第9章_充填采矿法

第九章 充填采矿方法
单层充填采矿法 上向水平分层充填法
典型
上向倾斜分层充填法
下向分层充填法
分采充填采矿法
方框支架充填采矿法
矿柱回采
第一节 充填采矿方法概况
1.1 基本概念 充填采矿法：随着回采工作面的推进，逐步用充填料充填 采空区的采矿方法称为～。 充填采空区的目的：利用充填体进行地压管理，以控制围 岩崩落和地表下沉、用来预防有自燃性矿石的内燃火灾、保 护矿区环境、多回收矿产资源。
控制渗透速度，并确定了以100mm/h的渗透速度作为工业标
准。
第三阶段：20世纪60～70年代，开始应用尾砂胶结充填
技术。 由于非胶结充填体无自立能力，难以满足采矿工艺高回 采率和低贫化率的需要，因而在水砂充填工艺得以发展并推 广应用后，开始发展采用胶结充填技术。 如澳大利亚的芒特艾萨矿，于60年代采用尾砂胶结充填 工艺回采底柱，其水泥（胶凝材料）添加量为12%。 随着胶结充填技术的发展，在这一阶段已开始深入研究 充填料的性质、充填料与围岩的相互作用、充填体的稳定性 和矿山充填胶凝材料。
第四阶段：20世纪80～90年代，随着采矿工业的发展，原
充填工艺已不能满足开采工艺的要求和进一步降低采矿成本或 环境保护的需要。因而发展了高浓度充填、膏体充填、废石胶 结充填和全尾砂胶结充填等新技术。
（2）充填技术的主要新成就
一、充填材料
在充填材料方面所取得的突出成就是利用工业废料替代水
泥作为胶凝剂，例如，用炉渣、粉煤灰部分取代水泥。最新的
充填：使用选矿厂脱泥尾砂或冶炼厂的炉渣，沿直径100mm的
管道水力输送到工作面，充填采空区。充填料中的水渗透后经 滤水井流出采场，充填料沉积在采场内，形成较密实的充填体。 为防止崩落的矿粉渗入充填料以及为出矿创造良好的条件， 在每层充填体的表面铺设0.15～0.2m厚的混凝土底板。1天后 即可在其上凿岩，2～3天后即可进行落矿或行走自行设备。
A 高浓度全尾砂胶结充填
全尾砂胶结充填是以没有进行分级脱泥的全粒尾砂作为充
填集料充入井下采空区的一种充填方式。高浓度全尾砂充填则 是在结构流状态下，进行输送和采场充填的全尾砂充填方式。 高浓度充填料在采场只有少量泌水。
B 废石胶结充填
以矿山掘进废石或破碎废石作为充填集料，以水泥浆或砂浆
作为胶结介质，经自淋混合后充入采空区的工艺与技术。其特
采用胶结充填时，一般用采矿巷道回采矿石，矿壁起模板作用。
5、评价
单层充填法是开采顶板岩层不允许崩落的水平或缓倾斜薄
矿体唯一可用的采矿方法，矿石回采率较高，贫化率较低，但
采矿工效较低，坑木消耗量大。
第九章 充填采矿方法
单层充填采矿法 上向水平分层充填法
典型
上向倾斜分层充填法
下向分层充填法
分采充填采矿法
（1）矿山充填技术发展简史
矿山充填技术的发展，在国外有近70年历史，在我国也有近
60年历史，充填技术发展经历了四个阶段。 第一阶段：在20世纪40年代以前，以处理废弃物为目的，将 矿山废料送入井下采空区——废石干式充填。如澳大利亚的塔斯 马尼亚芒特莱尔矿和北莱尔矿在20世纪初进行的废石干式充填。
废石干式充填采矿法曾在50年代初期成为我国主要的采矿方
点是在矿山内部充分利用矿山固体废料，可以实现矿山废石减 量排放和井下掘进废石零排放。 C 膏体泵送胶结充填 膏体充填料是一种充填到采场后不析水的物料集合体。充填 物料被制备成膏体状稠料，借助正压排量泵输送到井下采空区。 为了制备成可泵送特性好的稠料，物料配合有比较严格的要 求。
三、充填体力学
A 充填体力学作用机理
二、胶结充填（上向水平分层充填法）
由于水力充填回采工艺较为复杂(需砌筑溜矿井和人行滤
水井、构筑混凝土隔墙、铺设混凝土底板等)，从采场排出的
泥水污染巷道，水沟和水仓清理工作量大，以及回采矿柱的安
全和充填体的压缩沉降问题等，均未得到很好解决，因而不能 根本防止岩石移动。 为了简化回采工艺，防止井下污染和减少清理工作量，较 好地保护地表及上覆岩层，近年来国内外金属矿山推广应用胶 结充填采矿法。
C 矿渣胶结充填材料
