論上向分層充填采礦法的應用探索

祝國強

（中鋼集團山東礦業有限公司，山東 臨沂 277700）

中鋼集團山東礦業有限公司蘭陵小閆莊礦段位于山東臨沂市蘭陵縣與棗莊市交界處，該礦始建設于2006年，2011年年底建成并投產。礦區周圍交通較為發達，鄉間公路眾多，且有206國道貫穿，距離周邊的高速路口也較近。本礦山周圍有諸多其他鐵礦區環繞，且礦山之間相距較近。另外礦區的地上建筑和設施也相對完善，所以在采礦工作中需要首先考慮到保護周邊的居民住宅和相關的通訊、生活等設施。填充式的采礦方法能夠有效的防止地面塌陷事故的發生，根據礦區當地的基本情況，選擇應用上向分層充填采礦法，加強地表監測，從而保證整個礦區采礦工作的安全進行。

1 開采方式的選擇

1.1 采礦方法選擇原則

①采礦方法選擇以采場安全為前提條件。②新的采礦方法盡量利用礦山現有工程和設備，以減少投資。③實現采礦與充填有效銜接，保證礦山生產能力得到提高和穩定。④充分回收礦石資源，礦石回收率達到80%。⑤滿足礦山年生產能力200萬t的整體要求。⑥減少回采充填步驟。

1.2 初選采礦方法

由于礦區地表有公路、村莊、光纜等設施，搬遷費用較大；礦區地形平坦，尾礦庫、廢石場占地面積大，選址困難。

從以上兩點考慮，根據《中鋼集團山東礦業有限公司蒼山鐵礦采礦方法優化論證》和《安全預評價報告》的建議，確定采用兩種類型的采礦方法：①地表沒有建筑物的礦段，采用空場法嗣后充填采空區防止地表塌陷。②地表有建筑物需要保護的礦段，采用上向分層充填采礦法。以下主要針對礦區使用的上向分層充填法中的盤區點柱式上向分層充填法進行論述。

2 上向分層填充采礦法的應用

2.1 礦塊構成要素

小閆莊礦區礦塊沿礦體底板偽傾斜布置。礦塊沿礦體走向布置中段高度為50m，礦塊長度80m～120m，礦柱寬度為20m～40m，每次開采的分層高度4m左右，開采之后采用尾砂膠結材料進行充填。礦房與礦柱長度參數的選擇，主要是根據采場容許暴露面積的大小確定；分層高度主要根據采礦設備和處理頂板的措施確定。

2.2 采準與切割

采準工程采用脈內外工程聯合布置的形式。

需要的采準工程主要有：盤區斜坡道、拉底穿脈巷、沿脈切割巷、采場人行充填回風井、脈外溜井及溜井聯絡道等。

方案簡述如下：

首采分段中，由中段運輸平巷向礦體開鑿兩條拉底穿脈至Ⅲ號礦體上盤邊界，以控制礦體的變化；然后沿Ⅱ、Ⅲ號礦體的下盤掘進沿脈拉底巷至盤區走向間柱，并與間柱內的人行充填回風井的聯巷相通；而后施工充填回風井使之與盤區內各個分段的拉底沿脈、上中段的回風道相通；同時盤區斜坡道向盤區內開鑿第二個分段的進路至Ⅲ號礦體上盤邊界，而后亦沿礦體下盤邊界開鑿沿脈巷與分段回風聯巷相通。

沿脈切割拉底巷掘進至溜井附近時，開鑿溜井聯絡巷，使之與分段間的采場連通。

完成上述工程后，第一分層從沿脈巷垂直走向向上盤施工切割巷，再拉底。二分層后向下盤邊界施工切割巷，再拉低，壓頂。期間根據允許暴露面積的大小留有上下對應的點柱，以支撐上盤頂板。暫時按12m×12m間距布置斷面為4.0m×4.0m的點柱支撐頂板。

計算采準切割工程量時，考慮了以下幾點因素：

（1）設計時形成的采場頂板為理想狀態下的形態，而蒼山鐵礦頂板為大部分為層狀頂板，為保護頂板需要形成抗壓性較好的拱形。因此實際上，當礦體傾角較緩或較厚時，回采上一分層時下盤礦體回采需要增加切割工程，計算采切工程量時適當考慮；

