第十七章--充填采矿法

2020/6/6采矿工程专业主干课程1第十七章充填采矿法第一节第二节第三节单层充填法概述金属矿床地下开采第四节第五节第六节上向分层充填法分采充填法方框支架充填法充填料的制备与输送2020/6/6采矿工程专业主干课程2本章基本内容金属矿床地下开采◆1、掌握充填采矿法的概念及特点；◆2、掌握上向水平分层胶结充填采矿法、下向水平胶结充填采矿法的特点、适用条件及主要工艺；◆3、了解单层充填采矿法、分采充填采矿法及水力充填采矿法的特点、适用条件及主要工艺；◆4、了解充填料的制备。2020/6/6采矿工程专业主干课程3重点难点金属矿床地下开采上向水平分层胶结充填采矿法、下向水平胶结充填采矿法的特点、适用条件及主要工艺；上向水平分层胶结充填采矿法、下向水平胶结充填采矿法的主要工艺及示意图。2020/6/6采矿工程专业主干课程4金属矿床地下开采第一节概述一、充填采矿法的特点充填采矿法：在回采过程中，用充填料充填空区的采矿方法。充填处理空区的实质是：以充填材料充满空区，支撑两帮围岩，防止岩石移动，达到控制地压的目的。二、应用充填法的条件不允许围岩崩落以及矿石品位较高、矿床价值较大。三、充填采矿法分类根据一次充填空区的高度不同，充填采矿分为单层充填采矿法、分层充填采矿法(包括上向水平、上向倾斜和下向分层充填采矿法)、分采充填采矿法与方框支架充填采矿法。2020/6/6采矿工程专业主干课程5金属矿床地下开采根据所采用的充填料和输出方法不同，充填采矿分为干式充填采矿法、水力充填采矿法、胶结充填采矿法。干式充填：利用运输机、矿车、管道（风力）输送干充填料充填空区。水砂充填或水力充填：使用管道水力输送湿充填料充填空区。胶结充填：用水泥或水泥代用品与脱泥尾砂或砂石配制而成的胶结性物料充填空区。常用的充填材料（简称充填料）有废石（块石、碎石）、河砂、选厂尾砂、冶炼厂炉渣等，胶结充填材料中还用水泥与石灰等胶凝材料。2020/6/6采矿工程专业主干课程6金属矿床地下开采第二节单层充填法（壁式充填法）特点：矿块的回采按矿体全厚向前推进，在岩石顶板下的回采空间作业；当回采工作面推进一定距离后，除保留继续回采所需的工作空间外，其余空区用隔墙进行密闭，用充填处理空区并控制地压。一、矿块结构参数矿块长度60~80m；沿倾向斜长30~40m（与电耙耙距有关）；顶、底柱厚2~3m，有的矿山顶、底柱合一或不留；矿块间不留间柱。二、采准工作采准包括掘进阶段运输平巷、溜井等。溜井间距6~7m。三、切割工作切割包括掘进切割上山和拉底平巷等。2020/6/6采矿工程专业主干课程7金属矿床地下开采2020/6/6采矿工程专业主干课程8金属矿床地下开采四、回采工作沿回采工作面推进方向，每次充填范围的宽度，称为充填距；所保留用于继续回采的工作空间宽度，称为控顶距；每次充填前顶板暴露的最大宽度，称为悬顶距。悬顶距等于充填距与控顶距之和。根据顶板岩石稳固程度决定推进距离，并与控顶距、充填距和悬顶距相协调。顶板岩石稳固性差时，一次推进2~2.5m。顶板岩石稳固性好，悬顶距和充填距大些。充填距大，可以减少充填准备工作，节省构筑隔墙的人力和材料，缩短充填准备和充填时间，提高矿块生产能力，降低采矿成本。控顶距一般为一架棚子的间距，即2~2.5m。1、凿岩：采用浅孔凿岩。2、爆破：顶板岩石不稳固时，每次爆破1~2m；稳固性好时，每次爆破线可长些甚至整个矿块斜长。2020/6/6采矿工程专业主干课程9金属矿床地下开采3、通风：清风从阶段运输平巷经溜井上至切割平巷，清洗回采工作后，污风上升到上阶段回风平巷。4、出矿：采电耙出矿。5、地压控制：包括回采空间顶板的支护和用充填处理空区。支护方式有立柱或戴帽立柱；一梁二柱或一梁三柱的棚子支护。顶板岩石不稳固时，在棚顶上还放背板，以防掉渣和岩块冒落。顶板岩石稳固性好，也采用锚杆支护或其他方式支护。五、评价1、适用条件：顶板岩石不稳固而又不允许陷落的微倾斜和缓倾斜薄矿脉。2、优点：矿石回收效率高，贫化率低。