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1、上向水平分层充填采矿法在东大山铁矿的探索实践作者：朱鹏棋单位：金昌铁业（集团）有限责任公司二一年十二月十日提要：本文简要阐述了充填采矿法在倾斜中厚矿体中的应用，并介绍了金昌铁业（集团）有限责任公司东大山铁矿采矿方法的现状及存在的问题及对该矿应用上向分层充填采矿法进行了探讨实践。关键词：充填采矿法 东大山铁矿 探索实践一、倾斜矿体的国内外开采现状及存在的问题1.倾斜厚矿体的国内外开采现状及存在的问题倾斜厚矿体是指矿体倾角为3055、厚度在10-1540m之间的矿体。目前，国内矿山对于此类矿体一般广泛应用无底柱分段崩落法、有底柱分段崩落法、分段空场法等。我国倾斜厚矿体开采中的典型方案如表1-1所示
2、：表1-1 我国倾斜厚矿体开采的典型方法与主要指标矿山名称开采技术条件采矿方法损失率（）贫化率（）采切比(m/kt)倾角（）厚度（m）围岩和矿体稳定性新冶铜矿2640220平均78上盘f67矿体f810电耙留矿法2719东大山铁矿3055227平均6上下盘中稳矿体f=711分段空场法4550.7529.933.4 27.4新浦磷矿3243平均37平均9.29最大22.27上下盘f=16矿体f=15阶段矿房法矿房20矿柱2015庐江矾矿40501060（水平厚）围岩较稳f=610矿体f=815浅孔落矿分段空场采矿法256.0金岭铁矿平均52平均26围岩稳固f=812矿体f=68分段采矿法33.3
3、24.1712.9莱芜铁矿3060628上盘中稳，矿体稳固，f810爆力运矿分段采矿法28.421.430.34桃林铅锌矿平均3050平均10最大47上盘f=35， 下盘f=1012，矿体f=79阶段崩落法22321417锦屏磷矿30502.020围岩f=36，矿体f=5无底柱崩落法有底柱崩落法20.0222.517符山铁矿平均4050平均2040上盘f=1014,下盘f=67，矿体中稳无底柱分段崩落法2025132057程潮铁矿平均46平均40上下盘稳固，f=913，矿体不稳f=26无底柱分段崩落法32.87.55凡口铅锌矿3060平均1836岩矿中稳盘区机械化分层充填法413.84.44.
4、8柏坊铜矿3060平均8最厚33上盘f67，矿体f810，有分枝复合上向胶结充填法11.88.6从表1-1中可以看出，采用空场法回采倾斜厚矿体的有以下矿山：新冶铜矿、东大山铁矿、新浦磷矿、庐江矾矿、金岭铁矿、莱芜铁矿等。这些矿山的损失率都在20%以上，最大为50.75%；贫化率都在19%以上，最大为33.37%。造成损失率和贫化率较大的原因是：空场法留下了大量的顶、底、间柱且这些矿柱不能得到有效回收甚至不回收；采用崩落法回采倾斜厚矿体的有以下矿山：桃林铅锌矿、锦屏磷矿、符山铁矿、程潮铁矿等。这些矿山的损失率都在20%以上，最大为25%；贫化率都在13%以上，最大为32.8%。造成损失率和贫化率
5、较大的原因是：采场崩落矿石散体的压实放矿静止角在6570之间,松散放矿静止角在5365之间，采场底盘残留体难以放出；采用充填采矿法回采倾斜厚矿体的矿山是凡口铅锌矿和柏坊铜矿。其中凡口铅锌矿的损失率可以降低到4%以下，而贫化率一般都在10%左右。从以上分析中可以看出：应用充填采矿法回采倾斜厚矿体的矿山，其损失贫化率相对于前两类采矿方法有了较大幅度的降低。从国外开采此类矿山的情况来看，也存在上述问题。目前欧洲国家更多以伪倾斜布置的房柱嗣后充填法、分段充填法为主。2.倾斜中厚矿体的国内外开采现状及存在的问题通常情况下，将倾角3055、厚度4.01015m的矿体界定为倾斜中厚矿体1。从国内外众多倾斜中
