论上向分层充填采矿法的应用探索

采矿工程
M ining engineering
论上向分层充填采矿法的应用探索
祝国强
（中钢集团山东矿业有限公司，山东　临沂　２７７７００）
摘 要：中钢集团山东矿业有限公司的兰陵（原名苍山）小闫庄铁矿矿段地处地平面起伏较小的丘陵地区，矿区内地质多为褶皱构造及断裂构造，矿床呈缓倾斜中厚矿体的双层马鞍状，矿岩属极稳固性，水文地质简单，但矿区地表有保护对象。

基于该矿区的基本条件，本文论述了针对矿区采用的上向分层填充采矿方法的可实施性和技术优势，以期能为相关的矿产开采工作提供理论参考。

关键词：铁矿；上向分层填充采矿法；矿山开采
中图分类号：ＴＤ８６３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２１）０８－００５０－２
On the application of upward slicing and filling mining method
ZHU Guo-qiang
（Ｓｉｎｏｓｔｅｅｌ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｃｏ．，　Ｌｔｄ，Ｌｉｎｙｉ　２７７７００，Ｃｈｉｎａ）
Abstract: Ｔｈｅ　Ｘｉａｏｙａｎｚｈｕａｎｇ　Ｉｒｏｎ　Ｏｒｅ　Ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ＳＩＮＯＳＴＥＥＬ　ｉｓ　ｌｏｃａｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｉｌｌｙ　ａｒｅａ　ｗｉｔｈ　ｌｉｔｔｌｅ　ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｐｌａｎｅ．　Ｔｈｅ　ｇｅｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｒｅ　ｆｉｅｌｄ　ｉｓ　ｍｏｓｔｌｙ　ｆｏｌｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．　Ｔｈｅ　ｏｒｅ　ｄｅｐｏｓｉｔ　ｉｓ　ａ　ｄｏｕｂｌｅ　ｓａｄｄｌｅ　ｓｈａｐｅ　ｏｆ　ｇｅｎｔｌｅ　ｄｉｐ　ｍｅｄｉｕｍ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｒｅｂｏｄｙ，　ｔｈｅ　ｏｒｅ　ａｎｄ　ｒｏｃｋ　ａｒｅ　ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ　ｓｔａｂｌｅ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ｓｉｍｐｌｅ，　ｂｕｔ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｒｅａ　ｉｓ　ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ．　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｒｅａ，　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｐｗａｒｄ　ｓｌｉｃｉｎｇ　ａｎｄ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｍｉｎｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｒｅａ，　ｓｏ　ａｓ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｍｉｎｉｎｇ　ｗｏｒｋ．
Keywords: Ｉｒｏｎ　Ｏｒｅ；　ｕｐｗａｒｄ　ｓｌｉｃｉｎｇ　ａｎｄ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ；　Ｍｉｎｉｎｇ
中钢集团山东矿业有限公司兰陵小闫庄矿段位于山东临沂市兰陵县与枣庄市交界处，该矿始建设于2006年，2011年年底建成并投产。

矿区周围交通较为发达，乡间公路众多，且有206国道贯穿，距离周边的高速路口也较近。

本矿山周围有诸多其他铁矿区环绕，且矿山之间相距较近。

另外矿区的地上建筑和设施也相对完善，所以在采矿工作中需要首先考虑到保护周边的居民住宅和相关的通讯、生活等设施。

填充式的采矿方法能够有效的防止地面塌陷事故的发生，根据矿区当地的基本情况，选择应用上向分层充填采矿法，加强地表监测，从而保证整个矿区采矿工作的安全进行。

1 开采方式的选择
1.1 采矿方法选择原则
①采矿方法选择以采场安全为前提条件。

②新的采矿方法尽量利用矿山现有工程和设备，以减少投资。

③实现采矿与充填有效衔接，保证矿山生产能力得到提高和稳定。

④充分回收矿石资源，矿石回收率达到80%。

⑤满足矿山年生产能力200万t的整体要求。

⑥减少回采充填步骤。

1.2 初选采矿方法
由于矿区地表有公路、村庄、光缆等设施，搬迁费用较大；矿区地形平坦，尾矿库、废石场占地面积大，选址困难。

从以上两点考虑，根据《中钢集团山东矿业有限公司苍山铁矿采矿方法优化论证》和《安全预评价报告》的建议，确定采用两种类型的采矿方法：①地表没有建筑物的矿段，采用空场法嗣后充填采空区防止地表塌陷。

