玉水硫銅礦特色干式充填采礦法解析

藍昌金

（廣東金雁工業集團有限公司玉水硫銅礦，廣東 梅州 514000）

玉水硫銅礦在20世紀80年代建井，是小型金屬礦山。現代大型、復雜的充填系統的運用除了材料加工，設備購置，還要在井下設計開鑿專門的充填線路，工程大，成本高。本礦依據礦井實際地質與生產條件，在常年的生產實踐中不斷摸索，改進，形成了一套符合安全生產規程，成本低，靈活性強的干式充填采礦法——自采廢石上向水平干式充填采礦法。

1 充填材料

1.1 充填材料來源

在沒法使用尾砂和其他新型充填材料的情況下，為了采場充填實現地壓管理和為上采創造條件，玉水硫銅礦采用上中段自采廢石上向水平干式充填，“就地取材”，充填廢石來源有兩方面：一是在上中段設置3.0x2.5m規格的探礦巷道，掘進產生的廢石用于充填，這是充填廢石的主要來源；二是利用上中段采準工程掘進產生的廢石作為充填材料。

1.2 優缺點

對于小型金屬礦山，采區范圍較小，充填物所需量不大，自采廢石干式充填相比于膠結充填和膏體充填具有如下優勢：①充填料就地取材，供應方便，運輸距離近，輸送成本低；②干式充填的充填料無需添加膠凝材料，充填材料成本低；③采下的廢石用鏟車運輸，通過充填井下放至采場充填，無需配套的充填設備，工藝簡單，總體成本低。但與膠結充填和膏體充填相比有如下不足：①廢石干式充填接頂效果不好，不利于巖層移動的控制；②廢石干式充填的充填體強度比較低，不利于圍巖與頂板的地壓管理。故此廢石干式充填采礦法適合采場水文地質條件中等類型以上，采場圍巖中等穩定以上的小型金屬礦山。

實踐表明，對于中等穩定以上的小型金屬礦山，由于金屬量較少，采區范圍較小，所需的廢石量不大，設置探礦巷道所產生的廢石可以滿足充填需求，對于地壓管理和地表下沉問題也基本可控。

2 溜礦井設置

在充填采礦法中，對于溜礦井類型的選擇，在遵循溜礦井位置的設置原則[3]上根據礦井礦體的產狀（主要指傾角與厚度）和礦井的實際生產條件而定，選擇合理的溜礦井類型，不僅可以減少溜礦井的掘進工程量，提高溜礦井的使用率，還能提高出礦效率。玉水硫銅礦的礦石自然安息角為42°～44°（溜礦井傾角范圍），巖石自然安息角為39°～42°（充填井傾角范圍）。原先在采場內利用電耙耙礦，由于電耙耙礦范圍有限，耙礦效率較低，礦石留底嚴重，后運用礦用鏟車或鏟車與鉤機配合的方式取代電耙在采場內搬運礦石，鏟車最大爬坡角為15°。玉水硫銅礦的溜礦井系統類型大致分為以下四種：

2.1 分層反斜溜礦井

當礦體傾角42°～44°或相近時，將溜礦井設置在礦體下盤，再按每分層上采高度為高差，在溜礦井一側往礦體掘進每分層反斜溜礦井，直至揭露礦體。對于結束使用的反斜，在溜礦井和反斜連接處用15x20x30cm規格的預制混凝土磚（下同）砌筑磚墻進行封閉，如圖1所示。

圖1 分層反斜溜礦井

2.2 反斜—人工立井聯合溜礦井

當礦體傾角較大時，由于溜礦井和礦體的夾角大，使用分層反斜溜礦井的反斜工程量大。為減小溜礦井的掘進工程量和提高溜礦效率，在礦體下盤第一分層反斜的上部溜礦口，用預制混凝土磚砌筑規格2x2m的豎直人工井筒與其對接，形成反斜－人工立井聯合溜礦井，如圖2所示。

圖2 反斜－人工立井聯合溜礦井

2.3 下盤穿脈溜礦井

對于緩傾斜或水平礦體，以上兩種溜礦井都沒條件使用，此時，在下盤運輸巷一側往礦體下盤方向掘進穿脈，后沿穿脈間隔一定距離往礦體掘進多條溜礦井，直至揭露礦體，形成下盤穿脈溜礦井，由于礦體坡度小于巖石自然安息角，采場內的廢石無法通過自溜接頂，只能充填部分空場，為增加采空區頂板的穩定性，在階梯型充填體上砌筑2x2m的矩形人工磚柱進行支護，磚柱與頂板間通過擠塞水泥砂漿進行接頂，如圖3所示。

