人工假頂在上向進路膠結充填采礦法中的應用

周 峰，王興旺

（湖北大冶市大紅山礦業有限公司，湖北 大治 435100）

1 概況

大冶市大紅山礦業有限公司是一個年產59萬噸中型地下礦山，礦山采用分段空場嗣后充填采礦法進行開采，采場以垂直礦體走向方向布置為主，靠東西翼較薄的部分采場沿走向布置，中段高度50m，分段高度9m～11m，采準工程脈內布置，頂柱高5m～7m，底柱高6m～8m，為塹溝受礦的平底結構，采用鏟運機出礦。目前一期-220m～420m中段礦房礦柱已基本回采結束；空場嗣后充填采礦法遺留的頂底柱未回采，為了更好地回收利用資源，已開始對320m中段頂柱，270m中段底柱采用人工假頂分步驟回采法進行回采，并取得了較好的技術經濟效果。

2 采場頂底柱現狀

2.1 采場地質概況

礦體呈不規則透鏡狀，長350m，厚度10m～103m，賦存最低標高-770m，傾角70°～80°，向南東側伏，側伏角60°，組成礦體的礦石類型，以銅鐵礦石為主，銅平均品位1.21%，鐵平均品位32.55%。礦體上盤圍巖為大理巖，礦體下盤圍巖主要是石英閃長巖；近礦圍巖蝕變有石榴石矽卡巖化、蛇紋石化、高嶺土化和碳酸鹽化等。

2.2 采場現狀

回采區位于大紅山礦山一期工程-320m中段、-270m中段9B～11穿剖面線間，具體標高-274m至-267m。

本次回采主體圍繞井下已有系統及采切工程進行采場布置。其中在-270m中段將回采一分層（-267m至-264m底柱）礦體，-270m中段上、下盤沿脈均已施工，溜井沿用上盤西部9穿溜井，9B穿脈、101穿脈作為采場出礦巷道，采場沿用上盤東部11B天井回風，其它各系統均已布置至-270m中段；在-277m分段將回采二分層（-270.5m至-267m）、三分層（-274m至-270.5m）礦體，-277分段上盤已施工9B剖面線至11穿剖面線之間沿脈，沿脈西部聯通9穿溜井、東部聯通11B回風井，出礦巷已施工有多條，其它各大系統已從-270m水平沿天井或斜坡道布置至-277m分段。

3 頂底柱回采方案選取及應用

由于該頂底柱回采時上下中段礦房礦柱均已回采，雖然尾砂膠結充填體已處理采空區，但脈內應力集中現象還是普遍存在。為確保安全，采礦方法選用先做人工假頂的上向進路膠結充填采礦法回采方案，即先在270m中段底柱上制作人工假頂；后將320m中段頂柱分兩層進路切割回采，再用尾砂膠結充填。

3.1 回采方案選取原則

（1）安全上可行。安全是殘礦開采時的首要原則，開采過程中應保證-220至-200m防水隔離礦柱的穩定性，以及保持試驗礦塊上方50m高的充填體不發生明顯的應力或位移變化；確保試驗礦塊及深部礦體的開采過程中礦山能安全持續生產，避免大規模地壓活動可能造成的破壞。

（2）經濟上合理。一是充分利用礦山現有的開拓、采準工程及充填管網布置，減少采切比；二是合理設置采場結構參數，減小礦石的損失率及貧化率。

（3）效率上兼顧。在保證安全和經濟的情況下，兼顧殘礦回采的開采強度，縮短復雜環境下的采礦作業周期，減少采場在充填體下的暴露時間。

3.2 回采方案

3.2.1 采礦工藝布置

（1）采場結構參數：礦塊分為3個分層進行回采，以-270 m水平為界分為兩部分，其中-270m水平以上僅一個分層高度為3 m，-270 m水平以下有2個分層，每個分層高3.5m（根據-320 m頂柱實際高度進行調整）；礦塊沿走向60 m長，寬度為礦體水平厚度。3個分層從下往上分別為1分層、2分層和3分層。

