充填采矿法设计工作与分析

充填采矿法设计工作与分析张宏达王学敏(冶金工业部长春黄金设计院)(广西高龙黄金矿业有限责任公司)=摘要对充填采矿法设计工作进行回顾与分析,肯定了成绩,找出了不足,以期提高我院采矿设计水平。关键词充填采矿法设计分析1引言冶金工业部长春黄金设计院建院40年来,在与矿山企业、兄弟院所及高等院校的共同努力下,设计建成了350余座大中型黄金矿山,这些矿山在各省的黄金生产中发挥着巨大作用。在地下开采设计中,应用的采矿方法主要是空场法,其次是充填法。由于近年来应用充填采矿法的设计项目逐渐增多,积累了一些经验,同时也发现了设计工作中存在的问题。本文对我院充填采矿法设计工作做一回顾,并找出不足,以期不断提高我院的设计水平。2充填采矿法介绍以矿块回采时地压管理方法作为主要分类依据,岩金地下矿山采矿方法主要有空场法、崩落法及充填法。其中,崩落法在设计中应用较少,而充填法近年来应用较多,并有一定的发展前景。211充填采矿法生产工艺及特征充填采矿法生产工艺可以简单描述为:随着回采工作面的推进,采空区用充填料充填。其主要特征为:充填是该采矿法回采过程中的必要工序。212充填体的作用充填体的作用主要是控制采场地压,支撑上、下盘围岩,减少、延缓和阻止采后空区围岩的破坏和移动,并作为回采工作继续进行的工作顶板、底板,或者是矿房采空后,一次事后充填,以支撑上、下盘周围矿岩,使相邻矿柱得以顺利回采。213应用充填采矿法的重要性应用充填采矿法的重要性,在于该采矿方法可以开采品位很高的富矿;开采矿体形态很不规则,厚度、倾角变化大,分支复合现象严重,含夹石多的矿床;可以很好地保护地表的河流、湖泊、农田、果园、铁路及村庄等。收稿日期1998-05-04张宏达长春市南湖大路12号130012山东焦家金矿采用上向进路胶结充填法和上向分层尾砂胶结充填法,可以保护地表高产农田,效果一直很好。山东省三山岛金矿采用点柱分层充填采矿法,可以防止海水渗入坑内,达到预期效果。相反,辽宁五龙金矿四道沟分矿,由于矿体呈密集矿脉产出,矿化不匀,品位变化大,且矿体上盘移动范围内建有工业场区和家属区,所以保护地表成为矿山主要安全工作之一。由于建矿后近30年时间一直未采用充填法,且实行分期采矿造成大量空区无法处理,并导致地压活动频繁,地表沉降突出。仅1975年6月和1985年1月两次地压活动,造成地表明显沉降,建筑物受到严重破坏,直接损失达数百万元。采用充填采矿法,还可以减少坑内废石的提升、运输,减少地表废石场占地及减少尾矿库容积,并可以起到环境保护等目的。214充填采矿法基本方案21411按回采工作面推进方式划分充填采矿法按回采工作面推进方式可分为分层充填法、分段充填法和阶段充填法。其中,分层充填法又可以分为上向分层充填法、上向进路充填法、点柱充填法、下向分层充填法及壁式充填法;阶段充填法又可以分为分段空场事后充填法、阶段空场事后充填法、VCR事后充填法、留矿采矿事后充填法及房柱采矿事后充填法。21412按充填料性质划分充填采矿法按充填料性质可以分为废石干式充填采矿法、水砂充填采矿法、尾砂充填采矿法、混凝土及块石胶结充填采矿法。3削壁充填采矿法设计回顾311削壁充填采矿法介绍削壁充填采矿法是开采极薄矿脉的一种干式充填采矿法,在回采过程中分别崩落矿石和围岩,采下矿石经溜井放出,崩落的废石则存放在采空区进行#20#第19卷黄金GOLD第11期1998年11月充填,支撑围岩,并作为回采工作平台。312河林金矿设计实例1987年,我院在河南省灵宝县河林金矿初步设计中,采矿方法选择了削壁充填法。31211开采技术条件设计以老鸦岔矿区721脉、722脉为主要开采对象。721脉走向长1076m,平均倾角为36b,平均厚度015m;722脉走向长2200m,平均倾角40b。老鸦岔矿区是河南省的自然保护区,地表植被、生态平衡不应受到破坏。31212采矿方法选择根据开采技术条件,矿体倾角较缓,厚度极薄,矿体顶板底板较稳固等特点,并参照国内类似矿山的实际情况,设计选择了削壁充填采矿法。