点柱式上向水平分层充填法在马庄铁矿的应用

点柱式上向⽔平分层充填法在马庄铁矿的应⽤
点柱式上向⽔平分层充填法在马庄铁矿的应⽤
陈海远, 马继业
（莱芜矿业有限公司，⼭东莱芜271100）
摘要：马庄铁矿为⼀个⽼矿⼭，其采矿⽅法经过多次变⾰，马庄铁矿现采⽤点柱式上向⽔平分层充填法，本⽂详细介绍了点柱式上向⽔平分层充填法及其在马庄铁矿的应⽤。

通过经济技术指标对⽐表明，该⽅法是⼀种经济、⾼效、安全的采矿⽅法。

关键词：点柱；上向⽔平分层充填法；采场布置要素；采准；回采
作者简介：陈海远（1973-），男，本科，采矿⼯程专业，主要从事采矿技术和管理⼯作；马继业（1968-），男，本科，采矿⼯程专业，主要从事采矿技术和采矿管理⼯作。

Application of upward horizontal slicing stoping filling method with
pointed pillars in Mazhuang Iron Mine
Chen Haiyuan, Ma Jiye
(Laiwu Mining Co. Ltd, Laiwu 271100, China)
Abstract：As a long-term service mine, the mining method of Mazhuang Iron Mine was improved several times, and upward horizontal slicing stoping filling method with pointed pillars is adopted currently. In this paper application of upward horizontal slice stoping filling method with pointed pillars is introduced detailedly. According to the comparison of technological and economic indicators, it is proved that this method is an economic, high-efficiency and safe mining method. Keywords：pointed pillars; upward horizontal slicing stoping filling method; elements of stope layout; stope preparation; stoping
充填是指⽤适当材料将地下采矿形成的空间进⾏回填的作业过程[1]。

⽬前，在我国资源相对紧缺、环保要求⽇渐提⾼、建设⽤地控制严格等条件下，充填采矿法[2-3]得到⼴泛应⽤，尤其是在开采难采矿床以及地表不允许塌陷的条件下。

1 概况
马庄铁矿是莱钢集团下属莱芜矿业有限公司的⼀个⽼矿⼭，紧邻莱芜市城区。

矿⼭始建于1958年，于1962年建成投产，⽣产规模45万t/a，矿⼭采⽤地下开采，罐笼竖井开拓。

矿床属热液接触交代矽卡岩型磁铁矿床，矿体上盘为⼤理岩，节理裂隙发育，f = 8~10；下盘为闪长岩，f = 8~12；蚀变闪长岩，f =3~8。

2002年以前，矿⼭主要采⽤有底柱分段崩落采矿法，随着社会进步和城市发展，周围⼟地成为稀缺资源，塌陷区不允许进⼀步扩⼤，尾矿库容量有限，采⽤充填法采矿是矿⼭发展的唯⼀选择。

⾃2002年开始采⽤空场嗣后充填法开采，主要是中深孔分段落矿、铲运机分段出矿的分段充填法和阶段留矿嗣后充填法。

因其适⽤条件受到限制，2003年开始试⽤点柱式上向⽔平分层充填法开采，并推⼴应⽤⾄今。

2 点柱式上向⽔平分层充填法
点柱式上向⽔平分层充填法是上向分层充填法的⼀个分⽀，采⽤⽔平分层⾃下⽽上逐层开采，每分层回采结束后，即时对分层进⾏充填，以⽀撑采空区两帮，并作为下⼀作业循环的作业平台。

凿岩、爆破、通风、撬⽑及⽀护、出矿和充填，完成⼀个循环后进⾏下⼀个循环作业。

与上向分层充填法的采场布置不同，点柱式上向⽔平分层充填法回采时在采场中留有点柱，以增加⽀撑矿⽯和上盘围岩的作⽤[1]。

如图1所⽰，点柱⼀般为圆形或矩形，圆形点柱直径⼀般为3 ~ 6m ，矩形点柱⼀般为3m×3m ~6m×6m ，点柱间距⼀般为10 ~15m 。

充填体点柱上盘
下盘
第⼀层第⼆层
第三层
第四层
第五层
图1 点柱式上向⽔平分层充填采矿法⽰意图
Figure 1 Sketch diagram of upward horizontal slicing stoping filling method with pointed pillars
点柱式上向⽔平分层充填法⼀般适⽤于矿体中等稳固、围岩不稳固的倾斜或急倾斜的矿体
[1]，它能适应形态不规则、分⽀复合变化⼤的矿体，可以精确地沿着很不规则的表⾯开采。

