下向进路胶结充填采矿法在某矿山的应用

门建兵，齐 炎，任建平

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038）

随着工业由粗放型向集约型转变，矿业发展逐渐迈向生产规模大型化、生产过程机械化、开采环境友好化，传统采矿方法也随之得到相应的发展与改进[1-2]。胶结充填采矿技术作为国家倡导的采矿方法，是指将固体废弃物加入胶结材料后充入采空区，不仅解决了地表尾砂堆存的安全环境问题，也支撑了井下围岩，控制了地表塌陷，提高了资源回采率和作业安全性，具有巨大的技术、经济优势[3-4]。尤其是在深部复杂岩体环境中，进路回采可以减少作业面暴露面积，所以采矿常采用进路式回采[5]。

目前，已经有一些研究论文结合实例提出了相关的技术研究，例如，张贵银等[6]针对矿体开采存在围岩垮塌的问题，提出用下向水平进路充填采矿法代替原有的上向分层充填采矿法，并研究了适用于该开采条件下的充填料配比。现场实际应用表明，新采矿方法可有效减小顶板暴露面积，也达到了提高资源回收率、保障工人安全作业等要求。马元磊[7]结合马庄铁矿的矿床特点，分别从采切工艺和回采过程等工序介绍了下向分层进路胶结充填采矿法的应用情况。回采方式为自上而下，回采工程采用凿岩台车和运药车等设备，盘区生产能力高，损失贫化率分别控制在5%、8%。徐培良[8]着眼于云锡松矿深部资源开采存在的技术难题，结合矿山开采技术条件，借助数值模拟软件分析了房柱法和下向进路式分层胶结充填法的可行性，最后从技术经济上论证了采用下向进路式分层胶结充填法在提高资源回收率和安全生产方面更具有优势。

本文结合某矿山实际开采条件和现有的技术装备水平，针对该矿深部扩建的需求，提出下向水平分层进路胶结充填采矿法，并对矿块结构参数、通风方案、充填工艺和排水方案等相关设计参数进行了分析。

1 开采地质条件

江西某铜矿区地处丘陵～湖泊过渡地带，地势北高南低、西高东低，岭走向与构造线一致，呈北东东向。矿体埋藏深（探矿范围超过1 200 m），属急倾斜中厚至厚矿体，浅部已回采至-400 m中段，对于深部矿体，只能采用地下开采方式。该铜矿分南、北矿带，共圈定铜矿体147个，硫矿体6个，铅锌矿体2个，低品位矿体33个。南北矿带空间相对位置示意图见图1。

图1 南北矿带空间相对位置

北矿带铜金属量为1 145.1 kt，占全区资源储量的 59.50%，铜平均品位为 1.14%；南矿带的铜金属量为 712.2 kt，占全区资源储量的 37.01%，铜平均品位为1.01%。南北矿带的矿体种类如表1所示。

2 下向水平分层进路式胶结充填法

表1 南北矿带矿体种类

该矿区地层较为复杂：1）岩溶破碎带及各级结构浅部发育强烈，深部逐渐减弱，矿体围岩总体稳定性一般，局部有少量的破碎。2）北矿带主要以构造作用引起的构造破碎带为主，南矿带主要以接触蚀变作用引起的接触破碎带为主。3）矿区地处覆盖型岩溶区且东部濒临巨大地表水体，矿体处于当地侵蚀基准面之下，且深部地下水静水压力、巷道地应力处中高状态，局部有可能发生岩爆等工程地质问题。综合各方面因素，认为该矿扩建工程可采用下向水平分层进路式胶结充填采矿法。

2.1 矿块及采场结构参数

矿体厚度小于15 m，沿矿体走向布置，盘区长度一般为200～250 m，可划分为两个矿块，宽度为矿体厚度，高100 m，分段高度12～16 m，分层高度4 m。矿体厚度大于15 m，回采进路垂直走向布置。为进一步提高采矿效率，满足生产能力要求，在厚大矿体地段改用凿岩台车凿岩，2 m3铲运机出矿，以提高采场综合效率和回采安全；在局部厚度不大的地段和小矿体，采用气腿子钻机凿岩，0.75 m3铲运机出矿。

2.2 采切工程

矿块的采准布置在较稳固的围岩中，沿矿体走向在围岩中掘进折返式斜坡道，并在垂直高度方向上间隔3～4个分层高度开联络出口，通过分层联络道进入各分层采场。每个采场在脈外布置一个溜矿井，溜矿井一般采取垂直布置，倘若矿体倾角较缓，则采用倾斜布置，但溜井倾斜角度一般不小于70°。采场溜井直径 Ф3.0 m，1 个泄水井，泄水井直径Ф1.0 m。矿块采切工程如表2所示。

表2 采切工程计算（以垂直矿体走向为例）

2.3 回采工艺

各分层自上而下回采，先开采一个分段的最上分层，当此分层回采和充填完成后，对连接该分层的分层联络道进行挑顶平场，作为下分层的分层联络道。进路凿岩采用Boomer-281凿岩台车，钻孔深度按3.2 m，进尺约3.0 m。采场内分若干进路，各采矿工序分别在几个进路内平行作业。进路之间的回采顺序为自矿体上盘至下盘的分层间隔回采，采用国产YT-27浅孔钻机进行辅助凿岩，主要针对采场边角部分的三角残矿、周边矿石，非电毫秒雷管起爆，乳化炸药爆破；采用2 m3铲运机出矿，铲运机经各分层联络道进入到各分层进路，铲矿后运至分段溜井口进行卸矿。采矿方法（采场垂直矿体走向布置）如图2所示。

2.3.1 采场通风

采场用局扇压入式通风，污风由泄水井上部排至上中段稀释，新鲜风从泄水井下部运输巷引入。胶结充填由于水泥的水化放热反应，采场温度有时达28℃以上，普通压入式通风不能满足要求，应当在采场顺路往下架设回风天井，采用压入和抽出混合式通风。

2.3.2 充填工艺

进路回采结束后，平整底板并铺设网度200 mm×200 mm 的底筋，然后按间距 1.6 m×1.6 m 布置长度为2.4 m的竖筋后，由充填站将配比好的充填料，经管道输送至采场，分两期充填。第一期灰砂比1:4，充填高度为进路高度的一半；第二期灰砂比1:8，充填高度约 2.0 m。

图2 下向水平分层进路胶结充填采矿法示意

矿山目前采用分级尾砂进行充填，由于分级尾砂产量无法满足全矿充填所需，还需要采购江沙。随着国家环保政策的落实，江沙采购困难，给矿山生产带来一定的困扰。故将充填料由分级尾砂改为全尾砂，解决了矿山充填料不足的问题。

3 应用效果

矿山原采用下向分层倾斜六角形进路胶结充填法，该方法采切工程量偏大且生产能力较低。通过改进采矿方法，优化矿块结构参数，使矿企效益得到了最大化。下向水平分层进路式胶结充填法和原采矿方法的技术经济指标对比见表3。由表3可知，改进后的采矿方法技术经济效益明显。

表3 技术经济指标对比

4 结论

改进后的下向水平分层进路式胶结充填法与原采矿方法相比，矿石贫化率降低3%，损失率降低1%。在优化采场结构参数的基础上，采用电动液压凿岩台车凿岩和铲运机出矿设备，使得生产能力有了很大提高，可满足该矿三期扩建工程的生产规模要求。