3、缺点：回采工艺复杂，矿块生产能力低，回采工效低，采矿成本高。2020/6/6采矿工程专业主干课程10金属矿床地下开采第三节分层充填法分层充填法的特点：将矿块或矿房划为分层逐层回采，在矿石顶板或假顶下的回采空间作业，分层回采，用充填处理分层空区并控制地压。分层充填法的分类：按照分层的不同回采方向，分层充填法分为上向分层充填法（又划分为上向水平和倾斜分层充填法）和下向分层充填法。一、上向分层充填法上向分层充填法特点是：自下而上分层回采，在矿石顶板下的回采空间作业，以充填体作为工作底板。上向分层充填法根据回采工作面的形式不同划分为上向水平和倾斜分层充填法。2020/6/6采矿工程专业主干课程11金属矿床地下开采（一）上向水平分层充填法1、将矿块划分为矿房和矿柱，先采矿房，后采矿柱。2、回采矿房时，自下向上水平分层进行，随工作面推进，逐层充填采空区，并留出继续上采的工作空间。3、充填体维护两帮围岩，并作为上采的工作平台。4、崩落的矿石用机械方法将矿石运至溜井中。5、矿房回采到最上分层时，进行接顶充填。2020/6/6采矿工程专业主干课程12金属矿床地下开采水力充填法方案⒈矿块结构和参数：如图所示。①矿块的布置：根据矿体厚度而定。②阶段高度主要与矿体赋存状态有关。上向水平分层水力充填采矿法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2020/6/6采矿工程专业主干课程13金属矿床地下开采③间柱的宽度取决于矿石和围岩的稳固性以及间柱的回采方法。⒉采准和切割工作①掘进运输巷道或穿脉巷道：与矿体厚度有关。②掘进溜矿井、顺路人行天井（兼作滤水井）和充填天井：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。③掘进拉底巷道，形成拉底空间：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，再向上挑顶，形成拉底空间，之后可浇灌钢筋混凝土底板。2020/6/6采矿工程专业主干课程14金属矿床地下开采⒊回采工作※用浅孔崩矿，回采分层高为2～3m。用上向孔和水平孔两次崩矿，形成的采空区可高达7～8m※用电耙或装运机、铲运机出矿。※清理底板上的矿粉，然后进行充填。充填前要浇灌溜矿井，砌筑（或浇灌）人行天井。4.水力充填方案的缺点（1）回采工艺较为复杂；（2）泥水污染巷道，水沟和水仓清理工作量较大；（3）回采矿柱安全性较差；（4）充填体的压缩沉降质量较差。2020/6/6采矿工程专业主干课程15金属矿床地下开采胶结充填法如图所示。胶结充填法的矿块布置、采准、切割和回采等，与水力充填法基本相同，区别仅在于顺路行人天井不要按滤水条件构筑，溜矿井和行人天井在充填时只需立模板就可形成。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2020/6/6采矿工程专业主干课程16金属矿床地下开采※胶结充填法的优点①顺路行人天井不要滤水；②溜矿井和行人天井在充填时只需立模板就可形成。※胶结充填接顶问题常用的接顶方法有人工接顶和砂浆加压接顶。2020/6/6采矿工程专业主干课程17金属矿床地下开采上向水平分层充填采矿法的评价1.优点：矿石损失贫化小；可使用无轨设备。2.缺点：①充填成本高；②充填系统复杂；③矿柱回采困难；④效率较低，劳动强度大。3.适用条件：①地表不允许陷落或岩层不允许移动；②矿体厚度薄至中厚。2020/6/6采矿工程专业主干课程18金属矿床地下开采（二）上向倾斜分层充填法特点：用倾斜分层（倾角近40°）回采，在采场内矿石和充填料的运搬主要靠重力。有两种形式：矿块回采和沿全阶段连续回采，充填料主要为干式。适用条件：矿体形态规整，中厚以下矿体，倾角应大于60°—70°。2020/6/6采矿工程专业主干课程19金属矿床地下开采2020/6/6采矿工程专业主干课程20金属矿床地下开采二、下向分层充填法特点：矿块一步骤回采；从上往下分层回采和逐层充填，每一分层的回采工作，是在上一分层人工假顶的保护下进行。