利用矿渣作为充填材料。近年开发的铁渣胶结料可以完全取
代水泥作为胶结料，且与尾砂的胶结效果优于水泥。铁渣的主要
矿物组分为硅酸钙和铝酸钙等。添加石灰等活性激化剂并磨粉至 水泥细度后，即可加工成矿山充填胶结料。
二、充填工艺新成就
充填工艺新成就主要包括：高浓度全尾砂胶结充填工艺、
废石胶结充填工艺和膏体泵送充填工艺等。
2、采准切割工作
采准巷道一般布置在脉内，当矿石不够稳固和底板不平整时，
将阶段运输平巷布置在脉外距底板8～10ｍ处。在矿体内布置切
割平巷作为崩矿自由面，并用来行人、通风和排水等。沿走向在 切割平巷中每隔15～20ｍ掘进矿石溜井，与脉外运输平巷相通。
3、回采工作 回采工作面沿走向一次推进2～3ｍ，用浅眼落矿，眼深约 1ｍ左右。用电耙（或铲运机）运搬矿石至切割平巷，再运至矿 石溜井。顶板支护采用木棚，边采矿边支护。
方框支架充填采矿法
矿柱回采
第三节 上向水平分层充填法
一般将矿块划分为矿房和矿柱，第一步回采矿房，第二步 回采矿柱。回采矿房时，自下而上水平分层进行，随工作面向
上推进，逐步充填采空区，并留出继续上采的工作空间。充填
体维护两帮围岩，并作为上采的工作平台。崩落的矿石落在充 填体的表面上，用机械方法将矿石运至溜井中。矿房回采至最 上分层时，进行接顶充填。矿柱则在采完若干矿房或全阶段采 完后，再进行回采。 回采矿房的充填方法，可用干式充填、水力充填或胶结充 填。
4、充填工作
当工作面推进两次后，应充填工作面的一次推进量。充填
准备工作包括清理场地，架设充填管道，钉砂门子和挂砂帘子
等。砂门子分帮门子、堵头门子和半截门子等，主要作用是滤 水和拦截充填料，使充填料堆积在预定充填地点。水力充填是 逆倾斜由下而上间断进行，即分段拆除支柱和充填。每一分段 的长度应根据顶板稳固性而定。
(1)充填体主要起限制采场围岩的变形和位移作用，但它不
能改变围岩及未采矿柱内的应力场分布；
(2)对矿柱提供水平压力，改善矿柱的受力状态，从而提高
矿柱的承载强度，同时充填体也可以防止矿柱的剥落和坍塌；
(3)降低能量释放速度，提高地下结构抵抗动载荷的能力，
控制岩爆或地下矿山结构发生突然破坏。
B 胶结充填体强度确定方法
一、水力充填（上向水平分层充填法）
1、矿块结构和参数
矿块结构：
矿体厚度<10～15m时，矿房沿走向布置,一般为30～60m，
有时达100m或更大；
矿体厚度>10～15m时，矿房垂直走向布置，长度一般控制
在50m以内，矿房宽度为8～10m；
阶段高度一般为30～60m。如果矿体倾角大，倾角和厚度
变化较小，矿体形态规整，则可采用较大的阶段高度。
接顶工作
人工接顶：就是将最上部一个充填分层，分为1.5m宽的分条，逐
其倾角为80°～90°。
拉底：在底柱上面掘进拉底巷道，并以此为自由面扩大至矿房
边界，形成拉底空间，再向上挑顶2.5～3m，并将崩下的矿石 经溜矿井放出，形成4.5～5m高的拉底空间后，即可浇灌钢筋 混凝土底板。底板厚0.8～1.2m，配备双层钢筋，间距700mm。
3、回采工作
落矿：用浅孔落矿，分层高为2～3m。当矿石和围岩很稳固时，
胶结充填体强度是配合充填料、评价充填作用效果的重要指
标，并且对充填成本的影响十分显著。常用的方法有：工程类
比法、经验公式法、物理模拟法、数学力学模型法、有限元法
等数值分析法、概率统计分析法、实验室试验分析法等。 C 充填体与围岩体的相互作用与监测 充填体与围岩体之间的相互作用十分复杂且难以模拟。因 此，国内外金属矿山很重视对充填体的现场监测，其结果对提 高充填体的质量和充填体的稳定性具有指导作用。采用的监测 仪器有：压力盒、应力计、应变计、收敛计和声发射仪等。
充填材料是完全取代水泥胶结剂的替代材料，有：赤泥胶结料、 高水固化胶结剂和矿渣胶结料等。 A 赤泥胶结充填料 赤泥胶结充填料是利用赤泥的活性，开发出的一种低成本 和性能优良的胶结材料。
B 高水固化胶结充填材料
高水固化材料是一种胶凝材料，由铝水泥、石灰、石膏、速
凝剂、解凝剂、悬浮剂等成分组成，一般加入尾砂作为填料。
