人工假顶在上向进路胶结充填采矿法中的应用

周 峰，王兴旺

（湖北大冶市大红山矿业有限公司，湖北 大治 435100）

1 概况

大冶市大红山矿业有限公司是一个年产59万吨中型地下矿山，矿山采用分段空场嗣后充填采矿法进行开采，采场以垂直矿体走向方向布置为主，靠东西翼较薄的部分采场沿走向布置，中段高度50m，分段高度9m～11m，采准工程脉内布置，顶柱高5m～7m，底柱高6m～8m，为堑沟受矿的平底结构，采用铲运机出矿。目前一期-220m～420m中段矿房矿柱已基本回采结束；空场嗣后充填采矿法遗留的顶底柱未回采，为了更好地回收利用资源，已开始对320m中段顶柱，270m中段底柱采用人工假顶分步骤回采法进行回采，并取得了较好的技术经济效果。

2 采场顶底柱现状

2.1 采场地质概况

矿体呈不规则透镜状，长350m，厚度10m～103m，赋存最低标高-770m，倾角70°～80°，向南东侧伏，侧伏角60°，组成矿体的矿石类型，以铜铁矿石为主，铜平均品位1.21%，铁平均品位32.55%。矿体上盘围岩为大理岩，矿体下盘围岩主要是石英闪长岩；近矿围岩蚀变有石榴石矽卡岩化、蛇纹石化、高岭土化和碳酸盐化等。

2.2 采场现状

回采区位于大红山矿山一期工程-320m中段、-270m中段9B～11穿剖面线间，具体标高-274m至-267m。

本次回采主体围绕井下已有系统及采切工程进行采场布置。其中在-270m中段将回采一分层（-267m至-264m底柱）矿体，-270m中段上、下盘沿脉均已施工，溜井沿用上盘西部9穿溜井，9B穿脉、101穿脉作为采场出矿巷道，采场沿用上盘东部11B天井回风，其它各系统均已布置至-270m中段；在-277m分段将回采二分层（-270.5m至-267m）、三分层（-274m至-270.5m）矿体，-277分段上盘已施工9B剖面线至11穿剖面线之间沿脉，沿脉西部联通9穿溜井、东部联通11B回风井，出矿巷已施工有多条，其它各大系统已从-270m水平沿天井或斜坡道布置至-277m分段。

3 顶底柱回采方案选取及应用

由于该顶底柱回采时上下中段矿房矿柱均已回采，虽然尾砂胶结充填体已处理采空区，但脉内应力集中现象还是普遍存在。为确保安全，采矿方法选用先做人工假顶的上向进路胶结充填采矿法回采方案，即先在270m中段底柱上制作人工假顶；后将320m中段顶柱分两层进路切割回采，再用尾砂胶结充填。

3.1 回采方案选取原则

（1）安全上可行。安全是残矿开采时的首要原则，开采过程中应保证-220至-200m防水隔离矿柱的稳定性，以及保持试验矿块上方50m高的充填体不发生明显的应力或位移变化；确保试验矿块及深部矿体的开采过程中矿山能安全持续生产，避免大规模地压活动可能造成的破坏。

（2）经济上合理。一是充分利用矿山现有的开拓、采准工程及充填管网布置，减少采切比；二是合理设置采场结构参数，减小矿石的损失率及贫化率。

（3）效率上兼顾。在保证安全和经济的情况下，兼顾残矿回采的开采强度，缩短复杂环境下的采矿作业周期，减少采场在充填体下的暴露时间。

3.2 回采方案

3.2.1 采矿工艺布置

（1）采场结构参数：矿块分为3个分层进行回采，以-270 m水平为界分为两部分，其中-270m水平以上仅一个分层高度为3 m，-270 m水平以下有2个分层，每个分层高3.5m（根据-320 m顶柱实际高度进行调整）；矿块沿走向60 m长，宽度为矿体水平厚度。3个分层从下往上分别为1分层、2分层和3分层。