6、厚矿体的开采效果来看，总体呈现矿石损失率高、贫化率高、事故率高、效率低。可以说，倾斜中厚矿体开采一直是采矿工程的一个难题26。从地下矿山采场矿石的搬运方式来讲，矿石搬运方法主要有重力运搬、机械运搬、爆力运搬和水力运搬等。其中重力运搬方式应用最广，机械运搬发展迅速，爆力运搬方式应用范围有限，水力运搬方式应用极少。急倾斜矿体开采一般借助重力运搬，这种运搬方式成本最小，应用较为广泛。缓倾斜矿体开采一般借助机械运搬，主要有电耙或自行无轨设备如铲运机、装运机等。而倾斜矿体的开采，运搬历来是个难题，若采用重力运搬，由于倾角不够陡，而采场崩落矿石的压实安息角大多在65左右，致使大部分矿石残留在矿体底盘，无法
7、实现自溜7。若采用机械运搬，倾角又陡，采矿机械也很难直接进入采场进行采装作业，有些矿山则采用伪倾斜布置出矿巷道和采准工程来解决此问题。另外，对于倾斜中厚矿体的开采，由于顶板维护较困难，作业的安全性差，在采场暴露空间内凿岩爆破或用机械运搬矿石，都存在不同程度的安全隐患。用传统的采矿方法开采这类矿体，往往难以取得理想的技术经济指标8。3.分段采矿法在中厚倾斜矿体开采中的应用莱芜铁矿的马庄矿区和谷家台矿区，倾斜中厚矿体占有较大比例，其中，马庄矿区曾对于这部分矿体开采，先是采用人工或装岩机装矿的无底柱端部放矿分段崩落法回采，后来改用有底柱分段强制崩落法回采，但效果都不够理想，矿房采切比为4050(m/
8、kt),1980年以前矿石综合实际损失率为32.53%,而矿块年采矿强度仅为几千吨至一万多吨。另外，由于矿岩不稳固和回采周期长，矿房底部结构维护困难，经过多次维修后才将矿块采完。六十年代中期，松树山铜矿开始采用底盘漏斗倾斜电耙道分段崩落采矿法，回采矿体真厚度为10m左右、倾角约30 (最大37)的松软破碎矿体，该法在该矿的倾斜中厚矿体开采技术方面有一定的进展，为解决高硫矿石崩落后的氧化自燃方面积累了一些经验，但是该法底部结构复杂，大量斗颈斗穿及电耙巷道均需用素混凝土或钢筋混凝土支护，大大增加了采矿成本，因此，这种方法仍不理想9。金岭铁矿在矿体倾角大于45，厚度大于12m，选用分段采矿法。中段高
9、2050m，矿房长4050m，分段高1013m，间柱宽68m，一般不留顶底柱， 漏斗间距77.5m。装矿运输巷道和漏斗平巷布置在脉外，斜人行天井布置在下盘围岩中，脉外横巷联接脉外和脉内中段巷道，垂直切割上山位于矿房长度的中心，切割横巷将切割上山与脉内、脉外中段巷道联通，在漏斗口的上部开堑沟巷道。回采时在分段巷道凿中深孔，爆下矿石落入堑沟内，用装运机出矿。矿房产量300td，回收率约70%，贫化率15 20%，采准系数6.l 6mkt。采空区嗣后水砂充填， 间柱用分层充填法回采10。爆力运矿采矿法在倾斜中厚矿体中也有使用，该法是借助于炸药爆炸的作用力将矿石沿矿体倾向抛掷，并能继续沿采场底板运行到
10、底部漏斗的一种采矿方法11。我国曾经或现在仍使用爆力运矿采矿法的有青城子铅矿、胡家峪铜矿、龙烟铁矿、潘洛铁矿、凡口铅锌矿深部倾斜中厚矿体等。青城子铅矿榛子沟坑289及310号脉，为似层状矿体。矿体走向长1500m，48m的中厚矿体占全矿的46%，矿体倾角为2555，平均40。矿石较稳固。矿体的直接上盘顶板大多数为2lOm的石墨化白云石大理岩，不太稳固。矿体的直接下盘为0.51.7m厚的石英云母片岩，节理发育，不太稳固。下盘为粘质沉积变质的混合岩，f为1214，但局部地区节理发育。该矿采用爆力运矿空场法。阶段高度30m，分为两个垂高15m的高分段回采，留4m间柱，形成矿房，或不留间柱连续回采。矿
