南洺河鐵礦0 m水平礦房充填體下回采試驗

范永毅　甘　澤

(1.冀中能源峰峰集團武安市南洺河鐵礦有限公司；2.華北理工大學)

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南洺河鐵礦0m水平礦房充填體下回采試驗

范永毅1甘澤2

(1.冀中能源峰峰集團武安市南洺河鐵礦有限公司；2.華北理工大學)

南氵名河鐵礦充填體眾多，尤其是頂板為充填體的礦房，存在較大的安全隱患。為檢驗該礦充填體強度，驗證充填體下回采的可行性和安全性，設計本回采試驗進行技術論證。選擇0m水平2-1、2-3礦房充填體下進行回采，以回采工作是否順利以及礦房穩定性為技術標準，開展充填體下回采試驗。經過近2個月的時間，整個試驗圓滿完成，2-1和2-3礦房的充填體強度均能滿足回采工作的需要。結果表明，在充填體強度達到要求的情況下，只要按規范程序嚴格操作，逐步揭露充填體，在充填體下進行回采是安全可行的，為緩傾斜礦體上向水平分層充填回采提供了實踐經驗與理論支持。

地壓充填體回采試驗

南洺河鐵礦在使用上向水平分層充填采礦法后，在一定程度上改善了地壓活動顯現。但由于充填體較多，在回采過程中易遭遇充填體，回采時有一定的安全隱患，因此，亟待通過試驗來驗證充填體下開采的安全性。

史啟明從實踐出發，介紹了鳳凰山銅礦水平礦柱回采所采用的采礦方法，認為水平礦柱回采成本較高且地壓管理工作復雜，新建礦山應慎重選擇[1]。朱志彬等人在雞冠嘴礦區進行了頂底柱回采試驗研究，認為回采時應特別注意礦體穩固性變化，采用多種觀測手段并及時調整進路尺寸[2]。黃敏較為系統地闡述了銅綠山礦充填體下殘礦回采關鍵參數設計[3]。朱國濤優化了吳集鐵礦分段空場嗣后充填法下的回采方案，降低了礦石貧化率[4]。張立新在該礦B12試驗采場成功回采[5]，葉義成通過研究相似模擬材料設計回采順序，前進式回采順序相對較好[6]。

為檢驗充填體強度，驗證充填體下回采的可行性和安全性，設計了本次回采試驗。以南洺河鐵礦0m水平2-1和2-3礦房作為試驗點，有序地揭露0m水平2-1和2-3試驗礦房頂板的充填體，并做好相應記錄，為下一步充填體下回采提供技術參考，以達到安全回采的目的。

1　工程概況

南洺河鐵礦Fe6主礦層為一中型礦體，東西長2 078.96m，延深765.0m。最大寬度700.0m，最小寬度6.01m，平均寬度351.0m；最大厚度45.0m，平均厚度12.6m；最大埋深837.0m，最小埋深80.6m；最大埋藏標高-535.60m，最小埋藏標高159.5m。其礦體形態較簡單，走向NE，傾向SE，傾向角20°左右，為西高東低，由西向東延長、延深，為長條狀緩傾斜似層狀。

2　回采試驗

2.1試驗地點選擇

由于地壓顯現，南洺河鐵礦將原采礦方法改為上向水平分層充填采礦法(如圖1所示)，即采用自下而上逐層在采場內回采，采場沿礦體走向布置，隔一采一，先回采礦房，礦房充填后再回采礦柱。采用嗣后充填采礦法，利用形成的充填體進行地壓管理，控制圍巖崩落和地表下沉，保證了采礦作業安全。

0m水平2-1和2-3礦房頂板為原15.0m水平已充填的礦房，充填時間超過1a，充填體強度達到了要求。故使用2-1、2-3礦房做充填體下回采試驗方案可行。

由于0m水平2-1和2-3礦房處于礦體下方，礦體整體向上呈20°傾斜，故回采過程中布置先上掘上山，再拉底、擴寬，挑頂直至揭露充填體，然后出礦、清理，最后充填。技術要求擴寬時寬度不超過6.0m，挑頂時一次性揭露充填體寬度不能超過3.0m。

2.2回采試驗2.2.1礦房基本結構及主要技術指標驗礦房2-1和2-3回采過程歷時近兩個月。

試驗礦房沿走向布置，礦房寬度8.0m，礦柱寬度8.0m，礦房長度40.0m，分段高度10.0m。試標準礦塊礦量0.8萬t，采切比10m/kt。采場生產能力90～150t/d，采礦損失率5%，貧化率5%。

