机械化水平分层充填采矿法在新桥矿业公司的应用

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采矿科学技术前沿论坛论文集
机械化水平分层充填采矿法在新桥矿业公司的应用
张钦礼 ， 田明华 ， ， 王新民
（
摘 宽度
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中南大学资源与安全工程学院， 湖南 长沙
要： 新桥矿业有限公司采用凿岩台车、 铲运机、 顶板服务 ， 矿房宽度 ， 最大控顶高度 ， 分层回采高度
； 新桥矿业有限公司， 安徽 铜陵市
足采场回采作业安全及凿岩设备能力的条件下， 应 尽量采用高分层回采。高分层回采具有以下优点。 （ 1 ）可以增大采场生产能力， 满足矿山将来扩 产的需要； （ 2 ）可以充分发挥无轨采掘设备的优势， 提高 设备生产能力和效率； （ 3 ）由于分层高度增加， 减少了崩落矿石与充 填体表面接触机会， 从而降低了二次损失贫化； （ 4 ）因分层高度增加， 在一定中段高度情况下， 可减少充填次数， 从而减少充填准备工作量， 减少引 流水和洗管水进入采场的机会， 提高充填体质量， 降
（ ）通风充填上山。为减少采准工程量， 每两 个采场共用一条通风充填上山。通风充填上山布置 在两采场交界处、 第二步回采的矿房内。上山规格 ， 倾角 。在保证上盘岩体稳定、 顶 板安全的条件下， 通风充填上山尽量靠近上盘布置， 以改善采场通风效果。第一步矿柱充填前， 首先在 通风充填上山靠近矿柱一侧架设隔板， 以保护该上 山。在 水平布置回风充填平巷， 规格 ， 以形成完整的回风网络。 （ ）溜矿井。由于矿体倾角较小， 溜矿井不适
低充填成本。 根据新桥公司深部矿体开采技术经济条件， 并 参考凿岩设备能力， 确定回采高度 3. 2 m。 . 凿岩爆破 凿岩采用 BOOmer281 全液压凿岩台车， 由于凿 岩台车不接钻杆可钻 4 m 深炮孔， 为提高凿岩效率， 确定炮孔深度 4 m， 炮孔直径 48 mm。与上向炮孔 相比， 水平孔具有所需最小控顶高度小、 顶板平整、 有利于顶板安全管理等优点。但水平炮孔作业工作 面受限、 一次爆破量少、 作业循环多、 采场生产能力 小。鉴于新桥公司深部矿体开采技术条件复杂， 顶 板管理难度大等实际情况， 确定采用水平炮孔。如 果合理布置同时回采采场， 使无轨设备在各采场间 能够实现快速移动， 不造成大的窝工， 仍然可以发挥 无轨设备生产能力大的优势。 采场最小控顶高度 1. 8 m， 按爆破矿岩松散系 数 1. 5 计算， 3. 2 m 高分层矿石崩落后松散矿石高 度 4. 8 m， 计算出的崩落矿石实际占用空间占存在 自然空间的 96% ， 如果考虑切割槽空间， 实际占用 空间比例还会降低， 如果不考虑矿石自然安息角， 可 以满足自由空间爆破要求。 采场每次爆破所有炮孔钻凿完毕后， 用装药器 装填散装炸药， 装药时， 可以采用服务台车， 也可以 人工骑在凿岩台车钻臂上进行机械装药。 . 通 风 新鲜风流经斜坡道、 分段平巷及采场联络道进 入采场， 冲洗工作面后， 经上盘充填通风上山， 排入 上阶段回风巷。每次爆破， 必须经充分通风 （ 通风 时间不少于 40 mmm） 后， 人员方能进入采场。 .