其中,以扇形上向式削壁充填法为主,以上向V型工作面削壁充填为辅。31213矿房回采简介回采工作从拉底巷道开始,自下而上沿逆倾斜方向推进,回采工作面与矿脉走向呈10b~20b夹角。用2DPJ-28型电耙出矿。采幅一般控制为113~114m。回采工作面矿岩一次凿岩,分次爆破。一般先爆矿石,出矿后再爆围岩。炮孔深118~210m,在矿石中呈/之0形排列;在围岩中呈/一0字形排列。炮孔间距为018m。凿岩设备选用7655型凿岩机,每个工作面配备1台凿岩机。炸药采用2#岩石炸药,火雷管起爆,非电导爆管一次爆破。采空区用崩落废石充填。4尾砂胶结充填采矿法设计回顾411尾砂胶结充填采矿法介绍尾砂胶结充填采矿法是以尾砂作主要充填材料,进行胶结充填的采矿方法,可适应于各种回采方式的充填采矿法。412鸡冠嘴金矿设计实例1989年,我院在进行湖北省黄石市鸡冠嘴金矿(二期)可行性研究中,采矿方法选择为尾砂胶结充填采矿法。具体回采方案为上向水平分层盘区充填法、上向水平分层充填法、倾斜分条充填法及上向进路充填法。41211开采技术条件矿区地质构造复杂程度属中等,构造破碎带虽较发育,但在矿体附近并不严重,且连续性差。矿体顶板、底板围岩以中等至坚硬的块状、裂隙块状结构的大理岩类和块状结构的侵入岩为主。透辉石夕卡岩,粘土化蚀变侵入岩和构造等松软破碎、稳固性差的岩石,构成矿体顶板、底板围岩,仅占见矿工程数的711%~2018%。岩溶发育程度中等,溶洞主要分布在次要矿体的赋存地段,地下水易疏干,疏干后残留水头甚小。不良工程地质问题以地面塌陷为主,其次是局部矿体顶板、底板围岩的洞顶崩垮,塌方和底板围岩的塑性变形,对矿床开采只带来局部的影响。开采范围内地表均是良田覆盖,并有水渠河流。为此,地面需要保护,地表不允许沉陷及剧烈移动。41212采矿方法选择根据开采技术条件,选用尾砂胶结充填法。该法具有采矿损失率小,矿石贫化率低等特点,并能够有效地维护围岩,减少围岩的移动,防止大量冒落。为适应矿体变化,获得较好的经济效益,选用以下几种采矿方法:(1)上向水平分层盘区充填法。适用于矿体水平厚度大于10m,矿石中等以上稳固的矿体。(2)上向水平分层充填法。适用于矿体水平厚度4~10m,矿岩中等以上稳固的矿体。(3)倾斜分条充填法。适用于矿体水平厚度小于4m的薄而倾角较缓的矿体。(4)上向进路充填法。适用于矿体水平厚度大于4m,矿岩不稳固的矿体。41213矿房回采简介以上向水平分层盘区充填采矿为例,介绍其回采工艺。每个矿块按间隔10m划分矿房和矿柱各3个。采用先采矿房后采矿柱的二步采矿顺序。采场回采工作按分层自下而上逐层进行,分层高度313m。每步采的3个采场回采工作交替进行。采场凿岩采用MERCURY-14型单臂液压凿岩台车钻凿水平孔,凿岩工作面垂直矿体走向,由下盘向上盘推进。出矿设备采用ST-2D(115m3)铲运机。采场撬顶、顶板维护及装药在VT-45H型剪式升降台车上进行。采场充填工作,第一分层充填需要铺设一层直径14mm、网度200mm@200mm的钢筋网。要求钢筋两端与锚固在顶板围岩中的锚杆固定在一起。尾砂胶结充填料厚度110m,强度为4~5MPa。该层作为回采底柱时的人工假顶。其余分层的尾砂胶结充填体强度015~110MPa。二步采用尾砂充填,只在充填表层铺300mm厚的尾砂胶结充填料,其强度为1~2MPa,以保证凿岩、出矿设备的运行。每层充填时留110~115m左右高度,作为爆破补偿空间。#21#第19卷1998年第11期5混凝土碎石胶结充填采矿法设计回顾511混凝土碎石胶结充填采矿法介绍混凝土碎石胶结充填采矿法是干式废石与尾砂胶结充填的结合形式。它具有强度高,水泥用量低,能利用井下废石等特点。512高龙金矿设计实例51211高龙金矿开采设计过程1992年1月,我院在广西高龙金矿初步设计中,采矿方法选择混凝土碎石胶结充填采矿法。其中,以分条碎石胶结充填法为主,以上向分层充填采矿法为辅。