上向分层充填采矿法在金属矿的应用及优势

郭荣魁 段恒甲

云南黄金矿业集团股份有限公司 云南 香格里拉 674400

不同的矿山在开采过程中应总分思考其开采装备水平、技术管理水平、经济条件等多方面因素，合有效结合多种采矿技术，理选择矿山开采方法，保证采矿工作安全可靠，尽量降低经济成本，提高经济效益[1]。

某金属矿矿宽体总体呈脉状，倾角60～80°，走向在340～50°之间，矿体厚度最薄为3 m，最厚为25米。此矿山的矿物矿石组成主要成分为磁铁矿，比较稳固；盘围岩组成不稳固，主要为蛇纹大理岩、黑云化湿片岩、蛇纹岩；下盘围岩比较稳固，主要包括透辉变粒岩、磁铁透辉岩等。因为地表不允许塌落，所以采用竖井进行矿床开拓，开采方法应用充填采矿方法。

一、上向分层充填采矿法的提出

在开采前期，应依据矿山开发利用方案明确的采矿方法，矿房回采方法为两步回采。

在矿房开采过程中出现了以下三方面问题:一是回采一步矿房完成之后的胶结充填方法为m(尾砂):(胶固粉)，其配比为1:6～1:4，此方法成本较高，浪费了经济资源；二是围岩塌落之后，矿房暴露面积明显增加，导致矿房不能较好控制采矿高度，在中段二步回采以及此矿区地压的管理工作带来了很大安全隐患；三是上盘围岩岩石的稳固性较低，在大量放矿的过程中，矿房大声垮塌，大量废石混入，导致矿石开采率降低。结合此矿山的是实际情况，并综合思考上下盘围岩、经济成本、贫化率以及损失等多种因素，之后采用上向分层充填采矿法开采矿床。

二、矿房的采准工程布置、结构参数以及采矿工艺

施工的技术参数主要包括:炮孔直径在40～45 mm之间，钎头直径在38～40 mm之间，孔距在0.8～1.3 m之间，最小抵抗线在0.8～1.2 m之间，孔深在2.0～3.0 m之间。应用2号岩石炸药进行爆破。

中段高度为50 m。如果矿体的厚度小于15 m，矿房的走向布置选择沿矿体走向，矿房长度为矿体厚度，宽度为12.5 m，每个矿房之间设置两个安全人行通道，其位置分别在矿体的下盘脉外和脉内；如果矿体的厚度超过15 m，矿房的走向布置选择垂直走向，矿房长度在30～40 m之间，宽度为矿体厚度。矿房分层高度为5 m，上向分层回采过程中，顺路将泄水井和钢溜井架设完毕。

矿房每次回采的落矿高度通常保持在2.0～2.5 m之间，回采方向为从下至上，崩落的矿石通过钢溜井—振动放矿机—主提升井的环节，最后经由罐笼将其提升到地表面的矿石堆场。

三、充填工艺

本次采矿使用的充填材料选择全尾砂加胶固粉。胶固粉尾矿砂浆与水泥相比具有离析现象较弱、脱水时间较短的优点，所以此种充填材料对对周围环境的污染也得到了有效控制，明显减少。

实验结果显示，充填试块强度与胶固粉添加量又密切关系。当充填料浆的浓度一致时，胶固粉的添加量越多，试块的单轴极限抗压强度也越高，在保证充填体强度的基础上，保证灰(胶固粉)砂(矿尾砂)的配比合理，对于降低充填成本和提高充填质量有重要意义[2]。鉴于此，应依据采场回采具体工艺要求充填体强度的具体标准对灰砂配比进行合理调整。除了胶固粉添加量因素，充填料浆的浓度也会影响充填试块的强度。在灰砂配比一致时，充填料浆的浓度越高，充填试块的强度也越高。在相同的可比条件下，此因素对试块强度的影响要明显高于充填料浆浓度因素的影响。结合某金属矿场的具体要求标准，通过塌落度测定、料浆浓度、尾砂沉降试验以及试块抗压强度等对充填指标进行合理选择。

(一)充填材料。采空区充填料为灰砂质量比=1:4～1:12的尾矿和胶固粉胶结砂浆，充填料浆的浓度在60～65%之间。分二步充填，每次分层充填的高度在2～2.5 m之间，先使用1:12的灰砂质量比进行充填，预留出0.5 m之后再使用1:4的灰砂质量比进行充填。

(二)充填步骤。首先使用毛石砼砌封堵墙。在防堵之前应保证人行安全通道畅通。如果矿房分层巷道与充填高度交错，必须密闭封堵分层巷道。

其次，进行电焊焊接，并顺路将钢溜井架设好。钢膜的直径最大不超过2 m，一般为1.5 m，厚度为10 mm，每节高度大约为1.0 m。钢溜井必须可靠牢固，并在其外壁将部分预埋件焊接完成。

接下来将充填管的各种配件安装好。在胶结充填矿房的分层过程中，先使用1:12的灰砂质量比进行充填。

最后充填胶结面。

四、采用上向分层充填采矿法的优势

首先，上向分层充填采矿法解决了采场贫化率降低的问题。原有的采矿方案中，极易造成边帮顶板发生垮塌，矿房在采矿过程中因为上下盘和房顶板的暴露面积较大，导致贫化严重。实践表明，矿场的采矿过程中，在矿房顶板地压管理矿房预留点柱以及减少边帮围岩的暴露面积具有非常重要的作用[3]。采用上向分层充填采矿法后，有效解决了矿房顶板稳固性较低问题，贫化率明显降低。

其次，上向分层充填采矿法有效保障了矿块地压安全管理工作质量。原采矿方案属于事后充填采矿方法，在采矿过程中，优于大量废石混入、顶底盘围岩不稳固，采场边帮的暴露面积也较大，因此采用措施进行充填，可以有效减少地压施工状况。

此外，上向分层充填采矿法还提高了矿块的回采率。原采矿方案中采用二步回采、一步胶结充填方案，但是在实际过程中，因为多种因素影响，矿房部分矿石尚未被采出。而应用此采矿方法后，围岩垮塌范围和时间均得到有效控制，矿块的回采率明显提高。

结束语

总而言之，在金属矿中应用上向分层充填采矿法，不仅保证的充填料脱水充分，还可以保证充填料对挡墙压力充足，矿房充填分二步进行，更加可靠、实用和简单，值得进一步发展和完善。