脈內(nèi)上向水平分層充填采礦法的應(yīng)用

趙永波

（赤峰柴胡欄子黃金礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024039）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，礦石資源的需求量進(jìn)一步增多，促使礦石采集數(shù)量也相應(yīng)有所提升，充填采礦法的應(yīng)用范圍更為廣泛，其中特別是對于上向水平分層充填采礦法，作為重要的礦產(chǎn)開采方式，逐步在行業(yè)中展現(xiàn)出卓越的優(yōu)勢特點(diǎn)。采用上向水平分層充填采礦法，就是結(jié)合回采工作面持續(xù)延伸，對于采空區(qū)域進(jìn)行物料填充，通過充填體的注入，更好的管理地面壓力，防止巖石的崩落或地表下沉的現(xiàn)象出現(xiàn)。由此，可以優(yōu)化回采工作，創(chuàng)設(shè)安全且便捷的工作環(huán)境，有效地規(guī)避自然醒礦石內(nèi)燃火災(zāi)出現(xiàn)的可能。通過辯證性的分析方式，他就上向水平分層充填采礦法的基本特征，設(shè)定相應(yīng)的應(yīng)用方案，逐步落實(shí)實(shí)踐過程相關(guān)技術(shù)完善的目的。

1 下向分層充填采礦法的特點(diǎn)及應(yīng)用條件

下向分層充填法是在階段中自上而下并在膠結(jié)充填料的人工頂板下分層回采。在礦巖極不穩(wěn)固、地表又不允許崩落的條件下，可以安全地在人工頂板下進(jìn)行作業(yè)；不會造成礦石回采過程中大量貧化和損失；礦體形態(tài)局部發(fā)生變化不影響回采。下向分層充填法的開采方案主要有：下向水平分層膠結(jié)充填法；下向傾斜分層膠結(jié)充填法。在采用下向分層膠結(jié)充填法的礦山中，大部分是采用傾斜分層回采。為了達(dá)到最經(jīng)濟(jì)、最可靠的接頂方法，采用傾斜進(jìn)路回采方式，回采進(jìn)路時(shí)形成5°～12°的頂?shù)装?，這樣可達(dá)到較好的充填料自流接頂。

下向分層充填法是在整體膠結(jié)充填體頂板下工作，特別適用于礦石價(jià)值高、礦巖條件松軟、地面不允許崩落情況下的礦床開采。由于下向分層充填法工藝較復(fù)雜，所以比上向分層充填法的充填成本高，礦塊單位面積產(chǎn)量較低。但這種采礦法適用于復(fù)雜的礦山開采條件，如圍巖很不穩(wěn)固，礦石和圍巖均很不穩(wěn)固，以及地表和上覆巖層需保護(hù)等。特別適合開采節(jié)理發(fā)育、松散破碎的難采礦體，該法能避免在大面積不穩(wěn)的礦石下作業(yè)，提高了回采作業(yè)的安全性和可靠性；用于開采高價(jià)值的礦石。當(dāng)?shù)V巖不穩(wěn)固時(shí)，整體穩(wěn)固的頂板提供了安全的作業(yè)條件；礦石的回收率高、貧化率低；進(jìn)路的方向、位置及數(shù)量可以根據(jù)地質(zhì)、礦床變化情況進(jìn)行調(diào)整，靈活性大；根據(jù)充填情況好壞，可使上部階段和地表不變形或少變形。

2 回采布置的一般形式以及特定方案內(nèi)容

上向水平分層充填采礦法按照特點(diǎn)進(jìn)行區(qū)分，包含三個(gè)類別，沿走向、垂直走向以及點(diǎn)柱式上向水平，區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)可以結(jié)合礦石采集場地的結(jié)構(gòu)，或是工作面的表現(xiàn)特征，以及選擇工藝的具體特點(diǎn)。