②地表有建筑物需要保护的矿段，采用上向分层充填采矿法。

以下主要针对矿区使用的上向分层充填法中的盘区点柱式上向分层充填法进行论述。

2 上向分层填充采矿法的应用
2.1 矿块构成要素
小闫庄矿区矿块沿矿体底板伪倾斜布置。

矿块沿矿体走向布置中段高度为50m，矿块长度80m~120m，矿柱宽度为20m~40m，每次开采的分层高度4m左右，开采之后采用尾砂胶结材料进行充填。

矿房与矿柱长度参数的选择，主要是根据采场容许暴露面积的大小确定；分层高度主要根据采矿设备和处理顶板的措施确定。

2.2 采准与切割
采准工程采用脉内外工程联合布置的形式。

需要的采准工程主要有：盘区斜坡道、拉底穿脉巷、沿脉切割巷、采场人行充填回风井、脉外溜井及溜井联络道等。

方案简述如下：
首采分段中，由中段运输平巷向矿体开凿两条拉底穿脉至Ⅲ号矿体上盘边界，以控制矿体的变化；然后沿Ⅱ、Ⅲ号矿体的下盘掘进沿脉拉底巷至盘区走向间柱，并与间柱内的人行充填回风井的联巷相通；而后施工充填回风井使之与盘区内各个分段的拉底沿脉、上中段的回风道相通；同时盘区斜坡道向盘区内开凿第二个分段的进路至Ⅲ号矿体上盘边界，而后亦沿矿体下盘边界开凿沿脉巷与分段回风联巷相通。

沿脉切割拉底巷掘进至溜井附近时，开凿溜井联络巷，使之与分段间的采场连通。

完成上述工程后，第一分层从沿脉巷垂直走向向上盘施工切割巷，再拉底。

二分层后向下盘边界施工切割巷，再拉低，压顶。

期间根据允许暴露面积的大小留有上下对应的点柱，以支撑上盘顶板。

暂时按12m×12m间距布置断面为4.0m×4.0m的点柱支撑顶板。

收稿日期：２０２１－０４
作者简介：祝国强，男，生于１９８５年，汉族，江苏沛县人，本科，工程师，研究方向：采矿工程。

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采矿工程
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计算采准切割工程量时，考虑了以下几点因素：（1）设计时形成的采场顶板为理想状态下的形态，而苍山铁矿顶板为大部分为层状顶板，为保护顶板需要形成抗压性较好的拱形。

因此实际上，当矿体倾角较缓或较厚时，回采上一分层时下盘矿体回采需要增加切割工程，计算采切工程量时适当考虑；（2）-140m 中段运输巷阶段开采时已经形成，计算时不考虑。

根据上述原则，以标准采场为例（矿体厚度地质报告中的平均值，矿体倾角取42°），则采矿回收率见表1。

盘区共采出矿量为∶式中：L-采场长度，400m。

H 1-可采高度，50m。

B-采场宽度，33.12m。

γ-矿石体重，取3.47t·m -3。

ρ-采矿回收率，81.6%。

其中矿房采出地质矿量为1733.343kt，故标准方案的千吨采切比2.93标准m/kt。

表1 盘区矿房矿柱回采矿量表
序号名称地质矿量(t)矿石回采率(%)采出地质矿量(t)废石混
入率(%)采出量(t)
1底柱矿量0.00.00.00.00.02顶柱矿量229852.855.0126419.010.0139060.93间柱矿量41373.540.016549.410.018204.34矿房矿量1925936.690.01733342.99.81902863.9
5点柱矿量101365.1
0.00.00.00.06
盘区矿量
2298528.081.61876311.49.82060129.2
2.3 回采
2.3.1 采场结构参数
盘区长400m，中段高度50m，一次分层回采高度6.5m，盘区间留有走向间柱15m，顶柱根据上中段的充填情况可留或不留，若留则一般为5m，底柱不留；在盘区内预留点柱时，要结合采场当时的实际状况设置，但是要保证上盘顶板的暴露面积不超过600㎡。

2.3.2 分层回采参数
盘区内工作面以切割小井为自由面沿走向或倾向推进，对于矿体厚度在3m 左右的矿脉，切割平巷完成后，全厚一次开采；矿厚大于3m 时，分层开采。