采矿方法简介及采场结构参数
新桥公司坑下开采一期工程 （ 水平以 上） ， 主要采用两步回采的分段空场嗣后充填采矿 法， 即将整个盘区划分为矿房矿柱， 先用中深孔落矿 的分段空场法回采矿柱， 胶结充填形成人工矿柱， 然 后 在 四 周 人 工 矿 柱 保 护 下， 用同样方法回采矿
［ห้องสมุดไป่ตู้房 ］
。该方法工人不进入空区， 安全性好， 但由于
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回
采
采场顶板地压管理 采场最 大 控 顶 高 度 5 m， 最 大 暴 露 面 积 1330
分层回采参数 采场分层回采参数， 实质是指分层高度。在满
m ， 有效的采场顶板地压管理是保证回采作业安全 的关键因素。由于控顶高度大， 无法用人工手段处 理顶板浮石， 为满足高分层回采顶板地压管理的要 求， 引进带顶棚保护装置及自行和升降装置的采场 服务台车， 实现与凿岩台车、 铲运机等大型机械化采 掘设备的配套。采场爆破并经过有效通风排除炮烟 后， 安全人员操作采场服务台车， 清理顶帮松石， 如 顶板矿岩异常破碎， 经撬毛处理后， 仍无法保证正常 作业， 可考虑其它顶板支护方式， 如悬挂金属网， 布 置锚杆等。 二步矿房回采， 由于受相邻充填采场充填接顶 不充分、 充填质量难以保证、 充填渗水等影响， 矿岩
大量开凿底盘漏斗， 劳动强度高， 电耙道支护、 采场
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通路封闭及泄滤水困难， 充填体质量难以保证， 且不 能进行分采。因此， 在坑下开采从 入 水平转 水平时， 试验采用了两步回采的机械化
上向水平分层充填法。上向水平分层充填法的应用 实践表明， 该方法具有采准简单、 采准工程量小， 采 场准备周期短， 损失贫化率低， 便于不同矿种矿层分 采等优点， 适合 及以下水平矿体的开采技 。 术条件。由于矿体水平厚度较大， 采场垂直矿体走 向布置， 采场长度为矿体水平厚度， 阶段高度 根据不同矿房矿柱跨度组合时， 采场稳定性的弹塑 性有限单元数值分析法模拟结果， 矿柱、 矿房跨度分 别为 和 ， 矿房矿柱交替布置。由于矿柱 为胶结充填， 矿房为非胶结充填， 因此小矿柱、 大矿 房的采场结构有利于降低充填综合成本。 根据凿岩台车高度， 确定最小控顶高度 ，
）
台车， 采矿方法变更为两步回采上向水平分层充填 采矿法。
台车配套的机械化水平分层充填采矿法， 两步骤回采， 矿柱 。首先回采矿柱， 胶结充填后， 形成人工矿柱， 在人工 矿柱保护下， 第二步回采矿房， 进行非胶结充填。所采用的 采准、 切割及回采工艺合理， 经济技术指标先进， 可供类似条 件矿山借鉴。 关键词： 无轨采矿； 充填采矿法； 人工矿柱 中图分类号： 文章编号： （ 文献标识码： ）
张钦礼， 等： 机械化水平分层充填采矿法在新桥矿业公司的应用
稳固性比第一步矿柱采场要差， 顶板安全管理任务 更加繁重。除了采用上述安全技术措施外， 在生产 过程中， 要加强适时安全监督， 保证每个工作班组都 有专职安全人员， 在各生产工作面进行不间断安全 检查， 发现问题， 及时处理。 ! "# 出# 矿 采场崩落矿石由 设在溜井底部的振动出矿机向 过电机车牵引 （ 一般每列车由 装满系数， 可运载矿石 矿。第一分段溜井高 电动铲运机铲装 矿车供料。通 节矿车组成， 考虑 ） 运至主井矿仓卸 后， 经采场联络道、 分段平巷卸入下盘脉外溜井， 由
场联络道坡度满足无轨设备爬坡能力要求， 分段平 ， 分别布置在距 和 的高度上； 以上
分段平巷到采场的距离， 应保证采场联络道坡 度要求； 采场联络道与分段平巷之间保证 此前提下， 尽量缩短采场联络道的长度。 的转弯半径， 并使铲运机有一定的直线铲装距离， 在
