ch6充填采矿法

2019/8/15矿物资源工程专业主干课程1第三篇之第四章充填采矿法4.1概述4.2单层充填采矿法4.3上向分层充填采矿法4.4下向分层充填采矿法4.5充填系统2019/8/15矿物资源工程专业主干课程2本章基本要求◆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；◆4、了解充填系统的主要工艺及充填技术。◆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；2019/8/15矿物资源工程专业主干课程3重点难点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；2019/8/15矿物资源工程专业主干课程4一、充填采矿法特点随回采工作面的推进，逐步用充填料充填空区进行地压管理，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。概述2019/8/15矿物资源工程专业主干课程5二、充填采矿法的分类1．按矿块结构和回采工作面推进方向，可分为：◆单层充填采矿法;◆上向分层充填采矿法;◆下向分层充填采矿法;◆分采充填采矿法。2．按所采用的充填料和输送方法不同，可分为：◆干式充填法：充填料充填采空区；◆水力充填法：用水力沿管线输送尾砂、炉渣、碎石。◆胶结充填法：胶结性物料充填采空区。概述2019/8/15矿物资源工程专业主干课程6三、充填法的应用1.在地下有色金属和贵金属矿产资源开采中超过50％；2.在加拿大，充填法达80％；3.20世纪60～70年代，胶结充填广泛使用；4.20世纪90年代，膏体充填技术的应用。四、充填法对资源开发的意义1.可以最大限度的回收各种复杂条件下的矿产资源；2.保证地表不塌陷；3.可以有效抑制井下火灾。概述2019/8/15矿物资源工程专业主干课程7五、研究的主要问题1.充填材料的特性；2.浆体和膏体的流变特性；3.充填管道输送的工程技术理论；4.高压泵送设备；5.高水固化材料；6.充填的质量管理与充填成本；7.充填体承载特性。概述2019/8/15矿物资源工程专业主干课程8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，其余空间用隔墙进行密闭，用充填处理空区并控制地压。（壁式充填法）单层充填采矿法1.结构参数矿块长40～100m；沿倾向斜长40～60m。控顶距2.4m，充填距2.4m，悬顶距4.8m。不留间柱，一步骤回采。2.采切工作采准：阶段运输平巷、溜井，溜井间距：15～20m（不放矿时，可作通风和行人通道）；切割：切割上山、拉底平巷。（与全面法、房柱法类似）2019/8/15矿物资源工程专业主干课程9单层充填采矿法2019/8/15矿物资源工程专业主干课程103.回采工作悬顶距＝控顶距（2～2.5m）＋充填距采用浅孔崩矿。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：立柱或戴帽立柱；一梁二柱或三柱的棚子支护；再加背板（不稳固顶板）；锚杆或其它（稳固顶板）水力充填：清理场地，架设充填管，钉砂门子（帮门子、堵头门子和半截门子）和挂砂帘子，防止漏砂。充填自下而上，逐段拆除充填管，回收支柱。单层充填采矿法2019/8/15矿物资源工程专业主干课程11评价：单层充填法适用于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。该法的优点是矿石回收率高（94％），贫化率低（7％）。但该法回采工艺复杂，矿块生产能力低，回采工效低，采矿成本高。单层充填采矿法2019/8/15矿物资源工程专业主干课程12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。上向水平分层充填采矿法的特点：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，自下向上水平回采分层，在矿石顶板下的回采空间作业，以充填体作为工作底板；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。上向分层充填采矿法2019/8/15矿物资源工程专业主干课程131.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。一、水力充填法方案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—下盘运输巷道上向水平分层水力充填采矿法上向水平分层充填采矿法2019/8/15矿物资源工程专业主干课程14③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。2.采准和切割工作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。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。上向水平分层充填采矿法2019/8/15矿物资源工程专业主干课程15※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。充填体表面铺设0.5～0.2m厚混凝土底板。3.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。上向水平分层充填采矿法2019/8/15矿物资源工程专业主干课程16二、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—充填天井上向水平分层充填采矿法2019/8/15矿物资源工程专业主干课程17※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。