充填采礦法在礦山井下開采中的應用研究

孟 元

（中國高嶺土有限公司，江蘇 蘇州 215000）

由于此次研究的礦床穩固性差，采用分層崩落法開采。該方法技術成熟、工藝簡單，對礦山開采技術條件適應性強，為礦企資源開采工作的可持續發展做出了重要貢獻。但該方法也存在如下不足：采用風鎬挖掘，機械化水平落后；由于部分地層不穩固，采用全斷面木支架支護，支護量大，支護成本高；采用自上而下分層崩落，頂板冒落難以控制，容易造成礦石損失，綜合回采率可達到70%左右。對于高品質資源，較高的損失率不利于礦山經濟效益的提高；崩落法容易造成地表沉降、變形，甚至塌陷，不利于環境保護。崩落法在環境保護要求不是非常嚴格，用工不是非常緊張的條件下，可以實現成本最低、工藝最簡單的礦產資源開發目標。但隨著國家對環境問題的日益重視，以及井下招工越來越難，上述不足已成為影響礦山長期穩定可持續發展的潛在瓶頸問題。

1 分層崩落法

現使用的分層崩落法是分階段自上而下逐段進行，階段高度一般為35m左右。階段內各采區的開采順序必須是以提升井筒為中心，由遠而近后退進行。

1.1 采場參數

根據快掘快采原則，分層開采服務時間控制不超過半年為宜[1，2]。采區面積1600m2左右；分層高度3m～3.5m；進路之間側柱厚度一般為1.4m～2m。個別特殊采場需要加分層高度或增厚側柱厚度，必須制訂相應的回采工藝和安全技術措施。

1.2 采礦工藝

分層崩落法開采方法主要流程為扶棚掘進-開門-回采作業。

掘進扶棚：采區分層運輸平巷和進路一般采用梯形木棚支擴，巷道掘進斷面高2m到2.1m，上寬1.7m～1.8m，下寬2.4m～2.5m，腿窩15公分到20公分。棚距約50cm至70cm不等。采用風鎬掘進，沿巷道斷面自上而下進行，應在全斷面未掘出之前先用背板挑好頂，掘完一架棚的距離后立即扶棚，嚴禁掘空迎頭。

開門：采區進路掘到邊界時需開門，采用翻抬棚加長穿梁的支護方式，穿梁正常為4根，穿梁與抬棚梁接口應砍成弧形馬口，接口要嚴密，頂幫背板要用木楔打緊。

回采作業是指：①回收靠崩落區一側礦柱；②回柱放頂；③回收崩落護頂礦石；④封閉迎頭采空區。回采順序是先側后頂按一個循環又一個循環后退進行，每次切幫二個棚距（1.4m左右）。利用開門形式切幫，切幫空頂距超過1m應扶臨時棚。回柱放頂前須檢查、加固放頂區附近的木支架，選擇好安全退路，安全退路須10m以上，清理好退路上的障礙物，如風管、電線、木材、板車和其他工具，安放在安全地點。

2 充填采礦法

根據安全生產要求和相關條件制約，分層崩落法已不適應外部形勢要求，礦企正在探討向充填采礦法轉變。

充填采礦法在井下礦山開采中得到了廣泛的應用，其優點主要有：①可以及時充填采空區，有效控制地壓活動；②可以最大限度地回收地下礦產資源；③有效控制地表塌陷；④可以有效處理工業固體廢料，減少企業固體廢物的排放；⑤可以有效的提高公司地下礦山開采的機械化、自動化水平，提高礦山本質安全度。

圖1 充填采礦方法示意圖

2.1 采場參數

根據礦床的實際特點，為有效的控制底板，方便機械運輸，本次研究采用上向分層充填采礦法。

設計階段高度為35m～40m，留3m底柱，分層高度3m～3.5m，3個分層為1個分段，回采進路垂直礦體走向布置，進路寬度3m，支護根據不同情況采用金屬支架支護、錨網噴支護等方式。

2.2 采準切割

在礦體脈外施工一條斜坡道，連通上下兩個分段運輸巷道，斜坡道坡度不超過20%；在礦體下盤脈內掘進沿脈分層平巷，分層平巷與斜坡道連通；自分層平巷垂直礦體走向布置回采進路，隔一采一或隔二采一，一步驟進路（礦柱）回采完畢后進行膠結充填，然后在充填體保護下回采二步驟進路（礦房），礦房回采完畢后進行非膠結充填。進路回采采用機械挖掘，小型鏟運機鏟裝礦石，沿分層平巷，卸入溜井，經階段運輸巷道運出。

2.3 采場支護

根據現場工程地質調查及相關資料，井下開采場地位于軟弱地層，含飽和水砂層、淤泥層等。巷道支護時需要分為掘進期間的壓力釋放階段和穩定期間的強化支護階段。

根據礦體的穩固情況采用不同支護方式。

（1）井下開采的穩固區域：巷道采用掘進機或風鎬掘進，錨桿和金屬網隨掘隨支，按設計要求掘出巷道斷面，然后立即用7655風動鉆機打好錨孔，放入樹脂藥塊并搗碎，緊固錨桿和金屬網，尾端安裝好托板，用扳手緊固螺帽。對巷道進行噴漿，噴厚為100mm，主要作用是封閉圍巖，防止圍巖冒落、風化、潮解；與錨網共同形成初始支護力。

（2）井下開采的不穩固區域：巷道掘進主要使用掘進機或風鎬落礦，出礦后進行金屬支架安裝。金屬支架按設計尺寸預先加工好，梁、腿搭接400mm，其收縮量不超過100mm，否則重新安裝，并固定搭接位置。相鄰支架用金屬拉桿連接，支架與圍巖之間用背板頂緊，以保證支架穩定性。支架安裝好后，及時采用鋼筋網噴進行補強支護。

2.4 采場充填

根據礦山充填料來源，采用碎石+移動式注漿泵注漿的膠結充填工藝。碎石可采用井下掘進廢石，注漿料采用選礦尾沙添加水泥構筑注漿料。碎石采用機械運輸方式，干式充入已回采結束的進路，鏟運機堆平，每堆放1.0m左右，注漿一次，形成廢石膠結體。最后采用注漿接頂。二步驟礦房充填不進行膠結，只是最后用注漿接頂，以減少上分層回采時的損失和貧化。

3 結語

針對中小型礦山井下作業過程機械化水平低，勞動強度大等問題，參考國內其他礦山開采的先進經驗，結合礦山生產實際條件，探討使用充填采礦法替代分層崩落法，可以大幅提高井下礦山開采的機械化、自動化水平。此外，后續還可以對提升系統、中段運輸裝備等進行優化配置，從整個井下生產系統著手，提高井下開采的效率以及安全性。通過本次研究，能夠減少井下生產工人崗位，保障生產系統穩定、高效運行。