较⼤的选择性有利于采出⾼品位的矿⽯，这对采矿经济效益来说是很重要的。

点柱上向⽔平分层充填法的特点是：(1) ⽤点柱⽀撑上盘，保护顶板，确保回采安全[4]；(2) 溜矿井、天井统⼀布置，能很好地适应矿体的变化；(3) 采矿、出矿、充填作业平⾏交叉进⾏，充分发挥设备能⼒和效率[5]；(4) 多层矿体、多个采场组合回采，减少了分别开采的相互⼲扰和采准⼯程施⼯速度的制约；(5) 满⾜采场⼤型化的需要，管理灵活，为进⼀步提⾼采场综合⽣产能⼒提供了空间。

该法在国内外使⽤⼴泛，国内有三⼭岛⾦矿、新城⾦矿、南京铅锌银矿、⼤尹格庄⾦矿、⽩象⼭铁矿和本⽂介绍的马庄铁矿等矿⼭使⽤此法，且都获得了较好的⽣产和经济效果。

有学者还将点柱式和膏体充填技术结合⽤于煤矿开采的研究。

3 马庄铁矿点柱式上向⽔平分层充填法
3.1 采场构成要素
马庄铁矿采场⾼度为阶段⾼度50m ，长度沿⾛向布置20 ~ 40m （矿体厚度⼤时取⼩值、薄时取⼤值），分层⾼度3 ~ 4m ，铲运机出矿。

厚度⼩于15m 时，可以采⽤⼈⼯出矿，以减少采准⼯程量。

由于上阶段采⽤崩落采矿法采矿，因此采场上部⼤约两个分层⾼度的矿⽯继续采⽤⽆底柱分段崩落采矿法回采，以多回采矿⽯。

3.2 采准⼯程布置
采⽤沿脉平巷加穿脉运输，耙巷漏⽃式底部结构，在采场⼀侧布置穿脉联络道，在下盘稳固岩⽯处布置分段斜坡道、充填井和溜井，并在两分段间的矿内布置充填通风⼩井，溜井间距30m 。

每条分段斜坡道服务⾛向长200~300m 范围的矿体，在每⼀分段（相当于三个分层⾼度）的下盘掘⼀条沿脉联络道，每分段的上两层矿体回采要分别掘分层斜坡道通上下分段的沿脉联络道，分层斜坡道的另⼀端与同⼀分层的出矿穿脉联络道贯通。

斜坡道及联络道规格为3×3m 2，溜井规格2×2m 2，天井规格2.2×2.2m 2。

千吨采准⽐5.6~8m ，如图2所⽰。

ⅡⅠⅠⅢⅢ
Ⅱ
Ⅱ
⒈点柱⒉充填通风⼩井
⒊分段斜坡道⒋分段联络道
⒌溜井⒍充填体
⒎分层斜坡道⒏阶段运输巷
⒐覆盖岩⽯⒑采矿进路
⒒上⽔平回风巷
图2 点柱式上向⽔平分层充填法⽅案
Figure 2 Scheme of upward horizontal slicing stoping filling method with pointed pillars
3.3 回采⼯艺
3.3.1采场布置
较薄矿体沿脉布置⼀排点柱，厚⼤矿体布置⼏排点柱，点柱中⼼距12m，点柱尺⼨5×5m，控顶⾼度≤5m，充填⾼度3 ~ 4m。

3.3.2回采顺序及凿岩爆破
⾸先由出矿联络道向分段间充填通风⼩井⽅向开始回采，以利通风，本分层回采完毕充填前，掘出上⼀分层的出矿联络巷及分层斜坡道，将岩⽯充填采场。