其中3分层采场采用沿走向布置，1、2分层主要为垂直走向布置，局部靠近上盘区域采用沿走向布置，如图1所示。

（2）回采顺序：整体回采顺序：三分层（-267m至-264m）→一分层（-274m至-270.5m）→二分层-270.5m至-267m。

单分层回采顺序：因上盘稳固、下盘破碎，为保障作业安全，秉行“先下盘、后上盘”，“先两头、后中间”的原则，逐一退采。

3.2.2 主要回采工艺

（1）采切工程布置：回采矿体分作两个分段进行回采，其中-274m至-267m矿体从-277m分段施工采切工程回采，-267m至-264m从-270m分段施工采切工程进行回采，斜坡道已贯穿两个分段。回采矿体周边布置有1条（9穿溜井）、1条回风井（11B）、1条人材井，沿脉工程与脉外切割工程均已施工完毕，本次施工可沿用。

施工时对回采区域矿体每个分层划作1-3个盘区，盘区之间交替生产作业，形成一备一用、一充填一生产的循环作业，达到持续供矿。

（2）采矿。凿岩采用浅眼落矿设备。采切进路及平巷炮眼深度为2.3m，凿岩台班效率60m/台班，每班配置凿岩机2台，凿岩工2名。一、二分层每班崩矿量约75吨，三分层每班崩矿量约65吨。按两盘区同时作业生产能力可达到130～150t/d。

图1 先做人工假顶的上向进路胶结充填法

（3）出矿。进路内崩落矿石采用WJD-1.0型电动铲运机进行出矿，第3分层矿石从270 m中段上盘运输巷道倒至9穿矿石溜井中；第1、2分层矿石通过脉内运输巷、穿脉出矿进路及上盘运输巷运至各分区对应的上盘矿石溜井，然后放至-320 m中段水平，再通过主井提升至地表。

（4）人工假顶制作：先回采第3分层，回采的同时，架设好充填管路，每条进路回采完后，在进路中铺上钢筋网，然后进行尾砂胶结充填。进路规格宽×高为3 m×3 m。

人工假顶采用钢筋布筋、尾砂胶结充填制作人工假底，如下所示：

图2 假顶制作图（东南等轴）

（5）充填：沿用矿山现有的充填工艺，采用尾砂胶结充填，各分层采准工程完成的同时，需完成充填管道的架设。

第3分层需先铺设好钢筋网再进行充填，充填料浆灰砂比为1:4，此分层作为下部2个分层回采的顶板，因此，充填体强度要求达到4MPa以上；各分层进路式回采均分为二步骤的隔一采一回采方式；第1、2分层在一步骤回采完后，采用高强度的充填体进行充填处理，充填料浆灰砂比为1:4，二步骤为回采充填体之间的矿柱，可采用低强度的充填体进行充填，充填料浆灰砂比为1：8。

（6）通风：回采采场新鲜风流沿-320m中段各穿脉进入上盘运输巷，再由斜坡道进入-270m、-277m水平上盘运输巷，再通过JK58-1No4.0（5.5kW）或JK58-1No4.5（11kW）轴流风机将新鲜风流送入工作面，污风通过8穿人材井、9穿溜井、11B穿回风井回至-220m中段，再通过-220m水平下盘回风巷及采区回风井进入总回风系统。

3.3 回采效果分析

从9B～11穿间人工假顶及第一步骤回采看，基本上达到设计前所要求的效果，整个回采过程没有发生任何安全事故，单个采区采矿贫化率8%，损失率8%,采矿人工假顶工效65t/d，二步骤回采150t/d。

（1）在接顶回采过程中没有发生任何事故，这是因为设计方案成熟可靠，工程技术人员现场跟踪到位，现场安全管理始终贯彻“安全第一，预防为主，综合治理”的方针。

（2）采矿贫化率偏高，主要是因为原来充填巷道中部分充填体与矿石较难区分，顶柱底板部分在充填体中，故造成贫化率偏高。

（3）采矿损失率偏高，设计5%，实际达到8%，主要是人工假顶原三角矿柱未全部回采，二步骤回采中原来顶柱底板损失部分矿量，下一步将加大探底摸边工作，以控制矿体底板标高以减少贫化和损失。

4 结束语

采场顶底柱回采是一项技术性强，难度大的工作，需要好的设计方案和切合实际的现场组织管理，通过该采场的实践，总结以下几点体会：

（1）在顶底柱回采过程中，尽可能使充填接顶，减小空场体积。

（2）合理组织，严格控制回采顺序。