认证主体：余**（实名认证）
IP属地：贵州
下载本文档
1、 昆明理工大学课程：充填理论与工艺上向水平分层充填采矿法研究与应用现状学 院: 国土资源工程学院学 号: 姓 名: 周 红 套老 师： 乔 登 攀专业 班级: 矿业工程5班前言21上向水平分层充填采矿法研究的目的和意义22 上向水平分层充填采矿法研究现状32-1 沿走向长采场上向水平分层充填法32-2 盘区式上向水平分层充填法42-3 机械化上向水平分层充填法42-4 上向水平分层胶结充填法52-5 上向水平分层水砂充填法53 上向水平分层充填采矿法在某矿山的应用74 上向水平分层充填采矿法需要解决的问题115 上向水平分层充填采矿法展望126 总结13 前言上向水平分层充填采矿法是充填采矿法
2、中的一种1，这种方法是随着回采工作面的推进，逐步用充填料充填采空区的采矿方法。其目的主要是为了利用所形成的充填体进行地压管理，以控制围岩崩落和地表下沉9，并为回采工作创造安全和方便的条件，还可以预防自然性矿石的内燃火灾。上向水平分层充填采矿法按其采场结构、工作面形态和工艺特点分三个基本方案5。该采矿方法是自下而上分层回采，每分层采出矿石后充入充填体，用于支撑采空区边帮和作为工作平台。 上向水平分层充填采矿法为工作面循环作业，凿岩爆破、出矿、充填和护顶完成一个循环后，进行下一分层的循环。回采空间和范围可以控制，人员、设备在暴露的顶板下作业，需有效控制顶板，可用诸多充填材料进行充填。 上向水平分层
3、充填采矿法适用于矿石品位高、价值高的贵金属和稀有金属矿体以及矿体上下盘岩石中等稳固或稳固性稍差，矿石中等稳固或中等稳固以上的急倾斜中厚至极厚能适应形态不规则、分枝复合变化大的矿体和多层矿体的开采3。除点柱式回采外，矿石损失、贫化率较低，是一种适应范围较广的充填采矿法。据国外矿山统计，使用此方法采出的矿石量占充填采矿法总产量的38.3%，在我国充填法中占60%以上，也是国内外普遍使用的一种采矿方法。1上向水平分层充填采矿法研究的目的和意义(1)进行地压管理2。利用形成的充填体进行地压管理，控制围岩崩落和地表或上部中段的下沉及位移14，缓和了大面积的地压活动，为回采工作面创造更方便、安全的条件。为
4、深部开采打基础、创条件，用于深部开采，预防冲击性地压。为回收三柱创造有利条件，有些矿山还可预防自然性矿床，杜绝内因火灾。(2)使尾砂的排放有了去处，可有效地保护矿区及周边生态环境，和为打造绿色、环保矿山打下了良好的基础。(3)以扩大矿房尺寸，减少矿柱矿量所占的比重，提高了回采率，降低贫化率指标和采掘比。充分利用有限的矿产资源，降低矿山资源的消耗速度，延长了矿山的服务年限。(4)在原良好技术经济指标不变的情况下，有些技术经济指标提高下，使其发挥新的作用。提高了矿床开采全过程的技术经济指标。2 上向水平分层充填采矿法研究现状2-1 沿走向长采场上向水平分层充填法 参数：当矿体厚度小于10-15m时
5、，沿走向布置采场，采场长度为100-300m，最长可达800m，采场宽度为矿体厚度，阶段高 60-80m，底柱高6m。（如图3-1） 采准工艺：沿矿体走向，在下盘或上盘围岩中开掘螺旋式或折返式斜坡道，斜坡道在垂直高度方向上间隔3-4个分层高度开出口中，采用指状分层联络道进入各分层采场。（图3-2）每个采场布置一个充填井，一个溜矿井，两个滤水井。图3-1采场布置示意图1-采区斜坡道；2-分层联络道；3-充填天井；4-溜矿井；5-滤水井；6-尾砂； 7-尾砂草袋隔墙；8-混凝土垫层；9-充填管图3-2 回采转层示意图1-指状分层联络道 2-斜坡道回采及充填：分层高度3-4m，采用凿岩台车钻凿上向炮
