點柱式上向分層充填法在大紅山鐵礦的優化調整與應用

孫衛 陳浩

【摘 要】點柱式上向分層充填法在大紅山鐵礦應用過程中，因采礦工藝與采切工程布置的特殊性，開采過程中易出現高邊幫、高空頂現象，進行回采，回采過程中發生變化，不良地質體增多，加之回采時因地質條件、圍巖穩定性變差，嚴重影響開采的安全性。大紅山鐵礦通過對采礦工藝優化，合理調整采切工程布置與回采順序，增加部分安全措施工程，有效提高了該采礦方法的安全性。

【關鍵詞】轉段；貫通；繞道；泄水孔

一、引言

大紅山鐵礦I號銅礦帶150萬t/a采礦工程屬800萬t/a擴產工程之一，開采對象為大紅山鐵礦I號銅礦帶位于A29～A49勘探線間， 50m～850m標高范圍內礦體，礦體近東西向展布，走向長2.2Km，傾斜寬0.879Km，勘探面積1.93Km2。I號銅礦帶正上方為露天采場，側上方為哈姆白族廢石場，南部為II1主礦體，為減小井下開采對礦體上部與周邊工程影響，同時降低貧化率，采用點柱式上向分層充填法進行開采，以適應礦體邊界的起伏變化，滿足多層礦體、層間夾層不大情況下礦體的安全開采。

二、礦體特征

I號鐵銅礦帶位于大紅山群曼崗河組第三巖性段的中上部。含礦巖石為石榴黑云變鈉質凝灰巖、石榴黑云（角閃）片巖、石榴黑云白云石大理巖。自上而下包含Ic、I3、Ib、I2、Ia、I1、Io七個礦體。七個礦體在垂直方向上，鐵、銅礦體呈互層產出，且從上至下，由西向東，礦體規模由大變小，由富變貧，由層狀到似層狀；圍巖由石榴黑云白云石大理巖到石榴黑云變鈉質凝灰巖，再到石榴黑云片巖、黑云白云石大理巖。礦帶七個礦體產狀基本一致，整體走向近東西，向南傾斜，傾角一般20°～40°。

三、工程地質條件

礦體頂、底板、夾層由一套火山噴發沉積變質的變鈉質凝灰巖、石榴黑云角閃片巖、石榴黑云白云石大理巖等含鐵銅的巖石組成，該含礦地層成層產出，層位穩定，火山與沉積特征明顯。該地層完整性較好，巖石多屬堅硬、半堅硬巖類，礦巖抗壓強度較高，穩固性較好。

三、點柱式上向分層充填法簡述

1.采場布置及結構尺寸。階段高度100m，分段高度20m，分層高度3-4m，礦塊長度50m，礦塊寬度為礦體水平厚度，礦塊高度按一個分段高度劃分，相鄰礦塊間留4m寬間柱，礦塊內按18m間距留6×6m點柱；采場溜井按300m間距設置，進回風上山按600m間距設置。

2.采切工程布置。沿脈干線布置在礦帶的下盤距離最下層礦體約60余m處，回采聯道垂直礦體走向布置在礦塊中部，聯通采準干線與礦體上盤，回采聯道水平段與采準干線連接段的坡度控制在約18%以內，采場內布置回風上山，連通上下兩個分段的回采聯道。

3.回采。采用Boomer281掘進臺車打眼，3～4m3柴油鏟運機出礦，首分段首采分層回采高度5.5m，采后充填厚度4m，空頂高度1.5m，后續回采分層高度4m。

4.充填。各分層回采結束后及時進行廢石、分級尾砂+膠結充填，廢石+尾砂充填厚度和膠結層厚度暫分別為3.2m和0.8m，每一分層充填厚度4m（同分層高度）。

四、點柱式上向分層充填法應用過程中遇到的問題

1.轉段過程中易出現高邊幫、高空頂狀態。因點柱式上向分層充填法采切工程特殊性，本分段進行回采前上一分段回采聯道須施工到位，作為本分段回采時的充填回風通道，且上下兩個分段回采聯道在空間關系上垂直對應。當本分段回采至五分層時上下回采聯道貫通，邊幫、頂板高度達8m以上，回采過程中不能有效的消除圍巖隱患。

2.地質條件變化。I號銅礦帶在開采過程中工程揭露的圍巖條件穩定性較差，與初步設計中圍巖穩定性出入較大，通過地質調查，發現不同巖層分界面處，由于層理發育情況增多，巖性組合變化導致巖體穩定性變差，同時因斷層帶與節理裂隙增多，較大范圍破壞巖體完整性，形成不穩定的結構體，巖體結構面間的凝聚力較低，受外力作用或其它誘因影響，沿臨空面便產生掉塊或垮塌，影響安全開采。

3.回采過程中圍巖易出現滲水。I號銅礦帶因節理裂隙及層狀圍巖較多，開采過程中受充填影響，充填水順節理、裂隙滲透到相鄰采場，圍巖經充填水侵蝕后，極易發生垮塌。

五、點柱式上向分層充填法優化調整方式

目前I號銅礦帶八大系統均已形成，從安全上、工程布置上、持續銜接上、空間關系上、經濟上等綜合考慮，采礦方法已不具備大面積系統調整的條件，僅能在現有采礦方法的基礎上對采礦工藝及參數進行優化調整。

1.優化頂板管理。分段高度20m，分為5個分層進行回采，首采分層回采高度5m，后續分層（第2、3、4分層）回采高度4m，當回采至第5分層時，回采厚度僅剩余3m，因上分段回采聯道與本分段回采聯道垂直對應，第5分層回采時回采聯道與上部進行貫通，出現邊幫、頂板達8m以上的情況。針對該情況，在上分段回采聯道施工時進行超前支護，同時根據本分段回采現狀，提前對上分段回采聯道底板積渣進行清理，消除高邊幫、高空頂狀態下圍巖隱患。

2.調整采切工程布置。將位于礦體上盤的充填回風上山調整至礦體中部，縮短上分段回采聯道長度，減少上下分段貫通范圍與暴露面積，降低下方作業的安全風險。

3.調整回采順序

3.1針對部分巖石穩定性差，頂板層理、節理等較為發育，生產作業過程中片幫冒頂風險大采場，采用進路式采礦，分層回采結束即接頂充填。

3.2盤區正常開采或轉段時因圍巖條件差，導致工程無法進入，采用繞采的方式，從礦體下盤施工繞道至礦體上盤后，再進行退采。

3.3組織好分段內各盤區回采循環，保持均衡上升，避免相鄰采場充填水影響開采安全性；同時在同一分段內采用跳采跳充的方式，利用備采盤區將充填水進行隔離，減少充填水的滲透量。

4.增加安全措施。于礦體下盤位置施工泄水孔至距離充填體1-2m的位置，將充填水沿泄水孔引出，降低充填體壓力對礦柱的破壞，同時縮短充填盤區脫水周期，提高充填體脫水效果。

六、結論

大紅山鐵礦通過以上幾種方式對點柱式上向分層充填法進行優化調整，經長期試驗與應用，確保破碎圍巖條件下礦體的回收，避免礦體資源浪費，提高了礦石回采率，保障了開采安全性，效果顯著。

【參考文獻】

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