脉内上向水平分层充填采矿法的应用

赵永波

（赤峰柴胡栏子黄金矿业有限公司，内蒙古 赤峰 024039）

随着科学技术的发展，矿石资源的需求量进一步增多，促使矿石采集数量也相应有所提升，充填采矿法的应用范围更为广泛，其中特别是对于上向水平分层充填采矿法，作为重要的矿产开采方式，逐步在行业中展现出卓越的优势特点。采用上向水平分层充填采矿法，就是结合回采工作面持续延伸，对于采空区域进行物料填充，通过充填体的注入，更好的管理地面压力，防止岩石的崩落或地表下沉的现象出现。由此，可以优化回采工作，创设安全且便捷的工作环境，有效地规避自然醒矿石内燃火灾出现的可能。通过辩证性的分析方式，他就上向水平分层充填采矿法的基本特征，设定相应的应用方案，逐步落实实践过程相关技术完善的目的。

1 下向分层充填采矿法的特点及应用条件

下向分层充填法是在阶段中自上而下并在胶结充填料的人工顶板下分层回采。在矿岩极不稳固、地表又不允许崩落的条件下，可以安全地在人工顶板下进行作业；不会造成矿石回采过程中大量贫化和损失；矿体形态局部发生变化不影响回采。下向分层充填法的开采方案主要有：下向水平分层胶结充填法；下向倾斜分层胶结充填法。在采用下向分层胶结充填法的矿山中，大部分是采用倾斜分层回采。为了达到最经济、最可靠的接顶方法，采用倾斜进路回采方式，回采进路时形成5°～12°的顶底板，这样可达到较好的充填料自流接顶。

下向分层充填法是在整体胶结充填体顶板下工作，特别适用于矿石价值高、矿岩条件松软、地面不允许崩落情况下的矿床开采。由于下向分层充填法工艺较复杂，所以比上向分层充填法的充填成本高，矿块单位面积产量较低。但这种采矿法适用于复杂的矿山开采条件，如围岩很不稳固，矿石和围岩均很不稳固，以及地表和上覆岩层需保护等。特别适合开采节理发育、松散破碎的难采矿体，该法能避免在大面积不稳的矿石下作业，提高了回采作业的安全性和可靠性；用于开采高价值的矿石。当矿岩不稳固时，整体稳固的顶板提供了安全的作业条件；矿石的回收率高、贫化率低；进路的方向、位置及数量可以根据地质、矿床变化情况进行调整，灵活性大；根据充填情况好坏，可使上部阶段和地表不变形或少变形。

2 回采布置的一般形式以及特定方案内容

上向水平分层充填采矿法按照特点进行区分，包含三个类别，沿走向、垂直走向以及点柱式上向水平，区分标准可以结合矿石采集场地的结构，或是工作面的表现特征，以及选择工艺的具体特点。

2.1 沿走向上向分层充填采矿法

对于该方式的分层充填采矿法应用，具体的结构表现出更加整体化的特点，沿着矿体的走向，规划一定的长度，作为矿产资源开采场地，更好的保障回采工作的平行运转，有利于设备运行过程中展现出较高水准，整体作业效率较高，矿石的回收率相应有所提升。对于该方案更加适用于矿体厚度在10m 至15m 的矿体中，采场宽度与矿体厚度相一致，以50m 为最低标准，更有甚至超过300m。选择矿体厚度最薄的地方进行开采，当使用无轨设备时，可以应用沿走向脉内斜坡道分层的充填方案。

2.2 垂直走向上向分层充填采矿法

此方案结构的核心关键就是能够按照矿体的走向，进行矿房和间柱结构的划分，矿产资源开采场地中，垂直于矿体的走向予以布置，第一步需要构建回采的矿房，之后就是确立回采的间柱结构。矿房需要预先用胶结进行充填，构建人工设计的矿柱，由此更加便捷之后步骤的回采间柱结构设定。通过借助无轨设备的优势，进一步进行规划，发展构建盘区开展分层充填工作，依照矿体的实际走向进行盘区布置，组合3 至5 个垂直走向分布的矿房，在每一个矿房之间都留存一定的空间，用于设置间柱，更好的达成无轨采矿的作业目标。该充填采矿方式可以有效地解决厚度较大的高品位矿床中，损失和贫化指标相对较低，特别是在矿体规则且矿岩稳固的情形下，有利于加快铲运机的运转速度，尽可能地抬高分层的间隔空间。