6、孔或水平炮孔落矿，铲运机将崩落矿石转运至溜矿井。整个分层采完后，进行水砂充填，当充填到距顶板2.63m时，改用尾砂胶结铺面，其厚度为0.3-0.5m要求胶结充填体单轴抗压强度达1.1-5.0MPa，以有利于铲运机和凿岩台车的运行，提高出矿、凿岩效率，而且减小采下矿石的损失和贫化。2-2 盘区式上向水平分层充填法 特点：当矿体厚度大于10-15m时，采场垂直于矿体走向布置，用联络道将若干采场连通成为一个大的回采单元，即盘区，以便同一台自行设备能同时服务于盘区内的各个采场。 采准：一般采用脉外采准，（图3-3）在 矿体下盘围岩中开掘折返式斜坡道，斜坡道通过分层巷道、分层联络道与采场连通， 作为人员
7、、设备、材料和通风的主要通道。 图3-3 盘区式上向分层充填法布置示意图1-斜坡道；2-脉外溜矿井；3-分段巷道；4-分层联络巷；5-脉内溜矿井 6-顺路人行滤水井；7-充填通风井；8-阶段运输平巷；9-阶段运输横巷主要结构参数：阶段高80m，分段高8m或12m，分层高度4m， 底柱高6-8m，不留顶柱。盘区内有5个采场，矿房宽10-12m，间柱宽8m。2-3 机械化上向水平分层充填法缘由：为了适应凿岩台车、铲运机等无轨 自行设备的高效率和运行的灵活性，上向分层充填法在采场结构、采准布置等方面发生了较大的变化。主要特征：沿走向布置采场时，采场的长度增大；垂直走向布置采场时，采用盘区式回采单元，
8、即将若干采场组合成一个大的回采单元。要求开掘采场斜坡道，以便自行设备进入各个分层2-4 上向水平分层胶结充填法胶结充填的缘由：由于水砂充填回采工艺复杂，充填体的强度较低，压缩沉降率大，矿柱回采的安全性较差等，为简化回采工艺，改善矿柱的回采条件，更好地保护上覆岩层和地表，发展了胶结充填。特点：矿块采准、切割，矿块回采等方面，与水砂充填基本相同。区别仅在于顺路人行井不需按滤水条件构筑，溜矿井和人行井在充填时只需立模板就可形成。（见图 3-4） 图3-4上向水平分层胶结充填采矿法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-充填天井参数：由于胶结充填的成本高，第一步回采矿
9、房时应取较小的尺寸；但要求所形成的人工矿柱必须保证第二步矿柱回采的安全。接顶：为了更好地维护上覆岩层和地表，胶结充填最上一个分层空间时，必须做好接顶工作。通常采用砂浆加压法接顶，即将砂浆沿管路压入接顶空间，将其填满。2-5 上向水平分层水砂充填法1、矿块结构和参数当矿体厚度小10-15m时，矿房长轴沿走向布置，矿房长度30-60m；当矿体厚度大于10-15m时，矿房垂直走向布置，此时，矿房长度一般控制在50m以内，矿房宽度8-10m，间柱宽68m，顶柱厚4-5m，底柱高5m，阶段高30-60m，为减小矿石的损失，可采用砼底柱取代矿石底柱。上向水平分层水砂充填法（图3-5） 图3-5 上向水平分
10、层水砂充填采矿法 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2、采准和切割工作：在薄和中厚矿体中，掘进脉内运输巷道；在厚矿体中，掘进脉外沿脉巷道和穿脉巷道，或上、下盘沿脉巷道和 穿脉巷道，构成环形运输。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。溜矿井用混凝土浇灌而成，内径1.5m，壁厚300mm。人行滤水井用预制钢筋混凝土构件砌筑。充填天井内设充填管路和人行梯子等，是矿房的安全出口，其倾角为80-90。 在底柱上部掘进拉底巷道，并以此为自
