第十二章 充填采矿法

第十二章充填采矿法§1充填采矿法概述一、充填采矿法特点：凡是随着回采工作面的推进，逐步用充填料充填采空区的方法叫做充填采矿法。充填采矿法也将矿块划分为矿房和矿柱两步骤回采，先采矿房，后采矿柱。矿柱回采可用填法，也可以考虑用其他方法。矿房的回采是采一分层，把矿石运出，随后充填这一层，然后再采一层，再充填一层。依此循环，直到到全矿房采完为上。一采一充或两采一充。二、充填采矿法的发展情况充填采矿法在国内外金属矿山应用的历史悠久，古代就用采掘的废石留在采空区的办法来采矿，发展到现在的机械化作业的充填采矿法。（1）国内情况充填采矿法在金属的矿山应用情况也是变化的，有起有落，开始应用的比较多，后来减少了，现在又兴盛起来。目前仍然有日益增加的趋势。全国约有20多个冶金山采用了充填法，不是今年的统计数字。[参考资料]①我国的红透山铜矿、凤凰山铜矿、铜录山铜矿、焦家金矿、凡口铅锌矿、湘潭锰矿、黄沙坪铅锌矿等都使用充填采矿法。②③国内使用充填法的历史情况1）解放时期——我国仅有少数几个冶金矿山采用干式充填采矿法、水砂，胶结充填法还没有用过。2）大跃进期间——各种高效率的采矿方法在冶金矿山中大力推广，有些原来采用干式充填采矿法的矿山，改用了其他方法，故充填法比重急剧下降。3）1964年——我国凡口铝锌矿开始使用胶结充填法。4）1965年——我国某矿山南矿由于采空区的面积过大，发生地压活动，故开始了尾砂充填空区的试验。后来其他矿又进行了胶结充填法试验。5）1966年——湘潭锰矿第一期扩建设计，采用3水砂充填壁式采矿法。1969年投产，用到现在，对防止内因火灾取得了较好效果。黑色金属矿有色金属矿1955年统计54.8%38.0%1963年0.7%0.7%1970年6%7%6）1967年——黄沙坪铝锌矿采用了干式充填采矿法，同年铜矿也曾试验采用充填法。7）从1967年以后，相继有：托里络矿、柏坊铜矿、红透山硐矿，凤凰山铜矿，铜录山铜矿等矿山采用了充填法。到目前为止，全国约有20多个冶金矿山全部或部分地采用了充填采矿法。（2）国外充填采矿法发展情况目前，充填采矿法在国外金属矿山已获得日益广泛的应用，其所占比重正在持续上升。例如，加拿大、美国、日本、瑞典、苏联、西德等。①①1970年—分层充填法比重为22.2%;1973年—分层充填法比重为29.1%1974年—用充填法采出的矿石为2500万吨。深入充填料中的水泥约价值1000万元；②又如美国。1971年—使用充填法的金属矿山数为38个。其中用充填料回填空区的矿山有：25个。1971年美国脉状矿日产矿石量为1200万吨以上的有色矿山，只有6个，而除一个用留矿法开采外，其余均用充填法开采。③日本充填法使用比例。1956年占24.5%，1967年占35.2%,1970年占39.0%。④瑞典情况—在45个矿山中，有13个矿山采用分层充填法开采。⑤苏联—1965年使用充填法开采的矿石量为14.9%。1975年使用充填法开采的矿石量为38.0%。⑥其他国家如澳大利亚、西德、印度、英国、奥地利等国家也都广泛地应用充填采矿法开采有色、稀有金属矿体。三、充填的目的（一）进行地压管理利用形成的充填体进行地压管理，用的控制围岩崩落和地表下沉，并为回采工作面而创造方便条件和安全条件，保护地表建筑物，缓和大面积地压活动，恢复安全生产。（二）杜绝内因火灾有些矿山用这种方法来预防有自燃性的矿床（内因火灾或其他灾害）。[参考]如我国湘潭锰矿，矿体的直接顶板为叶片状黑色页岩，崩落后在有水和空气的条件下，经30～50天后发生自燃。采用充填法后，杜绝了内因火灾。（三）为回采矿柱创造了条件矿房采完以后空场能否及时进行充填，将直接导致矿柱能否进行回采，由此将直接影响矿山三级矿量的平衡和均衡生产。如我国凡口铅锌矿，用水平分层充填法回采了两侧均为水泥尾砂、胶结充填体的矿柱。）（四）为深部、水下开采创造条件。用于深部开采，水下采矿以及预防冲击性地压。四、充填材料及其充填料的输送方法。