2.3 点柱式上向分层充填采矿法

顺沿矿体的走向或是垂直于矿体走向布置矿块的方式称之为点柱式上向分层充填法，为了更好地提升顶板的支撑效果，在矿块之间留存5m 左右的间柱，并且在矿房内安置多种形态的点柱，可以是圆形，也可以是方形，直径控制在五米和8m 之间。当遇到矿山上盘围岩条件较差，不太稳固的情形时，就可以凭借矿体顶盘留存的半圆柱结构，对上盘围岩进行有效的支撑。上述方式中所提到的全部结构，间柱、点柱和半圆柱从本质特点上进行分析，是永久性的，必须应用单步骤的方式完成回采。对于此方案的应用，不会产生较大的矿石损失，损失额度相对可控，范围在30%之内，更加适用于地面需要维护且矿石品位很低的矿床开采中。

对于上述所提到的三种上向充填采矿法进行结构区分，都可以灵活运用，单一使用可以获取相应效果，相互之间交叉融合应用应能够具有研究价值。能够有效地提升矿石资源的开采效率，尽可能地减少损失指标，实现控制贫化指标为核心的任务规划。在具体实际应用环节，需要注重回采方案的选择，依据实际矿体的特征，应用最合理且适宜的充填采矿方式，减少能源浪费的同时，提升矿石开采效率，降低成本支出，更好的契合当下矿产开采的需要。

3 上向分层充填采矿法应用中存在的制约

3.1 充填成本与市场价格相关联

依据各类调查结果，水力充填费用支出约为整体采矿成本费用五分之一，但是矿石填充的费用可能会占总成本的一半。出现该现象的主要原因是因为需要应用水泥和压气输送胶结，按照一定的配比构成充填物料，市场价格占据主导，市场敏感度相对较高。所以，为缓和成本矛盾，有些会选择更为廉价的水泥和胶结作为替代品，或是控制并调整灰沙比，应用全新的胶结材料输送方法。也正是由于成本支出较多，当重金属市场价格波动时，该方式进行开采的矿产资源受到的影响较大，效益受到的抨击过重，可能会出现亏本的情况。

3.2 充填系统整体构造更为复杂

我国很多回采矿房充填都是预先使用胶结的，但是由于涵盖的工艺步骤较多，不作为主要赘述的内容，之后再采用水力的方式充填回采间柱，由此，进一步保障充填系统的完整性，但是也促使生产管理过程更加繁琐且复杂。当然，如果对于回采矿房和回采间柱两部分结构都使用胶结进行充填，会大幅度增加矿产资源开采的成本，需要对此结果进行经济价值分析，寻求最佳的解决方法，已达到解决问题并提高经济效益的目的。

3.3 阶段间矿柱回采难度相对大

通过应用向上分层充填采矿的方式，很多情况下都是当地面存在较大地压，或是矿体以及围岩质量较差，构建了比较适宜矿房回采的发展环境，通过使用胶结充填的过程，弥补采空区的不足，创设更加安全且便捷的矿产资源采集条件。当胶结充填后，整体岩层的强度需要帮助围岩获取较高水准的支撑，此时将潜移默化的增加回采的作业难度。也就是说，需要尽可能地提高人工关注程度，通过创设人工点柱的方式来代替原有的矿石柱，回采更多的资源，尽可能地降低回采成本。

3.4 采场顶板不能发挥支撑效用

对于采场顶板出现的支撑性问题，具体按照形式划分，有多种类型，最为常见的就是顶板的岩石出现破碎；当遇到节理发育，制造了更加复杂的岩层地带；还有矿房回采完毕后，将如何接顶；又或是地压出现倾斜，充填体表面不够平整，很多需要两步回采的矿柱需要在充填体内代替巷道等等。