1.3 充填采矿方法发展现状及趋势 充填采矿法是地下开采中矿石损失与贫化最低的采矿方法。应
用条件主要是围岩不稳固或围岩与矿体均不稳固的有色金属富矿或
贵金属、稀有金属矿床，以及深部开采使用的主要采矿方法。 随着矿产资源的逐渐减少，一些价格不高的矿产开采也开始使 用充填法开采，取得了不错的经济效益。 随着无轨设备、高分层落矿、充填系统自动化等技术的应用， 全尾砂充填材料的广泛使用，逐步降低了采矿成本，实现高效安全 文明开采成为可能。 有鉴于此，使充填采矿法在相对低价值矿种的开采中也具有广 阔的应用前景。
间柱宽度：取决于矿石和围岩的稳固性以及间柱的回采方法，
用充填法回采间柱时，其宽度为6～8m，矿岩稳固性较差时取
大值。 顶柱和底柱：阶段运输巷道Байду номын сангаас置在脉内时，一般需留顶柱和底 柱，顶柱厚4～5m，底柱高5m。为减少矿石损失和贫化，也有 用混凝土假巷，以代替矿石矿柱。
2、采准和切割工作
运输巷道：在薄和中厚矿体中，掘进脉内运输巷道；在厚矿体
中，掘进脉外沿脉巷道和穿脉巷道，或上、下盘沿脉巷道和穿
脉巷道。 天井：在每个矿房中至少布置两个溜矿井、一个顺路人行天井 (兼作滤水井)和一个充填天井。溜矿井用混凝土浇灌，壁厚 300mm，圆形内径为1.5m。人行滤水井用预制钢筋混凝土构件 砌筑，或浇灌混凝土(预留泄水小孔)。充填天井断面为 2m×2.4m，内设充填管路和人行梯子等，是矿房的安全出口，
法之一。据不完全统计，1955年在有色金属矿床地下开采中占 38.2%，在黑色金属矿床地下开采中竟达到了54.8%。但废石干式 充填因其效率低、生产能力小、环境条件差和劳动强度大，满足 不了采矿工业发展的需要。
第二阶段：20世纪40-50年代，澳大利亚和加拿大等国，
开发应用了水砂充填技术。从此真正开始将矿山充填纳入 采矿计划，成为采矿系统的一个组成部分。同时，对充填 料及其充填工艺开展了系统的研究。 这一阶段主要是借助水力将尾砂充入井下采空区，其 充填料的输送浓度较低，一般在60%～70%左右，需要在采 场大量脱水。因而，须对尾砂中的细泥部分进行脱除，以
胶结充填方案的矿块采准、切割和回采等与水力充填方案
基本相同，区别仅在于顺路行人天井不需要按滤水条件构筑，
溜矿井和行人天井在充填时只需立模板就可形成，因为胶结充 填不必构筑隔墙、铺设分层底板和砌筑人工底柱。 由于胶结充填成本很高，第一步回采应取较小尺寸，但所 形成的人工矿柱必须保证第二步回采的安全；第二步可以采用 水力充填回采，故可选取较大的尺寸。
矿山进入深部开采后，主要使用充填法进行回采，目的改
变围岩应力状态，减缓围岩能量的释放速度，避免岩爆发生。
1.2 充填采矿法分类 按矿块结构和回采工作面推进方向，分为: 单层充填采矿法、上向分层充填采矿法、下向分层充 填采矿法和分采充填采矿法 按充填料和输送方式不同，分为: 干式充填采矿法、水力充填采矿法、胶结充填采矿法 目前，两种充填采矿方法分类都在使用。
第二节 单层充填采矿法（壁式充填采矿法）
在阶段内用上山划分矿块，矿块的回采是以整个阶段斜长
作为壁式回采工作面，沿走向推进，一次按矿体全厚回采，随
着工作面的推进，有计划地用水砂或胶结料充填采空区。由于 采用壁式工作面回采，所以也叫壁式充填采矿法。
1、矿块布置及结构参数 矿块沿走向布置，长度为60～80ｍ，工作面斜长为30～40ｍ。 工作面视顶板的稳固性留2～3ｍ的控顶距，充填距与控顶距相等。 悬顶距为控顶距的2倍。矿块间不留矿柱，可连续推进回采。
可以增加分层高度。
出矿：一般用电耙出矿，或使用装运机或铲运机装运矿石。矿
石出完后，清理底板上的粉矿，然后进行充填。
充填前准备：浇灌溜矿井、砌筑(或浇灌)人行滤水井、浇灌混 凝土隔墙等工作。先用预制的混凝土砖(规格为 300mm×200mm×500mm)砌筑隔墙的外层，然后浇灌0.5m厚的混 凝土，形成隔墙的内层，其总厚度为0.8m。混凝土隔墙的作用， 主要是为第二步骤回采间柱创造良好的回采条件，以保证作业 安全和减少矿石损失与贫化。