其中3分層采場采用沿走向布置，1、2分層主要為垂直走向布置，局部靠近上盤區域采用沿走向布置，如圖1所示。

（2）回采順序：整體回采順序：三分層（-267m至-264m）→一分層（-274m至-270.5m）→二分層-270.5m至-267m。

單分層回采順序：因上盤穩固、下盤破碎，為保障作業安全，秉行“先下盤、后上盤”，“先兩頭、后中間”的原則，逐一退采。

3.2.2 主要回采工藝

（1）采切工程布置：回采礦體分作兩個分段進行回采，其中-274m至-267m礦體從-277m分段施工采切工程回采，-267m至-264m從-270m分段施工采切工程進行回采，斜坡道已貫穿兩個分段。回采礦體周邊布置有1條（9穿溜井）、1條回風井（11B）、1條人材井，沿脈工程與脈外切割工程均已施工完畢，本次施工可沿用。

施工時對回采區域礦體每個分層劃作1-3個盤區，盤區之間交替生產作業，形成一備一用、一充填一生產的循環作業，達到持續供礦。

（2）采礦。鑿巖采用淺眼落礦設備。采切進路及平巷炮眼深度為2.3m，鑿巖臺班效率60m/臺班，每班配置鑿巖機2臺，鑿巖工2名。一、二分層每班崩礦量約75噸，三分層每班崩礦量約65噸。按兩盤區同時作業生產能力可達到130～150t/d。

圖1 先做人工假頂的上向進路膠結充填法

（3）出礦。進路內崩落礦石采用WJD-1.0型電動鏟運機進行出礦，第3分層礦石從270 m中段上盤運輸巷道倒至9穿礦石溜井中；第1、2分層礦石通過脈內運輸巷、穿脈出礦進路及上盤運輸巷運至各分區對應的上盤礦石溜井，然后放至-320 m中段水平，再通過主井提升至地表。

（4）人工假頂制作：先回采第3分層，回采的同時，架設好充填管路，每條進路回采完后，在進路中鋪上鋼筋網，然后進行尾砂膠結充填。進路規格寬×高為3 m×3 m。

人工假頂采用鋼筋布筋、尾砂膠結充填制作人工假底，如下所示：

圖2 假頂制作圖（東南等軸）

（5）充填：沿用礦山現有的充填工藝，采用尾砂膠結充填，各分層采準工程完成的同時，需完成充填管道的架設。

第3分層需先鋪設好鋼筋網再進行充填，充填料漿灰砂比為1:4，此分層作為下部2個分層回采的頂板，因此，充填體強度要求達到4MPa以上；各分層進路式回采均分為二步驟的隔一采一回采方式；第1、2分層在一步驟回采完后，采用高強度的充填體進行充填處理，充填料漿灰砂比為1:4，二步驟為回采充填體之間的礦柱，可采用低強度的充填體進行充填，充填料漿灰砂比為1：8。

（6）通風：回采采場新鮮風流沿-320m中段各穿脈進入上盤運輸巷，再由斜坡道進入-270m、-277m水平上盤運輸巷，再通過JK58-1No4.0（5.5kW）或JK58-1No4.5（11kW）軸流風機將新鮮風流送入工作面，污風通過8穿人材井、9穿溜井、11B穿回風井回至-220m中段，再通過-220m水平下盤回風巷及采區回風井進入總回風系統。

3.3 回采效果分析

從9B～11穿間人工假頂及第一步驟回采看，基本上達到設計前所要求的效果，整個回采過程沒有發生任何安全事故，單個采區采礦貧化率8%，損失率8%,采礦人工假頂工效65t/d，二步驟回采150t/d。

（1）在接頂回采過程中沒有發生任何事故，這是因為設計方案成熟可靠，工程技術人員現場跟蹤到位，現場安全管理始終貫徹“安全第一，預防為主，綜合治理”的方針。

（2）采礦貧化率偏高，主要是因為原來充填巷道中部分充填體與礦石較難區分，頂柱底板部分在充填體中，故造成貧化率偏高。

（3）采礦損失率偏高，設計5%，實際達到8%，主要是人工假頂原三角礦柱未全部回采，二步驟回采中原來頂柱底板損失部分礦量，下一步將加大探底摸邊工作，以控制礦體底板標高以減少貧化和損失。

4 結束語

采場頂底柱回采是一項技術性強，難度大的工作，需要好的設計方案和切合實際的現場組織管理，通過該采場的實踐，總結以下幾點體會：

（1）在頂底柱回采過程中，盡可能使充填接頂，減小空場體積。

（2）合理組織，嚴格控制回采順序。