4 上向水平分层充填采矿法的应用实践

上向水平分层充填采矿法在实际创产资源开采环节具有较为宽泛的应用，由于每个矿山中蕴含的矿产资源以及周边岩层的实际特征大不相同，各有各的特点，所以对于相关采矿方式选择时，需要依据实际情况进行综合的考察，并不是所有的矿产采矿方法应有经验都能够得到验证，就比如支护方式的方式，所以需要依照实际的矿山特点对于技术选择而进行改进和优化，以此来探寻到最适合该矿山的采取方法。当然，需要坚守必要的技术原则，平顶稳定，管理边界，控制较大块的矿石，实现快速循环的目的，显著提高采场整体的生产能力，凸显出采矿和充填成本降低的优势，追求实际采矿收益最大化。

4.1 专注于采场顶板管理

对于采场的顶板必须保障光面的平整度，顶板在短轴上呈现微微拱起的形态，还需要借用适宜的顶板支护方式，控制落矿孔之间的间隔，控制采场大块出现的概率，熟练地应用矿体回采方法，始终坚守“安全第一”为前提，尽可能地提高生产能力。

4.2 依据废石不出井原则

对于矿产资源开采过程中发现的废石，直接填充至采空区，或是集合废石的特征，规划临时性的围挡，具体的操作过程就是在采空区内充填废石，确保间柱以及上、下盘区都优先留存2m到5m 的距离，为充填体提供一定的摩擦系数。不仅可以缓解矿井整体的地面压力，也能够控制充填体的数量，降低充填成本的同时，加大了充填体的实际强度。

4.3 加快采场内循环速度

对于向上分层充填采矿法的实际应用过程提出适宜的策略措施，尽可能地注重采场内的作业循环效果，需要加快采场内不同分层间的循环速度，也就是说，规定采矿、出矿和充填准备工作的时间长短，预先对矿山内的岩石性质有清晰地了解，判断整体的支撑时间和空间大小，可以设定合理的测算试验，有效地做到当顶板压力释放之前，圆满完成上述工作内容。对于全部矿山的采场充填循环图表的制作是十分有必要的，依照月度或是年度为时间跨度，保障各个采空区内都能做到充填工作的有条不紊，维护采场运转的可持续。

4.4 优化回风井的实际应用

在两个相关联的采场，在进行回采作业时，注重充填回风井安置条件选择，设置在两个采场间柱的位置上，如果矿房较大，可以在矿体中适当增加低品位矿石，留存出采场点柱的位置，有效地减少采场支护强度，确保采场生产更加安全。如采用二步回采的矿房，可以在一步回采阶段，把脉内溜矿井设计在二步回采的交界处，作为二步回采的充填回风井结构，节约了大量的矿产资源开采的工期，控制了实际成本支出。

4.5 完善分段回采作业效果

对于采场内岩石情况比较稳定的，且f 系统的数值超过10，那么在实际的回采环节，将会产生少量的矿渣，对于此类情形的出现，可适当提高分层回采的高度，或是采用分段回采的方式，精准掌握钻孔爆破瞎用，尽可能去减少岩层内部的循环次数。尽可能地提高矿产能源的生产效力，对于各个岩层中节省出的成本开销，发挥重要积极效用，是未来采矿方法应当重点关注的部分。

5 总结

通过上向水平分层充填采矿法直接利用井下矸石充填采空区，可缓解提升运输系统负荷，降低充填成本，具有较好的经济效益。该采矿法适合于急倾斜薄矿脉破碎带类型矿体开采，优化了采矿技术经济指标、降低了采矿成本，为国内同类矿山探索合适的采矿方法提供了思路。由此，能够更好地改善矿井作业的工作环境，提供更加安全且便捷的作业条件，显著提升矿产资源实际的生产效率，进一步推动矿产资源开采充填工作发展创新。