（一）充填材料来源①地表堆积的废石；②掘进坑边的废石；③选矿厂的尾砂；④冶炼厂的炉渣；⑤戈毕集料；⑥从地表属门采石等。（二）充填材料的输送方法可以通过矿车或其他机械运输，也可用风力、水力输送。目前水力输送应用比较广泛。五、充填采矿法分类（一）按充填料的性能和充填工艺特点分类：胶结充填可分为：非胶结充填干式充填水砂充填（二）按矿块回采工作面的推进方向和回采工艺特点分类：①上向分层充填采矿法；②下向分层充填采矿法；③壁式充填采矿法；④削壁充填法；⑤支架充填法。六、充填采矿法的适用条件（一）开采品位较高的富矿，并且要求有比较高的回采率和比较低的贫化率；或开采稀贵金属。（二）赋有条件件和开采技术条件比较复杂的矿床，如：①水文地质条件、矿体形状比较复杂；②矿体埋藏较深而且地压较大；③矿石或围岩有自燃发火的危险；④地表或围岩不允许有大面积沉陷或剧烈移动而需要特殊保护；⑤露天和地下同时进行开采。（三）适用于矿石稳固，围岩不稳固的矿床如果能采用特殊的支护方法或下向分层充填法，也可以用来开采矿石不稳固的矿体。（四）适用于开采急倾斜矿体因为急倾斜矿体便于向采场输送充填料，并且可以减少充填不到的空间及充填料接顶的面积。但是，如果能采用水力或风力充填的话，也可以用于缓倾斜薄矿脉的开采中。七、充填采矿法与其他采矿方法比较的优缺点：（一）充填采矿法的优点：（1）采、切工程量小，灵活性大；（2）矿石损失、贫化小；（3）能够比较有效的维护围岩，减少围岩的移动和防止大量冒落；（4）对于薄矿脉或多品种矿石可以进行选别回采；（5）可以防止矿床开采的内因火灾；（二）缺点：（1）回采工艺和充填工艺复杂。（2）充填和采矿互相影响，如果回采作业机械化所不能妥善解决，则生产效率和生产能力都比较低；（3）充填料的开采，加工、输送及其他一系列消耗使矿石成本较高。开采运输与堆积充填料这些工作所需要的费用占采矿成本的40—50%。（4）劳动强度大；§2干式充填采矿法一、干式充填采矿法的特点和适用条件（一）特点：（1）将矿块划分为矿房和矿柱，先采房，后采柱，两步骤回采。矿房是自下而上分层回采，随着回采工作面的向上推进，逐层充填采空区的维护上、下盘围岩，同时为继续上采创造作业条件。（2）干式充填采矿法多用废石作为充填料，充填料利用主充填井下放到井下，再用其他运输送到工作面进行采场充填工作。（3）矿房回采到最后一个分层后，要进行接顶充填。（4）矿柱回采工作是在采完一批矿房以后或采完一个阶段后进行。（二）适用条件（1）适用开采品位高，价值高的矿石；（采矿体厚度小于4米的）；（2）适用于开采矿石稳固，而围岩不稳固的急倾斜薄到中厚的矿体；矿体太厚时，充填工作量大，输送充填料和在矿房中铺平充填料的工作太繁重。（3）缺乏水力充填的廉价材料；（4）矿山开采中自然涌水量大，不宜采用水力充填法开采；（5）缺乏水源地区的矿山，用水力充填法供应不上水。（三）干式充填法分类：按工作面形式不同，可分为三类，即：（一）上向水平分层干式充填法；（黄沙坪铝矿用及红化沟金矿用）（二）倾斜分层干式充填法；（三）削毕充填采矿法。（红花沟金矿用）3～107～8ⅡⅡ51隔墙7～8Ⅱ-Ⅲ隔墙Ⅰ36～6023Ⅰ2～3cm(30～60)43.5顶柱二、干式充填采矿法典型方案（上向水平分层干式充填采矿法）（一）上向水平分层干式充填采矿法特点：属于干式充填法的一种，与干式充填法总的特点基本相同。它也是两步骤回采，向下而上分层回采。随着工作面以向上推进，逐层充填采空区，用以支撑上、下盘围岩并造成不断上采的作业条件。当矿房采到最后一个分层后，要进行接顶充填。矿房采完后，再有计划地回采矿柱。（二）矿块构成要素（1）矿块布置方式矿块布置方式分为沿走向和切走向两种。①沿走向布置——当矿石与围岩比较稳固的条件下，矿体厚度又不超过10—15米时，采用沿走向布置。②矿块切走向布置--矿体厚度＞10～15米时，用切走向布置。（由所给尺寸可看出，此数值比空场法要小。因为围岩不稳固，允许暴露的面积小，因而以10～15米为界）。