11、由面扩大至矿房边界，形成拉底空间，再加上挑顶2.5-3m，并将崩下的矿石经溜矿井放出，形成4.5-5m高的拉底空间后，即 可浇灌钢筋混凝土底板。底板厚0.8-1.2m，配置双层钢筋。3、回采工作：用浅孔凿岩爆破落矿，回采分层高为2-3m。崩落的矿石经电耙耙至溜矿井放出，然后清理底板上的矿粉，并进行充填。充填前要浇灌好溜矿井、砌筑好人行滤水井，并在间柱两侧浇灌0.5-0.8m厚的混凝土隔墙。充填料中的水经滤水井流出采场，充填料沉积压实后形成密实充填体。混凝土隔墙的作用，主要是为第二步回采间柱创造良好的回采条件，以保证作业安全和减少矿石损失与贫化。为防止崩落的矿粉渗入充填料以及为出矿创造良好的条件
12、，在每层充填体的表面铺设0.15-0.2m厚的混凝土底板。1天后即可在其上凿岩，2-3天后即可进行落矿。3、回采工作之图3-6图3-6 回采过程示意 a-凿岩；b-爆破落矿；c-出矿；d-充填准备；e，f-铺保护层3 上向水平分层充填采矿法在某矿山的应用上向水平分层充填采矿法按采场结构、工作面形态和工艺特点，分为沿走向、垂直走向和点柱式上向水平分层充填法三个方案。（一）沿走向上向分层充填采矿法 该方案结构特点是沿矿体走向一定的长度或整体矿体的走向长度作为一个采场，可实现回采工作的平行作业，以便充分发挥设备效率，提高矿石回收率。此方案适用于厚度为1015m以下的矿体，采场宽为矿体厚度，长为503
13、00m，甚至更长。在最薄矿体开采中，为适应无轨设备的开采，采用沿走向脉内斜坡道分层充填方案。 （二）垂直走向上向分层充填采矿法 该方案结构特点是沿矿体走向划分矿房和间柱，采场垂直矿体走向布置，一步回采矿房，二步回采间柱。矿房用胶结充填形成“人工矿柱”，以利于二步回采间柱。使用无轨设备，可发展为盘区分层充填，沿走向布置盘区，盘区由35个垂直走向布置的矿房构成，矿房间留设间柱，实现无轨采矿。这种方案适用于厚或极厚的高品位矿床，损失贫化指标较低，在矿体规则、矿岩稳固的条件下，为提高铲运机效率，有加高分层的趋势。 （三）点柱式上向分层充填采矿法 该方案结构特点是沿矿体走向或垂直矿体走向布置矿块，为提高
14、顶板支撑能力，矿块间留设46m的间柱，矿房内留设规则或不规则的点柱（如矿体中夹有夹石或低品位矿石，可替代其点柱），点柱为圆形或方形，直径为4-8m，此矿柱为永久矿柱，为单步骤回采。此方案损失指标较大，适用于地表或上部中段需要保护的矿石稳固、矿石品位较低的倾斜或缓倾斜矿床。 以上三种方案可灵活运用，也可单一或交叉运用，以提高矿石回收率、降低损失、贫化指标为目的，在实际运用中做出更合理的回采方案，达到节能减耗、增效降本的目的，来满足矿山的需求。一 矿区概述某矿区为一座设年产60万t左右的矿山，位于江南台隆的萍乡一乐平台陷与九岭一高台山台拱之接壤部位、宜丰景德镇深断裂的旁侧。矿区矿床主要为隐伏的中型
15、铜、铅锌矿床，矿床成因类型为“矽卡岩型+斑岩型”复合矿床。根据矿床形成条件、矿体空间分布规律划分为4个矿带8个矿体，其中矿体为主要矿体，矿石量占全区 75.46。矿体总体走向近东西，走向控制长1534.80 m ；倾向北，平均倾向斜长340m，倾角为3265。矿体真厚度最小0.16 m，最大105.14 m ，一般为312 m，平均10.53 m，厚度变化大。 矿体形态较复杂，主要呈“ 入”字形，分南、北两枝，南枝上部(-200 m以上 )形态复杂，多呈蛇形弯曲，少数呈弯曲的似层状。 矿体和围岩坚固系数 f=68，稳固性一般；在溶洞发育带、溶蚀裂隙带、断层破碎带、风化带等地带，围岩稳定I生较差