圖3 下盤穿脈溜礦井

2.4 復合型溜礦井

對于厚度較大的緩傾斜或水平礦體，在礦體下盤穿脈中設置多條反斜—人工立井聯合溜溜礦井，如圖4所示。

圖4 復合型溜礦井

3 自采廢石上向水平干式充填采礦法的具體運用

3.1 全面充填回采

當礦體傾角等于或大于廢石自然安息角時，廢石在采場內可以自溜結頂充填，采空區可以實現全范圍充填，采場內不留設礦柱。采用反斜—人工井筒聯合溜礦井出礦。充填井在礦體中沿偽傾斜布置。鏟車通道在礦體上盤或下盤巖石中以折返式布置，如圖5。

圖5 全面充填回采示意圖

采準工程按照上圖掘進好以后回采工作自下向上水平分層進行，用淺孔崩礦，回采分層高3.5～4m,用上向孔和水平孔分3次崩礦，形成5.5～6.0m高的采空區。崩落的礦石靠鏟車出礦，礦石出完后，清理底板上的粉礦，用預制混凝土磚塊砌筑人工立井作溜礦井，然后將從上中段采下的廢石通過鏟車搬運經充填井自重下放到采空區，之后通過鏟車將下放到采空區的廢石經過搬運、鋪設、平整等工序完成充填工作，充填高度3.5～4m，留2.0m作為繼續上采的作業空間，隨后在廢石充填體上鋪上一層10cm厚的50#水泥砂漿進行硬底化，養護一段時間后繼續上采。

采場主要的生產系統：①通風系統：下中段上盤運輸巷→進風行人斜井→進風石門→采場→回風石門→鏟車斜坡道→上中段下盤運輸巷；②出礦系統：鏟車通過鏟車斜坡道，回風石門進入采場搬運礦石下放到溜礦井。礦石在下中段下盤運輸巷通過礦車裝車后由電瓶車拉至中段甩車場。

3.2 階梯式充填回采

當礦體傾角小于廢石自然安息角時，每分層廢石在采場內無法通過自溜結頂充填。采場內進行階梯式充填，即采完一分層后，在采空區內，靠近礦體上盤處砌筑人工磚墻，后往里充填廢石，再鋪筑水泥砂漿進行硬底化，形成階梯式充填體，進行采空區局部充填。采場內預先留設臨時礦柱，在每分層進行充填之前，用人工磚柱置換，回收礦柱，如圖6。對于礦體厚度較大，水文地質條件比較復雜無法結頂充填的采區，為了回采安全，每分層充填時部分臨時礦柱作為永久礦柱不再回收。為加強采場頂板礦壓管理，在每分層充填體上砌筑2x2m規格的人工磚柱進行支護。對于層里面比較發育的頂板，實行錨桿雙重支護。

圖6 階梯式充填回采示意圖

在每分層的充填體磚墻外側砌筑鏟車斜坡道連通上下分層。每分層的回采工藝過程如上1所述。階梯式局部充填加上輔助的支護手段雖然可以實現安全上采，但考慮到此充填方法底板暴露面積較大，故只適用于適用于水文地質條件中等類型以上，采場圍巖中等穩定以上且不容易發生頂板片幫的小型金屬礦山。

4 結論

（1）對于小型金屬礦山，井下設置探礦巷道所產生的廢石可以滿足充填需求，對于地壓管理和地表下沉問題也基本可控。井下自采廢石干式充填采礦法適用于水文地質條件中等類型以上，采場圍巖中等穩定以上的小型金屬礦山。

（2）根據礦體傾角和厚度，結合礦井水文地質條件和實際生產情況，選擇合理的溜礦井類型對較少溜礦井的工程量、提高溜礦效率和礦石在采場內的搬運效率具有重要作用。

（3）對于廢石干式充填，當礦體傾角大于廢石自然安息角時采場無法結頂充填，此時在階梯式局部充填的基礎上加上人工磚柱和錨桿雙重支護可確保采場安全上采。此種充填方法適用于水文地質條件中等類型以上，采場圍巖中等穩定以上且不容易發生頂板片幫的小型金屬礦山。