（2）矿房长度矿房的长一般宜控制在50米以内。如果矿体厚度超过50米，则在矿体的垂直走向方向上布置两排矿房，在两排矿房之间留沿走向的纵向矿柱。干式充填采矿法典型方案1-沿脉平巷2-人行天井3-联络道4-充填天井5-溜矿井4Ⅰ上向水平分层干式充填法Ⅱ210Ⅱ3ⅢⅢ8210ⅢⅡⅡ30～603-50.2-0.25溜井倾角760°1750°～60°14131274Ⅰ56530-601.84-53-10Ⅲ拉底巷道2×2米内径1.5×1.822×2m1-阶段运输平巷；8-底板；2-回风巷道；9-电耙胶车；3-充填天井；10-顶柱；4-放矿溜井11-底柱5-人行通风天井12-充填料6-联络道（间距4～6m）13-崩下矿石7-隔墙；14-炮孔（3）阶段高度①阶段高度一般为30～60米（常用的是35～45米）②阶段高度过大，在生产中会产生一些困难，如：当矿体厚度不大，而矿体倾角变化大时，会引起架设流矿井的困难；当矿体很厚，出矿量很多时，溜井下部磨损大，维护困难。（钢溜井可通过10～15万吨矿石，予制混凝土溜井一般达不到10万吨矿石）。[参数]阶段高度大，则回采速度慢，当回采上部分层时，矿石的稳固性降低。对于阶段高度的取值方法：①当矿体倾角比较大，倾角和厚度变化不大，矿体、轮廓规则时，采用较大的阶段高度；②当矿床勘探类型越高时，阶段高度可以取的越小。（4）矿房的水平暴露面积矿房的水平暴露面积，主要取决于矿石的稳固性。当矿石稳固时，水平暴露面积多在300～500M2之间；当矿石很稳固时，可达到800～1200M2或更大，（个别矿山达到2000M2）。（5）矿柱尺寸1）间柱宽度：间距宽度取决于间柱的回采方法和矿岩的稳固性以及矿体厚度。用充填法回采间柱时，可留7～10米。当矿石和围岩不太稳固且地压较大时，则应取较大的尺寸。间柱留的过小，受的压力大，不易回采矿柱；间柱留的过大，则又形成较大的采空区。房天井间柱当矿体很薄时（3～4米的薄矿脉），也可以不留间柱，此时采用在矿房之间浇灌混凝土隔墙的办法；2）顶柱厚度当上部运输巷道需要保护时，则应当根据矿石的稳固性和矿房的大小，保留3～5米厚的顶柱。不留顶柱可以简化回采步骤，因而可以减小矿石的损失和贫化，但需要建造人工假巷。3）底柱高度对于充填采矿法，由于采准巷道布置简单，在底柱中的巷道很少，并且不在其中进行二次破碎。故矿石底柱的稳固性破坏较小，因而底柱高度可以小一些。当矿房位于主要运输平巷之上时，必须要留底柱。一般在运输平巷上部只留2-3米高的底柱。（即从运输水平底板算起总计高4-5米）。（三）采准工作采准工作包括有：沿脉和穿脉平巷，天井、联络道，放矿溜井以及充填井。（1）沿脉平巷和穿脉平巷为了便于探矿和采矿，一般靠近矿体下盘或上盘边界掘进。沿脉运输平巷多用于中厚以下矿体的回采中。当矿体很厚，矿房垂直走向布置时，为了布置溜井方便，相邻矿块采矿互不产影响等，通常采用穿脉运输平巷）。当矿房和间柱沿走向的长度比较大时，则矿房和间柱分别开凿独立的运输穿脉巷道。相反，则运输穿脉巷道可开在矿房和间柱的交界外，共用一条巷道。运输巷道的断面一般为2.1×2.5米，（依运输设备定断面）。（2）在一个矿房中至少应当有两个天井（一个是人行天井，另一个是定填天井）。1）人行天井--人行天井一般布置在间柱宽度的中央靠下盘处。通过联络道与矿房联通。如此布置，对天井的维护、探清矿体边界和以后回采间柱都很有利。人行天井断面为(1.5m～2.0m)×2.5米2或2×2米2，其倾角应大于60°，以便回采矿柱时可以改作充填井。矿体两边的人行通风天井，一般可以采用顺路天井。优点是可以减少掘进工作量。同时能适应矿体形态的变化。顺路天井的断面一般为1.5×1.5米2。2）充填井--充填井一般布置在矿房中央靠上盘的地方，以减少充填料的运搬距离。另外在定位时，应考虑到充填井与溜矿井、人行井之间的相互位置，做到既便于工作，而又确保矿房中工作的安全。充填井的上部出口与上部平巷或短横巷相通，以便倾