充填方法为水力充填和胶结充填，但不能用干式充填。下层分层水力充填采矿法（一）下向分层水力充填采矿法⒈矿块结构和参数矿块结构如图所示：阶段高度为30～50m，矿块长度为30～50m，宽度等于矿体的水平厚度；不留顶柱、底柱和间柱。2020/6/6采矿工程专业主干课程21金属矿床地下开采1—人工假顶；2—尾砂充填体；3—矿块天井；4—分层切割平巷；5—溜矿井；6—运输巷道；7—分层采矿巷道2020/6/6采矿工程专业主干课程22金属矿床地下开采⒉采准和切割工作①掘进运输巷道：在下盘接触带或下盘岩石中布置。②行人通风天井：在矿块两侧布置。③溜矿井：在矿块中间布置。④切割巷道：每一分层回采前，先沿下盘接触带掘进。随回采分层的下降，行人天井逐渐为建筑在充填中的混凝土天井所代替，而溜矿井从上往下逐层消失。⒊回采工作回采分层高度，一般为2～2.5～3m，回采巷道的宽度为2～3m。用浅孔落矿，电耙出矿。2020/6/6采矿工程专业主干课程23金属矿床地下开采4、充填工作充填前应清理底板，铺设钢筋混凝土底板，钉隔离层及构筑脱水砂门等。如图所示。若下砂方向与泄水方相反，可采用由远而近的后退式充填。整个分层巷道充填结束后，再在切割巷道底板上，铺设钢筋混凝土底板和构筑脱水砂门，然后充填。1—木塞；2—竹筒；3—脱水砂门；4—矿块天井；5—尾砂充填体；6—充填管；7—混凝土墙8—人行材料天井；9—钢筋混凝土底板；10—软胶管；11—楠竹2020/6/6采矿工程专业主干课程24金属矿床地下开采（二）下向分层胶结充填采矿法它与下向分层水力充填法的区别，仅在于充填料不同，只需在回采巷道两端的构筑混凝土模板。矿块结构，采准及回采工艺，与前者基本相同。下向分层胶充填采矿法1—巷道回采；2—进行充填的巷道；3—分层运输巷道；4—分层充填巷道；5—矿石溜井；6—充填管路；7—斜坡道2020/6/6采矿工程专业主干课程25金属矿床地下开采（三）下向分层充填采矿法的评价1适用条件：◆矿山开采条件复杂，如矿岩很不稳固、地表不允许陷落、上覆岩层不允许移动等。◆矿石价值较大。2优点：◆矿石损失很小（3～5%）。◆矿块结构简单。3缺点：生产能力较低，采矿工作面工人的劳动生产率不高。2020/6/6采矿工程专业主干课程26金属矿床地下开采第五节分采充填法（也称削壁充填法）特点：因矿脉太薄，只采矿石工人因工作面太窄无法在其中作业，必须分别回采矿石和围岩，使其空区达到允许工作的最小厚度（0.8～0.9m），采下的矿石运出采场，围岩充填空区，为继续上采创造条件。一、结构参数矿块高度为30～50m，矿块沿矿体走向布置，矿块长50～60m，不留矿柱。二、采准工作采准工作有阶段运输巷道和先行天井。①阶段运输巷道：位于矿体下盘靠近矿岩接触面。②天井：一般要在矿块一侧掘进一条先行天井，然后在采场另一侧和采场中央架设顺路天井，顺路天井分为两到三格，作行人、通风、运输设备材料、出矿等用。2020/6/6采矿工程专业主干课程27金属矿床地下开采2020/6/6采矿工程专业主干课程28金属矿床地下开采三、切割工作切割工作有拉底巷道。在阶段运输巷道侧上部掘进拉底巷道，并架设木漏斗。四、回采工作自下向上水平分层回采，矿石易采则先采矿石，反之，先采围岩（下盘）。①崩矿：小直径浅孔凿岩，间隔装药，松动爆破。落矿前应铺设垫板，防止粉矿落入充填体中。开掘的围岩要正好够采场充填。②通风：清风经阶段运输巷道至先行天井下段，通过回采工作面后经顺路天井上段到上部回风系统。③出矿：人工或电耙出矿，对于太薄的矿脉，为了保证回采最小采幅，多采的围岩废石。④地压控制：回采下盘围岩充填采空区控制地压。2020/6/6采矿工程专业主干课程29金属矿床地下开采五、评价（1）适用条件该法主要用于开采急倾斜极薄矿脉，个别也可用于缓倾斜极薄矿脉。（2）优、缺点优点：采切工程量小、开采极薄的贵金属矿脉具有较大的经济优势。缺点：采场