2.3.3 凿岩
分段上按自下而上逐层回采，并超高分段水平1.5m 作为上一分段的作业空间。

采用YT-27凿岩机配40mm “一”字型钻头，人首先站在充填体上进行凿孔工作，打水平孔，孔深1.5m~2m，排距为0.6m，眼距为1m。

崩下一层矿，平场后，再站在矿堆上继续进行凿孔工作。

压顶采用控制爆破，保证顶板平整和稳定。

凿岩结束后，清洁炮孔，采用人工装药，炸药采用2#岩石乳化炸药，导爆索-导爆管微差雷管复式起爆系统，CHA-300型起爆器配CCH 型导爆管非电击发针击发双导爆管一段雷管，双导爆管一段雷管再引爆双传爆导爆索。

爆破作业完成后，作业区上层顶板和两帮若存在凹凸不平的区域，要利用撬顶进行稳定，倒挂部分亦是如此。

针对采场内其他不稳定区域利用锚杆和锚索完成支护工作，各个方位保证安全稳定后方可出矿。

2.3.4 出矿
拉底时每次爆破后出矿。

回采时分局部出矿和采后大量
出矿，局部出矿的矿量，只要求留下的矿堆能保持必要的作
业空间，一个分层采完后，才进行大量出矿。

采用2m 3
电动铲运机在出矿巷道进行铲装作业，铲取后经溜井联巷直接运往各盘区的溜矿井，在溜井下部装矿车运输至主井提出地表。

分段回采结束后，清理采场，减少遗留矿石，以降低矿石损失。

2.3.5 采场通风
采用上向风流贯通式通风，各分段的通风从该分段的斜坡道或泄水风井—采场—采场—两翼回风天井—上中段回风联络巷，经风井排出地表。

为了促进采场的空气流通，提升空气质量，可以在合适地点设置局扇等设施。

2.3.6 采场护顶及地压管理
待开采至设计高度后，进行采场护顶。

采场爆破并经过超过40min 的机械通风排除炮烟后，安全人员操作采场服务台车或人工进行清理顶帮松石，若顶板矿岩破碎，经撬毛处理后，仍无法保证正常作业的采场或采场高度在6m 以上的顶板均要进行锚网支护。

对局部不稳固顶板进行锚索-锚杆-钢筋网-素喷混凝土等组合支护方式，支护密度视矿岩稳固性而定。

2.3.7 采场充填
每分段的矿石清理完毕后，根据充填的要求，可进行充填准备及充填作业。

在出矿巷道口砌筑充填挡墙，充填管道从每个盘区的回风井下至每个分段的回风平巷，经回风联络巷进入采场，充填至上一分层的巷道底板水平，留1.5m 左右的作业空间。

矿山由于采用大型无轨机械设备，为充分发挥这些设备的作业效率，需要较高强度的充填体作为路面路基，应确保0.4m~0.6m 的胶结充填体。

2.4 经济技术指标
2.4.1 凿岩爆破技术经济指标
（1）凿岩台效：40m/台班。

（2）炮孔密集系数：1.47。

（3）装药系数：85%。

（4）每米炮孔崩矿量：1.96t/m。

（5）主要材料消耗量：①钎头：0.015个/t ；②钎杆：0.025kg/t ；③炸药：0.35kg/t ；④导爆管：0.25个/t。

2.4.2 综合技术经济指标
①采场生产能力：300t/d ；②采切比：2.43m/kt ；③矿石损失率： 16.55%；④矿石贫化率：9.78%。

3 结语
上向水平分层充填采矿法是一种适合兰陵铁矿用于开
采缓倾斜中厚矿体的高效、经济、安全的采矿方法。

试验采场综合回收率达到了85%左右，贫化率控制在10%以内，单盘区出矿达到了80万t/a 的生产能力，为缓倾斜中厚矿体的大规模连续化开采，提供了一些参考借鉴的成功经验，在节约成本的基础上，提高了整体效益。

[1] 王佳宝,刘海涛.上向水平分层胶结充填采矿法在某铁矿的应用[J].中
国金属通报,2018(07):22-23.
[2] 王得原.上向水平分层充填采矿法的应用分析[J].冶金与材料,2020, 40(05):115-116.。