分段空场嗣后充填采矿法在南北洺河铁矿的应用

邹　俊　邱　宇　刘加冬

(1.冀中能源峰峰集团武安市南洺河铁矿有限公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室；4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司；5河海大学文天学院)



分段空场嗣后充填采矿法在南北洺河铁矿的应用

邹俊1邱宇2,3,4刘加冬5

(1.冀中能源峰峰集团武安市南洺河铁矿有限公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室；4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司；5河海大学文天学院)

摘要随着采矿技术水平和环境保护要求的提高，充填采矿法在金属矿山越来越被广泛重视与应用。介绍了南洺河铁矿分段空场嗣后充填采矿法具体工艺，分析了实际应用中出现的问题，并给出了解决方法。应用表明，使用分段空场嗣后充填采矿法后，围岩崩落和地表沉降得到了较好的控制，为安全生产提供了有效的保障，可以为类似缓倾斜矿体的金属矿山提供技术参考。

关键词分段空场嗣后充填采矿法充填接顶充填体脱水

目前，国内浅地表的矿产资源逐渐枯竭,采深剧增导致开采环境更加严峻,众多矿床的开采条件复杂多变,大量开采废料地表堆积污染严重,政府对环境保护要求越来越高[1-6]。充填法作为金属矿山中较为常用的采矿方法，其在控制地压活动与保护地表环境方面的优势越来越被广泛重视与应用。按照传统的采矿方法，矿体倾角越小，采矿越困难，在缓倾斜矿体使用嗣后充填采矿法能较好地解决困难。

1矿山概况

南洺河铁矿Fe6主矿层为一中型矿体，走向NE，倾向SE，倾向20°左右。矿体形态较简单，西高东低，由西向东延长、延深，为长条状缓倾斜似层状。矿层本身结构致密，多具致密和块状构造，稳固性较好。矿区范围内矿体赋存标高为159.5～-126.67 m，走向长980 m左右，平均厚14 m左右，平均品位TFe为52.04%。

2原采矿方法及存在问题

2010年3月以前，南洺河铁矿一直处于停产状态，主要原因是空场法造成采空区长期大面积暴露，加上在河床下开采，会导致采空区围岩失稳崩落造成地表沉降以及开裂等情况，河床水通过裂隙大量进入矿区，没有安全保障，更可能威胁到与南洺河铁矿相邻的万年矿的安全。后来使用浅孔房柱嗣后充填采矿法，但是其充填次数多，工艺复杂，每次充填后都需要较长的养护时间才能进入下一个回采作业循环，导致成本增加，生产能力受到影响。

3采矿方法改进

矿体西端上部有南洺河(季节性河流)，河床下压矿约470万t，-80 m水平以上其余矿体位于河漫滩下，由于高差不大，均不宜崩落。根据矿床各段的地质特征和矿体产状、形态，并考虑各种影响因素，2013年该铁矿改进了生产工艺，采用分段空场嗣后充填采矿法。

3.1采场结构参数

采场沿走向布置，端部(穿脉处)留6 m厚间柱；沿倾向按矿体水平厚度分矿块，矿块宽12～15 m；高度为矿体垂直厚度，分段高度为8 m。相邻矿块利用一个出矿进路出矿，出矿进路间距为10.8 m。各分段沿走向每隔60或40 m(即每条穿脉)设一条矿石溜井，每隔120或80 m(即每2条穿脉)设一条废石溜井，各阶段沿走向方向每隔120或80 m(每2条穿脉)设一条通风行人井。矿石溜井、废石溜井、通风行人井、分段平巷均布置在矿体底板岩石中。分段空场嗣后充填采矿方法示意见图1。

图1　分段空场嗣后充填采矿方法示意

3.2回采作业

采用分段凿岩、分段出矿。每个阶段中各分段先下后上回采。切割槽拉开后形成开采自由面即可进行矿房大量落矿。在集矿凿岩巷中，采用Simba1354凿岩台车配备COP1838ME凿岩机，钻凿垂直上向扇形炮孔，钻孔直径为76 mm，最大孔深为35 m；排距为2 m，孔底距为2～2.5 m。用ROCMEC装药车装药，采用乳化粒状铵油炸药。为保证爆破效果，采用导爆管、导爆索起爆，一次爆破1～2排炮孔。

3.3出矿

采场出矿选用ADCY-3L型电动铲运机，斗容为3 m3，每3个采场布置2台铲运机，铲运距离为15～120 m。矿石由铲运机倒入采场矿石溜井，经振动放矿机装入矿车，经沿脉运输巷道运到主溜井破碎,由主井提升到地表。矿石块度限制在500 mm以内，超过尺寸的大块采用移动碎石机在出矿进路内进行二次破碎。损失率、废石混入率见表1。

表1　损失率、废石混入率

3.4通风

新鲜风流由上下盘沿脉运输巷道、穿脉、通风行人井、采场联巷进入采场，采用局扇将凿岩和出矿工作面的污风由通风行人井抽出至上阶段回风巷道(或阶段回风井)，由回风斜井、回风竖井排出地表。

3.5充填工艺

3.5.1工艺流程

(1)选厂全尾砂经输送泵加压输送至充填站立式砂仓中,自然沉降，充填前排出全尾砂料面上的澄清水，采用压气造浆。砂仓中全尾砂造浆均匀后，再由放砂管放料,向搅拌机供给全尾砂浆。

