充填理论与工艺

昆明理工大学课程：充填理论与工艺上向水平分层充填采矿法研究与应用现状学院:国土资源工程学院学号:20152201126姓名:周红套老师：乔登攀专业班级:矿业工程5班上向水平分层充填采矿法研究与应用现状1前言···········································································································································21上向水平分层充填采矿法研究的目的和意义····································································22上向水平分层充填采矿法研究现状···················································································32-1沿走向长采场上向水平分层充填法············································································32-2盘区式上向水平分层充填法························································································42-3机械化上向水平分层充填法························································································42-4上向水平分层胶结充填法····························································································52-5上向水平分层水砂充填法····························································································53上向水平分层充填采矿法在某矿山的应用·······································································74上向水平分层充填采矿法需要解决的问题·····································································115上向水平分层充填采矿法展望·························································································126总结·····································································································································13上向水平分层充填采矿法研究与应用现状2前言上向水平分层充填采矿法是充填采矿法中的一种[1]，这种方法是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。其目的主要是为了利用所形成的充填体进行地压管理，以控制围岩崩落和地表下沉[9]，并为回采工作创造安全和方便的条件，还可以预防自然性矿石的内燃火灾。上向水平分层充填采矿法按其采场结构、工作面形态和工艺特点分三个基本方案[5]。该采矿方法是自下而上分层回采，每分层采出矿石后充入充填体，用于支撑采空区边帮和作为工作平台。上向水平分层充填采矿法为工作面循环作业，凿岩爆破、出矿、充填和护顶完成一个循环后，进行下一分层的循环。回采空间和范围可以控制，人员、设备在暴露的顶板下作业，需有效控制顶板，可用诸多充填材料进行充填。上向水平分层充填采矿法适用于矿石品位高、价值高的贵金属和稀有金属矿体以及矿体上下盘岩石中等稳固或稳固性稍差，矿石中等稳固或中等稳固以上的急倾斜中厚至极厚能适应形态不规则、分枝复合变化大的矿体和多层矿体的开采[3]。除点柱式回采外，矿石损失、贫化率较低，是一种适应范围较广的充填采矿法。据国外矿山统计，使用此方法采出的矿石量占充填采矿法总产量的38.3%，在我国充填法中占60%以上，也是国内外普遍使用的一种采矿方法。1上向水平分层充填采矿法研究的目的和意义(1)进行地压管理[2]。利用形成的充填体进行地压管理，控制围岩崩落和地表或上部中段的下沉及位移[14]，缓和了大面积的地压活动，为回采工作面创造更方便、安全的条件。为深部开采打基础、创条件，用于深部开采，预防冲击性地压。为回收三柱创造有利条件，有些矿山还可预防自然性矿床，杜绝内因火灾。(2)使尾砂的排放有了去处，可有效地保护矿区及周边生态环境，和为打造绿色、环保矿山打下了良好的基础。(3)以扩大矿房尺寸，减少矿柱矿量所占的比重，提高了回采率，降低贫化率指标和采掘比。充分利用有限的矿产资源，降低矿山资源的消耗速度，延长了矿山的服务年限。(4)在原良好技术经济指标不变的情况下，有些技术经济指标提高下，使其发挥新的作用。提高了矿床开采全过程的技术经济指标。上向水平分层充填采矿法研究与应用现状32上向水平分层充填采矿法研究现状2-1沿走向长采场上向水平分层充填法参数：当矿体厚度小于10-15m时，沿走向布置采场，采场长度为100-300m，最长可达800m，采场宽度为矿体厚度，阶段高60-80m，底柱高6m。（如图3-1）采准工艺：沿矿体走向，在下盘或上盘围岩中开掘螺旋式或折返式斜坡道，斜坡道在垂直高度方向上间隔3-4个分层高度开出口中，采用指状分层联络道进入各分层采场。