上向水平分层充填采矿法2019/8/15矿物资源工程专业主干课程18三、干式充填法上向水平分层充填采矿法2019/8/15矿物资源工程专业主干课程19四、上向分层充填主要方案（1）上向倾斜分层充填采矿法与上向水平分层的区别是，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。干式充填。充填料自充填井溜至倾斜工作面，自重铺撒。铺设垫板后进行落矿，崩落的矿石靠自重溜入溜矿井，经漏口闸门装入矿车。矿块内回采分为三个阶段。上向水平分层充填采矿法2019/8/15矿物资源工程专业主干课程20沿全阶段连续回采倾斜分层充填法:最初只需掘进一个切割天井，形成倾斜工作面，沿走向连续推进。崩下的矿石沿倾斜面自重溜下，用自行装运设备运出。充填料从回风水平用自行设备运至倾斜面靠自重溜下。上向水平分层充填采矿法2019/8/15矿物资源工程专业主干课程21（2）分采充填采矿法（削壁充填）开采价值高的薄矿脉（小于0.8m），为保证回采的正常工作空间宽度（0.8～0.9m）。可将矿石和围岩分次采下，矿石运走，岩石留空区作充填料，也作继续上采的工作平台。解决两个问题：①决定先采矿石还是先采围岩；②削壁围岩厚度需根据矿脉宽度。上向水平分层充填采矿法2019/8/15矿物资源工程专业主干课程22（3）上向进路充填方案以掘进巷道进路的方式回采并充填空区。特点：进路断面大（4～5）m×4m，各工序机械化作业效率高；顶板暴露面积小。上向水平分层充填采矿法2019/8/15矿物资源工程专业主干课程23结构参数和回采工艺：•阶段高度60m，采场沿走向长度100～150m。矿体厚度小于5～6m时，布置一条进路；大于5～6m时，布置两条或多条进路；进路断面一般为宽4～5m、高4m。•采准巷道包括采区斜坡道和分层巷道、分层联络道（每三个分层共用一联络道)、回风井和溜矿井等。除回风井布置在上盘外，其它井巷一般都布置在矿体下盘。•回采先从矿块中央拉开垂直矿体走向的分层进路，由此向矿块两翼进行间隔进路回采。落矿一般采用双机液压台车凿岩，孔深2.7～3m，用装药车装弱性炸药，光面爆破。•铲运机出矿；锚杆加钢筋网护顶。•进路充填（进路口端架设木档墙；两阶段充填）。•进路回采局扇通风。上向水平分层充填采矿法2019/8/15矿物资源工程专业主干课程24（4）点柱水平分层充填方案上向水平分层充填采矿法适用条件：对厚度大于8m、水平面积较大的缓倾斜或倾斜厚且品位相对较低的矿体。实质：房柱法与充填法的结合。特点：①几个矿房组成一个采场，在采场内用规则排列的点柱支撑上盘和回采工作面顶板，点柱周围充填；②采场与采场间由充填体或少量间柱进行分隔，矿柱都作为永久损失；③矿体开采仅需一步骤回采，初期回采矿量大，适用于无轨机械化开采；④由于配合点柱，充填料可采用尾砂或低标号尾砂胶结料。2019/8/15矿物资源工程专业主干课程25南京栖霞山方案：1#矿体位于12～42勘探线之间，走向北东45°～55°，倾向北西，倾角上缓下陡，上部为30°～65°，下部约80°。沿走向矿体长850米，沿倾斜延伸250～400米，厚度由数米～50米，平均厚度23.1米。矿体由北东向南西方向侧伏，侧伏角约42°。从而导致矿体在东部出露地表，而西部埋藏深度至-600米以下。矿块沿走向布置，长50m，中段高50m，宽为矿体水平厚度。矿块间留4m的矿壁作为间柱，底柱高5m，顶柱高3m，采场内根据矿岩条件不规则地留有点柱，点柱尺寸4×4m，点柱中心距16～20m，每个点柱分担面积300～400m2。采准为下盘及脉内联合采准，布置有下盘中段运输道及脉内平巷，穿脉间距为50m，采场内至少布置一个充填井、2个顺路人行井及2个顺路溜矿井，顺路井均用厚12mm或10mm钢板焊接而成，直径为1.6m。上向水平分层充填采矿法2019/8/15矿物资源工程专业主干课程26加拿大鹰桥镍公司Strathcona镍矿：上向水平分层充填采矿法2019/8/15矿物资源工程专业主干课程27（5）盘区机械化分层充填方案特点：将几个采场组合成一个大的回采单元—盘区，利用盘区内分层矿量多的特点，使用高效率机械设备—无轨凿岩台车、装药车、铲运机等，使机械化程度和设备利用率相应提高，从而促使矿块生产能力的提高。凡口铅锌矿采Ⅳ号矿体的盘区机械化分层充填法方案。Ⅳ号矿体系一孤立矿体，走向长110m，倾角70°～80°，水平厚度20～30m，最厚部分为50m。矿体受断层地质构造控制，形态和产状复杂，矿岩属中等稳固，但节理、裂隙发育，接触界限较清楚，矿石品位极富。上向水平分层充填采矿法2019/8/15矿物资源工程专业主干课程28上向水平分层充填采矿法2019/8/15矿物资源工程专业主干课程29设计矿块分五个矿房、五个矿柱，皆作垂直走向布置。先采三个矿房。阶段高度60m，底柱高度6m，矿房宽14m，矿柱宽8m。采用脉内、脉外联合采准。脉内工程为每个矿房内有一个通风天井、两个顺路天井，脉外工程采用采区斜坡道(一个或几个盘区共掘一条)、分段平巷(两个分层共一条)，联络道及脉外溜矿井（兼作施工措施井）。回采采用水平孔落矿，方向由底盘推向顶盘；两采一充，分层高度4m，充填高度4m；铲运机出矿；管道输送尾砂胶结充填。盘区内三个采场（矿房）采取凿岩、出矿、充填平行交叉作业，各采场的通风量也作相应调节。上向水平分层充填采矿法2019/8/15矿物资源工程专业主干课程303.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。三、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（顶底柱）回采困难