(2)散装胶固粉运至充填站，经给料机及电子秤计量后向搅拌机供给。

(3)全尾砂浆与胶固粉的混合料搅拌均匀后制备成具有结构流特性的充填料浆，通过充填钻孔及井下输送管道自流输送至采空区充填。

3.5.2充填料配比

南洺河铁矿充填料配比为(1∶4.5)～(1∶12)。

(1)第一次回采的矿房将作为二次回采的矿柱，要求充填料浆比例为1∶6(胶固粉∶尾砂)。

(2)部分区域进入残采阶段的矿房将作为再次回采矿柱，要求充填料浆比例为1∶8(胶固粉∶尾砂)。

(3)最后回采的矿房进入收尾阶段，不再作为回采矿柱的空场，要求充填料浆比例为1∶12(胶固粉∶尾砂)。

(4)矿房底板为矿石，底板铺网作为下层回采的顶板或者马上充填完成后即将上铲车，要求充填浇底层和浇顶层1 m,充填料浆比例为1∶4.5(胶固粉∶尾砂)。

3.5.3管路铺设

南洺河铁矿充填管路共2组，从充填站经过+40 m 水平充填巷到达0 m水平地区各个空场;从+40 m水平1#小井联巷内的2个充填钻孔下至0 m水平措施巷，沿着2#穿斜坡道到达-40 m中段各个采场。充填管路现场布置见图2。

3.5.4矿房铺网

部分矿房回采完成后底板仍是矿石，为了提高回收底板矿石的安全性，必须铺网。采用φ6 mm钢筋,钢筋网片规格为2 m×8 m，网孔规格为200 mm×200mm，纵筋和横筋两端弯钩背向底板，每2片钢筋网用弯钩连接，每片网片中各竖立3根φ6 mm×1.2 m钢筋。

图2　充填管路布置

3.5.5接顶工作

为了保证充填体接顶，当采场中的充填体距离顶板高度为0.5 m时，添加水泥膨胀剂，使充填体产生膨胀尽可能接顶。充填体28 d强度大于2 MPa。堵口施工现场见图3。充填接顶现场见图4。

图3　堵口施工现场

图4　充填接顶现场

3.5.6充填技术难题及解决措施

3.5.6.1充填接顶

针对矿房进行分层充填，每个阶段10m一个分层，使每个分层都与下层矿房贯通，最上面一个分层掘进充填巷，与矿房顶板贯通，以便布置充填管路，从而保证每个矿房都能够充填接顶。具体解决方案：首先，矿房回采时由于矿体形状不规则，往往出现有高有低、凹凸不平的现象，钻进充填钻孔时必须先由实测数据找到最高位置，然后充填孔打到最高处，才能保证充填接顶；其次，在充填过程中，必须保障空场内的水和空气能顺利排出，尝试过打2个孔，但很难保证2个孔都能打到最高处的同时，还能将水和空气完全排出，最终决定不再打充填钻孔，必须保证所有空场都有充填巷道，从而保证充填接顶率达到98%以上。

3.5.6.2采场脱水

充填时预埋脱水管路，分层沿脉巷提前掘进水仓，充填脱水通过脱水管路流入水仓，经水仓沉淀后用泵排出。部分位置从下层向上钻进泄水孔，充填水经过泄水孔直接自流进入水沟，从而排出。

4结语

南洺河铁矿使用嗣后充填采矿法后，利用形成的充填体进行地压管理，可以控制矿房围岩崩落以及地表下沉。针对充填过程中出现了采场充填接顶、排水方面的技术问题，技术人员齐心努力，有效解决。分段空场嗣后充填采矿法的实施为保证南洺河铁矿地下采矿安全作业提供了有效的保障，也为其他缓倾斜矿体的矿山提供了技术参考。

参考文献

[1]Burd B J. Evaluation of mine tailings effects on a benthic marine infaunal community over 29 years[J]. Marine environmental research, 2002,53(5):481-519.

[2]张传信.空场嗣后充填采矿方法在黑色金属矿山的应用前景[J].金属矿山,2009(S1)：257-260.

[3]田举博,蔡蓓.分段矿房嗣后充填法在李楼铁矿的应用[J].金属矿山,2012(6):19-21.

[4]谢永生.分段空场嗣后充填采矿法在巴基斯坦杜达铅锌矿的研究与应用[J].有色金属工程,2012(1):39-43.

[5]张晓朴,官在平,王湖鑫,等.混凝土矿柱嗣后充填法采场稳定性监测与分析[J].金属矿山,2015(4):132-136.

[6]刘仁勤,郑荣祥.阶段空场嗣后充填采矿法在铜山铜矿的应用[J].采矿技术,2007,7(3):6-7.

The Application of Sublevel Open Stopping Subsequent with Backfilling Mining Method in Nanminghe Iron Mine

Zou Jun1Qiu Yu2,3,4Liu Jiadong5

(1.Wuan City Nanminghe Iron Mine Company, Jizhong Energy Fengfeng Group Co., Ltd.;2.Sinosteel Maanshan Institute of Mining Research Co.,Ltd.;3.State Key Laboratory of Safety and Healthfor Metal Mines;4.Huawei National Engineering Research Center of High Efficient Cyclic and Utilization of Metallic Mineral Resources Co.,Ltd.;5.Wentian College, Hohai University)

AbstractWith the improvement of the mining technology level and environmental protection requirements, the backfilling mining method is widely used in more and more metal mines. The specific mining process of the sublevel open stopping subsequent with backfilling mining method in Nanminghe iron mine is introduced in detail, the problems existed in real application are discussed and the corresponding treatment methods are also proposed. The application results show that the surrounding rock caving and surface subsidence are controlled effectively by the sublevel open stopping subsequent with backfilling mining method which can provide effective guarantee for the safety production of the mine, besides that, it also can provide reference for the similar metal mines with the slowly inclined ore-bodies.

KeywordsSublevel open stopping subsequent with backfilling mining method, Filling roof-contacted, Filling body dehydration

(收稿日期2015-11-05)

邹俊(1988—)，男，助理工程师，056300 河北省邯郸市。