采⽤7655⽓腿式凿岩机凿岩，炮孔直径40mm，孔深2.2 ~ 3m，顶板眼要求3 ~ 5°的⽔平孔，以保证顶板平整，有利于顶板管理和作业安全。

在留点柱时采⽤光⾯爆破，且先预留⼤约1m的尺⼨，回采末尾削⾄设计尺⼨。

⼆次破碎与落矿爆破⼀起进⾏，要求块度≤600mm。

3.3.3通风及出矿
在上分段的回风巷处安装局扇，抽出式通风。

采⽤0.75m3铲运机出矿，第⼀分层直接装⼊矿车，以上分层倒⼊溜井。

⼈⼯出矿采场，第⼀分层⽐运输⽔平抬⾼2m，⼈⼒⼩推车可以直接装⼊矿车，以上分层倒⼊溜井。

3.3.4 顶板及矿柱管理
每个采场配备⼀套长2m及3.5m的摘顶钎杆及探照灯，凿岩或出矿前处理顶板浮⽯。

对较破碎的顶板及不稳固的矿柱，采⽤喷砼或喷锚⽹⽅式进⾏⽀护。

3.4 采场充填
充填管由充填天井⾄采场上分段的充填回风⼩井，采场细长时，设两个充填回风⼩井，以保证充填体表⾯平整，充填⾼度为⾄采场顶板1 ~ 2m。

每个采场设2 ~ 3个滤⽔笼⼦，下部由塑料⼩管引出。

采⽤空⼼砖和⽔泥沙浆封堵各巷道⼝。

充填采⽤尾沙胶固粉，胶固粉含量0.15 t / m3，浓度60 %以上。

充填料浓度和滤⽔是决定充填质量好坏的关键。

3.5 经济技术指标
马庄铁矿使⽤的点柱式上向⽔平分层充填法与阶段留矿嗣后充填法和⽆底柱分段崩落法的技术经济指标对⽐如表1所⽰。

采⽤点柱式上向⽔平分层充填法后，矿⼭的⽣产效率得到了提⾼，且贫化和损失率得到了有效控制。

表1 采矿法技术经济指标对⽐
Table 1 Comparison of technological and economic indicators of mining methods
序号指标点柱式上向⽔
平分层充填法
阶段留矿嗣
后充填法
⽆底柱分
段崩落法
1 千吨采准⽐( m/kt ) 5.6~8 5.6 19
2 落矿效率( t/台班) 100 110 80
3 出矿效率( t/天) 140 110 300
4 损失率( % ) 18 260 25~30
5 贫化率( % ) 8 20 15~25
6 炸药单耗( kg/t ) 0.3 0.3 0.46
4 结语
由于地表不允许塌陷、以及环保和⾼效⽣产等要求，马庄铁矿必须寻找新的采矿⽅法。

马庄铁矿使⽤矿⽯点柱⽀护顶板的充填采矿法，利⽤多层矿体、多个采场组合回采，既很好地适应了矿体的变化，减少了矿⽯的贫化和损失，也减少了开采的相互⼲扰以及采准⼯程效率的制约，提⾼了经济效益。

通过技术经济指标对⽐，点柱式上向⽔平分层充填法是⼀种经济、⾼效、安全的采矿⽅法，马庄铁矿的成功应⽤有利于该⽅法的发展和推⼴。

参考⽂献
[1] 于润仓. 采矿⼯程师⼿册[M]. 北京:冶⾦⼯业出版社, 2009.
[2] 邹恒春，彭续承. 尾砂胶结充填法在康家湾矿的应⽤[J]. 中南⼯业⼤学学报，1996, 27(2):141-144.
[3] 彭桂村, 孙辉, 朱先艳. 上向分层⼲式充填法采矿⼯艺的改进[J]. ⾦属矿⼭, 1997, (1): 50-51.
[4] 张精明. 盘区点柱式分层回采尾砂充填法在我矿的应⽤[J]. 有⾊⾦属(矿⼭部分), 2003, 55(3): 2-3.
[5] 樊明⽟, 闫顺玲, 张精明, 等. 盘区点柱式分层尾砂充填法的构想[J]. 采矿技术, 2002, 2(3): 33-34.。