下向进路式充填采矿方法在毛坪铅锌矿的应用研究

2014-03-04肖柏林杨志强

有色金属（矿山部分） 2014年6期

肖柏林，杨志强，2，高谦

（1．北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京100083；2．金川集团股份有限公司，甘肃金昌737100）

下向进路式充填法是充填采矿法的一种，特点是回采顺序由上而下，除了第一层中的进路外，每一层的进路都是在胶结充填形成的人工顶板上进行回采作业，是一种较安全的采矿方法。进路可以分为倾斜进路和水平进路，倾斜进路一般5°～12°，以达到更好的充填接顶［1］。进路充填采矿法矿石回收率高、贫化率低，但回采充填作业强度大、劳动生产率较低，要求进路充填接顶，适用于矿岩条件极不稳固的矿体或矿岩条件稳固、矿石品位高、经济价值大的矿体［2］。

进路式充填采矿法分为上向和下向，在我国有色金属和黄金矿山普遍应用，并针对实际情况不断改进。如金川40多年来通过不断研究高浓度胶结材料技术、膏体泵送技术及充填体与围岩稳定性原理等组成的高效胶结充填技术，满足其年产量超过460万t、年充填量超过150万m3的要求［3］。小官庄铁矿的上向进路胶结充填，通过数值模拟确定了充填进路宽高都为3．5m，进路长50m，并提出通过挑顶、多点下料和添加减水剂等方法有效解决充填接顶率低的问题［4］。武山铜矿下向进路式充填采矿，进路宽5m，高3m，生产能力达5 000t／d［5］等。

目前，国内采用进路式胶结充填的矿山及各大研究实验室针对膏体充填材料制备、充填体稳定性分析、采场进路结构参数优化、膏体强度理论及充填体质量及稳定性的评价指标等各方面都进行了长期实践研究，并取得了显著成果。如在膏体充填的材料及配比方面，对高水速凝材料、高水固结尾砂等的研究及应用［6－7］；基于可靠理论对下向进路充填采矿方法的充填体强度确定、进路参数改进、承载层稳定及评价指标的研究［8－9］；在充填体质量、作用机理及稳定性研究方面，通过现场观测及有限元分析数值计算等手段，得出膏体承压及变形特性，指导了实际生产中的回采顺序、采场进路布置及如何降低充填成本等，并指明盘区间不宜留矿柱［10－12］。

进路式充填采矿方法的理论已经非常成熟，但是在实践中，由于矿山的地质条件、成本控制等各不相同，在采矿工艺上普遍存在差异，尤其在采用人工混凝土制作假底方面，效率低且劳动强度大；在充填接顶问题上难以达到一次充填即接顶的效果，而只能采取事后或被动接顶措施［13－16］。云南毛坪铅锌矿根据当地工程地质条件，经过多年实践总结后，形成了一套高效、安全、经济、成熟的下向进路充填采矿方法，盘区平均生产能力超过450t／d，损失率3%～5%，贫化率6%～8%，充填体冒顶事故为零，充填接顶率超过95%。

1 工程概况

毛坪铅锌矿属于云南驰宏锌锗股份有限公司所有。毛坪矿由河东片区、河西片区和河西井口片区整合而成，目前集中开采河东片区，上有洛泽河经过，地表标高为＋910m，目前已形成的主运输中段有910m中段、760m中段、720m中段、670m中段。正在施工的中段为610m中段以及非国有化整合之前的910m以上老中段。矿区采用平硐—盲斜井—盲竖井联合开拓。

矿区目前已探明Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号三个矿体，其中Ⅰ号为主矿体，占总储量的80%以上，Ⅱ号、Ⅲ号矿体产状不规则。Ⅰ号矿体赋存于上泥盆统D33－2地层中，走向长300～350m，倾斜延伸长，呈透镜状，走向为北东—南西走向，倾角70°～80°，属急倾斜矿体，主要矿石矿物为闪锌矿、方铅矿和黄铁矿，脉石矿物为方解石、白云石，铅平均品位7%～8%，锌平均品位14%～15%。

矿体主要围岩为白云岩，部分夹有页岩，伴随方解石化、白云石化、黄铁矿化等围岩蚀变。岩体节理裂隙发达，主干构造为石门坎背斜（区域上称之为花苗寨背斜），次为北东—南西向和北西—南东向展布的两组断裂构造，两组断裂构造衍生58条断层，断层纵横展布、上下交错。其中，北东走向次生断层有20条，多属层间破碎带，走向30°～60°，倾角大于60°，规模较大，延续性较好，有一部分破碎带发育溶洞，出现泉水，是区内主要含水断层，尤其670m中段以下透水严重，整个670m中段涌水量超过600 m3／h，水的源头尚不明确，目前主要开采水平在670～760m，涌水问题是制约下一步开采及二期建设的关键因素。毛坪矿目前正在积极治水，已竣工的河东应急排水工程中的两大发电机组使矿区有能力处理670m中段及以下可能突发的大量涌水状况；910m中段地表正在施工帷幕注浆堵水工程，隔绝或减少670m中段及以下的涌水。