16、9。矿区内有大面积的农田，部分村镇、河谷坐落于该矿区矿体上部，地表塌陷将会导致地表、公路和建筑物的破坏。针对以上情况，对该矿区矿体采用上向水平分层胶结充填采矿法进行开采，既能有效防止地表塌陷，又能使尾砂充入地下，减少环境污染。上向水平分层充填采矿法示意1-分层巷道；2-分层联络道；3-充填回风天井；4-矿石溜井；5-中段运输平巷 ；6-装矿穿脉；7-回风巷道；8-肢结充填体；9-滤水井；10-矿柱；11-斜坡道联络道二 采矿工艺（一）矿体赋存状况及矿块构成要素矿体目前埋深为65500m左右，计划分两期开采：一期开采为65315 m ，保有地质储量 1 305.47104 t；二期开采315 5
17、00 m标高，保有地质储量856.82l04t，整个矿区计划服务31年。根据该矿区矿体产状、赋存状态变化大等特点，采用上向水平分层胶结充填采矿法进行开采，采场沿走向布置(当矿体厚度大于l5 m时，采场垂直走向布置)，长 50 m，每2个采场间留3 m永久问柱，底柱3 m(若矿石品位高，不留底柱) ；2 个采场为一个盘区，盘区阶段高度为40 50 m，采场分层高度3.3 m，每3个分层为一个分段，分段高度10 m左右。（二）采准切割分层充填法以盘区为回采单元并进行采准切割布置7。每个盘区布置一条采准斜坡道、一条脉外矿石溜井。在盘区中央、矿体下盘掘进采准斜坡道及分段联络道 ，自分段联络道掘进进路通
18、达矿体，进路断面33.6 m。通过采场进路，在矿体内沿走向掘进水平拉底巷道，巷道断面 3.33.6 m，然后刷大至矿体水平厚度形成拉底层。在采场端部上盘掘进人行充填通风天井，井内设梯子，下盘中部顺路滤水井随各分层的回采架设。采场进路自分段联络道先以-15坡度下掘到达矿体，随逐层采矿而逐层挑顶垫底形成逐层采场进路，以适应每分层 回采进路的要求，采场进路最终坡度为+1511；每采完3个分层后重新自分段联络道掘进采场进路 。（三）回采工艺和设备选择采场凿岩采用Boomer281单臂电动液压凿岩台车凿水平炮孔，炮孔直径45mm，孔网间距1.0 m 1.2 m，孔深3.6m。采用铵油炸药，装药器装药，非
19、电爆破。爆破通风完毕后10，用撬毛车撬毛。出矿用3m/s柴油铲运机，铲运机经采场进路将矿石卸人矿石溜井。出矿完毕即对顶板进行锚杆支护；回采每循环进尺3.5 m，每分层全部采完后即进行胶结充填；一个采场充填时，另一个采场凿岩爆破或出矿，采准废石尽量回填采空区。采场充填准备包括架设滤水井、 设置脱水笼、铺设脱水管 、架设充填管等。采场滤水井布置在盘区中央矿柱内，两侧采场共用一条充填滤水井。该滤水井随逐层采矿而逐层架设形成。充填管从充填井铺设至采场，每分层充填高度距采场顶板应留出至少2 m高的自由空间。采用上向水平分层胶结充填采矿法8，按上述工艺参数对矿体进行开采设计计算，得出每个标准盘区矿块矿量为
20、t，盘区采出矿量为.88 t，采准切割工为1137.711m其采切比为87.57m/（四）采场通风新鲜风流自中段(分段)下盘沿脉巷道、穿脉、滤水井，或经盘区斜坡道、采场进路进入采场，清洗工作面后的污风从采场端部人行通风天井进入回风水平巷道。三 充填工艺按充填工艺要求，充填材料选用分级合格尾砂、掘进废石和胶结用的普通硅酸盐水泥4。 合格充填尾砂由选矿厂提供，掘进废石尽量不出地表而充入采空区。 根据采矿方法对充填工艺的要求，尾砂充填系统应具备制备水泥胶结料的能力 。灰砂比初步确定为148，为防止在输送过程中料浆离析、沉淀产生堵管，胶结充填料浆浓度为70，经济合理的料浆输送浓度需经充填试验最终确定
