采矿学地采13第十七章.

采矿学Ⅰ第十七章充填采矿法第一节概述1第三节上向水平分层充填采矿法2第五节下向分层充填采矿法33第八节矿柱回采44【目的要求】了解国内外充填采矿法的典型方案和发展现状；掌握主要充填采矿法的回采工艺和适用条件。【重点】掌握主要充填采矿法的回采工艺和适用条件。【难点】掌握主要充填采矿法的回采工艺和适用条件。第十七章充填采矿法第一节概述一、充填采矿法及充填空区目的1、充填采矿法随回采工作面的推进，逐步用充填料充填采空区的采矿方法，称充填采矿法。2、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；并为回采工作创造安全和方便条件；还可预防有自燃性矿石的内因火灾。第一节概述二、充填采矿法的分类充填采矿法单层充填法上向分层充填法下向分层充填法分采充填法（削壁充填法）干式充填法水力充填法胶结充填法按矿块结构和回采工作面推进方向按充填料和输出方法的不同三、充填采矿法发展现状我国充填采矿法从早期地下废料排弃至现在的机械化充填采矿技术的应用和发展，概括起来分为4个阶段：①第一阶段，20世纪50年代以前的干式充填。1955年我国干式充填采矿法在有色金属地下开采中占38.2%，在黑色金属地下开采中高达54.8%，至1963年，有色矿山中充填采矿法的应用比重降至0.7%。②第二阶段，20世纪60年代开始采用水砂充填工艺。湘潭锰矿1960年开始采用碎石水力充填工艺，以防止矿坑内因火灾，并取得了较好的效果。80年代国内60余座有色、黑色和黄金等金属矿山广泛应用了分级尾砂充填工艺与技术。第一节概述③第三阶段为20世纪60、70年代开始应用和开发尾砂胶结充填技术，上世纪80年代已发展起全尾砂高浓度胶结充填、高水速凝全尾砂固化胶结充填和块石胶结充填工艺。【注】20世纪70年代开始在凡口铅锌矿、招远金矿和焦家金矿等矿山应用细砂胶结充填。20世纪80年代初金川镍矿二矿区和龙首矿建成细砂高浓度自流充填工艺系统。1983年凡口铅锌矿进行高浓度全尾砂充填新工艺及其装备试验研究，1991年试验获得成功。“八五”期间，华锡集团铜坑锡矿试验成功了充填系统先进、充填能力大的块石胶结充填工艺技术。第一节概述④第四阶段，20世纪90年代发展起来的膏体泵送充填工艺。1999年金川有色金属公司二矿区建成了中国第一套膏体泵送充填系统，1999年大冶有色金属公司也采用了膏体泵送充填技术。此后，随着各种新型充填工艺、新型胶结材料的成功应用，极大地推进了我国充填采矿技术的发展。第一节概述第三节上向水平分层充填采矿法一、概述1、特点：2、充填方式干式（目前应用很少）水力胶结充填方式矿块矿房（先采）矿柱（后采）自下向上水平分层进行，采一层充一层，并留出继续回采的工作空间。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上，用机械方法将矿石送至溜井。矿房回采到最上分层时，进行接顶充填。第三节上向水平分层充填采矿法1、矿块结构参数：矿房长度：矿厚10-15m时，沿走向布置，矿房长度30-60m；矿厚10-15m时，垂直走向布置，矿房长度50m阶段高：30-60m间柱：6-8m，取决于矿岩稳固性以及间柱的回采方法。顶底柱：顶柱4-5m、底柱5m(可用混凝土代替)二、水力充填方案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-下盘运输巷道第三节上向水平分层充填采矿法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①运输巷道或穿脉巷道：薄、中厚矿体：脉内运输巷道；厚矿体：脉外沿脉和穿脉，或上、下盘沿脉和穿脉。②溜矿井、顺路人行天井和充填天井：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。⒉采准和切割工作第三节上向水平分层充填采矿法【注】溜矿井用混凝土浇灌，壁厚300mm，圆形内径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（预留泄水孔）；充填天井断面2×2.4m2，内设充填管道和人行梯子，作为矿房安全出口，倾角80-90°。第三节上向水平分层充填采矿法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，形成拉底空间，再向上挑顶，崩下矿石经溜井放出，之后可浇灌钢筋混凝土底板。第三节上向水平分层充填采矿法（1）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（2）用电耙或装运机、铲运机出矿。（3）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。