圖1　上向水平分層充填采礦方法

2.2.2采準切割

試驗礦房于2011年11月2日開始上山，采用7655型鑿巖機鑿巖，鉆頭直徑42.0mm，炮孔最深3.0m，炮眼間排距0.8～1.0m，使用2#巖石炸藥爆破。由于處于礦巖接觸帶，頂板礦石較為破碎，故在挑頂過程中嚴格注意頂板檢撬，跟班安全員確認安全之后方可批準工作人員進入下一步作業。挑頂工作完成后進行測量驗收。挑頂寬度為3.0m，長度為25.0m。頂板、兩幫都安全無掉落跡象，可以進行下一步作業。擴寬礦房為6.0m，完成擴寬后開始挑頂。由于試驗礦房頂板較為破碎，先檢撬確認安全之后再進行挑頂工作。

2.2.3回采

由穿脈運輸巷上掘人行天井、礦石溜井，在礦房下端掘進切割巷、切割井，沿礦體走向逆傾斜掘進上山，在礦房上端掘進聯絡巷。由于2-3試驗礦房頂板較為破碎，故進度較慢，邊回采邊出礦，在礦房頂板揭露出充填體，充填體為直徑約1.0m的圓(如圖2所示)，平整無掉落跡象，經技術人員現場確認之后，開始持續落礦。

圖2　試驗礦房回采工程

試驗礦房回采工作結束后，采用柴油鏟運機出礦和清理，禁止人員進入空場。

2.2.4通風

新鮮風流從主井進入各中段運輸平巷，經天井進入采場，清洗采場后，污風從另一側天井排至上中段，經風井排出地表。為保證通風效果，防止風流短路，進風天井的上部需設活動井蓋阻風。礦房回采結束后，封閉采場通向運輸巷道的通道，禁止人員進入，之后進行尾砂膠結充填采空區。

2.2.5充填

試驗礦房出礦后形成高10.0m，寬8.0m，長24.0m的空場，其中充填體暴露區域寬6.0m，長11.0m，表面平整，無掉落跡象。采用灰砂配比為(1∶8)～(1∶15)，濃度為70%～74%砂漿進行的尾礦膠結充填。

由于回采巷高度為2.8m，礦房回采高度為8.0m，造成礦房充填時難以接頂。為此，設計采用分層充填方式，使每個分層都與下層礦房貫通，最上面一個分層掘進充填巷，與礦房頂板貫通，以便布置管路充填，保證礦房充填接頂。

2.2.6排水

選擇井下排水管，確保排水管從充填擋墻排水孔穿過，同時考慮同一水平面的排水管盡量能夠均勻吸水。充填時預埋脫水管路，分層沿脈巷提前掘進水倉，充填脫水流入水倉經沉淀后排出。部分位置從下層向上鉆進泄水孔，充填水經過泄水孔直接自流進入水溝排出。

3　結　論

(1)經近兩個月的試驗，充填體穩定性良好，且毫無掉落跡象，充填體下回采方案是可行的。

(2)南洺河鐵礦使用了水泥+粉煤灰+尾砂(配比為1∶1.5∶5)進行充填，充填體強度均大于3.0MPa，達到了預期要求。只要嚴格按照規范程序回采，逐步揭露充填體，充填體下回采是安全的。本次回采試驗不僅為回采提供了技術支撐，也為基于緩傾斜礦體上向水平分層充填采礦提供了實踐經驗。

[1]史啟明.鳳凰山銅礦水平礦柱回采實踐[J].礦業快報,2001(9):10-12.

[2]朱志彬,王新忠.雞冠嘴礦區頂底柱回采試驗研究與運用[J].采礦技術,2007,7(2):16-18.

[3]黃敏.銅綠山礦充填體下殘礦回采關鍵參數數值模擬優化研究[D].長沙:中南大學,2012.

[4]朱國濤.吳集鐵礦北段緩傾斜厚礦體回采試驗[C]∥晉瓊粵川魯冀遼七省金屬(冶金)學會第二十一屆礦業學術交流會論文集.太原：山西省金屬學會， 2014：291-292.

[5]姚囝,周薇.吳集鐵礦(北段)二步驟礦柱回采方案的探討[J].金屬礦山,2011(10):55-57.

[6]葉義成,施耀斌,王其虎,等.緩傾斜多層礦床充填法開采圍巖變形及回采順序試驗研究[J].采礦與安全工程學報,2015(3):407-413.

2016-03-17)

范永毅(1985—)，男，助理工程師，056300 河北省邯鄲市。