21、。矿山采用尾砂胶结充填工艺，充填搅拌站位于原罐笼井6 (.4，.5 ) 附近，尾砂充填设施主要包括地面充填搅拌站、输送管路等。合格尾砂用泵送至地面充填搅拌站的贮砂仓中，水泥存贮在水泥仓中。由地面搅拌站制备而成的符合充填工艺要求的充填料浆 通过原罐笼井 内敷设 的充填管路 自流输送至井下，再经石门、中段水平底盘沿脉、回采穿脉进入采场充填。地表充填搅拌站新设2 套充填系统，中段水平充填管选用PF钢绦编织复合管，采场内敷设的充填管选用树脂管 。充填顺序回：按矿房 回采顺序进行充填，矿房每一分层回采完毕后即可进行充填。充填前先做好采空区的密闭工作 ，在分层水平采场的各个出口设密闭墙 ，密闭墙采用砖、混
22、凝土砌筑，内附1-2层麻袋片或蚊帐布，密闭墙的四周用水泥砂浆抹缝，以防跑浆、漏浆；采场中部架设滤水笼，作为滤水通道，以增加滤水效果；同时，为了防止进路泄水，在密闭墙外24 m 处设一挡墙，高约0.5 m ；为防止泄水进入溜井，各分层水平的溜井上口用混凝土墙挡好。充填时，分层下部按1:8的尾砂胶结充填直达设计范围；分层上部预留0.81.0 m按照灰砂比 1:4的比例进行铺面，作为回采上一分层的工作平台，为向上回采创造良好的出矿条件。充填后需养护710d，等平台凝固后方可继续向上回采 ，胶结充填料的配比和需求量计算：参考类似矿山经验，根据充填材料实际情况，设计充填砂浆浓度为0.7，所设计的胶结强度
23、可接近预期强度。4 上向水平分层充填采矿法需要解决的问题 （一）充填成本高，受市场价格影响 据统计，水力充填费用占采矿成本的15%25%，而胶结充填则占35%50%。成本高的原因是采用价格较贵的水泥和采用压气输送胶结充填料，因此应寻求廉价的水泥代用品、胶结材料的替代品或采用较小灰沙比，以及采用胶结材料输送新方法解决此问题。由于成本过高，若金属市场价格降低时，采用此方法受到一定的影响，效益则会递减甚至亏本。 （二）充填系统复杂 我国一般先用胶结充填回采矿房（此工序较多）11，后用水力充填回采间柱，这就使充填系统和生产管理复杂化。如果两系统都用胶结充填，则成本就要增高，应进行技术经济分析和研究，求
24、得合理的技术经济效果。 （三）阶段间矿柱回采难度大 采用此采矿方法，一般是有地压的存在或矿、围岩稳固性差等情况时所采用的方法，矿房回采完毕后，用胶结充填采空区是为了回采三柱创造安全和方便的条件，可胶结充填后的强度远远小于原岩的支撑强度，无形中增加了回采三柱的难度。所以，提高人工底、点柱建造速度是有效解决此问题的途径，以人工底、点柱来代替矿石柱，回采更多的资源，降低采出矿成本。 （四）采场顶板支护问题 尤其为顶板岩石破碎、遇到节理发育构造复杂地带,矿房回采完毕最终接顶问题、地压观测、充填体表面平整问题、实现二步回采矿柱需在充填体内掘进巷道的安全问题现需实际解决。 5 上向水平分层充填采矿法展望上向水平分层充填采矿法在实际应用中，由于各矿山的矿、岩石性质不同，在使用此方法采矿时并非所有矿山的应用经验能在本矿山得到证实或成功应用（如支护方式），所以特需不断的进行技术改进，找到适合其矿山的巧妙方法。但需坚持平顶板、强支护、管边界、控大块、快循环的原则，方可提高采场生产能力，降低采矿、充填成本，力求效益最大化。现将此方法的几点实际运用体会列如下： （1）加强采场顶板管理，顶板要采用光面爆破10，保证顶板在短轴上呈微拱形，选择合适的顶板支护方式，控制落矿孔间距（降低采场大块率），灵活运用矿体回
0/150
联系客服
本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接被用户下载，本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人(含作者)所有。人人文库仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对上载内容本身不做任何修改或编辑。若文档所含内容侵犯了您的版权或隐私，请立即通知人人文库网，我们立即给予删除！