⒊回采工作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。第三节上向水平分层充填采矿法三、胶结充填方案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—充填天井第三节上向水平分层充填采矿法※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。第三节上向水平分层充填采矿法四、上向水平分层充填采矿法评价【优点】①矿石损失贫化小；②回采工作使用无轨自行设备，使普通充填采矿法提高到新的水平(机械化充填采矿法)，进入高效率采矿方法行列，使用范围不断扩大，而且有进一步发展的趋势。【缺点】①成本高：水砂15-25％（采矿成本）胶结35-50％（采矿成本）②充填系统复杂③阶段间矿柱回采困难第五节下向分层充填采矿法1、适用条件下向分层充填采矿法，用于开采矿石很不稳固或矿石和围岩均很不稳固，矿石品位很高或价值很高的有色金属或稀有金属矿体。2、方法实质：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。下向分层充填法按充填材料可划分为水力充填和胶结充填两种方案，但不能用干式充填。两种方案均用矿块式一个步骤回采。一、概述第五节下向分层充填采矿法二、下向分层水力充填法1、矿块结构阶段高度：30～50m；矿块长度：30～50m；宽度等于矿体的水平厚度；不留顶柱、底柱和间柱。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—分层采矿巷道第五节下向分层充填采矿法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。第五节下向分层充填采矿法4、充填工作充填前：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。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。二、下向分层胶结充填采矿法第五节下向分层充填采矿法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3缺点：生产能力较低，采矿工作面工人的劳动生产率不高。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。第五节下向分层充填采矿法第八节矿柱回采分两步骤回采的充填法（主要是上向分层充填法）中，必须统一考虑矿房和矿柱的回采方法及回采顺序。一般情况下，采完矿房后，应当及时回采矿柱。矿柱回采方法的选择，主要是根据矿房充填状况及围岩或地表是否允许崩落而定。※间柱回采条件：松散充填料充填矿房（干式和水力充填）；胶结充填矿房或在矿房两侧砌筑混凝土隔墙。※顶、底柱回采条件比较复杂。第八节矿柱回采一、胶结充填矿房的间柱回采矿房内的充填料形成一定强度的整体。此时，间柱的回采方法有：◆上向水平分层充填法；◆下向分层充填法；◆留矿法；◆房柱法。当矿岩较稳固时，用上向水平分层充填法或留矿法随后充填回采间柱，如图所示。图7-16上向水平分层充填法回采间柱1—运输巷道；2—穿脉巷道；3—充填天井；4—人行泄水井；5—放矿漏斗；6—溜矿井第八节矿柱回采当矿岩较稳固时，用上向水平分层充填法或留矿法（图17-16，17-17），底部间柱高5~6米，需用胶结充填，上部用水砂充填。当必须保护地表时，间柱回采用胶结充填，否则，可用水力充填。第八节矿柱回采图17-17留矿法回采间柱1—天井；2—采下矿石；3—漏斗；4—运输巷道；5—充填体；6—电耙巷道；7—溜矿井顶板稳固的缓倾斜或倾斜矿体中，当矿房胶结充填体形成后，可用房柱法回采矿柱，如图所示。图17-18房柱法回采矿柱1—运输巷道；2—溜矿井；3—切割巷道；4—电耙硐室；5—切割上山；6—回风巷道；7—阶段回风巷道；8—胶结充填体第八节矿柱回采第八节矿柱回采矿石和围岩不稳固或胶结充填体强度不高，应采用下向分层充填法回采间柱，如图所示。下向分层充填法回采间柱1—间柱的充填体；2—矿房的充填体；3—运输巷道；4—脉外天井；5—穿脉巷道；6—充填天井第八节矿柱回采矿房用水砂充填或干式充填法回采，或者用空场法回采随后充填（干式或水砂充填）的条件下，如用充填法回采间柱，须在其两侧留1～2m矿石，以防矿房中的松散充填料流入间柱工作面。如地表允许崩落，矿石价值又不高，可用分段崩落法回采间柱。二、松散充填矿房的间柱回采方法三、顶底柱回采1、构筑了人工假底的：用上向水平分层充填法；2、上覆岩允许崩矿：用无底柱分段崩落法采。第八节矿柱回采习题1、充填法包括哪几种采矿方法2、充填采矿法的主要充填材料有哪些？