育，在生產過程中受爆破振動及風化作用的影響，采場冒頂時有發生，對生產造成了較大的安全隱患。對此，在實際生產過程中，對采場結構參數進行了優化，點柱尺寸4.0 m×(4 ～5.0) m，高至礦體頂板，點柱間距11 m×10 m。采場結構參數優化后，實際回收率74.6%，貧化率12.49%。優化后的采場結構如圖3所示。

因尾砂粒級過細、含泥量大等因素，致使尾砂在立式砂倉內沉降速度慢、尾砂利用率低、采場脫水困難、充填體強度達不到設計及回采要求，導致Ⅰ#銅礦帶深部充填(圖4)滯后，備采礦量不足，影響采礦生產的正常持續。對此，根據大紅山鐵礦生產建設的實際情況，在充填能力未能滿足生產需求時，將井下采切碴石運至Ⅰ#銅礦帶深部采空區進行充填。

Ⅰ#銅礦帶深部礦巖呈層狀產出，節理裂隙發育，穩固性差，在風化作用、爆破振動、地壓作用等因素的影響下，部分采場頂板易發生大面積垮塌，采場僅能棄采，導致礦石回采率低。對此，在確保安全的提前下，從相鄰盤區施工安全通道至礦體上盤，從礦體上盤向下盤回采，以提高回采率。5054盤區回采優化前后對比如圖5所示。

Ⅰ#銅礦帶深部采區采用點柱式上向分層充填采礦法，根據三級礦量及采充關系要求，上分段回采聯道須在下分段礦石回采前完成施工。提前施工上分段回采聯道，導致上下分段銜接時回采聯道重疊部位的采空區過高，頂板難以管理，加之Ⅰ#銅礦帶深部礦巖穩固性差，回采時存在安全隱患。為此，提出運用相鄰盤區交替充填、適當增加工程的方法消除在過高空區內采礦時存在的安全隱患。4062盤區5分層回采設計優化前后對比如圖6所示。

圖3　優化后的采場結構示意(單位：mm)

圖4　Ⅰ#銅礦帶深部碴石充填采空區示意

圖5　優化前后5054盤區回采對比

3結語

大紅山鐵礦在Ⅰ#銅礦帶開采工程中，根據礦體實際情況，結合生產實際，針對采礦過程中出現的問題，對點柱式上向分層充填法進行了適當優化，確保了該銅礦帶150萬t/a工程的順利進行，達到了原設計的經濟技術要求。

參考文獻

[1]王維，王建忠，張盛祥.蒼山鐵礦雙層礦體采充平衡管理[J].現代礦業，2015(6)：53-54.

[2]牛魁.逐孔微差爆破技術在黑溝溜井降段中的應用[J].現代礦業，2015(1)：60-61.

[3]劉同有.充填采礦技術與應用[M].北京：冶金工業出版社，2001.

圖6　4062盤區5分層回采設計優化前后對比

(收稿日期2015-11-01)

馬文標(1988—)，男，助理工程師，653405 云南省玉溪市新平縣戛灑鎮。