浅谈金属矿山充填采矿的五种方法

摘要：随着我国经济和科技的发展，地下金属矿山采矿技术有了较大的发展。为了保护环境和合理利用矿山资源，应不断优化采场结构参数和采空区的处理方法，从而确定更加合理的、高效的、适应性强的采矿方法，来满足国内外市场的需求。

关键词：金属矿山 充填采矿方法

在注重矿山开采与环境保护及采场地压显现规律研究的同时，通过对现有的崩落法、空场法和充填法三大类采矿方法不断改进和完善，形成了各种适合我国地下矿床开采的组合方法，从采矿的实践来看，主要谈以下几种常用的地下充填采矿技术和方法。

1 上向水平分层充填采矿法

上向水平分层充填采矿法使用历史悠久，也经历了很多的技术变革，其采切比较小，贫化损失率低，顶板管理方便，尤其是对于不稳固～中等稳固矿体，优点尤为明显。

1.1 采场结构参数：中段内沿矿体走向划分连续矿块，矿块长60m，高为中段高度45m，宽为矿体的水平厚度，一般为25～30m左右。矿块间不留间柱，上、下中段间亦留6m高顶底柱，采场垂直矿体走向布置，分矿房、矿柱两步骤回采。按15m划分一个矿块（一房一柱），第一步骤回采（矿房）8m，第二步骤回采（矿柱）7m。

1.2 采准工程布置 ：采准工程包括下盘沿脉运输平巷、中段装矿穿脉、分段平巷、分段联络巷、充填回风（泄水）天井、出矿溜井，采场拉底切割平巷等。

1.3 优点：①回采时对边界适应能力强，矿石回采率高；②空区充填质量好，回采损失贫化小；③生产能力大，采矿成本相对较低。

1.4 缺点：①顶板暴露面积较大，要求矿岩稳固性好，对矿岩稳固性中等，节理裂隙较发育的矿体适应性较差；②第二步骤回采矿体稳固性较差，护顶工艺复杂；③采切工程量大。

2 上向进路分层充填采矿法

本采矿方法一般不划分矿房矿柱，一个步骤回采。其特点是：自下而上分层回采，每一分层的回采是在掘进分层联络道后，以分层全高沿走向（或垂直走向）划分进路，间隔地进行进路采矿。第一批进路回采完毕便立即充填接顶，然后再回采并充填另一批进路，待整个分层的回采与充填工作结束后，再用进路回采上一分层。

2.1 采场结构参数：采场留5～6m底柱，作为出矿用，采场内部留点柱、间柱，也可不留，采用沿走向连续回采作业方式。采场沿矿体走向布置，采场高为阶段高45m，宽为矿体厚度，长60～80m。

2.2 采准工程：中段出矿穿脉、分段沿脉巷、分段溜井、分段联络道、充填回风（泄水）井、顺路溜矿井。分段沿脉巷道通过采区斜坡道与中段连通，脉外溜井和分段沿脉巷道布置在下盘脉外，从分段沿脉巷道向矿体掘进分段联络道。采场下盘布置顺路溜矿井，在矿房内的矿体上盘矿岩均稳固位置施工回风充填（泄水）天井，下部用作泄水井，上部用作回风、充填天井，并作为采场安全出口。

采准工程完成后，在联络道的两翼，沿矿体走向布置回采进路，进路断面4.0～6.0m×3.0～3.6m。各采场的断面依照采场的稳定程度和矿体厚度而定，不太稳固时取小值，比较稳固时取大值。各分层内一期、二期回采进路采高相互错开，即二期进路回采高度超高一期进路0.5～0.6m。

2.3 优点：适应性强，对形态复杂和产状变化大的矿体，能有效进行回采；②回采进路顶板暴露面积较小，能保证回采作业的安全；③不需留点柱或条形矿柱，矿石回采损失率和贫化率低，资源回收率高；④进路采矿法经优化后，回采、通风、充填效率大有提高。

2.4 缺点：①第一分层为独头巷道型通风，通风效果相对较差；②一期进路充填需进行接顶，充填工作复杂；③一期进路胶结充填，采矿成本相比点柱法较高；④生产能力小，效率低。

3 点柱上向分层充填采矿法

该方法实际上是在垂直矿体走向布置的上向水平分层充填采矿法的变形方案，其不同之点是将房间矿柱分割为若干方形或圆形矿柱，这些矿柱不予回收，作为永久损失，使两步骤回采变为单步骤回采。采准工程、回采和充填工艺也不需作任何改变。

3.1 采场结构参数：采场沿走向布置，长度60m，高度为中段高度45m，宽为矿体厚，底柱高6m，不设顶柱及间柱，采场内按12m×15m布置点柱，点柱尺寸为5m×5m。

3.2 采准工程：采准工程有中段出矿穿脉、分段沿脉巷道、溜井、分段联络道、回风充填（泄水）天井、回风充填（泄水）沿脉及拉底穿脉。溜井和分段沿脉巷道布置在下盘脉外，分段沿脉巷道通过采区斜坡道与上下中段连通，从分段沿脉巷道向矿体掘进分段联络道。在矿房内矿体上盘矿岩均稳固位置施工回风充填（泄水）天井，下部用作泄水井，上部用作回风、充填天井，并作为采场安全出口。