2.1 沿走向上向分層充填采礦法

對于該方式的分層充填采礦法應(yīng)用，具體的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出更加整體化的特點(diǎn)，沿著礦體的走向，規(guī)劃一定的長度，作為礦產(chǎn)資源開采場地，更好的保障回采工作的平行運(yùn)轉(zhuǎn)，有利于設(shè)備運(yùn)行過程中展現(xiàn)出較高水準(zhǔn)，整體作業(yè)效率較高，礦石的回收率相應(yīng)有所提升。對于該方案更加適用于礦體厚度在10m 至15m 的礦體中，采場寬度與礦體厚度相一致，以50m 為最低標(biāo)準(zhǔn)，更有甚至超過300m。選擇礦體厚度最薄的地方進(jìn)行開采，當(dāng)使用無軌設(shè)備時(shí)，可以應(yīng)用沿走向脈內(nèi)斜坡道分層的充填方案。

2.2 垂直走向上向分層充填采礦法

此方案結(jié)構(gòu)的核心關(guān)鍵就是能夠按照礦體的走向，進(jìn)行礦房和間柱結(jié)構(gòu)的劃分，礦產(chǎn)資源開采場地中，垂直于礦體的走向予以布置，第一步需要構(gòu)建回采的礦房，之后就是確立回采的間柱結(jié)構(gòu)。礦房需要預(yù)先用膠結(jié)進(jìn)行充填，構(gòu)建人工設(shè)計(jì)的礦柱，由此更加便捷之后步驟的回采間柱結(jié)構(gòu)設(shè)定。通過借助無軌設(shè)備的優(yōu)勢，進(jìn)一步進(jìn)行規(guī)劃，發(fā)展構(gòu)建盤區(qū)開展分層充填工作，依照礦體的實(shí)際走向進(jìn)行盤區(qū)布置，組合3 至5 個(gè)垂直走向分布的礦房，在每一個(gè)礦房之間都留存一定的空間，用于設(shè)置間柱，更好的達(dá)成無軌采礦的作業(yè)目標(biāo)。該充填采礦方式可以有效地解決厚度較大的高品位礦床中，損失和貧化指標(biāo)相對較低，特別是在礦體規(guī)則且礦巖穩(wěn)固的情形下，有利于加快鏟運(yùn)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，盡可能地抬高分層的間隔空間。

2.3 點(diǎn)柱式上向分層充填采礦法

順沿礦體的走向或是垂直于礦體走向布置礦塊的方式稱之為點(diǎn)柱式上向分層充填法，為了更好地提升頂板的支撐效果，在礦塊之間留存5m 左右的間柱，并且在礦房內(nèi)安置多種形態(tài)的點(diǎn)柱，可以是圓形，也可以是方形，直徑控制在五米和8m 之間。當(dāng)遇到礦山上盤圍巖條件較差，不太穩(wěn)固的情形時(shí)，就可以憑借礦體頂盤留存的半圓柱結(jié)構(gòu)，對上盤圍巖進(jìn)行有效的支撐。上述方式中所提到的全部結(jié)構(gòu)，間柱、點(diǎn)柱和半圓柱從本質(zhì)特點(diǎn)上進(jìn)行分析，是永久性的，必須應(yīng)用單步驟的方式完成回采。對于此方案的應(yīng)用，不會產(chǎn)生較大的礦石損失，損失額度相對可控，范圍在30%之內(nèi)，更加適用于地面需要維護(hù)且礦石品位很低的礦床開采中。

對于上述所提到的三種上向充填采礦法進(jìn)行結(jié)構(gòu)區(qū)分，都可以靈活運(yùn)用，單一使用可以獲取相應(yīng)效果，相互之間交叉融合應(yīng)用應(yīng)能夠具有研究價(jià)值。能夠有效地提升礦石資源的開采效率，盡可能地減少損失指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)控制貧化指標(biāo)為核心的任務(wù)規(guī)劃。在具體實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)，需要注重回采方案的選擇，依據(jù)實(shí)際礦體的特征，應(yīng)用最合理且適宜的充填采礦方式，減少能源浪費(fèi)的同時(shí)，提升礦石開采效率，降低成本支出，更好的契合當(dāng)下礦產(chǎn)開采的需要。

3 上向分層充填采礦法應(yīng)用中存在的制約

3.1 充填成本與市場價(jià)格相關(guān)聯(lián)

