論上向分層充填采礦法的應(yīng)用探索

祝國強(qiáng)

（中鋼集團(tuán)山東礦業(yè)有限公司，山東 臨沂 277700）

中鋼集團(tuán)山東礦業(yè)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(shè)于2006年，2011年年底建成并投產(chǎn)。礦區(qū)周圍交通較為發(fā)達(dá)，鄉(xiāng)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(qū)環(huán)繞，且礦山之間相距較近。另外礦區(qū)的地上建筑和設(shè)施也相對完善，所以在采礦工作中需要首先考慮到保護(hù)周邊的居民住宅和相關(guān)的通訊、生活等設(shè)施。填充式的采礦方法能夠有效的防止地面塌陷事故的發(fā)生，根據(jù)礦區(qū)當(dāng)?shù)氐幕厩闆r，選擇應(yīng)用上向分層充填采礦法，加強(qiáng)地表監(jiān)測，從而保證整個礦區(qū)采礦工作的安全進(jìn)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(xiàn)有工程和設(shè)備，以減少投資。③實現(xiàn)采礦與充填有效銜接，保證礦山生產(chǎn)能力得到提高和穩(wěn)定。④充分回收礦石資源，礦石回收率達(dá)到80%。⑤滿足礦山年生產(chǎn)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(qū)地表有公路、村莊、光纜等設(shè)施，搬遷費用較大；礦區(qū)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(jù)《中鋼集團(tuán)山東礦業(yè)有限公司蒼山鐵礦采礦方法優(yōu)化論證》和《安全預(yù)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(qū)防止地表塌陷。②地表有建筑物需要保護(hù)的礦段，采用上向分層充填采礦法。以下主要針對礦區(qū)使用的上向分層充填法中的盤區(qū)點柱式上向分層充填法進(jìn)行論述。

2 上向分層填充采礦法的應(yīng)用

2.1 礦塊構(gòu)成要素

小閆莊礦區(qū)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(jié)材料進(jìn)行充填。礦房與礦柱長度參數(shù)的選擇，主要是根據(jù)采場容許暴露面積的大小確定；分層高度主要根據(jù)采礦設(shè)備和處理頂板的措施確定。

2.2 采準(zhǔn)與切割

采準(zhǔn)工程采用脈內(nèi)外工程聯(lián)合布置的形式。

需要的采準(zhǔn)工程主要有：盤區(qū)斜坡道、拉底穿脈巷、沿脈切割巷、采場人行充填回風(fēng)井、脈外溜井及溜井聯(lián)絡(luò)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(jìn)沿脈拉底巷至盤區(qū)走向間柱，并與間柱內(nèi)的人行充填回風(fēng)井的聯(lián)巷相通；而后施工充填回風(fēng)井使之與盤區(qū)內(nèi)各個分段的拉底沿脈、上中段的回風(fēng)道相通；同時盤區(qū)斜坡道向盤區(qū)內(nèi)開鑿第二個分段的進(jìn)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(fēng)聯(lián)巷相通。

沿脈切割拉底巷掘進(jìn)至溜井附近時，開鑿溜井聯(lián)絡(luò)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(jù)允許暴露面積的大小留有上下對應(yīng)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(zhǔn)切割工程量時，考慮了以下幾點因素：

（1）設(shè)計時形成的采場頂板為理想狀態(tài)下的形態(tài)，而蒼山鐵礦頂板為大部分為層狀頂板，為保護(hù)頂板需要形成抗壓性較好的拱形。因此實際上，當(dāng)?shù)V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(dāng)考慮；

（2）-140m中段運輸巷階段開采時已經(jīng)形成，計算時不考慮。

根據(jù)上述原則，以標(biāo)準(zhǔn)采場為例（礦體厚度地質(zhì)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(qū)礦房礦柱回采礦量表

盤區(qū)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(zhì)礦量為1733.343kt，故標(biāo)準(zhǔn)方案的千噸采切比2.93標(biāo)準(zhǔn)m/kt。

2.3 回采

2.3.1 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

盤區(qū)長400m，中段高度50m，一次分層回采高度6.5m，盤區(qū)間留有走向間柱15m，頂柱根據(jù)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(qū)內(nèi)預(yù)留點柱時，要結(jié)合采場當(dāng)時的實際狀況設(shè)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(shù)