3.3 优点：①上向分层点柱充填采矿法依靠永久点柱和充填体共同支撑顶板，能非常有效地控制顶板大面积下沉，保护地下水资源和生态环境。②随着矿体的形态进行回采，降低废石的混入率，提高矿石的入选品位，能实现分采选采；③在回采过程中，可根据岩石的稳固性控制顶板的暴露面积，采场控顶高度小，容易发现和处理采场顶板的安全隐患，安全可靠。④本身兼有房柱采矿法生产能力大的优点，也可以多采场，多工作面，多中段同时作业，增加作业采场，提高中段生产能力；⑤上向分层点柱充填采矿法只有浇面层充填体强度要求高，其他可以使用强度较低的充填体。⑥根据矿体形态和分支关系，多层矿体联合采准，可以节省采准工程量。

3.4 缺点：①需要留规则的永久损失矿柱，使矿石损失率较大；②若矿岩局部不稳固，则回采过程中安全隐患处理比较大，支护工作量较大；③多采场，多工作面同时作业，各工作面相互连通，容易产生串风，通风困难。

4 分段菱形矿房充填采矿法

该采矿法采场是垂直矿体走向或沿矿体走向布置，划分矿房矿柱，两步骤回采，先采矿房，后采矿柱，分段凿岩，阶段出矿，阶段充填。endprint

4.1 采场结构参数：采区长60m，宽为矿体的水平厚度，约25～30m，高为中段高度45m，分段高为12m左右。采区与采区之间留15m间柱，采区内按分段自下而上沿矿体走向布置菱形矿房，高24m，长15m，宽为矿体厚度。在每个菱形矿房的底部下角布置凿岩巷，并在菱形矿房中央设置分段凿岩巷，两分段凿岩巷凿岩，底部拉底巷切割V型堑沟作为受矿巷，联合出口进路出矿，此方法要求每个菱形矿房下部均要布置装矿底部结构。

4.2 采准工程：采用下盘脉外斜坡道采准，主要采切工程：分段联络道、分段穿脉巷、凿岩巷、出矿穿巷、充填回风井、顺路矿石溜井、切割天井等。

4.3 优点：①凿岩在巷道内作业，出矿通过分段出矿进路出矿，回采作业安全性好。②中深孔落矿效率高，采场生产能力大。

4.4 缺点：①损失贫化大，要求矿体8m<厚度<15m；②凿岩、爆破技术要求高（切割工程、凿岩、布孔以及装药困难），爆破效果差，炮孔利用率低；③如遇矿体不稳固区域或顶板暴露跨度设计过大，易产生冒顶现象，从而影响上一分段矿房的回采；④采切工程量比分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法更大。

5 分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法

该采矿方法是沿走向布置的进路法，共布置2条进路，靠近矿体上盘进路宽7m，下盘6m。先回采下盘矿体较软弱的6m进路，第一期进路采用胶结充填，当充填体强度达到3MPa后，再进行另一条进路的回采。

5.1 采场结构参数：中段内沿矿体走向划分采区，采区长60～80m，高为中段高度45m，分段高为12m左右，长为矿体的水平厚度。采区与采区之间留8～10m间柱，已施工的充填回风井设在采区两端的矿柱内，因此采区穿脉联络道也布置在采场两端。采区内再分矿房，矿房宽10～15m。试验采场设计采区长60m，矿房宽12.5m，采区内共布置四个矿房。

5.2 采准工程：在各分段矿房中央垂直走向布置凿岩巷，采切工程主要有：分段沿脉巷、分段联络道、分段凿岩巷、装矿联络道、切割天井、充填回风井、充填联络平巷、顺路矿石溜井等，装矿底部结构布置在矿房下部分段。

5.3 优点：①采准工程布置较分段菱形法简单，工程量少；②中深孔落矿效率高，采场生产能力大；③人员设备不进入大暴露面下作业，安全性好。

5.4 缺点：①回采时贫化损失率大，资源回收率不高；②矿房要求胶结充填，充填体质量要求严格，充填成本较高；③矿体上盘要求采用预切顶支护，施工工艺复杂；④暴露面积大，对地表保护、充填体下作业安全保障性差。

总之，研究和总结金属矿山的采矿方法，可根据不同的矿体，采用不同的采矿方法，对类似矿体和同行业的开采具有极大的借鉴意义。

参考文献：

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[2]谢勤金.地下矿山开采技术及其发展趋势[J].科技信息（学术研究），2008（18）.

[3]余伟健，高谦.充填采矿优化设计中的综合稳定性评价指标[J].中南大学学报（自然科学版），2011（08）.

作者简介：殷振海（1967-），男，河北涿鹿人，1991年7月毕业于山西矿业学院，采矿专业，本科学历，学士学位，2004年11月取得高级工程师职称。endprint