依據(jù)各類調(diào)查結(jié)果，水力充填費(fèi)用支出約為整體采礦成本費(fèi)用五分之一，但是礦石填充的費(fèi)用可能會占總成本的一半。出現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因是因?yàn)樾枰獞?yīng)用水泥和壓氣輸送膠結(jié)，按照一定的配比構(gòu)成充填物料，市場價(jià)格占據(jù)主導(dǎo)，市場敏感度相對較高。所以，為緩和成本矛盾，有些會選擇更為廉價(jià)的水泥和膠結(jié)作為替代品，或是控制并調(diào)整灰沙比，應(yīng)用全新的膠結(jié)材料輸送方法。也正是由于成本支出較多，當(dāng)重金屬市場價(jià)格波動(dòng)時(shí)，該方式進(jìn)行開采的礦產(chǎn)資源受到的影響較大，效益受到的抨擊過重，可能會出現(xiàn)虧本的情況。

3.2 充填系統(tǒng)整體構(gòu)造更為復(fù)雜

我國很多回采礦房充填都是預(yù)先使用膠結(jié)的，但是由于涵蓋的工藝步驟較多，不作為主要贅述的內(nèi)容，之后再采用水力的方式充填回采間柱，由此，進(jìn)一步保障充填系統(tǒng)的完整性，但是也促使生產(chǎn)管理過程更加繁瑣且復(fù)雜。當(dāng)然，如果對于回采礦房和回采間柱兩部分結(jié)構(gòu)都使用膠結(jié)進(jìn)行充填，會大幅度增加礦產(chǎn)資源開采的成本，需要對此結(jié)果進(jìn)行經(jīng)濟(jì)價(jià)值分析，尋求最佳的解決方法，已達(dá)到解決問題并提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

3.3 階段間礦柱回采難度相對大

通過應(yīng)用向上分層充填采礦的方式，很多情況下都是當(dāng)?shù)孛娲嬖谳^大地壓，或是礦體以及圍巖質(zhì)量較差，構(gòu)建了比較適宜礦房回采的發(fā)展環(huán)境，通過使用膠結(jié)充填的過程，彌補(bǔ)采空區(qū)的不足，創(chuàng)設(shè)更加安全且便捷的礦產(chǎn)資源采集條件。當(dāng)膠結(jié)充填后，整體巖層的強(qiáng)度需要幫助圍巖獲取較高水準(zhǔn)的支撐，此時(shí)將潛移默化的增加回采的作業(yè)難度。也就是說，需要盡可能地提高人工關(guān)注程度，通過創(chuàng)設(shè)人工點(diǎn)柱的方式來代替原有的礦石柱，回采更多的資源，盡可能地降低回采成本。

3.4 采場頂板不能發(fā)揮支撐效用

對于采場頂板出現(xiàn)的支撐性問題，具體按照形式劃分，有多種類型，最為常見的就是頂板的巖石出現(xiàn)破碎；當(dāng)遇到節(jié)理發(fā)育，制造了更加復(fù)雜的巖層地帶；還有礦房回采完畢后，將如何接頂；又或是地壓出現(xiàn)傾斜，充填體表面不夠平整，很多需要兩步回采的礦柱需要在充填體內(nèi)代替巷道等等。

4 上向水平分層充填采礦法的應(yīng)用實(shí)踐

上向水平分層充填采礦法在實(shí)際創(chuàng)產(chǎn)資源開采環(huán)節(jié)具有較為寬泛的應(yīng)用，由于每個(gè)礦山中蘊(yùn)含的礦產(chǎn)資源以及周邊巖層的實(shí)際特征大不相同，各有各的特點(diǎn)，所以對于相關(guān)采礦方式選擇時(shí)，需要依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行綜合的考察，并不是所有的礦產(chǎn)采礦方法應(yīng)有經(jīng)驗(yàn)都能夠得到驗(yàn)證，就比如支護(hù)方式的方式，所以需要依照實(shí)際的礦山特點(diǎn)對于技術(shù)選擇而進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，以此來探尋到最適合該礦山的采取方法。當(dāng)然，需要堅(jiān)守必要的技術(shù)原則，平頂穩(wěn)定，管理邊界，控制較大塊的礦石，實(shí)現(xiàn)快速循環(huán)的目的，顯著提高采場整體的生產(chǎn)能力，凸顯出采礦和充填成本降低的優(yōu)勢，追求實(shí)際采礦收益最大化。