盤區(qū)內(nèi)工作面以切割小井為自由面沿走向或傾向推進(jìn)，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(yè)空間。采用YT-27鑿巖機(jī)配40mm“一”字型鉆頭，人首先站在充填體上進(jìn)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(xù)進(jìn)行鑿孔工作。壓頂采用控制爆破，保證頂板平整和穩(wěn)定。鑿巖結(jié)束后，清潔炮孔，采用人工裝藥，炸藥采用2#巖石乳化炸藥，導(dǎo)爆索-導(dǎo)爆管微差雷管復(fù)式起爆系統(tǒng)，CHA-300型起爆器配CCH型導(dǎo)爆管非電擊發(fā)針擊發(fā)雙導(dǎo)爆管一段雷管，雙導(dǎo)爆管一段雷管再引爆雙傳爆導(dǎo)爆索。

爆破作業(yè)完成后，作業(yè)區(qū)上層頂板和兩幫若存在凹凸不平的區(qū)域，要利用撬頂進(jìn)行穩(wěn)定，倒掛部分亦是如此。針對采場內(nèi)其他不穩(wěn)定區(qū)域利用錨桿和錨索完成支護(hù)工作，各個方位保證安全穩(wěn)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(yè)空間，一個分層采完后，才進(jìn)行大量出礦。

采用2m3電動鏟運機(jī)在出礦巷道進(jìn)行鏟裝作業(yè)，鏟取后經(jīng)溜井聯(lián)巷直接運往各盤區(qū)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(jié)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(fēng)

采用上向風(fēng)流貫通式通風(fēng)，各分段的通風(fēng)從該分段的斜坡道或泄水風(fēng)井—采場—采場—兩翼回風(fēng)天井—上中段回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷，經(jīng)風(fēng)井排出地表。為了促進(jìn)采場的空氣流通，提升空氣質(zhì)量，可以在合適地點設(shè)置局扇等設(shè)施。

2.3.6 采場護(hù)頂及地壓管理

待開采至設(shè)計高度后，進(jìn)行采場護(hù)頂。采場爆破并經(jīng)過超過40min的機(jī)械通風(fēng)排除炮煙后，安全人員操作采場服務(wù)臺車或人工進(jìn)行清理頂幫松石，若頂板礦巖破碎，經(jīng)撬毛處理后，仍無法保證正常作業(yè)的采場或采場高度在6m以上的頂板均要進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)。對局部不穩(wěn)固頂板進(jìn)行錨索-錨桿-鋼筋網(wǎng)-素噴混凝土等組合支護(hù)方式，支護(hù)密度視礦巖穩(wěn)固性而定。

2.3.7 采場充填

每分段的礦石清理完畢后，根據(jù)充填的要求，可進(jìn)行充填準(zhǔn)備及充填作業(yè)。在出礦巷道口砌筑充填擋墻，充填管道從每個盤區(qū)的回風(fēng)井下至每個分段的回風(fēng)平巷，經(jīng)回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)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(yè)空間。

礦山由于采用大型無軌機(jī)械設(shè)備，為充分發(fā)揮這些設(shè)備的作業(yè)效率，需要較高強(qiáng)度的充填體作為路面路基，應(yīng)確保0.4m～0.6m的膠結(jié)充填體。

2.4 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

2.4.1 鑿巖爆破技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

（1）鑿巖臺效：40m/臺班。

（2）炮孔密集系數(shù)：1.47。

（3）裝藥系數(shù)：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(dǎo)爆管：0.25個/t。

2.4.2 綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

①采場生產(chǎn)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(jié)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(jīng)濟(jì)、安全的采礦方法。試驗采場綜合回收率達(dá)到了85%左右，貧化率控制在10%以內(nèi)，單盤區(qū)出礦達(dá)到了80萬t/a的生產(chǎn)能力，為緩傾斜中厚礦體的大規(guī)模連續(xù)化開采，提供了一些參考借鑒的成功經(jīng)驗，在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上，提高了整體效益。