（图3-2）每个采场布置一个充填井，一个溜矿井，两个滤水井。图3-1采场布置示意图1-采区斜坡道；2-分层联络道；3-充填天井；4-溜矿井；5-滤水井；6-尾砂；7-尾砂草袋隔墙；8-混凝土垫层；9-充填管图3-2回采转层示意图1-指状分层联络道2-斜坡道回采及充填：分层高度3-4m，采用凿岩台车钻凿上向炮孔或水平炮孔落矿，铲运机将崩落矿石转运至溜矿井。整个分层采完后，进行水砂充填，当充填到距顶上向水平分层充填采矿法研究与应用现状4板2.63m时，改用尾砂胶结铺面，其厚度为0.3-0.5m要求胶结充填体单轴抗压强度达1.1-5.0MPa，以有利于铲运机和凿岩台车的运行，提高出矿、凿岩效率，而且减小采下矿石的损失和贫化。2-2盘区式上向水平分层充填法特点：当矿体厚度大于10-15m时，采场垂直于矿体走向布置，用联络道将若干采场连通成为一个大的回采单元，即盘区，以便同一台自行设备能同时服务于盘区内的各个采场。采准：一般采用脉外采准，（图3-3）在矿体下盘围岩中开掘折返式斜坡道，斜坡道通过分层巷道、分层联络道与采场连通，作为人员、设备、材料和通风的主要通道。图3-3盘区式上向分层充填法布置示意图1-斜坡道；2-脉外溜矿井；3-分段巷道；4-分层联络巷；5-脉内溜矿井6-顺路人行滤水井；7-充填通风井；8-阶段运输平巷；9-阶段运输横巷主要结构参数：阶段高80m，分段高8m或12m，分层高度4m，底柱高6-8m，不留顶柱。盘区内有5个采场，矿房宽10-12m，间柱宽8m。2-3机械化上向水平分层充填法缘由：为了适应凿岩台车、铲运机等无轨自行设备的高效率和运行的灵活性，上向分层充填法在采场结构、采准布置等方面发生了较大的变化。主要特征：沿走向布置采场时，采场的长度增大；垂直走向布置采场时，采用盘区式回采单元，即将若干采场组合成一个大的回采单元。要求开掘采场斜坡道，以便自行设备进入各个分层上向水平分层充填采矿法研究与应用现状52-4上向水平分层胶结充填法胶结充填的缘由：由于水砂充填回采工艺复杂，充填体的强度较低，压缩沉降率大，矿柱回采的安全性较差等，为简化回采工艺，改善矿柱的回采条件，更好地保护上覆岩层和地表，发展了胶结充填。特点：矿块采准、切割，矿块回采等方面，与水砂充填基本相同。区别仅在于顺路人行井不需按滤水条件构筑，溜矿井和人行井在充填时只需立模板就可形成。（见图3-4）图3-4上向水平分层胶结充填采矿法1-运输巷道；2-穿脉巷道；3-胶结充填体；4-溜矿井；5-行人天井；6-充填天井参数：由于胶结充填的成本高，第一步回采矿房时应取较小的尺寸；但要求所形成的人工矿柱必须保证第二步矿柱回采的安全。接顶：为了更好地维护上覆岩层和地表，胶结充填最上一个分层空间时，必须做好接顶工作。通常采用砂浆加压法接顶，即将砂浆沿管路压入接顶空间，将其填满。2-5上向水平分层水砂充填法1、矿块结构和参数当矿体厚度小10-15m时，矿房长轴沿走向布置，矿房长度30-60m；当矿体厚度大于10-15m时，矿房垂直走向布置，此时，矿房长度一般控制在50m以内，矿房宽度8-10m，间柱宽68m，顶柱厚4-5m，底柱高5m，阶段高30-60m，为减小矿石的损失，可采用砼底柱取代矿石底柱。上向水平分层充填采矿法研究与应用现状6上向水平分层水砂充填法（图3-5）图3-5上向水平分层水砂充填采矿法1-顶柱；2-充填天井；3-矿石堆，4-人行滤水井；5-放矿溜井；6-主副钢筋；7-人行滤水井通道；8-上盘运输巷道；9-穿脉巷道；10-充填体；11-下盘运输巷道2、采准和切割工作：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，构成环形运输。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而成，内径1.5m，壁厚300mm。人行滤水井用预制钢筋混凝土构件砌筑。充填天井内设充填管路和人行梯子等，是矿房的安全出口，其倾角为80-90°。在底柱上部掘进拉底巷道，并以此为自由面扩大至矿房边界，形成拉底空间，再加上挑顶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，配置双层钢筋。3、回采工作：用浅孔凿岩爆破落矿，回采分层高为2-3m。崩落的矿石经电耙耙至溜矿井放出，然后清理底板上的矿粉，并进行充填。充填前要浇灌好溜矿井、砌筑好人行滤水井，并在间柱两侧浇灌0.5-0.8m厚的混凝土隔墙。充填料中的水经滤水井流出采场，充填料沉积压实后形成密实充填体。混凝土隔墙的作用，主要是为第二步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。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天后即可上向水平分层充填采矿法研究与应用现状7进行落矿。3、回采工作之图3-6图3-6回采过程示意a-凿岩；b-爆破落矿；c-出矿；d-充填准备；e，f-铺保护层3上向水平分层充填采矿法在某矿山的应用上向水平分层充填采矿法按采场结构、工作面形态和工艺特点，分为沿走向、垂直走向和点柱式上向水平分层充填法三个方案。（一）沿走向上向分层充填采矿法该方案结构特点是沿矿体走向一定的长度或整体矿体的走向长度作为一个采场，可实现回采工作的平行作业，以便充分发挥设备效率，提高矿石回收率。此方案适用于厚度为10～15m以下的矿体，采场宽为矿体厚度，长为50～300m，甚至更长。在最薄矿体开采中，为适应无轨设备的开采，采用沿走向脉内斜坡道分层充填方案。（二）垂直走向上向分层充填采矿法该方案结构特点是沿矿体走向划分矿房和间柱，采场垂直矿体走向布置，一步回采矿房，二步回采间柱。矿房用胶结充填形成“人工矿柱”，以利于二步回采间柱。使用无轨设备，可发展为盘区分层充填，沿走向布置盘区，盘区由3～5个垂直走向布置的矿房构成，矿房间留设间柱，实现无轨采矿。这种方案适用于厚或极厚的高品位矿床，损失