（2）-140m中段運輸巷階段開采時已經形成，計算時不考慮。

根據上述原則，以標準采場為例（礦體厚度地質報告中的平均值，礦體傾角取42°），則采礦回收率見表1。

表1 盤區礦房礦柱回采礦量表

盤區共采出礦量為∶

式中：L-采場長度，400m。H1-可采高度，50m。B-采場寬度，33.12m。γ-礦石體重，取3.47t·m-3。ρ-采礦回收率，81.6%。

其中礦房采出地質礦量為1733.343kt，故標準方案的千噸采切比2.93標準m/kt。

2.3 回采

2.3.1 采場結構參數

盤區長400m，中段高度50m，一次分層回采高度6.5m，盤區間留有走向間柱15m，頂柱根據上中段的充填情況可留或不留，若留則一般為5m，底柱不留；在盤區內預留點柱時，要結合采場當時的實際狀況設置，但是要保證上盤頂板的暴露面積不超過600㎡。

2.3.2 分層回采參數

盤區內工作面以切割小井為自由面沿走向或傾向推進，對于礦體厚度在3m左右的礦脈，切割平巷完成后，全厚一次開采；礦厚大于3m時，分層開采。

2.3.3 鑿巖

分段上按自下而上逐層回采，并超高分段水平1.5m作為上一分段的作業空間。采用YT-27鑿巖機配40mm“一”字型鉆頭，人首先站在充填體上進行鑿孔工作，打水平孔，孔深1.5m～2m，排距為0.6m，眼距為1m。崩下一層礦，平場后，再站在礦堆上繼續進行鑿孔工作。壓頂采用控制爆破，保證頂板平整和穩定。鑿巖結束后，清潔炮孔，采用人工裝藥，炸藥采用2#巖石乳化炸藥，導爆索-導爆管微差雷管復式起爆系統，CHA-300型起爆器配CCH型導爆管非電擊發針擊發雙導爆管一段雷管，雙導爆管一段雷管再引爆雙傳爆導爆索。

爆破作業完成后，作業區上層頂板和兩幫若存在凹凸不平的區域，要利用撬頂進行穩定，倒掛部分亦是如此。針對采場內其他不穩定區域利用錨桿和錨索完成支護工作，各個方位保證安全穩定后方可出礦。

2.3.4 出礦

拉底時每次爆破后出礦。回采時分局部出礦和采后大量出礦，局部出礦的礦量，只要求留下的礦堆能保持必要的作業空間，一個分層采完后，才進行大量出礦。

采用2m3電動鏟運機在出礦巷道進行鏟裝作業，鏟取后經溜井聯巷直接運往各盤區的溜礦井，在溜井下部裝礦車運輸至主井提出地表。分段回采結束后，清理采場，減少遺留礦石，以降低礦石損失。

2.3.5 采場通風

采用上向風流貫通式通風，各分段的通風從該分段的斜坡道或泄水風井—采場—采場—兩翼回風天井—上中段回風聯絡巷，經風井排出地表。為了促進采場的空氣流通，提升空氣質量，可以在合適地點設置局扇等設施。

2.3.6 采場護頂及地壓管理

待開采至設計高度后，進行采場護頂。采場爆破并經過超過40min的機械通風排除炮煙后，安全人員操作采場服務臺車或人工進行清理頂幫松石，若頂板礦巖破碎，經撬毛處理后，仍無法保證正常作業的采場或采場高度在6m以上的頂板均要進行錨網支護。對局部不穩固頂板進行錨索-錨桿-鋼筋網-素噴混凝土等組合支護方式，支護密度視礦巖穩固性而定。

2.3.7 采場充填

每分段的礦石清理完畢后，根據充填的要求，可進行充填準備及充填作業。在出礦巷道口砌筑充填擋墻，充填管道從每個盤區的回風井下至每個分段的回風平巷，經回風聯絡巷進入采場，充填至上一分層的巷道底板水平，留1.5m左右的作業空間。

礦山由于采用大型無軌機械設備，為充分發揮這些設備的作業效率，需要較高強度的充填體作為路面路基，應確保0.4m～0.6m的膠結充填體。

2.4 經濟技術指標

2.4.1 鑿巖爆破技術經濟指標

（1）鑿巖臺效：40m/臺班。

（2）炮孔密集系數：1.47。

（3）裝藥系數：85%。

（4）每米炮孔崩礦量：1.96t/m。

（5）主要材料消耗量：①釬頭：0.015個/t；②釬桿：0.025kg/t；③炸藥：0.35kg/t；④導爆管：0.25個/t。

2.4.2 綜合技術經濟指標

①采場生產能力：300t/d；②采切比：2.43m/kt；③礦石損失率： 16.55%；④礦石貧化率：9.78%。

3 結語

上向水平分層充填采礦法是一種適合蘭陵鐵礦用于開采緩傾斜中厚礦體的高效、經濟、安全的采礦方法。試驗采場綜合回收率達到了85%左右，貧化率控制在10%以內，單盤區出礦達到了80萬t/a的生產能力，為緩傾斜中厚礦體的大規模連續化開采，提供了一些參考借鑒的成功經驗，在節約成本的基礎上，提高了整體效益。