图 "# 机械化上向水平分层充填法
（ ）采场联络道。每个分层均布置一条采场 联络道， 沟通采场和分段平巷。其中， 下向采场联络 道坡度 ， 从分段平巷用普通掘进方法形成， 水 平采场联络道则在向下的采场联络道顶板上挑顶形 成， 而上向联络道则由水平联络道上挑形成， 坡度 。挑顶崩落的废石， 可用来充填该采场联络道。 采场联络道规格与分段平巷相同 （ ） 。 采场联络道布置在采场中央， 以利于台车和铲 运机作业， 且采场开口阶段作业效率高， 采场两侧边 界易于控制。采场充填时， 用木板封闭采场联络道。
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最大控顶高度
（ 分层回采高度
） 。由于
水平留有 新桥矿业有限公司 （ 以下简称 “ 新桥公司” ） 传 统的地下采矿方法是普通凿岩机凿岩、 电耙出矿的 两步回采嗣后充填采矿法。为提高生产能力、 降低 工人劳动强度， 矿山先后引进了 单臂凿岩台车、
收稿日期： 作者简介： 张钦礼 （
左右的底柱， 因此，
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矿业研究与开发
会议论文集
于倾斜布置， 因此， 每个分段布置一条垂直溜矿井， 溜矿井布置在下盘脉外， 规格 3. 0 m X 2. 0 m。考虑 必要的铲运机直线卸载距离， 溜矿井与分段平巷间 由 7 m 长的卸载平巷 （ 规格 3. 2 m X 3. 0 m） 相连接。 溜井底部由规格为 3. 0 m X 3. 0 m 的装矿平巷与主 运输平巷相连。铲运机有效运输距离 150 m， 根据 采场水平长度， 每 4 ~ 5 个采场共用一个溜井。 （ 6 ）脱水管。由于矿体倾角小， 采场水平长度 大， 一个脱滤水井不能负担整个采场的脱滤水工作， 需布置多个脱滤水井。由于脱滤水井人工架设工程 量大， 施工困难， 为降低充填成本， 提高分层充填效 率， 采用公司当前井下使用效果较好的 PVC 塑料脱 水管。脱水管直径 75 mm， 在塑料管上钻凿泄水孔， 周围包裹两层砂布。为提高脱滤水效果， 在采场中， 按单管负担 20 m ~ 30 m 脱水距离 （ 单侧） 布置多条 脱水管， 脱水管采用快速活动接头， 每分层充填前首 先接长脱水管。脱滤水通过布置在采场底部的水平 管导入 - 300 m 底盘沿脉平巷水沟。 . 切割工程布置 根据高分层回采作业的需要， 每个采场拉底层 高度设计为 1. 8 m。首先从靠近矿体的沿脉运输平 巷掘进穿脉平巷 （ 规格 3. 0 m X 3. 0 m） 通达矿体， 然 后在采场中央按 2. 2 m X 1. 8 m 断面规格掘进切割 平巷， 以切割平巷为自由面用 7655 凿岩机向两边扩 帮， 直至采场两边边界。 回采炮孔为水平中深孔， 因此， 除了拉底层外， 还需形成切割槽。考虑凿岩台车工作尺寸， 切割槽 宽和高均为 3. 2 m， 用普通方法形成。
采准切割
! "# 采准方式 采用脉外采准， 在矿体下盘布置两条沿脉运输 平巷， 规格 ， 每隔 个采场施工一 条穿脉巷道， 连通运输平巷， 形成环形运输系统 （见 图 ） 。采用下盘脉外采准有如下优点。 （ ）采准工程受采空区影响较小， 便于维护和 应用。 （ ）采场经脉外采场联络道、 分段平巷与主斜 坡道相通， 无轨设备可在全矿调度使用， 可充分发挥 无轨设备效率高、 移动灵活的优势， 而且维修方便。 （ ）若采用顺路溜井， 虽可缩短出矿运距， 但因 矿体倾角缓， 一条溜井不能担负矿块全高的出矿任 务， 且溜井架设困难， 采用脉外溜井可以克服以上 矛盾。 （ ）主要采准工程布置在下盘脉外， 可以实现 无底柱开采， 提高资源回收率。 ! !# 采准工程布置