1992年3月,我院在广西高龙金矿初步设计修改中,推荐采矿方法为分段分条碎石胶结充填法、水平分层胶结充填法和水平干式充填法。1993年5月,我院委托长沙矿山研究院做广西高龙金矿采矿方法试验,其试验方案推荐采矿方法为上向水平分层碎石胶结充填法。1994年7月,在广西高龙金矿采矿方法研究中,确定采矿方法以下向分层胶结充填法为主,以无底柱分层崩落采矿法为辅。1996年11月,在进行中加合作的广西高龙金矿扩大可行性研究设计时,推荐采矿方法为下向分层胶结充填采矿法。51212矿山现状目前,广西高龙金矿应用的采矿方法主要是下向分层胶结充填采矿法,生产能力已达350t/d。碎石来源于露天矿剥离废石、井下掘进废石及地表开采的部分碎石。513鑫城金矿设计实例51311开采技术条件黑龙江省鑫城金矿半截沟Ñ号矿体分布在0~12线之间,控制长度100m,为蚀变岩型金矿。矿体总体走向245b~250b,南倾,倾角一般为80b~82b,矿体深部宽约11~29m。矿体连续且稳定。矿体由地表向深部变化有如下规律:品位变化不大,较稳定,平均厚度有变宽的趋势,向深部矿体连续稳定。矿石类型为破碎蚀变岩型,含硫较高。矿体上下盘岩石节理较为发育。地表水较大,岩石及矿体渗透系数较大。矿岩密度2174t/m3。矿岩松散系数115。51312采矿方法选择根据开采技术条件,设计选择采矿方法为上向水平分层充填法。依回采顺序和适用的充填料,可分为一步采所用的上向水平分层碎石胶结充填采矿法和二步采所用的上向水平分层废石干式充填采矿法。51313矿山现状目前,黑龙江鑫城金矿正处于基建阶段,竖井已下至330m中段和280m中段,正待进行基建探矿和采准工作。6设计工作成绩与存在问题611设计工作成绩我院在40余年的设计工作中,取得了较为显著的成绩。(1)具有符合黄金行业发展特点的设计指导思想,勇于在新形势下对黄金建设模式进行探讨和实践。(2)努力掌握新工艺、应用新设备;可综合运用竖井、斜井、平硐等开拓工艺;灵活运用充填法、空场法、崩落法等采矿方法;形成了专业配套、老中青结合的技术骨干队伍;具有先进的设计手段和技术装备。(3)紧密与矿山企业、兄弟院所、高等院校广泛合作,互相交流,共同进步。在新房金矿、排山楼金矿、祁雨沟金矿等项目的合作设计中,取得了良好的效果。612设计工作中存在的问题61211对矿山资源及开采技术条件认识问题由于地质勘探投资渠道和承包机制的变化,可供设计使用的正规地质资料逐年减少,多数拟建项目的勘探程度较低。在这种形势下,怎样认识矿山资源,怎样评价已有地质报告的可信任程度,是摆在每个设计者面前的首要问题。在资源不清楚的前提下,很难做到规模经营。而按照分期建设、滚动发展等原则,又势必给矿山企业带来一定的难度。诸如,在中加合作广西高龙金矿扩建工程可行性研究中,对远景储量(E级)的存在性、可利用性和利用程度缺乏足够的推论和证明,而以此为依据进行的设计,难免对矿山企业造成新的影响或危机。又如,黑龙江鑫城金矿初步设计时,矿山仅有的一层坑道(341m坑道)封闭着,设计前无法进入坑内了解矿岩稳固程度,仅从地质报告中介绍的开采技术条件,尚难准确选择采矿方法。而待基建探矿时再研究、确定采矿方案,可能为时已晚。因为此时部分工程已经施工不可更改,而也有些工程(如充填井)尚未施工,从而有可能影响总工期。再如,由于对高龙金矿开采技术条件认识不清,#22#黄金设计难以选择正确的采矿工艺,从而使设计方案一改再改,影响矿山正常的基建和生产,也造成了设计返工和浪费。61212方案比较工作中的问题有些项目比较复杂,对应的采矿方案也比较多,怎样在众多的方案之中选择最佳设计方案,这应该也必须进行采矿方法的技术比较和经济比较。有时工程设计时间紧,任务重,或忙于开拓方案的技术经济比较而忽视了采矿方法的技术经济比较,或比较时考虑的因素不全,深度不够,从而影响了对设计的总体评价。61213充填系统设计问题充填系统设计是充填采矿法设计工作中的主要部分和重要环节。在我院,充填