4.1 專注于采場頂板管理

對于采場的頂板必須保障光面的平整度，頂板在短軸上呈現(xiàn)微微拱起的形態(tài)，還需要借用適宜的頂板支護(hù)方式，控制落礦孔之間的間隔，控制采場大塊出現(xiàn)的概率，熟練地應(yīng)用礦體回采方法，始終堅(jiān)守“安全第一”為前提，盡可能地提高生產(chǎn)能力。

4.2 依據(jù)廢石不出井原則

對于礦產(chǎn)資源開采過程中發(fā)現(xiàn)的廢石，直接填充至采空區(qū)，或是集合廢石的特征，規(guī)劃臨時(shí)性的圍擋，具體的操作過程就是在采空區(qū)內(nèi)充填廢石，確保間柱以及上、下盤區(qū)都優(yōu)先留存2m到5m 的距離，為充填體提供一定的摩擦系數(shù)。不僅可以緩解礦井整體的地面壓力，也能夠控制充填體的數(shù)量，降低充填成本的同時(shí)，加大了充填體的實(shí)際強(qiáng)度。

4.3 加快采場內(nèi)循環(huán)速度

對于向上分層充填采礦法的實(shí)際應(yīng)用過程提出適宜的策略措施，盡可能地注重采場內(nèi)的作業(yè)循環(huán)效果，需要加快采場內(nèi)不同分層間的循環(huán)速度，也就是說，規(guī)定采礦、出礦和充填準(zhǔn)備工作的時(shí)間長短，預(yù)先對礦山內(nèi)的巖石性質(zhì)有清晰地了解，判斷整體的支撐時(shí)間和空間大小，可以設(shè)定合理的測算試驗(yàn)，有效地做到當(dāng)頂板壓力釋放之前，圓滿完成上述工作內(nèi)容。對于全部礦山的采場充填循環(huán)圖表的制作是十分有必要的，依照月度或是年度為時(shí)間跨度，保障各個(gè)采空區(qū)內(nèi)都能做到充填工作的有條不紊，維護(hù)采場運(yùn)轉(zhuǎn)的可持續(xù)。

4.4 優(yōu)化回風(fēng)井的實(shí)際應(yīng)用

在兩個(gè)相關(guān)聯(lián)的采場，在進(jìn)行回采作業(yè)時(shí)，注重充填回風(fēng)井安置條件選擇，設(shè)置在兩個(gè)采場間柱的位置上，如果礦房較大，可以在礦體中適當(dāng)增加低品位礦石，留存出采場點(diǎn)柱的位置，有效地減少采場支護(hù)強(qiáng)度，確保采場生產(chǎn)更加安全。如采用二步回采的礦房，可以在一步回采階段，把脈內(nèi)溜礦井設(shè)計(jì)在二步回采的交界處，作為二步回采的充填回風(fēng)井結(jié)構(gòu)，節(jié)約了大量的礦產(chǎn)資源開采的工期，控制了實(shí)際成本支出。

4.5 完善分段回采作業(yè)效果

對于采場內(nèi)巖石情況比較穩(wěn)定的，且f 系統(tǒng)的數(shù)值超過10，那么在實(shí)際的回采環(huán)節(jié)，將會產(chǎn)生少量的礦渣，對于此類情形的出現(xiàn)，可適當(dāng)提高分層回采的高度，或是采用分段回采的方式，精準(zhǔn)掌握鉆孔爆破瞎用，盡可能去減少巖層內(nèi)部的循環(huán)次數(shù)。盡可能地提高礦產(chǎn)能源的生產(chǎn)效力，對于各個(gè)巖層中節(jié)省出的成本開銷，發(fā)揮重要積極效用，是未來采礦方法應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注的部分。

5 總結(jié)

通過上向水平分層充填采礦法直接利用井下矸石充填采空區(qū)，可緩解提升運(yùn)輸系統(tǒng)負(fù)荷，降低充填成本，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。該采礦法適合于急傾斜薄礦脈破碎帶類型礦體開采，優(yōu)化了采礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、降低了采礦成本，為國內(nèi)同類礦山探索合適的采礦方法提供了思路。由此，能夠更好地改善礦井作業(yè)的工作環(huán)境，提供更加安全且便捷的作業(yè)條件，顯著提升礦產(chǎn)資源實(shí)際的生產(chǎn)效率，進(jìn)一步推動(dòng)礦產(chǎn)資源開采充填工作發(fā)展創(chuàng)新。