2 下向进路式全尾砂胶结充填采矿工艺

2．1 基本要素

毛坪矿下向进路式充填法从910m中段往下，每60m划分一个中段，分段高度6m，分层高度3m，一个分段负责两个分层回采。当中段开拓完成后，上下两中段掘进折返式斜坡道和2条矿石溜井，连接各分段，各分段中垂直矿体走向掘进2～3条出矿道及通风天井或斜坡道。在出矿道特定位置掘进2条溜井联道连通溜井，出矿道掘进至矿体后，掘进下盘脉内或脉外沿脉，形成完整的通风、运输及溜矿系统，出矿道、联络道、脉内沿脉的断面都为2．4m×2．6m的三心拱，如图1所示。采切比为100～200 m3／kt。矿、岩运输均采用0．75m3电动铲运机运至溜井，溜放到各中段运输水平，通过振动放矿机放矿，电机车运输到提升系统，经竖井或斜井提升到地表。

2．2 回采工艺

根据出矿道划分2～4盘区，在脉内沿脉里，每3m（后改为3．5m）编号回采进路，每条回采进路为一个相对独立的回采单元，回采高度为3m，矩形断面。采用YT28或7655的风动气腿式凿岩机凿岩，水平浅孔微差爆破落矿。回采时，从主进路及脉内沿脉边角由里向外退采充填，严格按照隔三采一的顺序进行回采，如图2所示。

图1 采切示意图Fig．1 Images of stope preparation and cutting

图2 回采顺序示意图Fig．2 Images of stoping sequence

2．3 充填工艺

进路回采出矿完成后，马上进行充填工作，确保采充平衡，充填准备工作有架设木桩、平场、焊制假底、管道安装以及制作挡墙等。

1）架设木桩。进路回采完成后，在进路两边，每隔1．5m架设木桩，木桩直径约200mm，并用木楔或钢筋固定，以便更好地承接顶板压力，确保安全。

2）平场。木桩架设完成后进行平场，底板预留50～100mm碎矿层，并且形成纵向5%的坡度，以利于充填接顶。

3）假底制作。采用Φ12mm的螺纹钢，网度为300mm×300mm，钢筋交叉处用8号铁丝捆绑，垂直进路的钢筋弯成U形向上弯起1．5m，以便在相邻进路制作假底时再折平，与假底的钢筋相互焊接，使该分层的假底连成整体，用大块矿石垫高100～150mm作为假底的钢筋保护层厚度，如图3所示。每个假底制作完成后要求相关技术人员对网度、焊接、垫层等进行验收，以确保假底的质量。

4）吊挂钢筋网。若进路的帮壁是充填体或围岩时，用1．8m倒楔锚杆和钢筋网焊接假底吊挂起来，以确保该层假底及充填体的整体性，保证安全。吊挂钢筋网如图3所示。

5）安装充填管及挡墙制作。进路内安装塑料充填管，悬挂在最高处，在进路外口合适位置修筑C15混凝土充填挡墙，挡墙内预埋圆钢或毛管，挡墙厚400～500mm，高度不低于进路高度，在挡墙顶部中间预留300mm×500mm观测孔，挡墙挡板用木桩和斜撑固定，如图4所示。

图3 人工假底制作工艺示意图Fig．3 Images of artificial bottom processing

图4 挡墙制作示意图Fig．4 Images of retaining wall processing

6）充填及排水。采用泵送充填，分为两阶段进行，如表1所示。

充填快接顶时，充填人员必须在观测孔观察，保证充填接顶，防止跑浆漏浆，充填完成后用废弃水泥袋堵住观察孔。充填养护3～5d后可回采相邻进路，养护7～10d后可进行转层。充填开始前的润管水及结束后的洗管水禁止进入充填进路内，每次充填洗管水约23m3，洗管水利用沉淀池沉淀，然后进入排水系统。

可以看出该矿的充填工艺特色体现在：平场之后在碎矿层上绑扎钢筋假底，不但可以保证假底的质量，还可以减少下分层回采的贫化率。相邻进路之间钢筋相互焊接及吊挂钢筋网能有效使该分层的充填体及围岩组合成一个整体，确保充填体质量。进路里的木桩不仅可以作为下分层回采的回采高度判断依据，还可以有效承接顶板压力，使充填体在垂直方向上连成整体，提高充填体质量。

表1 充填技术参数Table 1 Parameters of filling

2．4 采矿成本估算

毛坪矿的下向进路式胶结充填采矿方法的采矿成本估算如表2所示：由此可见，下向进路式胶结充填采矿成本为146元／t。

表2 毛坪矿下向进路式胶结充填采矿成本计算Table 2 Cost estimation for downward drift cut－and－filling stoping method

3 结论

经过多年实践，毛坪铅锌矿形成了独具特色的下向进路式全尾砂胶结充填采矿工艺，其严格的假底制作工艺能确保充填体的整体性和稳定性，从而达到零的充填体冒顶或失稳事故，并且比传统人工混凝土假底更为高效，能够满足隔三采一的采充平衡要求。充填接顶的关键工艺及严格的流程控制保证了进路一次充填即可接顶，达到95%以上的充填接顶率。该下向进路式充填采矿工艺从采场到中段运输水平的采矿充填的吨矿成本为146元，矿石的损失率仅为3%～5%，实现了贵重金属的经济、高效回收。通过对毛坪铅锌矿工程地质条件概述及采矿方法工艺及成本的分析总结，使其可作为一个应用下向进路式胶结充填采矿方法的成功例子，供类似矿山参考借鉴。

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