11、房长32m，中间设计两个凿岩天井。分段电耙槽布置在底盘脉外，各分段有溜井及人行井与阶段运输巷道连通。端部有通风井与上阶段回风道相通。切割平巷靠下盘开挖，用浅孔形成一个4m宽的小立槽，然后布置垂直扇形中深孔。沿矿体走向布置堑沟，堑沟漏斗间距56m,斗高4m。采场生产能力150td，采切比220m万t，电耙出矿效率5560t台班，矿房内采矿损失率7.4%、矿石贫化率8.7%。胡家峪铜矿7号脉，矿体倾角为4055，水平厚度113m，平均56m，矿体连续性差，有时出现尖灭，有时出现表外矿，矿岩接触界线不明显。矿体底盘是黑色片岩，不稳固，f=46。尤其是底盘靠近矿体有一较大的断层破碎带；顶盘是厚层大理岩
12、，较稳固。该矿使用的是爆力运搬阶段空场法。当矿块沿走向布置时，矿房长度4045m；垂直走向布置时，矿房长度2025m。矿房宽度沿走向布置时l218m；垂直走向时2024m。顶柱厚度78m，底柱厚度56m，中段高度60m。矿房面积控制在400800m2，采用脉外采准方式。0138型凿岩机凿岩，电耙出矿。崩矿步距为每次23排，炮孔孔径70mm，最小抵抗线为2.2m，孔底距1.21.6m，爆力抛掷距离为2440m不等。据统计矿块生产能力220250td，出矿工效1520t工班，采切比83m万t，矿房采矿损失率9.5%、矿石贫化率10.4% 3。湘西金矿矿石稳固，围岩不稳至中稳，矿体倾角2O38,网脉
13、状矿体厚度12m，采用锚杆护顶中深孔落矿房柱采矿法。阶段斜长5560m，矿房宽lOm，矿壁23m，不留顶柱和底柱。矿房由上而下分为两分段，分段切顶和分段回采先从顶部切割天井将第一分段矿房沿顶切开，高度3m，用砂浆锚杆护顶。在下部由两个切割天井将底拉开，高度2.5m。在分段下部开切割槽。在切割天井中用YG一4O型凿岩机打上向扇形中深孔，导爆管一非电导爆系统微差爆破。矿房底部沿走向布置电耙道，矿房回采的矿石用电耙耙入溜井， 由中段运输平巷装车运出。矿房两侧留23m 矿壁，部分矿壁在回采相邻矿房时一并回收10。在国外金属矿山,中厚倾斜矿体主要以房柱法、分段空场采矿法。近年来，随着无轨采矿的推广和采掘
14、设备的日益完善以及支护技术的不断进步，针对中厚倾斜矿体的采矿方法也取得了很大进展：.使用大型液压凿岩台车，采矿进路的断面和分层高度随之加大。现在，厚度小于68m的矿体一般都不分层开采，采矿强度和效率显著提高。.广泛使用各种锚杆支护和锚杆台车，采场空顶高度和跨度相应增大，节约了坑木，加快了支护速度，改善了安全条件。.遥控出矿设备的应用日渐增多，既保证了出矿工人的作业安全，又减少了矿石损失。.为了使房柱采矿法扩大应用于倾斜中厚矿体，创造了分段房柱法和沿走向推进的斜巷运输房柱法，并视矿石价值而决定是否留连续矿柱和是否使用充填体替代回收矿柱。.在无轨采矿的基础上，创造了新的组合式采矿方法，既适用于倾斜中厚矿体的下盘漏斗分段空场法，又适用于急倾斜薄至中厚矿体的无底柱分段空场法。.在矿岩不甚稳固的情况下，使用长锚索对上盘围岩和顶柱进行预加固，有效地降低了矿石的贫化和损失，提高了采矿安全性。德国瓦尔韦尔瓦特铁矿开采36m厚、倾角1648的贫铁矿床，原先用气腿凿岩机凿岩和电耙出矿，逆倾斜方向分梯段回采，劳动效率低下。后来改为斜巷运输房柱法，该方法是根据自行设备的爬坡能力，在采场内相应地布置伪倾斜运输巷道，采矿工作沿走向推进，采下的矿石用汽车或铲运机通过斜巷运到主运输水平。在矿体内布置坡度为10%的折返式斜坡道，工
